CN108341687B - 一种高性能层级布料透水砖的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种高性能层级布料透水砖的制备方法是将煅烧高岭土，石英，硼砂，氧化锌，碳酸钙，碳酸钾，硼酸和碳酸锶经过球磨机混合，加热、水淬得到釉料，将釉料、高岭土和水混合得到釉浆，将粉煤灰陶粒倒入釉浆内，再倒入多孔砖内得到透水基层；将破碎后的煤矸石倒入釉浆内，倒入多孔砖内填充多孔砖得到透水面层；将透水面层放在透水基层之上，成型，焙烧得到透水砖。本发明具有强度高，寿命长，透水性能好的优点。

Description

一种高性能层级布料透水砖的制备方法
技术领域
本发明属于一种透水砖的制备方法，特别涉及一种高性能层级布料透水砖的制备方法。
背景技术
近年来，透水砖作为一种新型功能性道路铺装材料，由于其良好的透水性能以及对城市热环境有改善作用，可有效改善甚至解决目前环境问题，使城市以后在适应环境变化以及自然灾害时具有良好的弹性，减轻“看海”以及“热岛效应”问题给城市带来的损失和负面影响。透水砖作为一种新型的路面砖形式，由原来不被认可和接受到如今成为我国建设海绵城市的一个重要组成部分，推动着我国城镇化建设越来越人文化，被越来越多的用于铺设城市人行道、停车场、广场以及园林景观道路两侧。
但是需要指出的是目前使用的透水砖仍然存在一些缺陷：
（1）现有的透水砖通过颗粒与颗粒之间的孔隙实现透水性能，且骨料颗粒较大，一般空隙率在20%以上，透水砖孔隙容易堵塞，使用一段时间后透水性能急剧下降或失效。
（2）透水砖抗压强度低，耐磨性能差，使用寿命短。
（3）采用压制方式成型,生产工艺复杂,成型质量较差,表面粗糙。
发明内容
本发明的目的在于提供一种强度高，寿命长，透水性能好，工艺简单的高性能层级布料透水砖的制备方法。
本发明提供的透水砖主要包括两个部分：透水面层和透水基层。
透水面层主要选用煤矸石破碎后的颗粒；通过正交试验和方差分析选出低温高强的釉配方，用釉浆包裹粉煤灰陶粒作为所述透水砖的透水基层。
本发明提供的透水砖的制备方法,包括以下步骤：
（1）按重量百分比为煅烧高岭土10.5-18.8%，石英34.2-44.3%，硼砂7.8-8.9%，氧化锌1.5-1.8%，碳酸钙6-15.5%，碳酸钾5.7%-7.7%，硼酸7.3-11.1%，碳酸锶9.38-10.71%，将原料经过球磨机均匀混合，以3-7℃/min的速度加热到1200-1300℃，直接取出水淬，再经过研磨后得到釉料粉末，然后将釉料、高岭土和水混合得到釉浆，其中釉料含量5-10wt%，高岭土含量2-5wt%，其余为水；
（2）选取粒径为8-15mm的粉煤灰陶粒，配置浓度为7-8wt%的釉浆，将粉煤灰陶粒倒入配置好的釉浆内，搅拌陶粒2-5min以让陶粒被釉浆充分包裹，取出被釉浆包裹的粉煤灰陶粒，倒入多孔砖内填充多孔砖，填充后的透水基层进行烘烤干燥处理，防止粉煤灰陶粒表面的釉浆流动堵住陶粒与陶粒之间的孔隙，得到透水基层；
所述粉煤灰陶粒加入釉浆中的加入量按每100g釉浆包覆200-300g陶粒加入。
（4）将煤矸石破碎，选取粒径为0.45-4mm的碎石，清洗表面后，进行干燥处理，配置5-10wt%的釉浆，破碎后的煤矸石倒入配置好的釉浆内，搅拌煤矸石2-6min，取出被釉浆包裹的煤矸石，倒入多孔砖内填充多孔砖，填充后的透水面层材料同样进行烘烤干燥处理，得到透水面层；
所述煤矸石加入釉浆的加入量为每100g釉浆加入300-400g煤矸石。
（6）按透水面层与透水基层的按高度比为1：7-10，将透水面层放在透水基层之上，再通过压力机进行加压处理，成型压力20-30MPa，将成型后的透水砖坯以 2-6℃/min的速度加热到850-950℃保温0.5-2.5h，冷却后，得到透水砖。
