CN110396233B - 一种海绵城市生态透水路面砖及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海绵城市生态透水路面砖及其制备法，包括以下原料：废旧轮胎、聚脲粘合剂、聚氨酯粘合剂、羧酸和增塑剂。该海绵城市生态透水路面砖的抗压强度可达93.5MPa，透水率系数为4.2×10^‑2cm/s，具有蓄水透水能力强、弹性好、抗冻融性能强、耐磨损、抗腐蚀、抗剥落、易加工成型等特点，可将其用于广场、通道及路肩等区域，既实现了废旧材料的循环利用，也能够为海绵城市建设提供更好的材料保障；其制备方法简单，生产成本低，易操作实施。

Description

一种海绵城市生态透水路面砖及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料领域，具体涉及一种海绵城市生态透水路面砖及其制备法。

背景技术

随着经济发展和人民生活质量的提高，我国对生态平衡和人与自然的和谐发展提出了更高的要求，作为新型城镇化的重要内容，海绵城市建设备受关注。2015年9月29日国务院常务会议上便提出要求大力建设海绵城市，提高城镇化质量。而在10月16日，国务院办公厅发布了《关于推进海绵城市建设的指导意见》，部署推进海绵城市建设工作，为海绵城市建设指引了方向。海绵城市就是比喻城市像海绵一样，遇到有降雨时能够就地或者就近吸收、存蓄、渗透、净化雨水，补充地下水、调节水循环；在干旱缺水时有条件将蓄存的水释放出来，并加以利用，从而让水在城市中的迁移活动更加“自然”。

但由于现代道路、服务区广场、人行道等多被沥青混凝土、水泥混凝土和路面砖等封闭型路面覆盖，这种封闭型路面不能及时排水，造成路面积水，引起雨天行车漂滑、飞溅、夜间眩光等危害，给交通安全带来了严重隐患。同时，封闭型路面对生态环境造成了极大的负面影响，这种表面致密的路面加剧了来自道路交通的噪音，不利于缓解的噪音污染，并且与建筑物共同作用，加剧了热岛效应。本研究提出采用绿色、生态化的“弹性”或“柔性”设施，注重与传统的“刚性”工程设施进行有效衔接。通过“刚柔相济”，建立和完善道路的“海绵体系”。传统路面要求基层干燥，湿的基层承载力不够、会出现冻胀、翻浆等，而透水路面恰恰相反，它允许雨水渗透下去。为此如何既能够实现透水又能够满足力学性能及使用寿命成为透水路面设计的关键。

另一方面，随着我国经济的迅猛发展，对于汽车消费逐年增长，我国从2008年以来一直是全球最大的汽车市场，截止2017年年底，我国汽车保有量已经到达了2.17亿辆，庞大的汽车总量，也为社会带来了种种问题。汽车轮胎作为一种消耗品，每辆车跑到一定里程时，都会对轮胎进行一次更换，而被换下的废弃轮胎被称为“黑色污染”，大量废弃轮胎的堆积不仅占用土地面积，还和塑料袋一样会污染环境。仅2015年，全国废弃轮胎产生量就已经达到3.3亿条左右，总重约合1200万吨，并且这个数值还在以每年8％-10％的速度上涨。预计到2020年，我国废弃轮胎产生量或将达到2000万吨。有效推动废旧轮胎的再利用，在环保问题如此严峻的今天，也是一项亟待解决的重要问题。

因此，对废旧轮胎的再生利用，尤其是将其应用到透水路面施工中有着其现实性和时代性使命，对降低中国城市的建设成本、保护生态环境、节省不可再生资源、节省土地具有重要的意义。

目前，也有使用橡胶沥青作为透水路面的解决方案。但是，由于沥青本身粘结力弱、橡胶与沥青的亲和性差、以及沥青老化、水损速度快等缺陷，橡胶沥青透水路面材料容易出现剥落、变型甚至塌陷等现象，制约了透水路面以及海绵城市的建设和发展。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种海绵城市生态透水路面砖及其制备法，该海绵城市生态透水路面砖的抗压强度可达93.5MPa，透水率系数为4.2×10^-2cm/s，具有蓄水透水能力强、弹性好、抗冻融性能强、耐磨损、抗腐蚀、抗剥落、易加工成型等特点，可将其用于广场、通道及路肩等区域，既实现了废旧材料的循环利用，也能够为海绵城市建设提供更好的材料保障；其制备方法简单，生产成本低，易操作实施。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。

