CN109369085A - 海绵城市生态透水路面砖及其制备方法 - Google Patents

海绵城市生态透水路面砖及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种海绵城市生态透水路面砖及其制备方法，所述的透水路面砖，以重量份为单位，包括以下原料：水泥46‑82份、骨料27‑35份、砂子9‑20份、颜料2‑4份、添加剂A 3‑5份、添加剂B 4‑8份、添加剂C 2‑6份、添加剂D 5‑9份。所述的透水路面砖是经过制备基料、制备砖体、涂颜料、自然养护而制成的。本发明的透水路面砖，在原料中加入添加剂B、添加剂C、添加剂D，通过三种添加剂的协同作用，提高了路面砖的劈裂抗拉强度，其中劈裂抗拉强度平均值达到5.89MPa以上，劈裂抗拉强度单块最小值达到4.82MPa以上，均高于《透水路面砖和透水路面板》GB/T25993‑2010标准规定的要求。

Description

海绵城市生态透水路面砖及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料制备技术领域，具体涉及一种海绵城市生态透水路面砖及其制备方法。
背景技术
目前城市广场、商业街、人行道、社区活动地、停车场等的地面主要用花岗岩、大理石、釉面砖、水泥和柏油等不透水的材质铺设，不透水的地面对城市环境的危害非常大。下雨时，不透水地面完全阻止了雨水直接渗透入地，满地积水使人们的出行变得很不方便；宝贵的水资源最后随着排水管道流走，加重了城市排水设施的负担；雨水的大量流失导致地下水位难以回升，直接影响到城市植被的健康，使得城市中的地表植物难以正常生长，加重市政绿化负担；雨水的大量流失进一步加重城市的干旱、缺水问题。城镇地面大量硬化使地表降水无法入渗土地并隔绝水汽热能交换，导致城市内涝及热岛效应时有发生。
海绵砖是兼具透水性和保水性的路面砖，具有道路吸水、蓄渗和缓释作用，能有效缓解城市内涝，能有效保护和改善城市生态环境。虽然现有技术制得的透水海绵砖性能良好，但存在着劈裂抗拉强度不高，导致砖的寿命短，增加了维护成本，无法满足应用需求的问题。
发明内容
本发明提供一种海绵城市生态透水路面砖及其制备方法，以解决如何提高透水路面砖的劈裂抗拉强度，延长砖的寿命，减少维护成本，满足应用需求的问题。
为了解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种海绵城市生态透水路面砖，以重量份为单位，包括以下原料：水泥46-82份、骨料27-35份、砂子9-20份、颜料2-4份、添加剂A 3-5份、添加剂B 4-8份、添加剂C 2-6份、添加剂D 5-9份；
所述添加剂A，以重量份为单位，包括以下原料：硫酸亚铁4-10份、氯化镁6-9份、硅酸钠5-12份、多孔磷酸钙8-15份；
所述添加剂B以重量份为单位，包括以下原料：聚甘油三异硬脂酸钾8-15份、松香酸钾4-7份、乙苯醇3-8份；
所述添加剂C以重量份为单位，包括以下原料：膨润土3-8份、甲基含氢硅油2-4份；
所述添加剂D以重量份为单位，包括以下原料：PE纤维1.3-2份、聚丁烯酸2-3.2份、1-叔丁氧羰基-3-胺基环丁胺1.6-2.5份、2,2-双-(过氧化叔丁基)丙烷2.4-3.5份、月桂醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸酯二钠1-2.5份。
进一步地，所述的海绵城市生态透水路面砖，以重量份为单位，包括以下原料：水泥65份、骨料32份、砂子14份、颜料3份、添加剂A 4份、添加剂B 7份、添加剂C 5份、添加剂D8份。
