CN108373317A - 透水砖及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及材料领域，具体而言，提供了一种透水砖及其制备方法和应用。该透水砖原料包括矿渣、钢渣、高岭土、氧化钙和白胶泥。该透水砖的原料都是无机材料，没有有害物质，可以应用于各种领域和环境中。同时，该透水砖的性能好，原料来源广泛，矿渣和钢渣这些产量大又极难处理的废弃物得到了充分利用，降低了透水砖的生产成本。本发明提供的上述透水砖的制备方法，将原料混合压制成坯体砖后在1250‑1350℃温度下煅烧，冷却后得到所述透水砖。该方法操作简单，对设备没有特殊要求，制备的产品成分均一，性能稳定，可以用于大规模的工业生产。

Description

透水砖及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及材料领域，具体而言，涉及一种透水砖及其制备方法和应用。
背景技术
目前，很多城市已经发生不同程度地地面沉降，其中，主要的原因是地下水开采过度，同时地面又被大面积的水泥和大理石等不透水材料封闭，导致地下水不能及时得到水源补充造成的。尤其是暴雨发生时大量的雨水不能及时地渗入地下，而是瞬间带着地面的垃圾或其他废物通过有限的排水口分流出去，这样就导致排水口极易堵塞，进而造成城市内涝。
解决上述问题的方法是在城市建设中用透水砖代替水泥和大理石这些不透水的材料，透水砖可以广泛地使用于公共建筑广场、城市道路、地铁、车站、高速公路、住宅小区、公园、艺术景观和庭院装饰等。
目前，市场上的透水砖都是二次加工的产品，即回收不合格的日用陶瓷或建筑陶瓷，粉碎成颗粒，加入水玻璃等粘接剂，混合，压制成砖，接着表面涂色并高温烧结而成。这样的透水砖一方面是在砖的表面涂色，这样操作颜色极易褪掉，影响美观和实用性，并且多为有机颜料，可能对人体和环境造成危害；另一方面，将不合格的日用陶瓷或或建筑陶瓷作为原材料的供应来源，透水砖的性能得不到保证并且产品的成分也不均一，同样也会限制透水砖的应用领域。开发一种安全，环保又价格低廉的可以代替上述水泥、大理石和二次加工透水砖的透水砖具有重要的意义。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种透水砖，以缓解现有的透水砖应用范围有限、性能不佳和容易褪色的技术问题。
本发明的第二目的在于提供上述透水砖的制备方法，以缓解现有技术中制备透水砖成本高的技术问题。
本发明的第三目的在于提供上述透水砖或利用上述透水砖的制备方法制备的透水砖在城市建设中的应用。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
本发明提供一种透水砖，按重量份数计包括以下原料：矿渣20-70份、钢渣20-70份、高岭土10-40份、氧化钙3-5份和白胶泥3-5份。
进一步地，按重量份数计包括以下原料：矿渣30-70份、钢渣30-70份、高岭土15-40份、氧化钙3-4份和白胶泥3-4份。
进一步地，按重量份数计包括以下原料：矿渣55-70份、钢渣55-70份、高岭土16-25份、氧化钙3-4份和白胶泥3-4份。
本发明提供上述的透水砖的制备方法，包括以下步骤：将原料混合压制成坯体砖后在1250-1350℃温度下煅烧，冷却后得到所述透水砖；
优选地，煅烧温度为1300-1350℃；
优选地，煅烧时间为30-48h。
进一步地，将原料加水混合经发酵后再压制成坯体砖；
优选地，所述发酵为自然发酵；
优选地，所述自然发酵的时间为40-55h。
进一步地，加水量为原料重量的3-7％。
进一步地，所述原料经独立地粉碎至0.5-5mm后，混合得到混合原料，然后所述混合原料再与水混合。
进一步地，在坯体砖的表面二次压制彩色陶瓷骨料后进行煅烧，冷却后得到透水砖。
进一步地，所述彩色陶瓷骨料的厚度为5-10mm。