(一)一种海绵城市生态透水路面砖，包括以下原料：废旧轮胎、聚脲粘合剂、聚氨酯粘合剂、羧酸和增塑剂。

优选的，所述废旧轮胎的颗粒粒径为2-5mm。

优选的，所述聚脲粘合剂包含组分A和组分B，其中，所述组分A包括含异氰脲酸酯环的异氰酸酯预聚体和聚醚多元醇；所述组分B包含端氨基聚醚和芳香族二胺增链剂。

进一步优选的，所述含异氰脲酸酯环的异氰酸酯预聚体为六亚甲基二异氰酸酯三聚体、二苯基甲烷二异氰酸酯多聚体或甲苯二异氰酸酯多聚体；所述聚醚多元醇为聚氧化丙烯多元醇、聚氧化乙烯醚多元醇或聚四氢呋喃醚二醇。

进一步优选的，所述端氨基聚醚为二氨基二苯醚、聚氧丙烯二胺、聚氧乙烯二胺或聚丙二醇二胺；所述芳香族二胺增链剂为二乙基甲苯二胺、二甲硫基甲苯二胺或双仲丁氨基二苯基甲烷。

优选的，所述聚氨酯粘合剂包含多元异氰酸酯和多元羟基化合物。

进一步优选的，所述多元异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、亚苯基二异氰酸酯、甲氧基苯基二异氰酸酯或二苯基甲烷二异氰酸酯；所述多元羟基化合物为聚醚多元醇、聚酯多元醇、环氧丙烷或聚丁二醇。

优选的，所述羧酸包含脂肪酸、松香酸、妥尔油中的一种或多种。

优选的，所述增塑剂包含二乙基甲苯二胺、二亚乙基二胺、单乙醇胺、N,N-二丁基二苯胺、异佛尔酮二胺中的一种或多种。

优选的，所述原料的用量为：废旧轮胎100份、聚脲粘合剂8-12份、聚氨酯粘合剂4-8份、羧酸0.5-2份和增塑剂0.2-0.6份。

优选的，所述聚脲粘合剂中组分A和组分B的质量比为(8-12):1。

优选的，所述聚氨酯粘合剂中多元异氰酸酯和多元羟基化合物的质量比为1：(0.8-1.2)。

(二)一种海绵城市生态透水路面砖的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，对废旧轮胎进行预处理，得橡胶颗粒；

步骤2，将聚脲粘合剂、聚氨酯粘合剂、羧酸和增塑剂搅拌混合，得复合粘合剂；

步骤3，将所述橡胶颗粒和所述复合粘合剂搅拌混合均匀，倒入路面砖模具中，压制成型，即得。

优选的，步骤1中，所述预处理为：对废旧轮胎进行破碎，加入次氯酸钠溶液浸泡活化20-30分钟，晾干，即得橡胶颗粒。

进一步优选的，所述次氯酸钠溶液中次氯酸钠与水的质量比1:1000。

优选的，步骤2中，所述搅拌的转速为10-30rpm，搅拌的时间为10-20分钟。

优选的，步骤3中，所述搅拌的转速为10-30rpm，搅拌的时间为20-30分钟。

优选的，步骤3中，所述压制成型的压力为0.8-2MPa，压制成型的时间为2-8小时。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明所得的海绵城市生态透水路面砖以废旧轮胎、聚脲粘合剂、聚氨酯粘合剂为主要原料，同时添加羧酸和增塑剂作为辅料，采用振动压制制成路面透水砖或直接进行路面铺设，所得透水路面抗压强度大于35MPa，透水系数大于2.0×10^-2cm/s，透水等级为A。

(2)本发明所得的海绵城市生态透水路面砖铺筑的路面与现有橡胶沥青透水路面、混凝土透水路面等透水路面技术相比较，具有蓄水透水能力强、弹性好、抗冻融性能强、耐磨损、抗腐蚀、抗剥落、易加工成型等特点。

