CN109592936B - 一种无机透水砖及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无机透水砖及其制备工艺。该无机透水砖设置了透水面层和透水底层，并且透水面层采用细骨料、包覆细骨料的第一无机粘结剂与硅酸盐和/或磷酸盐类化合物、第二无机粘结剂，透水底层采用粗骨料和包覆粗骨料的第三无机粘结剂，利用第一无机粘结剂与硅酸盐和/或磷酸盐类化合物能在提高强度的同时增加骨料表面光滑程度，使得成型后的透水面层孔隙均匀、光滑，不易堵塞，提高透水砖的寿命。同时，利用第一无机粘结剂、第二无机粘结和第三无机粘结剂相配合所构成的无机体系，提高了无机透水砖的耐老化性能及抗冻融性能。

Description

一种无机透水砖及其制备工艺
技术领域
本发明属于透水建筑材料技术领域，具体涉及一种无机透水砖及其制备工艺。
背景技术
透水砖起源于荷兰，起初透水砖的砖体并不透水，砖与砖之间预留的约2mm的缝隙可以在下雨时使雨水通过砖缝渗入地下，补充水分防止地面下沉。之后这种砖缝透水技术被改进为通过砖体吸水、透水、导水来达到透水效果的透水砖，广泛应用于城市道路改造中。
随着我国海绵城市概念的兴起，同时为了缓和夏季的城市内涝危害，渗水路面及雨水收集系统再次得到重视，之后相继涌现出了各式各样的透水砖，目前市面常见的透水砖有普通碎石或河沙为骨料的多孔混凝土材料压制成型的混凝土透水砖，陶瓷原料筛分后级配后添加粘接剂高温成型的陶瓷透水砖，通过天然彩砂为骨料，改性环氧树脂胶为粘接剂压制成型的有机透水砖。
上述混凝土透水砖存在表面颗粒较大，密实程度不够，无法对雨水进行初步过滤，且易被大颗粒物堵塞，影响透水性能。同时抗冻融性能较差，通体结构虽无分层问题，冻融循环中大颗粒易脱落导致整体强度下降。而陶瓷透水砖存在成型温度过高，需要大量能源供给，对于环境不友好。树脂透水砖虽然透水性性能相对较好，但由于主要粘接剂为有机成分，耐老化性能偏弱，且为降低成本而使用无机混凝土底层的有机无机复合透水砖，面层与底层粘接不牢，冻融后导致分层等新问题出现。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题是现有混凝土透水砖存在表面颗粒较大，密实程度不够，无法对雨水进行初步过滤，且易被大颗粒物堵塞，影响透水性能，同时抗冻融性能较差，及陶瓷透水砖成本高、树脂透水砖耐老化性能偏弱与抗冻融性能较差，从而提出了一种透水性能、抗冻融性能和耐老化性能均较好、抗压抗折能力强、成本低的无机透水砖及其制备工艺。
为此，本申请采取的技术方案为，
一种无机透水砖，包括透水面层和透水底层，所述透水面层和透水底层紧密结合在一起，所述透水面层包含细骨料、包覆细骨料的第一无机粘结剂与硅酸盐和/或磷酸盐类化合物、第二无机粘结，所述透水底层包含粗骨料和包覆粗骨料的第三无机粘结剂。
进一步地，所述细骨料为粒径为20-140目的硅砂，优选为30-100目；所述粗骨料为粒径为2-20mm的石子，优选为2-13mm。
进一步地，所述第一无机粘结剂、第二无机粘结剂、第三无机粘结剂为同一种无机粘结剂。
进一步地，所述硅酸盐类无机粘接剂为硅酸钠、硅酸钾、硅酸铝、硅酸镁、硅酸钡中的至少一种；
所述磷酸盐类无机粘接剂为磷酸钠、磷酸钾、磷酸铝、磷酸镁、磷酸钡中的至少一种。
进一步地，所述第一无机粘结剂和第二无机粘结均为水泥；
进一步地，所述第一无机粘结剂、硅酸盐和/或磷酸盐类化合物、细骨料的质量比为(0.01-0.03)：(0.01-0.05)：1；
进一步地，所述第二无机粘结剂与细骨料的质量比为(0.05-0.35)：1。
进一步地，所述第三无机粘结剂为水泥，所述第三无机粘结剂与粗骨料的质量比为0.18-0.3：1。