本发明有提供了上述的透水砖或利用上述的制备方法得到的透水砖在城市建设中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供一种透水砖，原料包括矿渣、钢渣、高岭土、氧化钙和白胶泥。该透水砖原料都是无机材料，没有有害物质，可以应用于各种领域和环境中。同时，该透水砖的透水速率、抗压强度、抗折强度和防滑值等性能都较其他相同作用的产品有所提高，原料来源广泛，矿渣和钢渣这些产量大又极难处理的废弃物得到了充分利用，降低了透水砖的生产成本。该透水砖同时没有使用有机粘接剂，在夏天时，高温的灼烤下不会产生异味。
本发明提供的上述透水砖的制备方法，将原料混合压制成坯体砖后在1250-1350℃温度下煅烧，冷却后得到所述透水砖。该方法操作简单，对设备没有特殊要求，制备的产品成分均一，性能稳定，可以用于大规模的工业生产。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。
本发明提供一种透水砖，按重量份数计包括以下原料：矿渣20-70份、钢渣20-70份、高岭土10-40份、氧化钙3-5份和白胶泥3-5份。
矿渣是在高炉炼铁过程中的副产品。在炼铁过程中，氧化铁在高温下还原成金属铁，而铁矿石中的二氧化硅、氧化铝等杂质与石灰等反应生成以硅酸盐和硅铝酸盐为主要成分的熔融物，经过淬冷成质地疏松、多孔的粒状物，即为高炉矿渣，简称矿渣。矿渣的化学成分有CaO、SiO2、Al2O3、MgO、MnO、Fe2O3等氧化物和少量硫化物如CaS、MnS等，一般来说，CaO、SiO2和Al2O3的含量占90％以上。矿渣的化学成分与水泥的化学成分基本相同，只不过CaO含量较低，而SiO2含量偏高。另外，在CaO含量较高的碱性矿渣中还含有硅酸二钙等成分，所以矿渣本身具有微弱水硬性。矿渣按重量份数计典型但非限制性的为20份、22份、24份、26份、28份、30份、32份、34份、36份、38份、40份、42份、44份、46份、48份、50份、51份、52份、54份、56份、58份、60份、62份、64份、66份、68份或70份。
钢渣是炼钢过程中的一种副产品。它由生铁中的硅、锰、磷、硫等杂质在熔炼过程中氧化而成的各种氧化物以及这些氧化物与溶剂反应生成的盐类所组成。钢渣可以作为制造筑路材料、建筑材料或农业肥料的原材料。钢渣按重量份数计典型但非限制性的为20份、22份、24份、26份、28份、30份、32份、34份、36份、38份、40份、42份、44份、46份、48份、50份、51份、52份、54份、56份、58份、60份、62份、64份、66份、68份或70份。
高岭土是一种非金属矿产，是一种以高岭石族粘土矿物为主的粘土和粘土岩。高岭石的晶体化学式为2SiO2·Al2O3·2H2O，其理论化学组成为46.54％的SiO2，39.5％的Al2O3，13.96％的H2O。我国有五大高岭土矿产地：(1)湖南省衡阳县界牌镇高岭土，(2)茂名地区高岭土，(3)龙岩高岭土，(4)苏州阳山高岭土，(5)合浦高岭土，(6)北方煤系高岭土。高岭土具有良好的可塑性和耐火性等理化性质。高岭土用途十分广泛，主要用于造纸、陶瓷和耐火材料，其次用于涂料、橡胶填料、搪瓷釉料和白水泥原料，少量用于塑料、油漆、颜料、建材、国防等工业部门。高岭土按重量份数计典型但非限制性的为10份、12份、14份、16份、18份、20份、22份、24份、26份、28份、30份、32份、34份、36份、38份或40份。
氧化钙是一种无机化合物，它的化学式是CaO，俗名生石灰。物理性质是表面白色粉末，不纯者为灰白色，含有杂质时呈淡黄色或灰色，具有吸湿性，可用于耐火材料、建筑材料等。氧化钙按重量份数计典型但非限制性的为3份、4份或5份。
白胶泥是粘土的一种，含沙粒很少，有黏性。白胶泥的化学组成及质量百分数是SiO2占60％-65％，Al2O3占20％-26％，CaO和MgO占0.2％-0.6％，Na2O和K2O占1.2％-2.5％。白胶泥按重量份数计典型但非限制性的为3份、4份或5份。