(3)采用废旧轮胎，实现废物的循环利用，可大幅节约工程成本，同时，可以实现海绵城市建设的目标，具有显著双重的社会效益。

(4)本发明所得的海绵城市生态透水路面砖可以节约40％的材料费用，不仅不产生生态负担，还能解决城市废旧轮胎堆放污染的生态问题；且减少约80％石料的用量，降低约30％的路面造价。

(5)充分利用废弃轮胎，减少土地的占用、避免环境污染；通过减少石料的开挖加工、使用冷固化成型高分子聚合物复合胶粘剂，由此减少能耗和二氧化碳的排放，达到环境保护的目的。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

图1为实施例1所得的海绵城市生态透水路面砖的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域的技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。

实施例1

一种海绵城市生态透水路面砖的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，废旧轮胎预处理：使用废旧轮胎破碎机将废旧轮胎破碎为粒径2-5mm的废旧轮胎颗粒物，再使用浓度为1‰的次氯酸钠(漂白粉)溶液对废旧轮胎颗粒物进行浸泡活化处理，次氯酸钠溶液的用量为浸没废旧轮胎颗粒物即可，浸泡活化20分钟后，取出晾干即得橡胶颗粒。

步骤2，制备复合粘合剂：将774g聚脲粘合剂、227g聚氨酯粘合剂、76g羧酸和38g增塑剂使用搅拌器搅拌，在室温下以20rpm的转速搅拌15分钟使其混合均匀，得复合粘合剂。

其中，聚脲粘合剂中组分A采用六亚甲基二异氰酸酯三聚体、聚氧化丙烯多元醇(可以增加弹性)，组分B采用二乙基甲苯二胺、二氨基二苯醚；组分A与组分B的质量比为10:1。聚氨酯粘合剂采用质量比为1:1的甲苯二异氰酸酯和聚醚多元醇。羧酸采用妥尔油，妥尔油中含有包括油酸、亚油酸、松香酸和脱氢松香酸的羧酸混合物。增塑剂采用N,N-二丁基二苯胺。

步骤3，制备透水路面砖：将7576g的橡胶颗粒和复合粘合剂在室温下以20rpm的转速搅拌25分钟使其混合均匀，得透水路面复合材料；将透水路面复合材料置于300mm×300mm×6mm透水路面砖模具中，在常温下以压力为1.5MPa压制成型固化6小时，即得海绵城市生态透水路面砖，其规格如表1所示。

表1海绵城市生态透水路面砖的规格

规格(mm)	单片重量(kg)	单片面积(㎡)	片数/㎡
				300×300×60	8.60	0.09	11.11

实施例2

一种海绵城市生态透水路面砖的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，废旧轮胎预处理：使用废旧轮胎破碎机将废旧轮胎破碎为粒径2-5mm的废旧轮胎颗粒物，再使用浓度为1‰的次氯酸钠(漂白粉)溶液对废旧轮胎颗粒物进行浸泡活化处理，次氯酸钠溶液的用量为浸没废旧轮胎颗粒物即可，浸泡活化25分钟后，取出晾干即得橡胶颗粒。

步骤2，制备复合粘合剂：将900g聚脲粘合剂、600g聚氨酯粘合剂、125g羧酸和40g增塑剂使用搅拌器搅拌，在室温下以30rpm的转速搅拌10分钟使其混合均匀，得复合粘合剂。

其中，聚脲粘合剂中组分A采用六亚甲基二异氰酸酯三聚体、聚氧化乙烯醚多元醇(可以增加硬度)，组分B采用双仲丁氨基二苯基甲烷、聚氧丙烯二胺；组分A与组分B的质量比为12:1。聚氨酯粘合剂采用质量比为1:0.8的二苯基甲烷二异氰酸酯和环氧丙烷。羧酸采用脂肪酸。增塑剂采用质量比为1:1的异佛尔酮二胺和单乙醇胺。