进一步地，所述透水面层和透水底层的厚度之比为4-15：50-200。
进一步地，根据颜色需要，可加入颜料，浅色系颜色可适当选择白水泥作为粘接剂，以提高颜色亮度，所述透水面层中还加入颜料，所述颜色加入量占所述第一无机粘结剂质量的0.1-5％；颜料可为铁红、铁蓝、酞菁蓝、炭黑等。
进一步地，所述透水面层中还加入醋酸乙烯－乙烯共聚乳液或丙烯酸乳液，所述醋酸乙烯－乙烯共聚乳液加入量为每质量份所述细骨料中加入0.01-0.08质量份，优选为0.01-0.04份；所述丙烯酸乳液的加入量为每质量份所述细骨料中加入0.01-0.05质量份。
进一步地，所述透水面层中还加入增强剂，所述增强剂的加入量为每质量份所述细骨料中加入0.0003-0.001质量份；优选的增强剂为羟丙基甲基纤维素。
进一步地，所述透水面层中还加入促凝剂，所述促凝剂的加入量为每质量份所述细骨料中加入0.005-0.02质量份；优选的促凝剂为氯盐(如氯化钠、氯化钙)、硝酸盐(如硝酸钠、硝酸钙)、亚硝酸盐(如亚硝酸钠、亚硝酸钙)、碳酸盐(如碳酸钠、碳酸氢钠)中的至少一种。
此外，本发明还提供了上述无机透水砖的制备方法，包括如下步骤：
先加入水润湿所述细骨料，再向其中加入硅酸盐和/或磷酸盐类化合物与第一无机粘结剂，对所述细骨料进行覆膜，得到覆膜的细骨料；
向覆膜的细骨料中加入第二无机粘结剂进行混合，得到第一混合料；
将粗骨料和第三无机粘结剂混合，得到第二混合料；
将第一混合料与第二混合料依次进行成型和养护，得到所述无机透水砖。
进一步地，所述覆膜的温度为5-40℃；
所述成型为模压成型，所述模压成型的温度为5-40℃，压力为12-16MPa。
进一步地，所述养护在密闭环境下进行，所述养护的温度为20-50℃，时间不小于24h。优选为3天-15天。
本发明技术方案，具有如下优点：
1、本发明提供的无机透水砖，设置了透水面层和透水底层，并且透水面层采用细骨料、包覆细骨料的第一无机粘结剂与硅酸盐和/或磷酸盐类化合物、第二无机粘结剂，透水底层采用粗骨料和包覆粗骨料的第三无机粘结剂，利用第一无机粘结剂与硅酸盐和/或磷酸盐类化合物能在提高强度的同时增加骨料表面光滑程度，使得成型后的透水面层孔隙均匀、光滑，不易堵塞，提高透水砖的寿命。同时，利用第一无机粘结剂、第二无机粘结和第三无机粘结剂相配合所构成的无机体系，提高了无机透水砖的耐老化性能及抗冻融性能。
2、本发明提供的无机透水砖，细骨料采用粒径为20-140目的硅砂、粗骨料采用粒径为2-20mm的石子，两者相互配合保证透水面层致密的同时留有一定的孔隙保证透水性能，而致密的表面也提高了透水砖的抗冻融性能；通过优化第一无机粘结剂、第二无机粘结剂、硅酸盐和/或磷酸盐类化合物、细骨料的质量比以及第三无机粘结剂与粗骨料的质量比，能使各原料间相互配合，改善透水砖性能，如透水性能、耐老化性能等。
3、本发明提供的无机透水砖，通过优化透水面层和透水底层的厚度之比，此时透水砖面层耐久性及透水效果最好；利用第一无机粘结剂、第二无机粘结和第三无机粘结剂相配合所构成的无机体系，可明显提高透水砖的耐用性，同时由于同底层采用同样无机材料，既可降低成本，又可提高面层与底层的粘接强度，防止透水砖分层。
4、本发明提供的无机透水砖，在透水面层中加入醋酸乙烯-乙烯共聚乳液或丙烯酸乳液，增强了面层韧性及抗冻融性能，面层致密不易堵塞，可以对雨水进行初步过滤，过滤掉雨水里90％以上的杂质，更便于雨水回收再利用，且相比大孔隙的透水混凝土面层，由于骨料颗粒小、粘接点多，进一步增强抗冻融性能。同时可以提高颜料附着力及骨料强度。加入增强剂起到保水和增强的效果。
5、本发明提供的无机透水砖的制备方法，先得到覆膜的细骨料，通过该覆膜的细骨料来增强骨料强度、透水面层透水性能及颜色耐久性；再将第一混合料与第二混合料依次进行成型和养护，得到无机透水砖，养护过程中无需高温条件，制备方法更加节能环保。