该透水砖采用无机材料制备而成，没有有害物质，可以应用于各种领域和环境中。同时，该透水砖的透水速率、抗压强度、抗折强度和防滑值等性能都较其他相同作用的产品有所提高，原料来源广泛，矿渣和钢渣这些产量大又极难处理的废弃物得到了充分利用，降低了透水砖的生产成本。该透水砖同时没有使用有机粘接剂，在夏天时，高温的灼烤下不会产生异味。
在本发明的一个优选地实施方式中，按重量份数计包括以下原料：矿渣30-70份、钢渣30-70份、高岭土15-40份、氧化钙3-4份和白胶泥3-4份。
在本发明的一个优选地实施方式中，，按重量份数计包括以下原料：矿渣55-70份、钢渣55-70份、高岭土16-25份、氧化钙3-4份和白胶泥3-4份。
本发明提供上述透水砖的制备方法，包括以下步骤：将原料混合压制成坯体砖后在1250-1350℃温度下煅烧，冷却后得到透水砖。
煅烧是材料制备的重要工艺过程。煅烧过程直接影响煅烧致密体中晶粒尺寸和分布、气孔尺寸和分布以及晶界体积分数等微观结构。煅烧是材料在高温下的致密化过程和现象的总称。随着温度的上升和时间的延长，固体颗粒相互键联，晶粒长大，空隙(气孔)和晶界逐渐减少。在煅烧过程中，通过物质的传递，其总体积收缩，密度增加，最后成为坚硬的多晶烧结体。
该方法操作简单，对设备没有特殊要求，制备的产品成分均一，性能稳定，可以用于大规模的工业生产。煅烧温度典型但非限制性的为1250℃、1260℃、1270℃、1280℃、1290℃、1300℃、1310℃、1320℃、1330℃、1340℃或1350℃。
在本发明的一个优选地实施方式中，煅烧时间为30-48h。煅烧时间典型但非限制性的为30h、32h、34h、36h、38h、40h、42h、44h、46h或48h。
在本发明的一个优选地实施方式中，将原料加水混合经发酵后再压制成坯体砖。优选地，发酵为自然发酵。
原料加水发酵可以使各种原料更好的融合，不同物质间的相互作用更加明显，更加有利于提高煅烧的效果。自然发酵即将混合原料加水静置，不会增加多余成本。
在本发明的一个优选地实施方式中，自然发酵的时间为40-55h。
自然发酵的时间典型但非限制性的为40h、42h、44h、46h、48h、50h、52h、54h或55h。
在本发明的一个优选地实施方式中，加水量为原料重量的3-7％。
加水量为原料重量的典型但非限制的为3％、4％、5％、6％或7％。
在本发明的一个优选地实施方式中，所述原料经独立地粉碎至0.5-5mm后，混合得到混合原料，然后所述混合原料再与水混合。
由于各种原料的最初大小和形状不尽相同，将原料粉碎至相同的小粒径再混合可以实现原料间的充分接触，加水后发酵的更加充分。原料粉碎的粒径典型但非限制性的为0.5mm、1mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm、4.5mm或5mm。
在本发明的一个优选地实施方式中，在坯体砖的表面二次压制彩色陶瓷骨料后进行煅烧，冷却后得到透水砖。
彩色陶瓷骨料是一种新型的彩色路面防滑材料。它是采用高岭土、长石、石英和粘土为主要原料，外加无机高温色剂，经高温烧制而成，颜色有红、橙、黄、绿、青、蓝、紫、棕、白等多种颜色，具有防滑耐磨、环保耐腐、吸水率低、色泽鲜艳、高档美观、永不褪色、坚硬牢固、使用寿命长等特点，广泛应用于高速公路、飞机场、飞机场跑道、火车站、地铁、公交车站台、停车场、公园、广场、学校、宾馆饭店、办公楼和写字楼等的路面铺设及标识。彩色陶瓷骨料在美化城市建设中具有重要作用。
根据不同的需求，在坯体砖的表面压制所需颜色的彩色陶瓷骨料，不影响透水砖整体性能，同时美化环境，性能稳定，不易褪色。
在本发明的一个优选地实施方式中，所述彩色陶瓷骨料的厚度为5-10mm。
彩色陶瓷骨料的厚度典型但非限制性的为5mm、6mm、7mm、8mm、9mm或10mm。
本发明提供上述透水砖或利用上述的制备方法得到的透水砖在城市建设中的应用。
下面通过具体的实施例进一步说明本发明，但是，应当理解为，这些实施例仅仅是用于更详细地说明之用，而不应理解为用于以任何形式限制本发明。