如上所述的多孔砖为一种保水多孔砖，是采用发泡剂，在制砖过程中进行两次膨胀，并通过挤压成型，分段焙烧，再经过自然养护制得多功能保水多孔砖。其孔隙率为50-65%,其表面细密、均匀地分布着小于20um的孔洞,具有较强的吸水能力和表面张力,有利于多孔砖对水分的吸持。具体的制备方法见CN107555951A公开的用于海绵城市的保水多孔砖。这种多孔砖的制备过程此发明的生产工艺简单，降低了成本采用再生资源为主要原料利于环境保护，优良的保水性为 “海绵城市”建设提供了一种不可多得的材料；对总磷及砷的去除能力，在环保和土壤改良方面有极高的应用前景。
本发明的有益效果为：
（1）所述透水砖面层材料为煤矸石。煤矸石是采煤和洗煤过程中排出的固体废弃物。大量煤矸石长期堆放既占用土地，浪费资源，又会对环境造成污染。对煤矸石进行综合开发应用，开发煤矸石的综合利用途径，变废为宝，解决环境污染的同时带来了可观的经济效益；
（2）面层材料煤矸石为小颗粒。颗粒与颗粒之间的孔隙较小，不易堵塞，废弃物垃圾被挡在透水砖表面，易清理，可实现净水，蓄水和滞水效果；
（3）所述透水砖采用多孔砖为磨具，强度高，保证透水砖生产、运输、使用过程中不轻易断裂，耐磨性好，使用寿命长。采用层级布料是为了缓解透水砖易堵塞特质，用釉浆包裹面层材料和基层材料，增加了填充物料的强度，物料颗粒不易被冻融破坏，提高了透水砖冻融性能。
（4）本发明最终制得的透水砖的透水性能4.1-5.4×10-2cm/s，抗压强度41-57MPa，经过50次冻融实验后，强度损失率7-9.5 %，质量损失率0-0.15%，耐磨性能中磨坑长度21-26mm。
附图说明
图1是所述透水砖层级布料结构图。
如图所示，1是透水砖面层材料为煤矸石；2是透水砖基层材料为釉浆包覆的粉煤灰陶粒。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的说明。
实施例1
本发明所述透水砖基层材料所用高温粘结剂釉配方原料的重量百分比如下：煅烧高岭土18.80%，石英35.9%，硼砂8.55%，氧化锌粉末1.71%，碳酸钙粉末5.98%，碳酸钾粉末7.69%，硼酸11.11%，碳酸锶粉末10.26%。
原料重量百分比技术指标为煅烧高岭土（Al2O3：45.02%，SiO2：50.97%，CaO：0.06%，K2O：0.17%，Na2O：0.034%，Fe2O3:0.6%,其他烧失），石英、硼砂、氧化锌、碳酸钙、碳酸钾、硼酸、碳酸锶均为工业化学粉末，纯度为99wt%以上。
具体方法如下：
（1）按原料重量百分比煅烧高岭土18.80%，石英35.9%，硼砂8.55%，氧化锌粉末1.71%，碳酸钙粉末5.98%，碳酸钾粉末7.69%，硼酸11.11%，碳酸锶粉末10.26%，将原料经过球磨机均匀混合，以3℃/min的速度加热到1200℃，直接取出水淬，再经过研磨后得到釉料粉末，然后将釉料、高岭土和水混合得到釉浆；
（2）选取粒径为8-10mm的粉煤灰陶粒，配置釉浆浓度为8wt%，按粉煤灰陶粒加入釉浆中的加入量为每100g釉浆包覆200g陶粒加入,将粉煤灰陶粒倒入配置好的釉浆内，搅拌陶粒6min让陶粒被釉浆充分包裹，取出被釉浆包裹的粉煤灰陶粒，倒入多孔砖内填充多孔砖，填充后的透水基层进行烘烤干燥处理，防止粉煤灰陶粒表面的釉浆流动堵住陶粒与陶粒之间的孔隙，得到透水基层；
（4）将煤矸石破碎，选取粒径为0.45-0.6mm的碎石，清洗表面后，进行干燥处理，配置釉浆浓度为10wt%，按煤矸石加入釉浆的加入量为每100g釉浆加入300g煤矸石，破碎后的煤矸石倒入配置好的釉浆内，搅拌煤矸石6min，取出被釉浆包裹的煤矸石，倒入多孔砖内填充多孔砖，填充后的透水面层材料同样进行烘烤干燥处理，得到透水面层；
