CN110372282A - 一种道路砖及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种道路砖及其制备方法，涉及建筑材料的技术领域，按照质量份数计，包括如下组分：水泥80～100份、沙子30～40份、增强填料40～50份、减水剂3～5份、抗冻剂2～3份、引气剂1～2份、粉煤灰5～10份、白云石10～15份、水35～45份，所述增强填料按照物质的量计包括如下组分：二氧化硅1～10mol、催化剂1～3mol、助剂0.5～1mol、发泡剂2～5mol，所述增强填料中还包括烷烃气体。本发明通过提高道路砖的抗压强度，从而延长道路砖的使用寿命。

Description

一种道路砖及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料的技术领域，尤其是涉及一种道路砖及其制备方法。

背景技术

道路砖是以水泥、骨料和水为主要原料，经搅拌、高压振捣成型、养护等工艺生产的用于路面和地面工程的室外地面用砖。道路砖采用小块铺设，砖体间用细砂填充，因此具有刚性表面，柔性连接的独特功能，因其是小块铺设，中间用细砂填缝，极易拆除，施工、维修均方便。因此道路砖被广泛应用在市政道路、小区公园、停车场、港口码头等领域，正以其独特的优势逐步取代传统路面材料。

公布号为CN109437851A的中国专利公开一种陶瓷道路砖及其制备工艺，该陶瓷道路砖的原料按重量百分含量计包括：炼钢尾渣50～70％、硅尾矿10～15％、膨润土5～10％、废瓷粉10～15％、高岭土15～20％；该发明以炼钢尾渣为主要原料，添加硅尾矿、膨润土、废瓷粉、高岭土来降低钙含量，同时调整了硅铝比，降低碱金属氧化物的生成，烧制后样品外观较好，同时采用适当的工艺步骤，制得的道路砖吸水率小。

上述中的现有技术方案存在以下缺陷：虽然制得的道路砖吸水率小，回收利用了硅尾矿和炼钢尾渣，解决矿粉的环境污染问题，但是由上述原料制备的陶瓷道路砖的强度低、抗压能力差，当道路砖表面有重物经过时，容易导致道路砖断裂、残缺，损坏后的道路砖不仅影响城市风貌，并且对行人也造成不便，下雨天不小心踩到道路砖，会把泥水带起，因此需要提高道路砖的工程质量，从而延长道路砖的使用寿命。

发明内容

本发明的目的一是提供一种道路砖,通过提高道路砖的抗压强度，延长其使用寿命；本发明的目的二是提供一种道路砖的制备方法。

本发明的上述技术目的一是通过以下技术方案得以实现的：一种道路砖,按照质量份数计，包括如下组分：水泥80～100份、沙子30～40份、增强填料40～50份、减水剂3～5份、抗冻剂2～3份、引气剂1～2份、粉煤灰5～10份、白云石10～15份、水35～45份，所述增强填料按照物质的量计包括如下组分：二氧化硅1～10mol、催化剂1～3mol、助剂0.5～1mol、发泡剂2～5mol，所述增强填料中还包括烷烃气体，所述增强填料的制备方法如下：

1)配方量的二氧化硅、催化剂、助剂、发泡剂加入到管式炉中，然后通入惰性气体，排出管式炉内的空气；

2)步骤1)中管式炉内的空气排尽后，通入烷烃气体，烷烃气体的流量为100～300mL/min，通入时间为30～60min，管式炉以2～10℃/min速率升温至600～800℃，保温1～2h，自然冷却至室温后，即得增强填料。

通过采用上述技术方案，水泥与水形成水泥浆，水泥浆包裹在沙子表面填充沙子之间的间隙，水泥浆在在凝结硬化前起润滑作用，使得原料搅拌时易于施工，水泥浆硬化后使得道路砖具有一定的强度沙子的加入能够提高耐久性，减少水泥浆的发热、干缩等不良现象。加入粉煤灰、白云石能够改善原料拌合物的和易性，提高道路砖的密实性、抗渗性及耐化学腐蚀性等。

管式炉中排尽空气后，在600～800℃下，烷烃气体在催化剂的催化作用下分解生产碳纤维，生成的碳纤维以二氧化硅为载体，在二氧化硅上生长。碳纤维的碳原子以SP²杂化为主，同时六角型网格结构存在一定程度的弯曲，形成空间拓扑结构，其中可形成一定的SP³杂化键，即形成的化学键同时具有SP²与SP³混合杂化状态，由于碳纤维中的碳原子大部分采取SP²杂化，相比SP³杂化，SP²杂化中S轨道成分比较大，使得碳纤维具有高模量和高强度，因此制备的增强填料加入到道路砖原料中，能够提高道路砖的抗压强度，从而延长道路砖的使用时长。