实施例1
本实施例提供一种透水砖，按重量份数计包括以下原料：矿渣20份、钢渣70份、高岭土10份、氧化钙5份和白胶泥3份。
实施例2
本实施例提供一种透水砖，按重量份数计包括以下原料：矿渣70份、钢渣20份、高岭土40份、氧化钙3份和白胶泥5份。
实施例3
本实施例提供一种透水砖，按重量份数计包括以下原料：矿渣30份、钢渣70份、高岭土15份、氧化钙4份和白胶泥3份。
实施例4
本实施例提供一种透水砖，按重量份数计包括以下原料：矿渣70份、钢渣30份、高岭土40份、氧化钙3份和白胶泥4份。
实施例5
本实施例提供一种透水砖，按重量份数计包括以下原料：矿渣55份、钢渣70份、高岭土16份、氧化钙4份和白胶泥3份。
实施例6
本实施例提供一种透水砖，按重量份数计包括以下原料：矿渣70份、钢渣55份、高岭土25份、氧化钙3份和白胶泥4份。
实施例7
本实施例提供一种透水砖，按重量份数计包括以下原料：矿渣60份、钢渣55份、高岭土25份、氧化钙3份和白胶泥4份。
实施例8
本实施例提供一种透水砖的制备方法，包括以下步骤：
步骤a)：将实施例1的原料独立地粉碎至粒径为3mm，按比例混合得到混合原料；
步骤b)：在混合原料中加入5％的水混合均匀放置自然发酵48h；
步骤c)：将经过自然发酵的混合原料压制成坯体砖，再在表面二次压制厚度为8mm的陶瓷骨料，1300℃温度下煅烧39h，冷却后得到透水砖。
实施例9
本实施例提供一种透水砖的制备方法，采用实施例2的原料，具体制备步骤与实施例8相同。
实施例10
本实施例提供一种透水砖的制备方法，采用实施例3的原料，具体制备步骤与实施例8相同。
实施例11
本实施例提供一种透水砖的制备方法，采用实施例4的原料，具体制备步骤与实施例8相同。
实施例12
本实施例提供一种透水砖的制备方法，采用实施例5的原料，具体制备步骤与实施例8相同。
实施例13
本实施例提供一种透水砖的制备方法，采用实施例6的原料，具体制备步骤与实施例8相同。
实施例14
本实施例提供一种透水砖的制备方法，采用实施例7的原料，具体制备步骤与实施例8相同。
实施例15
本实施例提供一种透水砖的制备方法，包括以下步骤：
步骤a)：将实施例7的原料独立地粉碎至粒径为0.5mm，按比例混合得到混合原料；
步骤b)：在混合原料中加入7％的水混合均匀放置自然发酵40h；
步骤c)：将经过自然发酵的混合原料压制成坯体砖，再在表面二次压制厚度为5mm的陶瓷骨料，1350℃温度下煅烧30h，冷却后得到透水砖。
实施例16
本实施例提供一种透水砖的制备方法，包括以下步骤：
步骤a)：将实施例7的原料独立地粉碎至粒径为5mm，按比例混合得到混合原料；
步骤b)：在混合原料中加入3％的水混合均匀放置自然发酵55h；
步骤c)：将经过自然发酵的混合原料压制成坯体砖，再在表面二次压制厚度为10mm的陶瓷骨料，1250℃温度下煅烧48h，冷却后得到透水砖。
对比例1
本对比例提供一种透水砖，按重量份数计包括以下原料：矿渣60份、钢渣55份和高岭土25份。
对比例2
本对比例提供一种透水砖，按重量份数计包括以下原料：矿渣15份、钢渣15份、高岭土8份、氧化钙1份和白胶泥1份。
对比例3
本对比例提供一种透水砖的制备方法，其原料按重量份包括：水泥120份、碎石300份、磷石膏35份、矿渣10份、钢渣50份、河砂200份、粉煤灰50份、硅灰5份、烧结镁砂35份、偏高岭土2份、混合纤维40份、秸秆粉5份、减水剂8份、乙二胺四甲叉膦酸钠0.1份和水50份。将上述原料加水混合均匀，凝固后制得透水砖。
对比例4
本对比例提供一种透水砖的制备方法，包括以下步骤：
步骤a)：将对比例1的原料独立地粉碎至粒径为3mm，按比例混合得到混合原料；
步骤b)：在混合原料中加入5％的水混合均匀放置自然发酵48h；
步骤c)：将经过自然发酵的混合原料压制成坯体砖，再在表面二次压制厚度为8mm的陶瓷骨料，1300℃温度下煅烧39h，冷却后得到透水砖。
对比例5
本对比例提供一种透水砖的制备方法，包括以下步骤：
