CN109467340A - 一种高分子复合砂基透水砖及其制备方法 - Google Patents

一种高分子复合砂基透水砖及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种高分子复合砂基透水砖，涉及建筑材料技术领域，该透水砖由透水表层和透水底层构成，透水表层包含砂子、贝壳粉、有机硅改性聚酯树脂或氢化双酚A型环氧树脂、固化剂、氧化颜料、润滑剂，透水底层包含石子、水泥、水性环氧树脂、水和减水剂，不需高温条件，在室温下，由大吨位压砖机压制而成，透水表层和透水底层的厚度比为1:5，由于加入了与砂子相应级配的贝壳粉，并采用了耐高低温、耐日光照射的原料组分，使得该高分子复合砂基透水砖较现有的混凝土透水砖、树脂透水砖具备更加优异的耐候性、耐磨性、抗压强度、抗折强度、有效透水期限和透水性，而制备成本较一般的砂基透水砖低廉，值得做进一步的推广应用。

Description

一种高分子复合砂基透水砖及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，尤其涉及一种应用于市政工程、园林广场、雨水过滤收集等领域的高分子砂基复合透水砖及其制备工艺。
背景技术
透水砖作为海绵城市建设“下渗减排”的一种重要材料，在市政工程、园林广场、雨水过滤收集等领域得到了广泛应用。透水砖的作用有：有效缓解暴雨季节的内涝顽疾，改善城市道路排水和人民居住环境，提高雨水渗透、净化和收集利用率。
目前，国内市场上的透水砖主要有烧结陶瓷透水砖、混凝土透水砖、树脂粘接砂基透水砖。烧结陶瓷透水砖表面光滑、强度高、透水效果良好，但因其缝隙比较大，容易被粉尘堵塞而缩短透水的有效限期，同时由于烧结陶瓷透水砖的制造工艺繁缛复杂，且需要消耗大量能源和宝贵的粘土资源，因此其生产和应用成本高昂。混凝土透水砖的生产成本低廉，成型过程简单，透水速率较好，但其表面粗糙、强度低，灰尘易堵塞透水孔道而不适合被广泛推广使用。树脂粘接砂基透水砖表观美观、透水好、防滑、保水性好，但传统的树脂粘接砂基透水砖耐磨度较低、耐候性差，透水性能有待进一步提高，有效透水限期也有待延长。
发明内容
为此，需要提供一种高分子复合砂基透水砖，以解决传统的树脂粘接砂基透水砖耐磨度较低、耐候性差、透水性不强和有效透水限期较短的问题。
为实现上述目的，发明人提供了一种高分子复合砂基透水砖，由透水表层和透水底层构成，所述透水表层为高分子复合面砂，包含以下重量份的原料组分：
所述透水底层包含骨料和粘结剂，所述骨料为石子，粒径为5-7目。
贝壳粉中含有大量的碳酸钙和甲壳素，将贝壳粉和砂子作为高分子复合砂基透水砖的透水表层，一是结合贝壳粉天然的多孔结构，给透水砖的透水性增加动力，二是结合贝壳粉含有的甲壳素，其化学结构和植物纤维素非常相似，都是六碳糖的多聚体，分子量都在100万以上，具有很强的吸附能力。
有机硅改性聚酯树脂属于半无机、半有机结构的高分子化合物，兼具无机材料与有机材料的性能，其介电性能在较大的温度、湿度、频率范围内保持稳定，还具有优良的耐氧化、耐辐射、耐热性和耐候特性。
氢化双酚A型环氧树脂具有耐热稳定性及耐光稳定性，采用有机硅改性聚酯树脂或氢化双酚A型环氧树脂作为透水表层砂子和贝壳粉的粘结剂，大大增强了高分子复合砂基透水砖的耐候性。
氧化颜料的加入是为了增强透水砖的美感和环境适应性需求，当需要制备绿色透水砖时，加入的氧化颜料为氧化铬颜料，当需要制备红色透水砖时，加入的氧化颜料为氧化铁颜料，等等，氧化颜料可以从市场直接购买得到。