原料中掺入的减水剂对水泥颗粒有分散作用，能改善其工作性，减少单位用水量，改善原料混合后的流动性。北方雨雪天气，道路砖容易冻胀破坏，开裂破碎，影响道路砖的正常使用，加入抗冻剂，通过减低冰点，从而提高道路砖的抗冻性能。引气剂能够在水泥浆中产生大量微细均匀分布的气泡，从而改善原料搅拌时的和易性，提高耐久度。

本发明的进一步设置为：所述催化剂为铁的氧化物，所述催化剂的制备方法为：炼钢矿渣粉碎，空气气氛下，在400～700℃下焙烧1～5h。

通过采用上述技术方案，炼钢矿渣的主要成分是CaO、SiO₂、Al₂O₃、MgO、MnO、Fe₂O₃等氧化物以及其它含铁元素的其它化合物，含铁元素的化合物在空气条件下焙烧能够形成铁的氧化物，对烷烃气体的分解成碳纤维具有促进作用，另外炼钢矿渣加入到道路砖的原料中也能够减少水泥的用量，提高制备出道路砖的力学性能，实现炼钢矿渣废物的再利用。

本发明的进一步设置为：所述烷烃气体至少包括甲烷、丙烯、乙烯中的一种。

通过采用上述技术方案，甲烷、丙烯、乙烯来源丰富，因此作为生成碳纤维的碳源。

本发明的进一步设置为：所述助剂为钼酸铵。

通过采用上述技术方案，加入钼酸铵，能够促进催化剂的分散和催化活性。

本发明的进一步设置为：所述发泡剂为碳酸或柠檬酸。

通过采用上述技术方案，碳酸或柠檬酸均能分解产生二氧化碳发泡，增强填料发泡后，比表面积增大，表面及内部存在一些微小孔隙，使得制备出的道路砖具有一定的吸水效果且吸水性不会影响道路砖的强度。

本发明的进一步设置为：所述减水剂为木质素磺酸钠。

通过采用上述技术方案，木质素磺酸钠是一种天然高分子聚合物，具有很强的分散能力，木质素磺酸钠加入到水溶液中，能够降低水的表面张力和界面张力。木质素磺酸钠存在憎水基团和亲水基团，憎水基团定向吸附于水泥颗粒的表面，亲水基团指向水溶液，组成了单分子或多分子的吸附膜，使水泥颗粒因表面相同电荷相互排斥而被分散，从颗粒间释放出多余的水分，以达到减水的目的。

本发明的进一步设置为：所述抗冻剂至少包括亚硝酸钙、乙二醇、氯化钙中的一种。

通过采用上述技术方案，亚硝酸钙、乙二醇、氯化钙均通过降低混合浆料的冰点，从而在低温下防止物料结冰。

本发明的进一步设置为：所述引气剂为烷基磺酸钠或烷基苯磺酸钠。

通过采用上述技术方案，烷基磺酸钠或烷基苯磺酸钠的掺入使混合浆料中形成大量微小的封闭状气泡，这些微气泡能够减少原料颗粒间的摩擦阻力，使混凝土拌合物的流动性增加，同时由于水分均匀分布在气泡表面，这就使能自由移动的水量减少，混合料浆的泌水量因此减少，而保水性、黏聚性相应随之提高。

本发明的上述技术目的二是通过以下技术方案得以实现的：一种道路砖的制备方法，具体包括如下步骤：

步骤1、将水泥、沙子、白云石、减水剂、引气剂混合，再加入配方量一半的水搅拌均匀，然后加入制备的增强填料搅拌均匀；

步骤2、向步骤1中继续加入抗冻剂，搅拌均匀；

步骤3、把搅拌好的混合浆料倒入三联试模中在振实台上振实，然后将三联试模的上表面刮平后，放入养护箱中养护28天，即可制得道路砖。

通过采用上述技术方案，制备工艺简单、操作方便，道路砖生产效率高。

综上所述，本发明的有益技术效果为：

1.管式炉中排尽空气后，在600～800℃下，烷烃气体在催化剂的催化作用下分解生产碳纤维，生成的碳纤维以二氧化硅为载体，在二氧化硅上生长。碳纤维的碳原子以SP2杂化为主，同时六角型网格结构存在一定程度的弯曲，形成空间拓扑结构，其中可形成一定的SP3杂化键，即形成的化学键同时具有SP2与SP3混合杂化状态，由于碳纤维中的碳原子大部分采取SP2杂化，相比SP3杂化，SP2杂化中S轨道成分比较大，使得碳纤维具有高模量和高强度，因此制备的增强填料加入到道路砖原料中，能够提高道路砖的抗压强度，从而延长道路砖的使用时长；