（6）按透水面层与透水基层的按高度比为1：10，将透水面层放在透水基层之上，再通过压力机进行加压处理，成型压力30MPa，将成型后的透水砖坯以 2℃/min的速度加热到950℃保温2.5h，冷却后，得到透水砖。
本实施例制备的透水砖各项性能指标为：
透水性能：4.14×10-2cm/s；
抗压强度：56.8MPa；
抗冻融性能：抗压强度损失率7.4%,质量损失率0.02%；
耐磨性：磨坑长度21mm。
实施例2
本发明所述透水砖基层材料所用高温粘结剂釉配方原料的重量百分比如下：煅烧高岭土17.89%，石英34.15%，硼砂8.13%，氧化锌粉末1.63%，碳酸钙粉末15.45%，碳酸钾粉末5.69%，硼酸7.32%，碳酸锶粉末9.76%。
原料重量百分比技术指标为煅烧高岭土（Al2O3：45.02%，SiO2：50.97%，CaO：0.06%，K2O：0.17%，Na2O：0.034%，Fe2O3:0.6%,其他烧失），石英、硼砂、氧化锌、碳酸钙、碳酸钾、硼酸、碳酸锶均为工业化学粉末，纯度为99wt%以上。
（1）按重量百分比煅烧高岭土17.89%，石英34.15%，硼砂8.13%，氧化锌粉末1.63%，碳酸钙粉末15.45%，碳酸钾粉末5.69%，硼酸7.32%，碳酸锶粉末9.76%，将原料经过球磨机均匀混合，以4℃/min的速度加热到1220℃，直接取出水淬，再经过研磨后得到釉料粉末，然后将釉料、高岭土和水混合得到釉浆；
（2）选取9-11mm的粉煤灰陶粒，配置釉浆浓度为7.8wt%，按粉煤灰陶粒加入釉浆中的加入量为每100g釉浆包覆220g陶粒加入,将陶粒放入配置好的釉浆内混合搅拌5 min，取出被釉浆包裹的粉煤灰陶粒，倒入多孔砖内填充多孔砖，进行烘烤干燥处理，得到基层材料。
（3）选取粒径为0.6-1mm的煤矸石颗粒，清洗表面后，进行干燥处理，配置釉浆浓度为9wt%，按煤矸石加入釉浆的加入量为每100g釉浆加入320g煤矸石，将煤矸石颗粒与配置好的釉浆混合，搅拌5min，填入到多孔砖中，进行烘烤干燥处理，得到面层材料。
（4）在多孔砖中基层材料和面层材料填充厚度比为9:1，基层材料以及面层先后填入，经压力机在28MPa压力下压制成透水砖坯，经干燥后放入马弗炉，以 3℃/min的速度加热到920℃保温2h。
本发明所述方法制备的透水砖各项性能指标为：
透水性能：4.44×10-2cm/s；
抗压强度：53.2MPa；
抗冻融性能：抗压强度损失率7.94%，质量损失率0.05%；
耐磨性：磨坑长度22.3mm。
实施例3
本发明所述透水砖基层材料所用高温粘结剂釉配方原料的重量百分比如下：煅烧高岭土14.88%，石英38.02%，硼砂8.26%，氧化锌粉末1.65%，碳酸钙粉末10.74%，碳酸钾粉末5.79%，硼酸10.74%，碳酸锶粉末9.92%。
原料重量百分比技术指标为煅烧高岭土（Al2O3：45.02%，SiO2：50.97%，CaO：0.06%，K2O：0.17%，Na2O：0.034%，Fe2O3:0.6%,其他烧失），石英、硼砂、氧化锌、碳酸钙、碳酸钾、硼酸、碳酸锶均为工业化学粉末，纯度为99wt%以上。
（1）按重量百分比煅烧高岭土14.88%，石英38.02%，硼砂8.26%，氧化锌粉末1.65%，碳酸钙粉末10.74%，碳酸钾粉末5.79%，硼酸10.74%，碳酸锶粉末9.92%，将原料经过球磨机均匀混合，以5℃/min的速度加热到1240℃，直接取出水淬，再经过研磨后得到釉料粉末，然后将釉料、高岭土和水混合得到釉浆；