透水底层的骨料为石子，一是由于透水底层要为透水表层提供牢固支撑的基层，二是为透水表层透下的水提供较大孔隙以便快速下渗。
进一步地，所述贝壳粉为牡蛎壳粉、蚝壳粉、蛤蚌壳粉或海螺粉中的一种或几种，粒径为70-100目。
贝壳粉是贝壳经过高温煅烧粉碎的粉末，其95％的成分是碳酸钙，以及甲壳素，还有少量氨基酸和多糖物质，可以做食品、化妆品以及室内装修的高档材料，应用于畜禽饲料及食品钙源添加剂、饰品加工、干燥剂等，较少在建筑材料上应用，但发明人发现，其优异的天然多孔结构与高分子砂基复合透水砖的其他原料组合之后，发挥出强大的表面活性，能快速地破坏透水表层上水的表面张力，加快透水速率、加大透水量。
进一步地，所述固化剂为乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、(2、3二甲基)二亚丁基三胺(TAB)、甲基环戊二胺TAC或异佛尔酮二胺与苯酚和甲醛制备的酚醛胺类产品中的一种。
上述酚醛胺类固化剂的优点在于能够在室温条件下发挥固化作用，优选的为甲基环戊二胺TAC或异佛尔酮二胺与苯酚和甲醛制备的固化剂，因为这两种产物都是脂环族胺类固化剂，它们的特点是粘度低，实用期比较长，固化物的色度、光泽优良，可以中温固化，透明性好，耐候性好，固化物的机械强度高。
进一步地，所述透水表层和透水底层的厚度比为1:5，紧密连接成一体结构。
透水表层和透水底层的厚度比为1:5可以保证透水底层对透水表层的强力支撑，且经过一体化大吨位压制成的透水砖，其机械强度和耐磨性都大大提高。
进一步地，所述润滑剂为硬脂酸、硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸钠或硬脂酸镁中的一种。
进一步地，所述砂子的粒径为40-120目。
砂子的粒径越细，透水砖透水表层就越平整，气孔率就越大，透水砖的力学性能对工艺条件比较敏感，其抗压强度、抗折强度随原料粒度的减小而增大，因此，此粒径的砂子与贝壳粉以适当的级配进行调和作为透水表层的骨料，外观平整美观、透水系数和气孔率大，耐磨性能好。
进一步地，所述粘结剂由重量配比为1:3-4的水泥和水性环氧树脂构成，所述粘结剂和骨料的重量配比为1:10-12。
进一步地，所述透水底层还包含减水剂，所述减水剂的加入量为水泥重量的0.5-2％。
发明人还提供了一种高分子复合砂基透水砖的制备方法，按以下步骤制备：
加热砂子和贝壳粉至温度达到80℃，加入有机硅改性聚酯树脂或氢化环氧树脂、固化剂、氧化颜料和润滑剂，所述固化剂为乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、(2、3二甲基)二亚丁基三胺(TAB)、甲基环戊二胺TAC或异佛尔酮二胺与苯酚和甲醛制备的酚醛胺类产品中的一种，所述润滑剂为硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸钠或硬脂酸镁中的一种，搅拌混匀，筛选、冷却，加入水性环氧树脂搅拌混匀，得到高分子复合面砂；
将水泥、减水剂、石子和水进行搅拌，预压，得到所述透水底层；
将所述高分子复合面砂加到透水底层进行震动压制，得到高分子复合砂基透水砖。
进一步地，所述砂子、贝壳粉、脂环族类环氧树脂或氢化环氧树脂、固化剂、氧化颜料、润滑剂、减水剂、水泥、石子和水按照以下重量份进行混合：
区别于现有技术，上述技术方案具有以下优点：
(1)耐候性强：采用有机硅改性聚酯树脂或氢化双酚A型环氧树脂作为粘结剂，不仅对砖体起到粘结剂的作用，而且由于有机硅改性聚酯树脂和氢化双酚A型环氧树脂优秀的耐高低温、耐日光照射的稳定特性，大大增强了高分子复合砂基透水砖的耐候性；