具体实施方式
下面对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供了一种无机透水砖及其制备方法。该无机透水砖包括透水面层和透水底层，透水面层和透水底层的厚度之比为10：60，其中，该透水面层的原料如下：粒径为30-100目的硅砂1g、硅酸盐类化合物0.03g、包覆硅砂的水泥(命名为第一水泥)0.02g、炭黑0.0006g、丙烯酸乳液0.02g、水泥(命名为第二水泥)0.20g、羟丙基甲基纤维素0.001g；该硅酸盐类化合物为硅酸钠；
该透水底层的原料如下：粒径为2-13mm的石子1g、包覆石子的水泥(命名为第三水泥)0.23g；
上述无机透水砖的制备方法，包括如下步骤：
1)透水面层中骨料覆膜：选用30-100目硅砂，先加入水润湿硅砂骨料，并在其中加入第一水泥和硅酸盐类化合物，并加入颜料炭黑和丙烯酸乳液，之后，加入适量的水及减水剂，混料状态应以骨料微湿即可，骨料覆膜后放入带塑料内袋的包装袋内养护，于密闭环境下养护超过24h；
2)透水面层骨料混合：取已覆膜的透水面层骨料，先加入水润湿，并在其中加入第二水泥，并可加入的颜料以调整为最终颜色，接着加入羟丙基甲基纤维素，最后加入适量水及减水剂混制完成，得到第一混合料，待用；
3)透水底层骨料混合：将粒径为2-13mm的石子与第三水泥混合，得到第二混合料；
4)将第一混合料于25℃、14MPa下模压成型为透水面层，将第二混合料于25℃、14MPa下模压成型为透水底层，最后，将两者成型在一起，并于35℃的密闭环境下养护10天，得到无机透水砖。
实施例2
本实施例提供了一种无机透水砖及其制备方法。该无机透水砖包括透水面层和透水底层，透水面层和透水底层的厚度之比为4：50，其中，该透水面层的原料如下：粒径为20-140目的硅砂1g、硅酸盐类化合物0.01g、包覆硅砂的水泥(命名为第一水泥)0.03g、铁红0.00003g、丙烯酸乳液0.01g、水泥(命名为第二水泥)0.35g、羟丙基甲基纤维素0.0006g；该硅酸盐类化合物为硅酸钠；
该透水底层的原料如下：粒径为2-20mm的石子1g、包覆石子的水泥(命名为第三水泥)0.18g；
上述无机透水砖的制备方法，包括如下步骤：
1)透水面层中骨料覆膜：选用20-140目硅砂，先加入水润湿硅砂骨料，并在其中加入第一水泥和硅酸盐类化合物，并加入颜料铁红和丙烯酸乳液，之后，加入适量的水及减水剂，混料状态应以骨料微湿即可，骨料覆膜后放入带塑料内袋的包装袋内养护，于密闭环境下养护5天；
2)透水面层骨料混合：取已覆膜的透水面层骨料，先加入水润湿，并在其中加入第二水泥，并可加入的颜料以调整为最终颜色，接着加入羟丙基甲基纤维素，最后加入适量水及减水剂混制完成，得到第一混合料，待用；
3)透水底层骨料混合：将粒径为2-20mm的石子与第三水泥混合，得到第二混合料；
4)将第一混合料于40℃、12MPa下模压成型为透水面层，将第二混合料于5℃、16MPa下模压成型为透水底层，最后，将两者成型在一起，并于20℃的密闭环境下养护15天，得到无机透水砖。
实施例3
本实施例提供了一种无机透水砖及其制备方法。该无机透水砖包括透水面层和透水底层，透水面层和透水底层的厚度之比为15：200，其中，该透水面层的原料如下：粒径为20-140目的硅砂1g、硅酸盐类化合物0.05g、包覆硅砂的水泥(命名为第一水泥)0.01g、酞菁蓝0.0005g、丙烯酸乳液0.05g、水泥(命名为第二水泥)0.35g、羟丙基甲基纤维素0.0009g；该硅酸盐类化合物为硅酸钠；
该透水底层的原料如下：粒径为2-20mm的石子1g、包覆石子的水泥(命名为第三水泥)0.3g；