（2）选取10-12mm的粉煤灰陶粒，配置釉浆浓度为7.5wt%，按粉煤灰陶粒加入釉浆中的加入量为每100g釉浆包覆240g陶粒加入,将陶粒放入配置好的釉浆内混合搅拌4min，取出被釉浆包裹的粉煤灰陶粒，倒入多孔砖内填充多孔砖，进行烘烤干燥处理，得到基层材料。
（3）选取粒径为1-1.25mm的煤矸石颗粒，清洗表面后，进行干燥处理，配置釉浆浓度为7.5wt%，按煤矸石加入釉浆的加入量为每100g釉浆加入340g煤矸石，将煤矸石颗粒与配置好的釉浆混合，搅拌4min，填入到多孔砖中，进行烘烤干燥处理，得到面层材料。
（4）在多孔砖中基层材料和面层材料填充厚度比为8:1，基层材料以及面层先后填入，经压力机在25 MPa压力下压制成透水砖坯，经干燥后放入马弗炉，以 4℃/min的速度加热到900℃保温1.5h。
本发明所述方法制备的透水砖各项性能指标为：
透水性能：4.71×10-2cm/s；
抗压强度：49.5MPa；
抗冻融性能：抗压强度损失率8.23%，质量损失率0.08%；
耐磨性：磨坑长度23.1mm。
实施例4
本发明所述透水砖基层材料所用高温粘结剂釉配方原料的重量百分比如下：煅烧高岭土16.07%，石英41.07%，硼砂8.93%，氧化锌粉末1.79%，碳酸钙粉末6.25%，碳酸钾粉末7.14%，硼酸8.04%，碳酸锶粉末10.71%。
原料重量百分比技术指标为煅烧高岭土（Al2O3：45.02%，SiO2：50.97%，CaO：0.06%，K2O：0.17%，Na2O：0.034%，Fe2O3:0.6%,其他烧失），石英、硼砂、氧化锌、碳酸钙、碳酸钾、硼酸、碳酸锶均为工业化学粉末，纯度为99wt%以上。
（1）按重量百分比煅烧高岭土16.07%，石英41.07%，硼砂8.93%，氧化锌粉末1.79%，碳酸钙粉末6.25%，碳酸钾粉末7.14%，硼酸8.04%，碳酸锶粉末10.71%，碳酸锶粉末9.92%，将原料经过球磨机均匀混合，以6℃/min的速度加热到1270℃，直接取出水淬，再经过研磨后得到釉料粉末，然后将釉料、高岭土和水混合得到釉浆；
（2）选取11-13mm的粉煤灰陶粒，配置釉浆浓度为7.2wt%，按粉煤灰陶粒加入釉浆中的加入量为每100g釉浆包覆270g陶粒加入,将陶粒放入配置好的釉浆内混合搅拌3min，取出被釉浆包裹的粉煤灰陶粒，倒入多孔砖内填充多孔砖，进行烘烤干燥处理，得到基层材料。
（3）选取粒径为1.25-2mm的煤矸石颗粒，清洗表面后，进行干燥处理，配置釉浆浓度为6.5wt%，按煤矸石加入釉浆的加入量为每100g釉浆加入370g煤矸石，将煤矸石颗粒与配置好的釉浆混合，搅拌3min，填入到多孔砖中，进行烘烤干燥处理，得到面层材料。
（4）在多孔砖中基层材料和面层材料填充厚度比为7.5:1，基层材料以及面层先后填入，经压力机在22 MPa压力下压制成透水砖坯，经干燥后放入马弗炉，以 5℃/min的速度加热到875℃保温1h。
本发明所述方法制备的透水砖各项性能指标为：
透水性能：5.16×10-2cm/s；
抗压强度：44.5MPa；
抗冻融性能：抗压强度损失率8.93%，质量损失率0.13%；
耐磨性：磨坑长度24.7mm。
实施例5
本发明所述透水砖基层材料所用高温粘结剂釉配方原料的重量百分比如下：煅烧高岭土11.76%，石英42.02%，硼砂8.40%，氧化锌粉末1.68%，碳酸钙粉末10.92%，碳酸钾粉末7.56%，硼酸7.56%，碳酸锶粉末10.08%。
原料重量百分比技术指标为煅烧高岭土（Al2O3：45.02%，SiO2：50.97%，CaO：0.06%，K2O：0.17%，Na2O：0.034%，Fe2O3:0.6%,其他烧失），石英、硼砂、氧化锌、碳酸钙、碳酸钾、硼酸、碳酸锶均为工业化学粉末，纯度为99wt%以上。
