CN110510996B - 一种陶瓷基高透水砖和高透水路面系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种陶瓷基高透水砖和高透水路面系统及方法，所述的瓷基高透水砖是由陶瓷废料、硼玻璃废料、赤泥、长石粉、黏土、羧甲基纤维素和水混合、成型和烧结而成。所述高透水路面系统包括基层、透水底层和透水面层；透水底层是由间隔设置的高透水砖与透水混凝土铺设而成；透水面层是由普通陶瓷透水砖铺设而成。本发明铺设透水路面系统时，先在普通陶瓷透水砖下面铺筑一层由陶瓷基高透水砖和填注透水混凝土并排组成的透水底层，陶瓷基高透水砖在填注透水混凝土作用下形成一个稳定的透水底层，然后在透水底层上面铺设普通陶瓷透水砖，不但克服了现有采用碎石作为底层基础不稳定的缺陷，而且保证透水路面的渗水、蓄水、排水和集水功能。

Description

一种陶瓷基高透水砖和高透水路面系统及方法
技术领域
本发明涉及交通道路工程材料领域，尤其是一种陶瓷基高透水砖及其用高透水砖铺筑的透水路面系统。
背景技术
我国是一个水资源严重缺乏的国家，利用城市雨水资源，并采取有效措施提高雨水利用能力和效率，是解决城市水资源紧缺的重要途径。2012年4月召开的“低碳城市区域发展科技论坛”上，提出了发展“海绵城市”的理念，其内容是城市能够像海绵那样利用对水资源的合理运用来适应新形势下天气的变化，甚至利用城市本身来应对大自然的灾害的来临，具备吸收水、储蓄水、渗透水、净化水、排放水的作用，雨水可以通过吸收、调蓄、下渗等方式积累起来，等待需要时再将存蓄的水“释放”出来。
海绵城市的关键技术是路面透水系统的设计。目前，常用的路面结构有沥青路面、混凝土路面和铺砖路面(包括陶瓷砖路面和水泥砖路面)，而海绵城市的路面要求具有较好的蓄水、渗水和排水能力。目前常见路面中具有透水功能的有透水沥青路面、透水混凝土路面和陶瓷透水砖路面。从实际使用效果来看，陶瓷透水砖路面透水效果最好，是海绵城市优选的路面结构。
陶瓷透水路面主要是靠陶瓷透水砖来渗透雨水的。目前国内外对陶瓷透水砖的研究较多。公布号为CN106673617A的专利公开了一种陶瓷透水砖的制备方法：主要由陶瓷废料、耐火材料废料、长石、硼玻璃等烧结而成，通过在面层原料中加入刚玉废料，提高了砖体表面的耐磨性能。公布号为CN106892675A的专利，借鉴多孔陶瓷的制作工艺，用陶瓷废料、低铝黏土、硼泥、长石、煤渣和糊精等原材料制得了一种多孔陶瓷透水砖，通过煤渣的造孔作用，提高了陶瓷砖的孔隙率，增加了陶瓷砖的透水性能。
以上陶瓷透水砖主要用于透水路面面层，其优先考虑的技术指标是强度指标，因此不能制作大孔隙率砖体，也就限制了其透水系数不会太高，一般都在4×10-2cm/s以内。
为了提高透水效果，目前本领域比较倾向采用近似圆形均一粒径的陶瓷废料，比如中国专利申请号201710002826.5公开了一种陶瓷颗粒及使用其的免烧透水砖制备方法，它先通过加水球磨制备陶瓷浆料，喷雾造粒和烧结制得陶瓷砖颗粒，然后将陶瓷砖颗粒与粘接剂混合入膜，通过振动冲压成型得到免烧陶瓷砖。该方法制备的透水砖孔隙均匀透水能力有所提高，但是还存在以下缺陷：一是陶瓷颗粒的制备工艺复杂，具体体现在：为了获得粒径均一的陶瓷颗粒，先将陶瓷废料球磨成浆料，可是浆料的粒径太小不利于透水；为了提高陶瓷颗粒的粒径利于透水，又将浆料喷雾造粒，获得均一的大粒径陶瓷颗粒；可是获得的大粒径陶瓷颗粒强度达不到免烧透水砖的强度，为了提高陶瓷颗粒的强度，又将陶瓷颗粒进行烧结，这种先破坏再组合的方法显然不是最佳方法。二是该技术是依靠陶瓷颗粒与颗粒之间的空隙来提高透水性的，根据其技术方案，其陶瓷颗粒是靠将陶瓷废料球磨成浆料再进行喷雾造粒，由于喷雾造粒很难获得大粒径陶瓷颗粒,正如它的材料中记载“所述浆料进行喷雾造粒，获得粒径为20-40目的圆形粉料”(相当于粒径在380-830um)，这样导致它最后制备的陶瓷颗粒与颗粒之间的空隙小，透水性不良，从它的透水系数试验结果也可以印证这一点。三是在制备透水砖时，需要在陶瓷颗粒里边加入粘结剂，虽然公开的材料中并没有说明粘结剂是什么，但是本领域技术人员公知，免烧的透水砖通常用水泥或石灰等胶凝材料作为粘结剂，这类免烧透水砖的耐冻融性差，耐磨性能也不高。所以说，该技术制备的陶瓷颗粒以及透水砖技术可行，但是大面积推广还是有难度的。