(2)耐磨性强：制作高分子复合砂基透水砖的原料粒度小，经高压成型后粘结剂和固化剂使骨料紧密连接在一起，使透水砖成品的耐磨性十分优良；
(3)透水性进一步增强：透水表层添加了贝壳粉与砂子作为复合骨料，在硬脂酸金属盐润滑剂的作用下，高分子复合砂基透水砖的表面活性得到大大提高，使降落到砖面水的表面张力迅速被破坏，透水速度和透水量增加；
(4)透水有效期限延长：骨料粒径小，通过破坏水的表面张力透水，有效解决传统透水材料通过孔隙透水易被灰尘堵塞的技术难题，可长期稳定起作用。
同时，形成的高分子复合砂基透水砖表面平整致密，砖体颜色可根据所需铺设地的颜色需求调整，可适应不同场所对砖体颜色的装饰需求，而且在长期的水力冲刷下，由于原料组分具有一定的杀菌除菌效果，该透水砖不易长青苔。
具体实施方式
为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例详予说明。
所有实施例中的原料均可从市场购得。
所用的仪器设备也均为从市场购买得到。
抗压强度的检验采用JG/T 376-2012《砂基透水砖》附录A抗压强度试验方法；
抗折强度的检验采用JG/T 376-2012《砂基透水砖》附录B抗折强度试验方法；
透水系数的检验采用JG/T 376-2012《砂基透水砖》附录D透水速率试验方法；
抗冻融性能的检验采用JG/T 376-2012《砂基透水砖》附录G抗冻融性试验方法；
耐磨性的检验采用GB/T 3810.6-2006《陶瓷砖试验方法第6部分无釉砖耐磨深度的测定》。
实施例一
一种高分子复合砂基透水砖，由透水表层和透水底层构成，透水表层与透水底层的厚度比为1:5，透水表层包含以下重量份的原料组分：粒径为40目含硅95％的砂子100份；粒径为70目的蚝壳粉12份；有机硅改性聚酯树脂0.3份；固化剂甲基环戊二胺TAC酚醛胺0.1份；氧化铁颜料0.03份；润滑剂硬脂酸锌1.2份；所述透水底层包含骨料、粘结剂和减水剂，所述骨料为石子，粒径等于7目，透水底层的粘结剂为水泥和水性环氧树脂以重量配比为1:3调和制得，粘结剂和石子骨料的重量配比约为1:10，所述减水剂为HSB脂肪族高分子磺化合成的羰基焦醛高效减水剂，减水剂的用量为水泥重量的0.5％。
上述高分子复合砂基透水砖的制备方法包括以下步骤：
备料：1000千克清洁、干燥、筛选后的40目含硅95％的砂子，粒径为70目的蚝壳粉120千克，有机硅改性聚酯树脂3千克，固化剂甲基环戊二胺TAC酚醛胺1千克，氧化铁颜料0.3千克，硬脂酸锌12千克，粒径粉碎为7目的石子12000千克，水泥270千克，水性环氧树脂810千克，HSB脂肪族高分子磺化合成的羰基焦醛高效减水剂1.35千克，水25千克；
制备有色面砂：将上述用量的砂子加热到80℃，加入有机硅改性聚酯树脂，搅拌30s混匀，加入甲基环戊二胺TAC酚醛胺和氧化铁颜料，搅拌30s混匀，加入硬脂酸锌，搅拌30s混匀，冷却后得到有色面砂；
制备透水底层：将上述用量的石子和水泥、水及HSB脂肪族高效减水剂高分子磺化合成的羰基焦醛，搅拌5min混匀，用压砖机进行底料石子预压；得到厚度约为5cm的透水底层；
将前面制好的有色面砂加入水性环氧树脂，搅拌30s混匀，然后并入预压制的透水底层，调节压砖机的压力为500t，进行震动压制，得到厚度约为1cm的透水表层、厚度约为5cm的透水底层一体成型的高分子复合砂基透水砖。