进一步地，所述添加剂A，以重量份为单位，包括以下原料：硫酸亚铁8份、氯化镁7份、硅酸钠10份、多孔磷酸钙12份。
进一步地，所述添加剂B以重量份为单位，包括以下原料：聚甘油三异硬脂酸钾14份、松香酸钾6份、乙苯醇5份。
进一步地，所述添加剂C以重量份为单位，包括以下原料：膨润土6份、甲基含氢硅油3份。
进一步地，所述添加剂D以重量份为单位，包括以下原料：PE纤维1.8份、聚丁烯酸2.5份、1-叔丁氧羰基-3-胺基环丁胺2份、2,2-双-(过氧化叔丁基)丙烷3份、月桂醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸酯二钠1.6份。
进一步地，所述骨料为玄武岩石子，粒径为2.14-4.38m。
进一步地，所述砂子为珠光砂，粒径为0.24-0.61mm。
进一步地，所述颜料包括氧化铁红、氧化铁黄或氧化铁黑中的一种。
本发明还提供一种海绵城市生态透水路面砖的制备方法，包括以下步骤：
S1：将水泥、骨料、砂子加水进行混合搅拌，得到基料；
S2：将添加剂A、添加剂B、添加剂C、添加剂D加入到步骤S1制得的基料中进行混合，混合搅拌均匀后的物料经振动加压成型，脱模，制得砖体；
S3：将步骤S2制得的砖体涂上颜料，自然养护，即可得到海绵城市生态透水路面砖成品。
本发明具有以下有益效果：
（1）本发明的海绵城市生态透水路面砖，其在原料中加入添加剂B、添加剂C、添加剂D，通过三种添加剂之间的相互协同作用，整体上提高了海绵城市生态透水路面砖的劈裂抗拉强度，其中劈裂抗拉强度平均值达到5.89MPa以上，高于《透水路面砖和透水路面板》GB/T25993-2010标准规定的透水路面砖劈裂抗拉强度平均值第四等级（≥4.5MPa）的32.89%以上；劈裂抗拉强度单块最小值达到4.82MPa以上，高于《透水路面砖和透水路面板》GB/T25993-2010标准规定的透水路面砖劈裂抗拉强度单块最小值第四等级（≥3.4MPa）的41.76%以上。
（2）本发明的海绵城市生态透水路面砖具有较强的透水能力，透水系数可达到3.29×10-2cm/s以上，高于《透水路面砖和透水路面板》GB/T25993-2010标准规定的透水等级A级（≥2.0×10-2cm/s）的64.5%以上。
（3）本发明的海绵城市生态透水路面砖具有较强的过滤性能，过滤可达到国家回用水质标准，可用于绿地浇灌，道路清洁等。
（4）本发明的海绵城市生态透水路面砖制备方法简单，采用振动加压成型工艺进行制备，简化了生产步骤，节约了能耗，降低了生产成本，提高了生产效率。
（5）本发明的海绵城市生态透水路面砖可广范应用于建筑小区、广场、公园人行道、市政道路等，由于本发明的海绵城市生态透水路面砖的劈裂抗拉强度高，因此可以延长砖的寿命，减少维护成本。
【具体实施方式】
为便于更好地理解本发明，通过以下实例加以说明，这些实例属于本发明的保护范围，但不限制本发明的保护范围。
在实施例中，所述海绵城市生态透水路面砖，以重量份为单位，包括以下原料：水泥46-82份、骨料27-35份、砂子9-20份、颜料2-4份、添加剂A 3-5份、添加剂B 4-8份、添加剂C 2-6份、添加剂D 5-9份；
所述添加剂A，以重量份为单位，包括以下原料：硫酸亚铁4-10份、氯化镁6-9份、硅酸钠5-12份、多孔磷酸钙8-15份；
所述添加剂B以重量份为单位，包括以下原料：聚甘油三异硬脂酸钾8-15份、松香酸钾4-7份、乙苯醇3-8份；
所述添加剂C以重量份为单位，包括以下原料：膨润土3-8份、甲基含氢硅油2-4份；