另外，目前在铺设透水路面系统时，常在陶瓷透水砖底层铺设碎石作为基础，使用一段时间后，由于碎石结构不稳定，会引起面层的不平整，影响了路面的使用性能。为了增加透水砖底层的稳定性，有些工程采用水泥混凝土作为基础。虽然水泥混凝土基层较为稳定，但是，水泥混凝土透水性差，影响了路面的透水效果，达不到海绵城市所要求的渗水、集水、排水的目的。
发明内容
为了克服现有透水路面系统稳定性和透水性不能兼顾的技术缺陷，本发明提供一种陶瓷基高透水砖及其制备方法。
本发明同时提供一种用上述透水砖施工的透水路面系统及施工方法。
为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：
一种陶瓷基高透水砖，其特征在于，它是由以下重量份的原料混合、成型、烧结而成的：
陶瓷废料：80-90份
硼玻璃废料：1-4份
赤泥：2-3份
长石粉：4-8份
黏土：1-2份
羧甲基纤维素：0.1-0.2份
水：5-8份。
所述的陶瓷废料为建筑陶瓷、日用陶瓷以及洁具陶瓷的废料中的一种或多种混合物。
所述的硼玻璃废料是由生产或使用后的废旧硼玻璃粉碎而成。
所述的赤泥为电解铝厂排放的废渣。
所述的长石粉、黏土和羧甲基纤维素都是市场上常用的工业原材料。
上述陶瓷基透水砖的制备方法包括以下步骤：
第一步：废陶瓷颗粒表面形状的处理
将普通废旧陶瓷用颚式破碎机破碎，筛选粒径大于10mm的初级颗粒备用，将初级颗粒装入不加研磨球的球磨机中翻转，使陶瓷颗粒之间相互摩擦，摩擦掉陶瓷颗粒表面的尖锐棱角，摩擦时间一般控制在5-20小时，从而得到较为圆润接近球形的陶瓷废料颗粒；
第二步：对陶瓷废料颗粒进行筛分
用方孔筛将研磨后的陶瓷颗粒进行筛分，选出粒径范围在2mm-10mm之间的陶瓷颗粒，根据透水要求的不同，选择单一级配颗粒进行成型，尽量选用球形颗粒或者多边形颗粒，杜绝针状和棒状颗粒混入；
第三步：粉磨硼玻璃废料
将硼玻璃废料放在球磨机中进行粉末(球磨机中需要加入研磨球)，使其粒径控制在0.5mm以下；
第四步：混料
先将黏土、磨细的硼玻璃粉料、赤泥、长石粉和羧甲基纤维素在混料机中均混5-7min，再加入筛选好的陶瓷废料颗粒和水，混合均匀，备用；
第五步：成型
将均混好的物料按照透水砖所需的尺寸，在压片机上压制成型制得坯料；
进一步：成型压力控制在10-15MPa之间，坯料尺寸为10cm×10cm，厚度为5cm。
第六步：干燥
将坯料在90℃-100℃环境下干燥1-2h。
第七步：烧结
将干燥后的坯料置于窑炉内，以5-15℃/min的升温速率升至1000-1200℃，保温2-3h，完成焙烧过程，将焙烧后的物料冷却至常温，即可制得陶瓷基高透水砖。陶瓷基高透水砖的基本性能指标如下表所示：
Figure BDA0002212477110000051
由上述陶瓷基高透水砖铺设的透水路面系统包括基层、透水底层和透水面层；所述的透水底层是由间隔设置的高透水砖与透水混凝土铺设而成的；所述的透水面层是由普通陶瓷透水砖铺设而成的。
上述透水路面系统的铺设方法为：
第一步：基层处理
平整地基，素土夯实；
第二步：铺设陶瓷基高透水砖
在处理好的基层上沿路面排水方向用高透水砖间隔铺设多条透水通道；
进一步：间隔距离为高透水砖的宽度。
第三步：铺设透水混凝土
在未铺设高透水砖的基层上，填筑透水混凝土，高度与高透水砖齐平。
进一步：所述的透水混凝土为普通水泥透水混凝土，可由粗骨料、水泥、水和减水剂配制而成。
第四步：在高透水砖和透水混凝土铺筑的透水底层上面用中砂找平夯实，中砂厚度为3mm-6mm；
第五步：铺设透水面层
按设计图案铺设面层普通陶瓷透水砖，透水路面系统铺筑完成。