采用本技术方案制得的褐红色高分子复合砂基透水砖，外观平整无裂纹，在日模拟降雨量达350mm的连续半年测试下，得出以下数据：抗压强度为40mPa，抗折强度≥5.0，磨坑长度≤18mm，透水系数为3.5×10-2cm/S，抗冻融性能为分别在夏热冬暖、夏热冬冷、寒冷和严寒地区单块质量损失率均小于5％，冻后顶面缺损深度≤3mm，强度损失率小于15％，生产成本为40元/平方。
实施例二
一种高分子复合砂基透水砖，由透水表层和透水底层构成，透水表层与透水底层的厚度比为1:5，透水表层包含以下重量份的原料组分：粒径为80目含硅93％的砂子100份；粒径为100目的蛤蚌粉和牡蛎壳粉混合物15份；氢化双酚A型环氧树脂0.9份；固化剂二乙烯三胺酚醛胺0.2份；氧化铬颜料0.03份；润滑剂硬脂酸钙2.6份；所述透水底层包含骨料、粘结剂和减水剂，所述骨料为粒径等于5目的石子，透水底层的粘结剂为水泥和水性环氧树脂以重量配比为1:4调和制得，粘结剂和石子骨料的重量配比约为1:12，所述减水剂为HSB脂肪族高分子磺化合成的羰基焦醛高效减水剂，减水剂的用量为水泥重量的1.3％。
上述高分子复合砂基透水砖的制备方法包括以下步骤：
备料：1000千克清洁、干燥、筛选后的80目含硅93％的砂子，粒径为100目的蛤蚌粉和牡蛎壳粉混合粉150千克，氢化双酚A型环氧树脂9千克，固化剂二乙烯三胺酚醛胺2千克，氧化铬颜料0.3千克，硬脂酸钙26千克，粒径粉碎为5目的石子12000千克，水泥270千克，水性环氧树脂1080千克，HSB脂肪族高分子磺化合成的羰基焦醛高效减水剂3.51千克，水25千克；
制备有色面砂：将上述用量的砂子加热到80℃，加入氢化双酚A型环氧树脂，搅拌30s混匀，加入二乙烯三胺酚醛胺和氧化铬颜料，搅拌30s混匀，加入硬脂酸钙，搅拌30s混匀，冷却后得到有色面砂；
制备透水底层：将上述用量的石子和水泥、水及HSB脂肪族高分子磺化合成的羰基焦醛高效减水剂，搅拌5min混匀，用压砖机进行底料石子预压；得到厚度约为5cm的透水底层；
将前面制好的有色面砂加入水性环氧树脂，搅拌30s混匀，然后并入预压制的透水底层，调节压砖机的压力为500t，进行震动压制，得到厚度约为1cm的透水表层、厚度约为5cm的透水底层一体成型的高分子复合砂基透水砖。
采用本技术方案制得的褐红色高分子复合砂基透水砖，外观平整无裂纹，在日模拟降雨量达350mm的连续半年测试下，得出以下数据：抗压强度为55mPa，抗折强度≥8.0，磨坑长度≤15mm，透水系数为3.8×10-2cm/S，抗冻融性能为分别在夏热冬暖、夏热冬冷、寒冷和严寒地区单块质量损失率均小于4.8％，冻后顶面缺损深度≤4mm，强度损失率小于14％，生产成本为39元/平方。
实施例三
一种高分子复合砂基透水砖，由透水表层和透水底层构成，透水表层与透水底层的厚度比为1:5，透水表层包含以下重量份的原料组分：粒径为120目含硅94％的砂子100份；粒径为90目的海螺粉18份；有机硅改性聚酯树脂0.8份；固化剂(2、3二甲基)二亚丁基三胺(TAB)酚醛胺0.1份；氧化锰颜料0.03份；润滑剂硬脂酸钠4.2份；所述透水底层包含骨料、粘结剂和减水剂，所述骨料为石子，粒径等于6目，透水底层的粘结剂为水泥和水性环氧树脂以重量配比为1:3.5调和制得，粘结剂和石子骨料的重量配比约为1:12，所述减水剂为HSB脂肪族高效减水剂高分子磺化合成的羰基焦醛，减水剂的用量为水泥重量的2％。
上述高分子复合砂基透水砖的制备方法包括以下步骤：
备料：1000千克清洁、干燥、筛选后的120目含硅94％的砂子，粒径为90目的海螺粉180千克，有机硅改性聚酯树脂8千克，固化剂(2、3二甲基)二亚丁基三胺(TAB)酚醛胺1千克，氧化锰颜料0.3千克，硬脂酸钠42千克，粒径粉碎为6目的石子12000千克，水泥270千克，水性环氧树脂945千克，HSB脂肪族高效减水剂高分子磺化合成的羰基焦醛5.4千克，水30千克；