所述添加剂D以重量份为单位，包括以下原料：PE纤维1.3-2份、聚丁烯酸2-3.2份、1-叔丁氧羰基-3-胺基环丁胺1.6-2.5份、2,2-双-(过氧化叔丁基)丙烷2.4-3.5份、月桂醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸酯二钠1-2.5份；
所述骨料为玄武岩石子，粒径为2.14-4.38m；
所述砂子为珠光砂，粒径为0.24-0.61mm；
所述颜料包括氧化铁红、氧化铁黄或氧化铁黑中的一种；
所述的海绵城市生态透水路面砖的制备方法，包括以下步骤：
S1：将水泥、骨料、砂子加水进行混合搅拌，得到基料；
S2：将添加剂A、添加剂B、添加剂C、添加剂D加入到步骤S1制得的基料中进行混合，混合搅拌均匀后的物料经振动加压成型，脱模，制得砖体；
S3：将步骤S2制得的砖体涂上颜料，自然养护，即可得到海绵城市生态透水路面砖成品。
下面通过更具体实施例对本发明进行说明。
实施例1
一种海绵城市生态透水路面砖，以重量份为单位，包括以下原料：水泥48份、骨料28份、砂子9份、颜料2份、添加剂A 3份、添加剂B 5份、添加剂C 2份、添加剂D 6份；
所述添加剂A，以重量份为单位，包括以下原料：硫酸亚铁4份、氯化镁6份、硅酸钠5份、多孔磷酸钙8份；
所述添加剂B以重量份为单位，包括以下原料：聚甘油三异硬脂酸钾8份、松香酸钾4份、乙苯醇4份；
所述添加剂C以重量份为单位，包括以下原料：膨润土3份、甲基含氢硅油2份；
所述添加剂D以重量份为单位，包括以下原料：PE纤维1.5份、聚丁烯酸2份、1-叔丁氧羰基-3-胺基环丁胺1.8份、2,2-双-(过氧化叔丁基)丙烷2.5份、月桂醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸酯二钠1份；
所述骨料为玄武岩石子，粒径为2.14-3.67m；
所述砂子为珠光砂，粒径为0.25-0.46mm；
所述颜料为氧化铁红；
所述的海绵城市生态透水路面砖的制备方法，包括以下步骤：
S1：将水泥、骨料、砂子加60份水进行混合搅拌，得到基料；
S2：将添加剂A、添加剂B、添加剂C、添加剂D加入到步骤S1制得的基料中进行混合，混合搅拌均匀后的物料经振动加压成型，成型压力为25MPa，脱模，制得砖体；
S3：将步骤S2制得的砖体涂上颜料，自然养护28天，即可得到海绵城市生态透水路面砖成品。
实施例2
一种海绵城市生态透水路面砖，以重量份为单位，包括以下原料：水泥65份、骨料32份、砂子14份、颜料3份、添加剂A 4份、添加剂B 7份、添加剂C 5份、添加剂D 8份；
所述添加剂A，以重量份为单位，包括以下原料：硫酸亚铁8份、氯化镁7份、硅酸钠10份、多孔磷酸钙12份；
所述添加剂B以重量份为单位，包括以下原料：聚甘油三异硬脂酸钾14份、松香酸钾6份、乙苯醇5份；
所述添加剂C以重量份为单位，包括以下原料：膨润土6份、甲基含氢硅油3份；
所述添加剂D以重量份为单位，包括以下原料：PE纤维1.8份、聚丁烯酸2.5份、1-叔丁氧羰基-3-胺基环丁胺2份、2,2-双-(过氧化叔丁基)丙烷3份、月桂醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸酯二钠1.6份；
所述骨料为玄武岩石子，粒径为2.78-4.16m；
所述砂子为珠光砂，粒径为0.29-0.54mm；
所述颜料为氧化铁黑；
所述的海绵城市生态透水路面砖的制备方法，包括以下步骤：
S1：将水泥、骨料、砂子加80份水进行混合搅拌，得到基料；