上述无机透水砖的制备方法，包括如下步骤：
1)透水面层中骨料覆膜：选用20-140目硅砂，先加入水润湿硅砂骨料，并在其中加入第一水泥和硅酸盐类化合物，并加入颜料酞菁蓝和丙烯酸乳液，之后，加入适量的水及减水剂，混料状态应以骨料微湿即可，骨料覆膜后放入带塑料内袋的包装袋内养护，于密闭环境下养护10天；
2)透水面层骨料混合：取已覆膜的透水面层骨料，先加入水润湿，并在其中加入第二水泥，并可加入的颜料以调整为最终颜色，接着加入羟丙基甲基纤维素，最后加入适量水及减水剂混制完成，得到第一混合料，待用；
3)透水底层骨料混合：将粒径为2-20mm的石子与第三水泥混合，得到第二混合料；
4)将第一混合料于40℃、16MPa下模压成型为透水面层，将第二混合料于5℃、12MPa下模压成型为透水底层，最后，将两者成型在一起，并于20℃的密闭环境下养护20天，得到无机透水砖。
实施例4
本实施例提供了一种无机透水砖及其制备方法。该无机透水砖包括透水面层和透水底层，透水面层和透水底层的厚度之比为15：50，其中，该透水面层的原料如下：粒径为30-100目的硅砂1g、磷酸盐类化合物0.02g、包覆硅砂的水泥(命名为第一水泥)0.02g、炭黑0.0006g、醋酸乙烯－乙烯共聚乳液0.03g、水泥(命名为第二水泥)0.20g、羟丙基甲基纤维素0.0007g；该磷酸盐类化合物为磷酸铝；
该透水底层的原料如下：粒径为2-13mm的石子1g、包覆石子的水泥(命名为第三水泥)0.23g；
上述无机透水砖的制备方法，包括如下步骤：
1)透水面层中骨料覆膜：选用30-100目硅砂，先加入水润湿硅砂骨料，并在其中加入第一水泥和硅酸盐类化合物，并加入颜料炭黑和醋酸乙烯－乙烯共聚乳液，之后，加入适量的水及减水剂，混料状态应以骨料微湿即可，骨料覆膜后放入带塑料内袋的包装袋内养护，于密闭环境下养护超过24h；
2)透水面层骨料混合：取已覆膜的透水面层骨料，先加入水润湿，并在其中加入第二水泥，并可加入的颜料以调整为最终颜色，接着加入羟丙基甲基纤维素，最后加入适量水及减水剂混制完成，得到第一混合料，待用；
3)透水底层骨料混合：将粒径为2-13mm的石子与第三水泥混合，得到第二混合料；
4)将第一混合料于35℃、13MPa下模压成型为透水面层，将第二混合料于10℃、15MPa下模压成型为透水底层，最后，将两者成型在一起，并于35℃的密闭环境下养护13天，得到无机透水砖。
实施例5
本实施例提供了一种无机透水砖及其制备方法。该无机透水砖包括透水面层和透水底层，透水面层和透水底层的厚度之比为12：80，其中，该透水面层的原料如下：粒径为20-140目的硅砂1g、硅酸盐类化合物0.02g和磷酸盐类化合物0.01g、促凝剂0.01g、包覆硅砂的水泥(命名为第一水泥)0.01g、丙烯酸乳液0.05g、水泥(命名为第二水泥)0.35g、羟丙基甲基纤维素0.0009g；该硅酸盐类化合物为硅酸铝，该磷酸盐类化合物为磷酸钾，该促凝剂为硝酸钙；
该透水底层的原料如下：粒径为2-20mm的石子1g、包覆石子的水泥(命名为第三水泥)0.3g；
上述无机透水砖的制备方法，包括如下步骤：
1)透水面层中骨料覆膜：选用20-140目硅砂，先加入水润湿硅砂骨料，并在其中加入第一水泥和硅酸盐类化合物，并加入丙烯酸乳液，之后，加入适量的水及减水剂，混料状态应以骨料微湿即可，骨料覆膜后放入带塑料内袋的包装袋内养护，于密闭环境下养护10天；
2)透水面层骨料混合：取已覆膜的透水面层骨料，先加入水润湿，并在其中加入第二水泥和促凝剂，接着加入羟丙基甲基纤维素，最后加入适量水及减水剂混制完成，得到第一混合料，待用；
3)透水底层骨料混合：将粒径为2-20mm的石子与第三水泥混合，得到第二混合料；