2.炼钢矿渣的主要成分是CaO、SiO₂、Al₂O₃、MgO、MnO、Fe₂O₃等氧化物以及其它含铁元素的其它化合物，含铁元素的化合物在空气条件下焙烧能够形成铁的氧化物，对烷烃气体的分解成碳纤维具有促进作用，另外炼钢矿渣加入到道路砖的原料中也能够减少水泥的用量，提高制备出道路砖的力学性能，实现炼钢矿渣废物的再利用；

3.烷基磺酸钠或烷基苯磺酸钠的掺入使混合浆料中形成大量微小的封闭状气泡，这些微气泡能够减少原料颗粒间的摩擦阻力，使混凝土拌合物的流动性增加，同时由于水分均匀分布在气泡表面，这就使能自由移动的水量减少，混合料浆的泌水量因此减少，而保水性、黏聚性相应随之提高。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1

表1为实施例1的一种道路砖的组分及其质量

组分	质量(kg)	组分	质量(kg)
				水泥	80	烷基磺酸钠	1
沙子	40	粉煤灰	5
				增强填料	40	白云石	10
木质素磺酸钠	5	水	35
				亚硝酸钙	2

上述增强填料的制备方法如下：

1)1mol二氧化硅、1mol催化剂、0.5mol钼酸铵、2mol碳酸加入到管式炉中，然后通入惰性气体，将管式炉内的空气排出；

2)步骤1)中管式炉内的空气排尽后，通入甲烷，甲烷的流量为100mL/min，通入时间为60min，管式炉以2℃/min速率升温至600℃，保温1h，自然冷却至室温后，即得增强填料。

其中催化剂为铁的氧化物，催化剂的制备方法为：炼钢矿渣粉碎，空气气氛下，在400℃下焙烧5h。

该道路砖的制备方法，具体包括如下步骤：

步骤1、将水泥、沙子、白云石、减水剂、引气剂混合，再加入配方量一半的水搅拌均匀，然后加入制备的增强填料搅拌均匀；

步骤2、向步骤1中继续加入抗冻剂，搅拌均匀；

步骤3、把搅拌好的混合浆料倒入三联试模中在振实台上振实，然后将三联试模的上表面刮平后，放入养护箱中养护28天，即可制得道路砖。

实施例2

表2为实施例2的一种道路砖的组分及其质量

组分	质量(kg)	组分	质量(kg)
				水泥	90	烷基苯磺酸钠	2
沙子	35	粉煤灰	7
				增强填料	45	白云石	13
木质素磺酸钠	4	水	40
				乙二醇	3

上述增强填料的制备方法如下：

1)5mol二氧化硅、2mol催化剂、1mol钼酸铵、4mol柠檬酸加入到管式炉中，然后通入惰性气体，将管式炉内的空气排出；

2)步骤1)中管式炉内的空气排尽后，通入丙烯，丙烯的流量为200mL/min，通入时间为40min，管式炉以5℃/min速率升温至700℃，保温1.5h，自然冷却至室温后，即得增强填料。

其中催化剂为铁的氧化物，催化剂的制备方法为：炼钢矿渣粉碎，空气气氛下，在600℃下焙烧3h。

该道路砖的制备方法，同实施例1。

实施例3

表3为实施例3的一种道路砖的组分及其质量

组分	质量(kg)	组分	质量(kg)
				水泥	100	氯化钙	1
沙子	30	烷基磺酸钠	1
				增强填料	50	粉煤灰	10
木质素磺酸钠	3	白云石	15
				亚硝酸钙	2	水	45

上述增强填料的制备方法如下：

1)10mol二氧化硅、3mol催化剂、0.8mol钼酸铵、5mol柠檬酸加入到管式炉中，然后通入惰性气体，将管式炉内的空气排出；

2)步骤1)中管式炉内的空气排尽后，通入丙烯和乙烯的混合气体，混合气体的流量为300mL/min，通入时间为30min，管式炉以10℃/min速率升温至800℃，保温2h，自然冷却至室温后，即得增强填料。