S2：将添加剂A、添加剂B、添加剂C、添加剂D加入到步骤S1制得的基料中进行混合，混合搅拌均匀后的物料经振动加压成型，成型压力为25MPa，脱模，制得砖体；
S3：将步骤S2制得的砖体涂上颜料，自然养护28天，即可得到海绵城市生态透水路面砖成品。
实施例3
一种海绵城市生态透水路面砖，以重量份为单位，包括以下原料：水泥80份、骨料32份、砂子20份、颜料4份、添加剂A 5份、添加剂B 7份、添加剂C 5份、添加剂D 8份；
所述添加剂A，以重量份为单位，包括以下原料：硫酸亚铁10份、氯化镁9份、硅酸钠12份、多孔磷酸钙15份；
所述添加剂B以重量份为单位，包括以下原料：聚甘油三异硬脂酸钾14份、松香酸钾7份、乙苯醇8份；
所述添加剂C以重量份为单位，包括以下原料：膨润土7份、甲基含氢硅油4份；
所述添加剂D以重量份为单位，包括以下原料：PE纤维1.8份、聚丁烯酸3份、1-叔丁氧羰基-3-胺基环丁胺2.5份、2,2-双-(过氧化叔丁基)丙烷3.5份、月桂醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸酯二钠2.5份；
所述骨料为玄武岩石子，粒径为2.96-4.38m；
所述砂子为珠光砂，粒径为0.35-0.60mm；
所述颜料为氧化铁黄；
所述的海绵城市生态透水路面砖的制备方法，包括以下步骤：
S1：将水泥、骨料、砂子加100份水进行混合搅拌，得到基料；
S2：将添加剂A、添加剂B、添加剂C、添加剂D加入到步骤S1制得的基料中进行混合，混合搅拌均匀后的物料经振动加压成型，成型压力为25MPa，脱模，制得砖体；
S3：将步骤S2制得的砖体涂上颜料，自然养护28天，即可得到海绵城市生态透水路面砖成品。
对比例1
与实施例2的制备方法基本相同，不同之处在于制备海绵城市生态透水路面砖的原料中缺少添加剂B、添加剂C、添加剂D。
对比例2
与实施例2的制备方法基本相同，不同之处在于制备海绵城市生态透水路面砖的原料中缺少添加剂B。
对比例3
与实施例2的制备方法基本相同，不同之处在于制备海绵城市生态透水路面砖的原料中缺少添加剂C。
对比例4
与实施例2的制备方法基本相同，不同之处在于制备海绵城市生态透水路面砖的原料中缺少添加剂D。
对比例5
与实施例2的制备方法基本相同，不同之处在于制备海绵城市生态透水路面砖的原料中添加剂D制备原料缺少PE纤维。
对比例6
与实施例2的制备方法基本相同，不同之处在于制备海绵城市生态透水路面砖的原料中添加剂D制备原料缺少聚丁烯酸。
对比例7
与实施例2的制备方法基本相同，不同之处在于制备海绵城市生态透水路面砖的原料中添加剂D制备原料缺少1-叔丁氧羰基-3-胺基环丁胺。
对比例8
与实施例2的制备方法基本相同，不同之处在于制备海绵城市生态透水路面砖的原料中添加剂D制备原料缺少2,2-双-(过氧化叔丁基)丙烷。
对比例9
与实施例2的制备方法基本相同，不同之处在于制备海绵城市生态透水路面砖的原料中添加剂D制备原料缺少月桂醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸酯二钠。
检测试验
对实施例1-3和对比例1-9的透水海绵砖进行性能检测试验，根据GB/T25993-2010《透水路面砖和透水路面板》的实验要求对劈裂抗拉强度和透水系数进行检测试验，检验结果如表1所示。
表1 实施例1-3和对比例1-9的透水海绵砖性能测试结果
