CN110028334A - 一种生态调湿砖及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生态调湿砖及其制备方法，所述调湿砖中各组分质量配比为：页岩：煤渣：粘土：荞麦壳＝10:7:1:0.84‑2.9。其制备方法为将原料混合后，再和一定比例水混合后再经过制坯、干燥、烧结等系列步骤烧结制成。本发明基于红砖并混合植物纤维材料—荞麦壳烧结形成多孔结构，增加砖材内部吸水空间，提升砖材吸水量；通过毛细作用将表面水分快速引入砖材内部，提升砖材吸水速率,达到用砖材调湿的作用。另外通过在高温烧结后部分荞麦壳形成的含硅烧结物粘结在砖体内部及表面，增强砖材内部各物质间的附着能力提升砖材的硬度以及表面的耐磨度。且调湿砖原料来源广泛、制备工艺简单、成本低，具有很好的市场前景。

Description

一种生态调湿砖及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，具体是一种生态调湿砖及其制备方法。

背景技术

随着人们对居住环境舒适性要求的不断提高，不仅仅对建筑物室内温度有一个较高的要求，同时对室内的湿环境也有一定的要求。研究表明，人的皮肤临界湿度是50％，如果湿度过高人体会感到不舒服，还会引起关节炎、肩周炎、感冒等疾病。因此将湿度控制在50％-60％，对于我国绝大多数地区而言，是非常适宜的一种舒适湿度。

南方地区冬春转换季节之时，气温大起大落，导致室内外温差出现显著差异，当室内物体的温度小于或等于室外露点温度时，水汽在温度低的物体表面凝结形成结露现象，导致地面湿滑易脏影响使用。近些年，我国已开始进行与调湿材料相关的研究，大多集中在硅胶、高分子聚合物、无机矿物质以及复合材料制备出的调湿涂料上。但由于调湿机理的复杂性，导致调湿产品存在制造工艺复杂、生产成本高、吸湿容量过小、调湿速度慢等缺点。而当下采用具有调湿功能的建筑材料已成为国内外建材发展的重点之—。从在砖材的角度上看，粘土砖的价格低廉、工艺简单、设计和施工技术成熟，目前建设工程在砖材的使用上粘土红砖占主导地位。但市场上的地砖多为陶质砖，其吸水率一般小于0.5％，难以应对回南天产生的潮湿水气。现有透水砖虽然吸水率达到10％以上，但缺点是耐磨度较差，容易损坏且修理维护周期短，难以作为地砖使用。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

发明内容

本发明针对现有砖材存在的问题，提供一种生态调湿砖及其制备方法。本发明基于红砖的基础上并混合植物纤维材料—荞麦壳烧结形成多孔结构，通过毛细现象将水引入砖体，达到用砖材调湿的作用；另外通过填加廉价基材减少砖材原材料用量，相比其他调湿材料其工艺简单、成本低廉、节省材料、调湿性能优良。

为了实现以上目的，本发明采用的技术方案如下：

一种生态调湿砖，所述调湿砖中各组分质量配比为：页岩：煤渣：粘土：荞麦壳＝10:7:1:0.84-2.9。

优选的，所述调湿砖各组分质量比为＝10:7:1:0.84-2.7。

本发明所述生态调湿砖的制备方法，包括如下步骤：

(1)按照上述比例称取各原料后，用高速粉碎机粉碎荞麦壳后，冷却后过筛，得荞麦壳粉末；

(2)将页岩、煤渣、粘土和荞麦壳粉末混合均匀后，得混合料，再加水搅拌，形成粘泥状湿土；

(3)将粘泥状湿土放入模具中，压制成型后，形成砖坯，再用再用坯刀将砖坯表面抹至光滑，湿坯自然风干4-6h后再脱模，得砖坯；

(4)将砖坯放入进行干燥处理，干燥后控制砖坯水分含量为0.4-0.6％，冷却至常温，再放入高温炉中，在温度为800-900℃下烧结4-5h。

优选的，步骤(2)加水量为混合料质量的0.25-0.35倍。

优选的，步骤(2)加入的水量分三次加入，每次搅拌至容器内无成滴水珠且原料无法继续粘接后再加入剩下水量。

优选的，所述压制成型是将湿土放置到磨具体积的三分之一用10-12MPa的压力压实。

优选的，所述干燥处理是在温度为100-120℃下干燥时间3-4h。

本发明调湿的工作原理为：

在湿度较高的环境下，由于室内外温差较大，较高湿度的热空气与相对低温的地砖接触后，湿热空气中的水气达到露点温度，放热液化成水珠附着在地砖上。而生态调湿砖通过优化后形成的多孔结构，能够将回南天产生的附着在地砖表面的水珠引入地砖内部。使得回南天地砖表面也能保持相互干燥，不易形成积水。保证人们在其上能够正常的行走，不打滑。具有多孔结构的生态调湿砖也能因为充入大量导热能力低的空气，使得低温天气下，砖体内能储存部分室内热空气，地砖具有一定的保温功能。应对突然的天气回暖，室内外存在温差时，热空气与地砖接触，也不会因为过冷使水蒸气饱和达到露点温度，使其无法形成水珠。有效从源头缓解回南天潮湿水露的形成，让人们在回南天也能打开窗保持室内通风，调节室内环境。对于一定的多孔结构，其拥有巨大的比表面积，使微孔拥有强烈的吸附作用。当空气中水蒸汽的分压比微孔内部中水的饱和蒸汽压大的时候，水蒸气就会被吸附，相反就会释放到空气中，从而达到调节环境湿度的目的。