制备有色面砂：将上述用量的砂子加热到80℃，加入有机硅改性聚酯树脂，搅拌30s混匀，加入(2、3二甲基)二亚丁基三胺(TAB)酚醛胺和氧化锰颜料，搅拌30s混匀，加入硬脂酸钠，搅拌30s混匀，冷却后得到有色面砂；
制备透水底层：将上述用量的石子和水泥、水及HSB脂肪族高分子磺化合成的羰基焦醛高效减水剂，搅拌5min混匀，用压砖机进行底料石子预压；得到厚度约为5cm的透水底层；
将前面制好的有色面砂加入水性环氧树脂，搅拌30s混匀，然后并入预压制的透水底层，调节压砖机的压力为500t，进行震动压制，得到厚度约为1cm的透水表层、厚度约为5cm的透水底层一体成型的高分子复合砂基透水砖。
采用本技术方案制得的褐红色高分子复合砂基透水砖，外观平整无裂纹，在日模拟降雨量达350mm的连续半年测试下，得出以下数据：抗压强度为48mPa，抗折强度≥6.0，磨坑长度≤16mm，透水系数为3.6×10-2cm/S，抗冻融性能为分别在夏热冬暖、夏热冬冷、寒冷和严寒地区单块质量损失率均小于4.5％，冻后顶面缺损深度≤5mm，强度损失率小于15％，生产成本为40元/平方。
实施例四
一种高分子复合砂基透水砖，由透水表层和透水底层构成，透水表层与透水底层的厚度比为1:5，透水表层包含以下重量份的原料组分：粒径为90目含硅93％的砂子100份；粒径为100目的海螺粉16份；氢化双酚A型环氧树脂1.5份；固化剂异佛尔酮二胺酚醛胺0.2份；氧化铁蓝颜料0.03份；润滑剂硬脂酸镁3.5份；所述透水底层包含骨料、粘结剂和减水剂，所述骨料为石子，粒径等于5目，透水底层的粘结剂为水泥和水性环氧树脂以重量配比为1:3.1调和制得，粘结剂和石子骨料的重量配比约为1:12，所述减水剂为HSB脂肪族高分子磺化合成的羰基焦醛高效减水剂，减水剂的用量为水泥重量的0.9％。
上述高分子复合砂基透水砖的制备方法包括以下步骤：
备料：1000千克清洁、干燥、筛选后的90目含硅93％的砂子，粒径为100目的海螺粉160千克，氢化双酚A型环氧树脂15千克，固化剂异佛尔酮二胺酚醛胺2千克，氧化铁蓝颜料0.3千克，硬脂酸镁35千克，粒径粉碎为5目的石子12000千克，水泥270千克，水性环氧树脂837千克，HSB脂肪族高分子磺化合成的羰基焦醛高效减水剂2.43千克，水25千克；
制备有色面砂：将上述用量的砂子加热到80℃，加入氢化双酚A型环氧树脂，搅拌30s混匀，加入异佛尔酮二胺酚醛胺和氧化铁蓝颜料，搅拌30s混匀，加入硬脂酸镁，搅拌30s混匀，冷却后得到有色面砂；
制备透水底层：将上述用量的石子和水泥、水及HSB脂肪族高分子磺化合成的羰基焦醛高效减水剂，搅拌5min混匀，用压砖机进行底料石子预压；得到厚度约为5cm的透水底层；
将前面制好的有色面砂加入水性环氧树脂，搅拌30s混匀，然后并入预压制的透水底层，调节压砖机的压力为500t，进行震动压制，得到厚度约为1cm的透水表层、厚度约为5cm的透水底层一体成型的高分子复合砂基透水砖。
采用本技术方案制得的褐红色高分子复合砂基透水砖，外观平整无裂纹，在日模拟降雨量达350mm的连续半年测试下，得出以下数据：抗压强度为50mPa，抗折强度≥5.0，磨坑长度≤16mm，透水系数为3.4×10-2cm/S，抗冻融性能为分别在夏热冬暖、夏热冬冷、寒冷和严寒地区单块质量损失率均小于5％，冻后顶面缺损深度≤5mm，强度损失率小于16％，生产成本为41元/平方。