由表1可知：（1）由实施例1-3的数据可见，本发明的海绵城市生态透水路面砖的劈裂抗拉强度平均值达到5.89MPa以上，高于《透水路面砖和透水路面板》GB/T25993-2010标准规定的透水路面砖劈裂抗拉强度平均值第四等级（≥4.5MPa）的32.89%以上；劈裂抗拉强度单块最小值达到4.82MPa以上，高于《透水路面砖和透水路面板》GB/T25993-2010标准规定的透水路面砖劈裂抗拉强度单块最小值第四等级（≥3.4MPa）的41.76%以上；透水系数可达到3.29×10-2cm/s以上，高于《透水路面砖和透水路面板》GB/T25993-2010标准规定的透水等级A级（≥2.0×10-2cm/s）的64.5%以上；另外实施例2为最优实施例。
（2）由实施例2和对比例1-4的数据可见，制备海绵城市生态透水路面砖的原料中缺少添加剂B、添加剂C、添加剂D，均影响透水海绵砖劈裂抗拉强度的提高，同时添加剂B、添加剂C、添加剂D在制备透水海绵砖中起到了协同作用，协同提高了透水海绵砖的劈裂抗拉强度，这是：
添加剂B包括以下原料：聚甘油三异硬脂酸钾、松香酸钾、乙苯醇，由三种原料直接混合而成。聚甘油三异硬脂酸钾中含有-COOH、-OH、-R，其离解常数较大，具有较强的促凝作用，从而提高海绵城市生态透水路面砖的劈裂抗拉强度。松香酸钾为阴离子表面活性剂，可作为引气剂，添加表面活性剂松香酸钾，使得聚甘油三异硬脂酸钾更好的溶解在制备海绵城市生态透水路面砖的浆料中，并释放出Na+离子，Na+离子的增加可以使颗粒表面的ζ电位减小，从而降低分子间静电斥力，提高透水海绵砖的劈裂抗拉强度。乙苯醇中含有苯环，苯环为疏水性的官能团，这些基团能够形成一定的空间位阻效应，起到较好的分散性，能够很好的提高制备海绵城市生态透水路面砖浆料的流动性；乙苯醇、聚甘油三异硬脂酸钾中含有的羟基，由于制备海绵城市生态透水路面砖的原料水泥水化后，水泥胶粒表面吸附羟基，羟基在水泥表面能够形成氢键，因此羟基对水泥具有一定的缓凝作用，从而改善海绵城市生态透水路面砖的和易性，提高劈裂抗拉强度。
添加剂C包括以下原料：膨润土、甲基含氢硅油，由两种原料直接混合而成。甲基含氢硅油利用其si-H键，通过硅氢化反应，与膨润土表面活性基团结合，可以有效的分散膨润土；另外水泥胶粒表面吸附膨润土表面的羟基，羟基在水泥表面能够形成氢键，羟基对水泥具有一定的缓凝作用，从而改善海绵城市生态透水路面砖的和易性，最终提高透水海绵砖的劈裂抗拉强度。
添加剂D包括以下原料：PE纤维、聚丁烯酸、1-叔丁氧羰基-3-胺基环丁胺、2,2-双-(过氧化叔丁基)丙烷、月桂醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸酯二钠，由五种原料直接混合而成。由实施例2和对比例4-9的数据可见，PE纤维、聚丁烯酸、1-叔丁氧羰基-3-胺基环丁胺、2,2-双-(过氧化叔丁基)丙烷、月桂醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸酯二钠在制备透水海绵砖中起到了协同作用，协同提高了透水海绵砖的劈裂抗拉强度，这是：1）PE纤维的断裂伸长低，断裂功大，具有很强的吸收能量的能力，可以将纤维掺入制备海绵城市生态透水路面砖浆料，可以使骨料间的胶结材料与纤维形成交叉的立体纤维网，提高材料的强度；另外材料中纤维的“桥联”作用，可提高海绵城市生态透水路面砖的劈裂抗拉强度；2）聚丁烯酸的相对分子量较大，具有良好的耐水耐化学性性能，可与月桂醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸酯二钠产生链式效应，得到化合物；1-叔丁氧羰基-3-胺基环丁胺可与2,2-双-(过氧化叔丁基)丙烷发生交联固化反应生成胶结材料，生成的胶结材料与聚丁烯酸、月桂醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸酯二钠发生链式效应得到的化合物粘合、固化，可有效提高海绵城市生态透水路面砖的劈裂抗拉强度。