（1）按重量百分比煅烧高岭土11.76%，石英42.02%，硼砂8.40%，氧化锌粉末1.68%，碳酸钙粉末10.92%，碳酸钾粉末7.56%，硼酸7.56%，碳酸锶粉末10.08%，将原料经过球磨机均匀混合，以7℃/min的速度加热到1300℃，直接取出水淬，再经过研磨后得到釉料粉末，然后将釉料、高岭土和水混合得到釉浆；
（2）选取13-15mm的粉煤灰陶粒，配置釉浆浓度为7wt%，按粉煤灰陶粒加入釉浆中的加入量为每100g釉浆包覆300g陶粒加入,将陶粒放入配置好的釉浆内混合搅拌2min，取出被釉浆包裹的粉煤灰陶粒，倒入多孔砖内填充多孔砖，进行烘烤干燥处理，得到基层材料。
（3）选取粒径为2-4mm的煤矸石颗粒，清洗表面后，进行干燥处理，配置釉浆浓度为5wt%，按煤矸石加入釉浆的加入量为每100g釉浆加入400g煤矸石，将煤矸石颗粒与配置好的釉浆混合，搅拌2min，填入到多孔砖中，进行烘烤干燥处理，得到面层材料。
（4）在多孔砖中基层材料和面层材料填充厚度比为7:1，基层材料以及面层先后填入，经压力机在20 MPa压力下压制成透水砖坯，经干燥后放入马弗炉，以 6℃/min的速度加热到850℃保温0.5h。
本发明所述方法制备的透水砖各项性能指标为：
透水性能：5.34×10-2cm/s；
抗压强度：41.5MPa；
抗冻融性能：抗压强度损失率9.33%，质量损失率0.15%；
耐磨性：磨坑长度25.5mm。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所做的等同交换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (1)

1.一种高性能层级布料透水砖的制备方法,其特征在于包括以下步骤：
（1）按重量百分比为煅烧高岭土10.5-18.8%，石英34.2-44.3%，硼砂7.8-8.9%，氧化锌1.5-1.8%，碳酸钙6-15.5%，碳酸钾5.7%-7.7%，硼酸7.3-11.1%，碳酸锶9.38-10.71%，将原料经过球磨机均匀混合，以3-7℃/min的速度加热到1200-1300℃，直接取出水淬，再经过研磨后得到釉料粉末，然后将釉料、高岭土和水混合得到釉浆，其中釉料含量5-10wt%，高岭土含量2-5wt%，其余为水；
（2）选取粒径为8-15mm的粉煤灰陶粒，配置浓度为7-8wt%的釉浆，将粉煤灰陶粒倒入配置好的釉浆内，搅拌陶粒2-5min以让陶粒被釉浆充分包裹，取出被釉浆包裹的粉煤灰陶粒，倒入多孔砖内填充多孔砖，填充后的透水基层进行烘烤干燥处理，得到透水基层；
所述粉煤灰陶粒加入釉浆中的加入量按每100g釉浆包覆200-300g陶粒加入；
（3）将煤矸石破碎，选取粒径为0.45-4mm的碎石，清洗表面后，进行干燥处理，配置5-10wt%的釉浆，破碎后的煤矸石倒入配置好的釉浆内，搅拌煤矸石2-6min，取出被釉浆包裹的煤矸石，倒入多孔砖内填充多孔砖，填充后的透水面层材料同样进行烘烤干燥处理，得到透水面层；
所述煤矸石加入釉浆的加入量为每100g釉浆加入300-400g煤矸石；
（4）按透水面层与透水基层的按高度比为1：7-10，将透水面层放在透水基层之上，再通过压力机进行加压处理，成型压力20-30MPa，将成型后的透水砖坯以 2-6℃/min的速度加热到850-950℃保温0.5-2.5h，冷却后，得到透水砖。
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