4)将第一混合料于13℃、15MPa下模压成型为透水面层，将第二混合料于34℃、13MPa下模压成型为透水底层，最后，将两者成型在一起，并于20℃的密闭环境下养护20天，得到无机透水砖。
试验例1
对上述各实施例中所制得的无机透水砖进行相应性能测试，测试标准按照JG/T376-2012和GB/T25993-2010，相应测试结果如下表1所示：
表1
Figure BDA0001851268880000111
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (13)

1.一种无机透水砖，包括透水面层和透水底层，所述透水面层和透水底层紧密结合在一起，其特征在于，所述透水面层包含细骨料、包覆细骨料的第一无机粘结剂与硅酸盐和/或磷酸盐类化合物、第二无机粘结剂，所述透水底层包含粗骨料和包覆粗骨料的第三无机粘结剂；
所述无机透水砖的制备方法，包括如下步骤：
(1)先加入水润湿所述细骨料，再向其中加入硅酸盐和/或磷酸盐类化合物与第一无机粘结剂，对所述细骨料进行覆膜，得到覆膜的细骨料；
(2)向覆膜的细骨料中加入第二无机粘结剂进行混合，得到第一混合料；
(3)将粗骨料和第三无机粘结剂混合，得到第二混合料；
将第一混合料与第二混合料依次进行成型和养护，得到所述无机透水砖；
其中，步骤(1)中，所述透水面层中还加入醋酸乙烯-乙烯共聚乳液或丙烯酸乳液。
2.根据权利要求1所述的无机透水砖，其特征在于，所述细骨料为粒径为20-140目的硅砂；所述粗骨料为粒径为2-20mm的石子。
3.根据权利要求1所述的无机透水砖，其特征在于，所述第一无机粘结剂、第二无机粘结剂、第三无机粘结剂为同一种无机粘结剂。
4.根据权利要求1所述的无机透水砖，其特征在于，所述硅酸盐类无机粘接剂为硅酸钠、硅酸钾、硅酸铝、硅酸镁、硅酸钡中的至少一种；
所述磷酸盐类无机粘接剂为磷酸钠、磷酸钾、磷酸铝、磷酸镁、磷酸钡中的至少一种。
5.根据权利要求1或2所述的无机透水砖，其特征在于，所述第一无机粘结剂和第二无机粘结均为水泥；
所述第一无机粘结剂、硅酸盐和/或磷酸盐类化合物、细骨料的质量比为(0.01-0.03)：(0.01-0.05)：1；
所述第二无机粘结剂与细骨料的质量比为(0.05-0.35)：1。
6.根据权利要求1所述的无机透水砖，其特征在于，所述第三无机粘结剂为水泥，所述第三无机粘结剂与粗骨料的质量比为0.18-0.3：1。
7.根据权利要求1所述的无机透水砖，其特征在于，所述透水面层和透水底层的厚度之比为4-15：50-200。
8.根据权利要求1所述的无机透水砖，其特征在于，所述透水面层中还加入颜料，所述颜料的加入量占所述第一无机粘结剂质量的0.1-5％。
9.根据权利要求1所述的无机透水砖，其特征在于，所述醋酸乙烯－乙烯共聚乳液加入量为每质量份所述细骨料中加入0.01-0.08质量份，所述丙烯酸乳液的加入量为每质量份所述细骨料中加入0.01-0.05质量份。
10.根据权利要求1所述的无机透水砖，其特征在于，所述透水面层中还加入增强剂，所述增强剂的加入量为每质量份所述细骨料中加入0.0003-0.001质量份。
11.根据权利要求1所述的无机透水砖，其特征在于，所述透水面层中还加入促凝剂，所述促凝剂的加入量为每质量份所述细骨料中加入0.005-0.02质量份。
12.根据权利要求1所述的无机透水砖，其特征在于，所述覆膜的温度为5-40℃；
所述成型为模压成型，所述模压成型的温度为5-40℃，压力为12-16MPa。
13.根据权利要求1所述的无机透水砖，其特征在于，所述养护在密闭环境下进行，所述养护的温度为20-50℃，时间不小于24h。
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