页岩其成分除粘土矿物(如高岭石、蒙脱石、水云母、拜来石等)外，还含有许多碎屑矿物(如石英、长石、云母等)和自生矿物(如铁、铝、锰的氧化物与氢氧化物等)。作为成分烧结砖时，页岩的普氏硬度系数小于4，粉碎后粒度小于2mm。塑性指数为7％-15％，干燥线收缩在3％-8％，烧成线收缩的变化范围为2％-5％，干燥敏感性系数要求的范围是0％-1.5％，烧成温度范围的要求大于50℃。原料颗粒级配符合原料成型后颗粒最紧密堆积原理。

煤渣是一类具有化学活性的硅铝质材料，其中含有大量的可燃碳，使得烧结所需温度可以适当降低，从而可减少烧砖过程中的能源消耗。另外利用其颗粒堆积与粘土粘接，增强调湿砖的抗压强度，而且对煤渣的利用既完成了废物利用再回收，还降低生产成本。

粘土作为制备调湿砖的主要原料，是颗粒非常小的可塑的硅酸铝盐。除了铝外，粘土还包含少量镁、铁、钠、钾和钙，一般由硅酸盐矿物在地球表面风化后形成。与适量的水混合后形成泥团，在外力的作用下，泥团发生变形但不开裂，外力散去后，仍能保持原有形状不变，这种性质称为可塑性。在制备调湿砖材的过程中，粘土的加入增强调湿砖坯体的强度，还增强材料之间的相互作用力，使得调湿砖易于成型，减轻坯体的碎裂程度。

荞麦壳是为蓼科荞麦属植物荞麦的果皮，含有硅元素。其主要成分是植物纤维，在高温条件下烧结大部分会挥发，砖材内部原先被荞麦壳粉末占据的空间形成微小孔洞，整体砖材内部构成致密且相互贯通的多孔结构，使砖体具有吸湿吸潮性能。另一方面在高温烧结后部分荞麦壳形成的含硅化合物与砖体内部及表面的粘土相互粘接，增强砖材内部各物质间的相互作用力，以提升砖材的硬度以及表面的耐磨度。

本发明通过添加荞麦壳高温烧结后改造红砖的内部结构，形成致密多孔结构增加砖材内部吸水空间，提升砖材吸水量；并通过毛细作用将表面水分快速引入砖材内部，提升砖材吸水速率。另外通过在高温烧结后部分荞麦壳形成的含硅烧结物粘结在砖体内部及表面，增强砖材内部各物质间的附着能力提升砖材的硬度以及表面的耐磨度。

与现有技术相比，本发明的优点及有益效果为：

本发明不仅将农业废料的再利用，而且原料充足易于获取，价格低廉，砖材容易成型，大大降低了生产成本。所烧结而成的调湿砖具备较好的吸湿吸潮性能，能同时满足吸放湿速率快、湿容量高的要求，且砖材的硬度及耐磨度良好。本发明得到的砖材能够缓解潮湿天气地砖积水湿滑等安全问题，并通过砖材吸湿调节室内湿度，防止室内墙面和地面发潮发霉，市场前景广泛。

附图说明

图1为木屑调湿砖与荞麦壳调湿砖吸水率对比折线图；

图2为木屑调湿砖与荞麦壳调湿砖磨损深度对比折线图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

本发明为了更好的说明荞麦壳砖材的吸湿、磨损深度的性能效果，通过单因子控制法控制调湿砖原材料中页岩、煤渣、粘土所占的质量份数不变的情况下，改变填加的生态基材及其所占体积含量，得到不同原料配比的实验调湿砖。

控制原料砖材基料中页岩、煤渣、粘土的质量份数分别为10、7、1不变，通过增加不同质量的木屑粉和荞麦壳粉，具体的配比如表1、表2所示。

表1:在砖材基料中添加不同比例的木屑原料

	页岩类	煤渣	粘土	木屑粉所占体积
					砖材基料	55.6％(10)	38.9％(7)	5.5％(1)	-
添加30％木屑	51.1％(10)	35.8％(7)	5.1％(1)	30％(1.6)
					添加20％木屑	52.3％(10)	36.7％(7)	5.2％(1)	20％(1)
添加10％木屑	54.3％(10)	37.9％(7)	5.4％(1)	10％(0.45)