步骤3，制备透水路面砖：将10000g的橡胶颗粒和复合粘合剂在室温下以30rpm的转速搅拌20分钟使其混合均匀，得透水路面复合材料；将透水路面复合材料置于300mm×300mm×6mm透水路面砖模具中，在常温下以压力为1.5MPa压制成型固化4小时，即得海绵城市生态透水路面砖。

实施例3

一种海绵城市生态透水路面砖的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，废旧轮胎预处理：使用废旧轮胎破碎机将废旧轮胎破碎为粒径2-5mm的废旧轮胎颗粒物，再使用浓度为1‰的次氯酸钠(漂白粉)溶液对废旧轮胎颗粒物进行浸泡活化处理，次氯酸钠溶液的用量为浸没废旧轮胎颗粒物即可，浸泡活化30分钟后，取出晾干即得橡胶颗粒。

步骤2，制备复合粘合剂：将800g聚脲粘合剂、400g聚氨酯粘合剂、50g羧酸和20g增塑剂使用搅拌器搅拌，在室温下以20rpm的转速搅拌15分钟使其混合均匀，得复合粘合剂。

其中，聚脲粘合剂中组分A采用甲苯二异氰酸酯多聚体、聚四氢呋喃醚二醇，组分B采用双仲丁氨基二苯基甲烷、聚氧乙烯二胺；组分A与组分B的质量比为8:1。聚氨酯粘合剂采用质量比为1:1.2的甲氧基苯基二异氰酸酯和环氧丙烷。羧酸采用松香酸。增塑剂采用二亚乙基二胺。

步骤3，制备透水路面砖：将10000g的橡胶颗粒和复合粘合剂在室温下以20rpm的转速搅拌25分钟使其混合均匀，得透水路面复合材料；将透水路面复合材料置于300mm×300mm×6mm透水路面砖模具中，在常温下以压力为0.8MPa压制成型固化8小时，即得海绵城市生态透水路面砖。

实施例4

一种海绵城市生态透水路面砖的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，废旧轮胎预处理：使用废旧轮胎破碎机将废旧轮胎破碎为粒径2-5mm的废旧轮胎颗粒物，再使用浓度为1‰的次氯酸钠(漂白粉)溶液对废旧轮胎颗粒物进行浸泡活化处理，次氯酸钠溶液的用量为浸没废旧轮胎颗粒物即可，浸泡活化25分钟后，取出晾干即得橡胶颗粒。

步骤2，制备复合粘合剂：将1200g聚脲粘合剂、800g聚氨酯粘合剂、200g羧酸和60g增塑剂使用搅拌器搅拌，在室温下以10rpm的转速搅拌20分钟使其混合均匀，得复合粘合剂。

其中，聚脲粘合剂中组分A采用二苯基甲烷二异氰酸酯多聚体、聚四氢呋喃醚二醇，组分B采用二甲硫基甲苯二胺、聚丙二醇二胺；组分A与组分B的质量比为10:1。聚氨酯粘合剂采用质量比为1:1的亚苯基二异氰酸酯和聚酯多元醇。羧酸采用松香酸。增塑剂采用二乙基甲苯二胺。

步骤3，制备透水路面砖：将10000g的橡胶颗粒和复合粘合剂在室温下以10rpm的转速搅拌30分钟使其混合均匀，得透水路面复合材料；将透水路面复合材料置于300mm×300mm×6mm透水路面砖模具中，在常温下以压力为2MPa压制成型固化2小时，即得海绵城市生态透水路面砖。

以上实施例中，步骤3中，可将所得的透水路面复合材料作为表层直接铺设在基层处理好的路面上，通过压路机压制成型，路面固化时间为2-24小时。

本申请中，采用浓度为1‰的次氯酸钠溶液对废旧轮胎进行活化处理，次氯酸钠溶液的浓度不宜过高，会引起老化反应。

复合粘合剂中以聚脲粘合剂和聚氨酯粘合剂为主料，以羧酸和增塑剂为辅料。其中，单独使用聚脲粘合剂会导致弹性过大、路面硬度不够等缺点，而单独使用聚氨酯粘合剂又会导致脆性大，抗折弯性差等缺陷。本申请中采用聚脲粘合剂和聚氨酯粘合剂复合的方式可以克服各自的缺陷，能够满足透水路面铺装要求。羧酸可以显著得提高橡胶颗粒的粘结强度。增塑剂(增链剂)可以通过改变添加量调节透水路面复合材料的弹性和硬度。