从上述具体实施方式得到的高分子复合砂基透水砖数据可知，本技术方案得到的高分子复合砂基透水砖在耐磨性、透水性、抗压强度、抗折强度、有效透水期限以及耐候性方面均较现有的混凝土透水砖、树脂粘接透水砖产品有了较大改进，且制备成本较一般的砂基透水砖少大约30元/平方，具备良好的推广和应用价值。
需要说明的是，尽管在本文中已经对上述各实施例进行了描述，但并非因此限制本发明的专利保护范围。因此，基于本发明的创新理念，对本文所述实施例进行的变更和修改，或利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接地将以上技术方案运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高分子复合砂基透水砖，由透水表层和透水底层构成，其特征在于：
所述透水表层为高分子复合面砂，包含以下重量份的原料组分：
所述透水底层包含骨料和粘结剂，所述骨料为石子，粒径为5-7目。
2.根据权利要求1所述的高分子复合砂基透水砖，其特征在于，所述贝壳粉为牡蛎壳粉、蚝壳粉、蛤蚌壳粉或海螺粉中的一种或几种，粒径为70-100目。
3.根据权利要求1所述的高分子复合砂基透水砖，其特征在于，所述固化剂为乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、(2、3二甲基)二亚丁基三胺(TAB)、甲基环戊二胺TAC或异佛尔酮二胺与苯酚和甲醛制备的酚醛胺类产品中的一种。
4.根据权利要求1所述的高分子复合砂基透水砖，其特征在于，所述透水表层和透水底层的厚度比为1:5，紧密连接成一体结构。
5.根据权利要求1所述的高分子复合砂基透水砖，其特征在于，所述润滑剂为硬脂酸、硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸钠或硬脂酸镁中的一种。
6.根据权利要求1-5任一项所述的高分子复合砂基透水砖，其特征在于，所述砂子的粒径为40-120目。
7.根据权利要求1所述的高分子复合砂基透水砖，其特征在于，所述粘结剂由重量配比为1:3-4的水泥和水性环氧树脂构成，所述粘结剂和骨料的重量配比为1:10-12。
8.根据权利要求1所述的高分子复合砂基透水砖，其特征在于，所述透水底层还包含减水剂，所述减水剂的加入量为水泥重量的0.5-2％。
9.一种高分子复合砂基透水砖的制备方法，其特征在于，按以下步骤制备：
加热砂子和贝壳粉至温度达到80℃，加入有机硅改性聚酯树脂或氢化环氧树脂、固化剂、氧化颜料和润滑剂，所述固化剂为乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、(2、3二甲基)二亚丁基三胺(TAB)、甲基环戊二胺TAC或异佛尔酮二胺与苯酚和甲醛制备的酚醛胺类产品中的一种，所述润滑剂为硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸钠或硬脂酸镁中的一种，搅拌混匀，筛选、冷却，加入水性环氧树脂搅拌混匀，得到高分子复合面砂；
将水泥、减水剂、石子和水进行搅拌，预压，得到所述透水底层；
将所述高分子复合面砂加到透水底层进行震动压制，得到高分子复合砂基透水砖。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述砂子、贝壳粉、脂环族类环氧树脂或氢化环氧树脂、固化剂、氧化颜料、润滑剂、减水剂、水泥、石子和水按照以下重量份进行混合：
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