CN112125634A - 一种珊瑚砂透水材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于复合材料领域，具体涉及一种珊瑚砂透水材料及其制备方法。珊瑚砂是由海洋微生物经过漫长年代进化而生成的，属生物化学沉积岩，其与现有技术中用来制备透水型生态砂的沙漠硅砂材质完全不同，具有圆球度差、棱角度高、孔隙率大等特性，无法采用常规技术手段来制备珊瑚砂砌块而达到理想的性能效果。而本发明通过特定配比的珊瑚砂颗粒、填充剂、覆膜剂、添加剂和粘接剂，并限定珊瑚砂颗粒为50~200目，得到了既透水又抗盐雾的珊瑚砂砌块。所述填充剂可选水泥、苯丙乳液、硅丙乳液、高岭土和松香中的一种或多种。其中，最优选的填充剂为高岭土和松香的混合填充剂，当选用此填充剂时，所得到的珊瑚砂透水材料的抗压性能可达到最佳。

Description

一种珊瑚砂透水材料及其制备方法
技术领域
本发明属于复合材料领域，具体涉及一种珊瑚砂透水材料及其制备方法。
背景技术
边远岛礁地处热带地区，为珊瑚礁砂岛屿，缺淡水，远离陆地，在岛礁上建设各类工程设施，首要问题是缺乏碎石、河沙等建筑材料，施工用淡水也非常匮乏；如果这些材料从陆地运往，不仅延长的施工期，而且运输费用高昂，还可能受到风浪等自然条件的限制；因此开展珊瑚礁砂就地利用，采用珊瑚砂成型技术制备而得的珊瑚砂砌块是进行岛上建筑的理想材料。
已多有报道用于码头后方堆场的基础回填，并取得较大的技术经济效果，但沿海领域特殊的地理位置给珊瑚砂应用带来了较内陆地区特有的需求：应用于沿海领域的建筑材料必须具有极好的耐盐雾性能，否则在长期的腐蚀下，建筑寿命过短，带来的经济损失极高。珊瑚礁砂形状分淡黄色微孔网状和洁白极细状，这些礁砂大都是由海洋微生物经过漫长年代进化而生成的，属生物化学沉积岩，加之珊瑚砂本身空隙结构丰富，极易吸湿，耐水性差，这些与常规建筑材料不同的物化特性导致无法采用常规技术手段来制备珊瑚砂砌块而达到理想的性能效果。所以如何成功利用珊瑚砂制备砌块建筑材料，并使其具有很好的耐盐雾性能，仍然是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中由孔隙结构丰富的珊瑚砂所制得的砖体吸湿性高，耐水性差，不耐高温耐盐雾的问题，进而提供一种耐水、耐盐雾、耐高温的珊瑚砂透水材料。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种珊瑚砂透水材料，包括重量比为100：（12~20）：（1~5）：（8~15）：（2~6）的珊瑚砂颗粒、填充剂、覆膜剂、粘接剂和添加剂；
所述珊瑚砂颗粒的粒径为50~200目；
所述添加剂包括第一添加剂和/或第二添加剂，所述第一添加剂为羧甲基壳聚糖、多巴胺、EDTA中的一种或多种；所述第二添加剂为碳酸钙、氢氧化镁、氢氧化铝、二氧化硅、氧化石墨烯、人造陶粒、氧化铝中的一种或多种。
所述填充剂包括水泥、苯丙乳液、硅丙乳液、高岭土和松香中的一种或多种。
所述填充剂为重量比为3:1~4:1的高岭土和松香。
所述覆膜剂为亲水性树脂，所述亲水性树脂为环氧树脂、聚氨酯和丙烯酸树脂中的一种或几种；所述环氧树脂、聚氨酯和丙烯酸树脂的分子侧链含有亲水性的羧酸盐、磺酸盐、铵盐、羟基或主链含有非离子型亲水链段；
其中，所述聚氨酯为脂肪族多元醇和多异氰酸酯混合物，还添加有氨酯级溶剂、扩链剂与交联剂。
还包括占珊瑚砂重量0.5~1%的助剂，所述助剂为聚醚多元醇、无水乙醇、丙酮、亚烷基缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚中的一种或多种。