以上内容不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (10)

1.一种海绵城市生态透水路面砖，其特征在于，以重量份为单位，包括以下原料：水泥46-82份、骨料27-35份、砂子9-20份、颜料2-4份、添加剂A 3-5份、添加剂B 4-8份、添加剂C2-6份、添加剂D 5-9份；
所述添加剂A，以重量份为单位，包括以下原料：硫酸亚铁4-10份、氯化镁6-9份、硅酸钠5-12份、多孔磷酸钙8-15份；
所述添加剂B以重量份为单位，包括以下原料：聚甘油三异硬脂酸钾8-15份、松香酸钾4-7份、乙苯醇3-8份；
所述添加剂C以重量份为单位，包括以下原料：膨润土3-8份、甲基含氢硅油2-4份；
所述添加剂D以重量份为单位，包括以下原料：PE纤维1.3-2份、聚丁烯酸2-3.2份、1-叔丁氧羰基-3-胺基环丁胺1.6-2.5份、2,2-双-(过氧化叔丁基)丙烷2.4-3.5份、月桂醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸酯二钠1-2.5份。
2.根据权利要求1所述的海绵城市生态透水路面砖，其特征在于，以重量份为单位，包括以下原料：水泥65份、骨料32份、砂子14份、颜料3份、添加剂A 4份、添加剂B 7份、添加剂C5份、添加剂D 8份。
3.根据权利要求1或2所述的海绵城市生态透水路面砖，其特征在于，所述添加剂A，以重量份为单位，包括以下原料：硫酸亚铁8份、氯化镁7份、硅酸钠10份、多孔磷酸钙12份。
4.根据权利要求1或2所述的海绵城市生态透水路面砖，其特征在于，所述添加剂B以重量份为单位，包括以下原料：聚甘油三异硬脂酸钾14份、松香酸钾6份、乙苯醇5份。
5.根据权利要求1或2所述的海绵城市生态透水路面砖，其特征在于，所述添加剂C以重量份为单位，包括以下原料：膨润土6份、甲基含氢硅油3份。
6.根据权利要求1或2所述的海绵城市生态透水路面砖，其特征在于，所述添加剂D以重量份为单位，包括以下原料：PE纤维1.8份、聚丁烯酸2.5份、1-叔丁氧羰基-3-胺基环丁胺2份、2,2-双-(过氧化叔丁基)丙烷3份、月桂醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸酯二钠1.6份。
7.根据权利要求1或2所述的海绵城市生态透水路面砖，其特征在于，所述骨料为玄武岩石子，粒径为2.14-4.38m。
8.根据权利要求1或2所述的海绵城市生态透水路面砖，其特征在于，所述砂子为珠光砂，粒径为0.24-0.61mm。
9.根据权利要求1或2所述的海绵城市生态透水路面砖，其特征在于，所述颜料包括氧化铁红、氧化铁黄或氧化铁黑中的一种。
10.一种根据权利要求1-9任一项所述的海绵城市生态透水路面砖的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将水泥、骨料、砂子加水进行混合搅拌，得到基料；
S2：将添加剂A、添加剂B、添加剂C、添加剂D加入到步骤S1制得的基料中进行混合，混合搅拌均匀后的物料经振动加压成型，脱模，制得砖体；
S3：将步骤S2制得的砖体涂上颜料，自然养护，即可得到海绵城市生态透水路面砖成品。
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