步骤a)：将对比例2的原料独立地粉碎至粒径为3mm，按比例混合得到混合原料；
步骤b)：在混合原料中加入5％的水混合均匀放置自然发酵48h；
步骤c)：将经过自然发酵的混合原料压制成坯体砖，再在表面二次压制厚度为8mm的陶瓷骨料，1300℃温度下煅烧39h，冷却后得到透水砖。
对比例6
本对比例提供一种透水砖的制备方法，包括以下步骤：
步骤a)：将实施例7的原料独立地粉碎至粒径为8mm，按比例混合得到混合原料；
步骤b)：在混合原料中加入10％的水混合均匀放置自然发酵35h；
步骤c)：将经过自然发酵的混合原料压制成坯体砖，再在表面二次压制厚度为3mm的陶瓷骨料，1200℃温度下煅烧20h，冷却后得到透水砖。
试验例
将实施例7-16和对比例3-6制备的透水砖进行透水速率、抗压强度、抗折强度和防滑值的测试，结果表1所示。
表1透水砖的性能测试结果
由以上结果可以看出，相较于对比例3-6，实施例7-16的透水速率、抗压强度和抗折强度都有所提高，说明本发明提供的透水砖性能好，原料组成和含量配置合理，透水砖的制备方法，科学合理。
进一步地分析可知，对比例3的抗折强度相较于其他实施例和对比例较低，说明煅烧可以提高透水砖的抗折强度，本发明提供的方法科学合理。同时对比例3的防滑值相较于其他实施例和对比例较低，说明在砖的表面压制彩色陶瓷骨料不仅可以起到美化的作用，也可以提升透水砖的性能。
更进一步的分析可知，对比例1-2和实施例7虽然用相同的方法实施例14的制备方法制备，但是整体性能实施例7提高很多，进一步说明本发明提供的透水砖性能稳定，成分均一；实施例7用实施例14和对比例6不同的制备方法制备得到透水砖，性能上实施例14好于对比例6，说明本发明提供的制备方法科学合理。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims (10)

1.一种透水砖，其特征在于，按重量份数计包括以下原料：矿渣20-70份、钢渣20-70份、高岭土10-40份、氧化钙3-5份和白胶泥3-5份。
2.根据权利要求1所述的透水砖，其特征在于，按重量份数计包括以下原料：矿渣30-70份、钢渣30-70份、高岭土15-40份、氧化钙3-4份和白胶泥3-4份。
3.根据权利要求2所述的透水砖，其特征在于，按重量份数计包括以下原料：矿渣55-70份、钢渣55-70份、高岭土16-25份、氧化钙3-4份和白胶泥3-4份。
4.如权利要求1-3任一项所述的透水砖的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将原料混合压制成坯体砖后在1250-1350℃温度下煅烧，冷却后得到所述透水砖；
优选地，煅烧温度为1300-1350℃；
优选地，煅烧时间为30-48h。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，将原料加水混合经发酵后再压制成坯体砖；
优选地，所述发酵为自然发酵；
优选地，所述自然发酵的时间为40-55h。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，加水量为原料重量的3-7％。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述原料经独立地粉碎至0.5-5mm后，混合得到混合原料，然后所述混合原料再与水混合。
8.根据权利要求4-7任一项所述的制备方法，其特征在于，在坯体砖的表面二次压制彩色陶瓷骨料后进行煅烧，冷却后得到透水砖。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述彩色陶瓷骨料的厚度为5-10mm。
10.如权利要求1-3任一项所述的透水砖或利用权利要求4-9任一项所述的制备方法得到的透水砖在城市建设中的应用。
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