其中催化剂为铁的氧化物，催化剂的制备方法为：炼钢矿渣粉碎，空气气氛下，在700℃下焙烧2h。

该道路砖的制备方法，同实施例1。

实施例4

表4为实施例4的一种道路砖的组分及其质量

组分	质量(kg)	组分	质量(kg)
				水泥	85	乙二醇	1
沙子	35	烷基苯磺酸钠	2
				增强填料	48	粉煤灰	8
木质素磺酸钠	4	白云石	12
				亚硝酸钙	1	水	40

上述增强填料的制备方法为：

该道路砖的制备方法，同实施例1。

实施例5

表5为实施例5的一种道路砖的组分及其质量

组分	质量(kg)	组分	质量(kg)
				水泥	95	氯化钙	2
沙子	40	烷基苯磺酸钠	1
				增强填料	46	粉煤灰	10
木质素磺酸钠	5	白云石	15
				乙二醇	1	水	43

上述增强填料的制备方法如下：

1)8mol二氧化硅、2mol催化剂、1mol钼酸铵、5mol碳酸加入到管式炉中，然后通入惰性气体，将管式炉内的空气排出；

2)步骤1)中管式炉内的空气排尽后，通入甲烷、丙烯的混合气体，混合气体的流量为200mL/min，通入时间为60min，管式炉以5℃/min速率升温至700℃，保温2h，自然冷却至室温后，即得增强填料。

其中催化剂为铁的氧化物，催化剂的制备方法为：炼钢矿渣粉碎，空气气氛下，在600℃下焙烧3h。

该道路砖的制备方法，同实施例1。

对比例1，一种道路砖，与实施例5的区别在于不包括增强填料，其它同实施例5，该道路砖的制备方法同实施例1。

实施例1～实施例5以及对比例1制备的道路砖采用国家标准JC/T446《混凝土路面砖》进行抗折强度与抗压强度性能测试：

抗折强度：采用DKZ-5000型电动抗折试验机测定道路砖的抗折强度；

抗压强度：采用YE-30型液压式压力试验机测定道路砖的抗压强度。

表6道路砖抗折强度与抗压强度性能测试结果

根据实验结果，实施例1～实施例5制备的道路砖中加入了增强填料，而对比例1中未加入，加入增强填料的道路砖的抗折强度与抗压强度性能均优于未加入增强填料的道路砖，说明制备的增强填料能够提高道路砖的抗折和抗压强度。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，并非对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (9)

1.一种道路砖，其特征在于：按照质量份数计，包括如下组分：水泥80～100份、沙子30～40份、增强填料40～50份、减水剂3～5份、抗冻剂2～3份、引气剂1～2份、粉煤灰5～10份、白云石10～15份、水35～45份，所述增强填料按照物质的量计包括如下组分：二氧化硅1～10mol、催化剂1～3mol、助剂0.5～1mol、发泡剂2～5mol，所述增强填料中还包括烷烃气体，所述增强填料的制备方法如下：

1）配方量的二氧化硅、催化剂、助剂、发泡剂加入到管式炉中，然后通入惰性气体，排出管式炉内的空气；

2）步骤1）中管式炉内的空气排尽后，通入烷烃气体，烷烃气体的流量为100～300mL/min，通入时间为30～60min，管式炉以2～10℃/min速率升温至600～800℃，保温1～2h，自然冷却至室温后，即得增强填料。

2.根据权利要求1所述的道路砖，其特征在于：所述催化剂为铁的氧化物，所述催化剂的制备方法为：炼钢矿渣粉碎，空气气氛下，在400～700℃下焙烧1～5h。

3.根据权利要求1所述的道路砖，其特征在于：所述烷烃气体至少包括甲烷、丙烯、乙烯中的一种。

4.根据权利要求1所述的道路砖，其特征在于：所述助剂为钼酸铵。

5.根据权利要求1所述的道路砖，其特征在于：所述发泡剂为碳酸或柠檬酸。

6.根据权利要求1所述的道路砖，其特征在于：所述减水剂为木质素磺酸钠。

7.根据权利要求1所述的道路砖，其特征在于：所述抗冻剂至少包括亚硝酸钙、乙二醇、氯化钙中的一种。

8.根据权利要求1所述的道路砖，其特征在于：所述引气剂为烷基磺酸钠或烷基苯磺酸钠。

9.一种道路砖的制备方法，其特征在于：具体包括如下步骤：

步骤1、将水泥、沙子、白云石、减水剂、引气剂混合，再加入配方量一半的水搅拌均匀，然后加入制备的增强填料搅拌均匀；

步骤2、向步骤1中继续加入抗冻剂，搅拌均匀；

步骤3、把搅拌好的混合浆料倒入三联试模中在振实台上振实，然后将三联试模的上表面刮平后，放入养护箱中养护28天，即可制得道路砖。