注：括号的数字为各原料质量配比。

表2：在砖材基料中添加不同比例的荞麦壳粉原料

所述调湿砖的制备方法如下：

(1)按照上述比例称取各原料后，用高速粉碎机在转速为500r/min下粉碎荞麦壳3min后，冷却后过筛，得荞麦壳粉末；

(2)将页岩、煤渣、粘土和荞麦壳粉末混合均匀后，得混合料，再加入混合料0.25倍的水搅拌，再将所取水量平均分3次加入装有混合原料的容器中并搅拌，每次搅拌至容器内无成滴水珠且原料无法继续粘接后再加入剩下水量，最终使其整体形成具有较强粘性和塑性的粘泥状湿土；

(3)将粘泥状湿土放入尺寸为100mm×100mm×20mm的模具中，湿土每放置到摸具体积的三分之一时用表面光滑的压片以12MPa的压力将其压实，压制成型后，形成砖坯，再用再用坯刀将砖坯表面抹至光滑，湿坯自然风干5h后再脱模，得砖坯；

(4)将砖坯放入进行干燥处理，温度为105℃，干燥时间为3-4h，将砖坯水分控制在0.48％，冷却至常温，再放入高温炉中，在温度为800-900℃下烧结4-5h。

将上述烧结好的木屑调湿砖和荞麦壳调湿砖先在完全干燥下称取质量m1。再将调湿砖分别放入盛满清水的容器中浸泡30min。取出滴干后在完全饱和下称取质量m2。每块调湿砖前后质量相减得到吸水质量Δm。将吸水质量除以完全干燥质量得到每块调湿砖的吸水率。

测试方法为：将烧结好的木屑调湿砖和荞麦壳调湿砖在完全干燥下称取质量m1。再将每块调湿砖分别放置水打磨机上，调整为37R/min,打磨300次后，取下各调湿砖并称取质量m2。每块调湿砖前后质量相减得到吸水质量Δm。将另一组烧结好的木屑调湿砖和荞麦壳调湿砖用防水胶带密实粘好，放入盛满清水的容器中，通过侵泡法计算出每块调湿砖的密实体积V1。所得体积数值除以每块调湿砖在完全干燥下称取的质量m1，得到每块调湿砖的密度。所得密度除以每块调湿砖打磨前后质量相减得到吸水质量Δm，得到每块调湿砖磨损体积ΔV。所得磨损体积除以水打磨机与调湿砖摩擦的面积，得到每块调湿砖磨损深度ΔX。吸水率测试结果分别如表3、图1所示。

表3：不同调湿砖的吸水性能测试结果

从测试结果得知：随之荞麦壳粉和木屑粉的填加含量增多，与之对应的调湿砖吸水率变大。数据表明在调湿砖填加生态基材所占体积含量为10％-30％时，荞麦壳调湿砖的吸水率明显高于木屑调湿砖的吸水率。如图1根据两者吸水率折线的趋势可以推测出，荞麦壳调湿砖的吸水性能相较于木屑调湿砖处于优势地位。

调湿砖磨损深度ΔX的性能测试结果如表4、图2所示。

表4：不同调湿砖的磨损深度能测试结果

随之荞麦壳粉和木屑粉的填加含量增多，与之对应的调湿砖磨损深度变大。且数据表明在调湿砖填加生态基材所占体积含量为10％-30％时，荞麦壳调湿砖的磨损深度明显高低于木屑调湿砖的磨损深度。且木屑调湿砖磨损深度均大于普通砖的磨损深度，而荞麦壳调湿砖磨损深度部分小于普通的磨损深度，故在调湿砖原料填加上两种生态基材中最优选择为材料荞麦壳粉。

以上内容是结合具体的/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，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，其还可以对这些已描述的实施例做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种生态调湿砖，其特征在于：所述调湿砖中各组分质量配比为：页岩：煤渣：粘土：荞麦壳＝10:7:1:0.84-2.9。

2.根据权利要求1所述生态调湿砖，其特征在于：所述调湿砖各组分质量比为＝10:7:1:0.84-2.7。

3.根据权利要求1或2所述生态调湿砖的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)按照上述比例称取各原料后，用高速粉碎机粉碎荞麦壳后，冷却后过筛，得荞麦壳粉末；

(2)将页岩、煤渣、粘土和荞麦壳粉末混合均匀后，得混合料，再加水搅拌，形成粘泥状湿土；

(3)将粘泥状湿土放入模具中，压制成型后，形成砖坯，再用再用坯刀将砖坯表面抹至光滑，湿坯自然风干4-6h后再脱模，得砖坯；

(4)将砖坯放入进行干燥处理，干燥后控制砖坯水分含量为0.4-0.6％，冷却至常温，再放入高温炉中，在温度为800-900℃下烧结4-5h。

4.根据权利要求3所述生态调湿砖的制备方法，其特征在于：步骤(2)加水量为混合料质量的0.25-0.35倍。

5.根据权利要求4所述生态调湿砖的制备方法，其特征在于：步骤(2)加入的水量分三次加入，每次搅拌至容器内无成滴水珠且原料无法继续粘接后再加入剩下水量。

6.根据权利要求3所述生态调湿砖的制备方法，其特征在于：所述压制成型是将湿土放置到磨具体积的三分之一用10-12MPa的压力压实。

7.根据权利要求3所述生态调湿砖的制备方法，其特征在于：所述干燥处理是在温度为100-120℃下干燥时间3-4h。