上述普通陶瓷透水砖指的是符合“国家建材行业标准JC/T945-2005”《透水砖》标准的陶瓷透水砖。
本发明的优点是：
(1)本发明制备的陶瓷基高透水砖的透水系数高。
这不单单是由于选用了单一级配的陶瓷废料粗颗粒，更重要的是在将陶瓷废料颗粒摩擦成光滑接近于球形的2mm-10mm大颗粒后，使得高透水砖颗粒之间联通的大气孔增多，孔隙率高，透水系数显著增大。用本发明方法制得的高透水砖，透水系数可达7.0×10- 2cm/s，孔隙率可达15-20％。
(2)本发明在制备陶瓷颗粒时，直接将大的陶瓷颗粒置于不加球的球磨机中，借助大块陶瓷颗粒之间的相互摩擦碰撞力，可以得到圆润接近球形的陶瓷废料颗粒，然后筛分即可得到想要的废旧陶瓷颗粒，工艺步骤简单，容易操作。
(3)本发明在生产陶瓷基高透水砖时，用黏土和硼玻璃废料作为高温粘结剂，用长石作为助熔剂，在高温时，用较少的粘结剂就能将陶瓷大颗粒牢固粘结起来，在保证大孔隙率的前提下，也能使高透水砖的抗压强度在16MPa以上，保证了高透水砖的耐用性。
(4)本发明铺设透水路面系统时，先在普通陶瓷透水砖下面铺筑一层由陶瓷基高透水砖和填注透水混凝土并排组成的透水底层，陶瓷基高透水砖在填注透水混凝土作用下形成一个稳定的透水底层，然后在透水底层上面铺设普通陶瓷透水砖，不但克服了现有采用碎石作为底层基础不稳定的缺陷，而且保证透水路面的渗水、蓄水、排水和集水功能，使雨水由面层(普通陶瓷透水砖)经高透水砖和透水混凝土组成的底层，顺畅的流入集水系统中，并能保证基础的稳定性和面层的平整性。
(5)本发明高透水砖在透水路面系统中主要承担的是高透水和稳定系统结构作用，所以对抗压强度和抗折强度的要求不那么苛刻，这样使得高透水砖原料中废旧陶瓷颗粒的用量达到了80—90份，在实现了废物利用的同时大大降低了透水砖的成本，符合当前国家要求的节能环保政策。
附图说明
图1是透水路面系统的立面示意图。
图2是本发明高透水砖和透水混凝土组成的透水底层的平面示意图。
图中：1-普通陶瓷透水砖；2-中砂；3-透水混凝土；4-陶瓷基高透水砖；5-路基。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
本发明陶瓷基高透水砖的详细制备方法为：
第一步、将普通废旧陶瓷用颚式破碎机破碎成10mm以上的初级颗粒，将初级颗粒装入球磨机中(球磨机中不加研磨球)翻转，使陶瓷颗粒之间相互摩擦5-20小时，摩擦掉陶瓷颗粒表面的尖锐棱角，得到较为圆滑接近球形的陶瓷废料颗粒；将粉磨至近似球形的废陶瓷颗粒放入最大筛孔尺寸为9.5mm的标准套筛(包括9.50mm、4.75mm、2.36mm、1.18mm、600um、300um、150um筛子)中进行筛分，根据制备透水砖所用的陶瓷颗粒的粒径要求(2mm-10mm)，规格在2.36mm和4.75mm筛子上的筛余作为可用废陶瓷颗粒。为了便于说明，取规格4.75mm筛子上的筛余作为本实施例的可用废陶瓷颗粒。
第二步、将硼玻璃废料用球磨机粉磨至0.5mm以下。
第三步、先将2kg黏土、3kg磨细硼玻璃、3kg赤泥、5kg长石和0.2kg羧甲基纤维素在混料机中均混5min，再加入85kg废陶瓷颗粒，加入7kg自来水，混合均匀。
第四步、以12MPa的压力将混合料压制成10cm×10cm×5cm的坯料，在95℃环境下干燥1.5h，将干燥后的坯料置于窑炉内，然后以10℃/min的升温速率升至1105℃焙烧2.5h，冷却后制得陶瓷基高透水砖。
经测试，该陶瓷基高透水砖的基本性能指标如下：
体积密度(Kg/m<sup>3</sup>) 抗压强度(MPa) 抗折强度(MPa) 透水率(cm/s) 孔隙率(％)
1460 18.5 4.2 7.5×10<sup>-2</sup> 17.2
利用上述陶瓷基高透水砖铺设如图2所示透水路面系统的方法是：