根据CJJT 188-2012《透水砖路面技术规程》标准中关于“小区道路(支路)广场、停车场”的设计要求，对实施例1所得的海绵城市生态透水路面砖进行抗压强度、抗折强度、透水率系数、抗冻性、耐磨度以及防滑性等性能测试，测试结果如表2所示：

表2海绵城市生态透水路面砖的性能测试结果

由表2可知，实施例1所得的海绵城市生态透水路面砖的各项性能指标远高于CJJT188-2012《透水砖路面技术规程》标准中关于“小区道路(支路)广场、停车场”的设计要求，表明本发明所得的海绵城市生态透水路面砖抗压强度高、透水性能佳、且绿色环保，适于大规模生产。

虽然，本说明书中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (6)

1.一种海绵城市生态透水路面砖，其特征在于，包括以下原料：废旧轮胎、聚脲粘合剂、聚氨酯粘合剂、羧酸和增塑剂；

所述废旧轮胎的颗粒粒径为2-5mm；

所述聚脲粘合剂包含组分A和组分B，其中，所述组分A包括含异氰脲酸酯环的异氰酸酯预聚体和聚醚多元醇；所述组分B包含端氨基聚醚和芳香族二胺增链剂；

所述原料的用量为：废旧轮胎100份、聚脲粘合剂8-12份、聚氨酯粘合剂4-8份、羧酸0.5-2份和增塑剂0.2-0.6份；

所述海绵城市生态透水路面砖的制备方法如下：

步骤1，对废旧轮胎进行预处理，得橡胶颗粒；步骤1中，所述预处理为：对废旧轮胎进行破碎，加入次氯酸钠溶液浸泡活化20-30分钟，晾干，即得橡胶颗粒；

步骤2，将聚脲粘合剂、聚氨酯粘合剂、羧酸和增塑剂搅拌混合，得复合粘合剂；

步骤3，将所述橡胶颗粒和所述复合粘合剂搅拌混合均匀，倒入路面砖模具中，压制成型，即得。

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，所述含异氰脲酸酯环的异氰酸酯预聚体为六亚甲基二异氰酸酯三聚体、二苯基甲烷二异氰酸酯多聚体或甲苯二异氰酸酯多聚体；所述聚醚多元醇为聚氧化丙烯多元醇、聚氧化乙烯醚多元醇或聚四氢呋喃醚二醇。

3.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，所述端氨基聚醚为二氨基二苯醚、聚氧丙烯二胺、聚氧乙烯二胺或聚丙二醇二胺；所述芳香族二胺增链剂为二乙基甲苯二胺、二甲硫基甲苯二胺或双仲丁氨基二苯基甲烷。

4.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，所述聚氨酯粘合剂包含多元异氰酸酯和多元羟基化合物；其中，所述多元异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、亚苯基二异氰酸酯、甲氧基苯基二异氰酸酯或二苯基甲烷二异氰酸酯；所述多元羟基化合物为聚醚多元醇、聚酯多元醇、环氧丙烷或聚丁二醇。

5.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，所述羧酸包含脂肪酸、松香酸、妥尔油中的一种或多种；所述增塑剂包含二乙基甲苯二胺、二亚乙基二胺、单乙醇胺、N,N-二丁基二苯胺、异佛尔酮二胺中的一种或多种。

6.一种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：

步骤1，对废旧轮胎进行预处理，得橡胶颗粒；步骤1中，所述预处理为：对废旧轮胎进行破碎，加入次氯酸钠溶液浸泡活化20-30分钟，晾干，即得橡胶颗粒；

步骤2，将聚脲粘合剂、聚氨酯粘合剂、羧酸和增塑剂搅拌混合，得复合粘合剂；

步骤3，将所述橡胶颗粒和所述复合粘合剂搅拌混合均匀，倒入路面砖模具中，压制成型，即得。

Images