第一步：将地基处理平整，在平整的地基上将陶瓷基高透水砖4沿路面排水方向铺设一半的条状透水通道(也就是说，两条透水通道之间留有一块高透水砖宽度的空间)，留空的另一半路基5空间用粗粒的透水混凝土3填实。相当于高透水砖4和透水混凝土3沿路面排水方向等距离间隔设置。
所述的透水混凝土各组分配合比为：
水泥：415kg
石子：1500kg(粒径5-10mm)
水：118kg
聚羧酸减水剂：2.5kg。
采用水泥包裹石子搅拌法，先加入全部石子和25kg水搅拌1min，使石子润湿，加入水泥，搅拌1.5min-2.5min，使水泥均匀裹在石子表面，增加石子之间粘结点和粘结面的粘结强度，最后加入剩余的原材料和剩余的水，搅拌2mim-3min。
第二步：在高透水砖4和粗粒的透水混凝土3铺筑的底层上面撒播厚度为3mm-6mm中砂2，找平，夯实，最后将普通陶瓷透水砖1按设计要求铺设在最上面，即可做成如图1所示的高透水性路面系统。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种透水路面系统的铺设方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：基层处理
平整地基，素土夯实；
第二步：铺设陶瓷基高透水砖
在处理好的基层上沿路面排水方向用高透水砖间隔铺设多条透水通道；
第三步：铺设透水混凝土
在未铺设高透水砖的基层上，填筑透水混凝土，高度与高透水砖齐平；
第四步：在高透水砖和透水混凝土铺筑的透水底层上面用中砂找平夯实，中砂厚度为3mm-6mm；
第五步：铺设透水面层
按设计图案铺设面层普通陶瓷透水砖，透水路面系统铺筑完成；
铺设方法中涉及到的陶瓷基高透水砖是由以下重量份的原料混合、成型和烧结而成的：
陶瓷废料：80-90份
硼玻璃废料：1-4份
赤泥：2-3份
长石粉：4-8份
黏土：1-2份
羧甲基纤维素：0.1-0.2份
水：5-8份；
陶瓷基高透水砖制备方法包括以下步骤：
步骤1：废陶瓷颗粒表面形状的处理
将普通废旧陶瓷用颚式破碎机破碎，筛选粒径大于10mm的初级颗粒备用，将初级颗粒装入不加研磨球的球磨机中翻转，使陶瓷颗粒之间相互摩擦，摩擦掉陶瓷颗粒表面的尖锐棱角，摩擦时间一般控制在5-20小时，从而得到较为圆润接近球形的陶瓷废料颗粒；
步骤2：对陶瓷废料颗粒进行筛分
用方孔筛将研磨后的陶瓷颗粒进行筛分，选出粒径范围在2mm-10mm之间的陶瓷颗粒，根据透水要求的不同，选择单一级配颗粒进行成型，尽量选用球形颗粒或者多边形颗粒，杜绝针状和棒状颗粒混入；
步骤3：粉磨硼玻璃废料
将硼玻璃废料放在球磨机中进行粉磨，球磨机中需要加入研磨球，使其粒径控制在0.5mm以下；
步骤4：混料
先将黏土、磨细的硼玻璃粉料、赤泥、长石粉和羧甲基纤维素在混料机中均混5-7min，再加入筛选好的陶瓷废料颗粒和水，混合均匀，备用；
步骤5：成型
将均混好的物料按照透水砖所需的尺寸，在压片机上压制成型制得坯料；
步骤6：干燥
将坯料在90℃-100℃环境下干燥1-2h；
步骤7：烧结
将干燥后的坯料置于窑炉内，以5-15℃/min的升温速率升至1000-1200℃，保温2-3h，完成焙烧过程，将焙烧后的物料冷却至常温，即可制得陶瓷基高透水砖。
2.如权利要求1所述的透水路面系统的铺设方法，其特征在于，所述的透水混凝土由水泥、石子、水和聚羧酸减水剂配制而成的。
3.如权利要求2所述的透水路面系统的铺设方法，其特征在于，所述的透水混凝土由水泥415份、粒径5-10mm的石子1500份、水118份和聚羧酸减水剂2.5份配制而成的，配制时，采用水泥包裹石子搅拌法，先加入全部石子和25kg水搅拌1min，使石子润湿，加入水泥，搅拌1.5min-2.5min，使水泥均匀裹在石子表面，增加石子之间粘结点和粘结面的粘结强度，最后加入剩余的原材料和剩余的水，搅拌2mim-3min。
4.如权利要求1所述的透水路面系统的铺设方法，其特征在于，所述的间隔铺设距离为高透水砖的宽度。
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