所述粘接剂中还包括固化剂。
一种珊瑚砂透水材料的制备方法，包括以下步骤：
将100重量份的50~200目的珊瑚砂颗粒与12~20重量份的填充剂、（2~6）份的添加剂混合均匀，加入1~5份的覆膜剂，再加入8~15份的粘接剂，混合均匀并固化；
所述添加剂包括第一添加剂和/或第二添加剂，所述第一添加剂为羧甲基壳聚糖、多巴胺、EDTA中的一种或多种。
所述珊瑚砂颗粒与填充剂的乙醇溶液/乙醇分散液混合后干燥，经过球磨处理后再加入所述覆膜剂；
所述填充剂中含有松香。
所述珊瑚砂颗粒先经过球磨预处理后再与所述填充剂混合。
在加入粘接剂时还同时加入第二添加剂，所述第二添加剂为聚醚多元醇、无水乙醇、丙酮、亚烷基缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚中的一种或多种。
本发明的技术方案具有以下优点：
珊瑚砂是由海洋微生物经过漫长年代进化而生成的，属生物化学沉积岩，其与现有技术中用来制备透水型生态砂的沙漠硅砂材质完全不同，具有圆球度差、棱角度高、孔隙率大等特性，无法采用常规技术手段来制备珊瑚砂砌块而达到理想的性能效果。而本发明通过特定配比的珊瑚砂颗粒、填充剂、覆膜剂、添加剂和粘接剂，并限定珊瑚砂颗粒为50~200目，得到了既透水又抗盐雾的珊瑚砂砌块。本发明中，通过加入覆膜剂来改善珊瑚砂圆球度和棱角度；通过增加填充剂，填充珊瑚砂单颗粒内部的微孔隙，优化珊瑚砂单颗粒孔隙，进一步在粘结过程中，利用粘结剂实现珊瑚砂的表面改性，粘接成型，形成整体透气微孔隙。利用本发明提供的方法就地取材制备珊瑚砂砌块，得到透水性好又抗盐雾的建筑材料，充分利用珊瑚砂资源。
具体实施方式
下面将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。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
本发明中，采用珊瑚砂颗粒的粒径为50~200目，优选50~150目，进一步优选80~120目。
本发明中，加入的填充剂可选水泥、苯丙乳液、硅丙乳液、高岭土和松香中的一种或多种，通过填充机调整珊瑚砂的孔隙率，从而达到快速透水效果。其中，最优选的填充剂为高岭土和松香的混合填充剂，其中高岭土化学性能稳定，可制备细微的颗粒，容易分散在珊瑚砂的空隙中，形成很好的结合力，实现所需的填充作用，与此同时配以松香，进一步增强了高岭土的附着力，加强其填充效果，并降低了珊瑚砂在混制过程中的磨损；当选用此填充剂且采用本发明技术方案的配比时，所得到的珊瑚砂透水材料制备得到透水砖的抗压性能可达到最佳。
本发明所提供的珊瑚砂透水材料，还可以通过添加助剂提高透水生态砂在制备过程中的加工性能，与现有技术的制备方法相比，加工温度低，而且搅拌时间短。
本发明中加入的添加剂有助于分散填充剂、增加亲水性、以及增加珊瑚砂和覆膜层结合，最终实现提高材料的强度及亲水性。如将珊瑚砂颗粒与填充剂、添加剂混合均匀后再加入覆膜剂、粘接剂，添加剂的加入有助于增强填充效果，进一步在加入粘结剂时同时加入添加剂，有助于提高材料的亲水性。
本发明中加入的覆膜剂为亲水性树脂，所述亲水性树脂为环氧树脂、聚氨酯和丙烯酸树脂中的一种或几种；所述环氧树脂、聚氨酯和丙烯酸树脂的分子侧链含有亲水性的羧酸盐、磺酸盐、铵盐、羟基或主链含有非离子型亲水链段。所述的聚氨酯为脂肪族多元醇和多异氰酸酯混合物，且该聚氨酯中还添加有氨酯级溶剂、扩链剂与交联剂。所述的环氧树脂为通过脂肪族多胺或脂环族多胺类固化剂固化的环氧树脂。优选为脂肪族型环氧树脂、氢化双酚A型环氧树脂、有机硅改性双酚A型环氧树脂、饱和缩水甘油酯型环氧树脂、杂环型和混合型环氧树脂中的一种或多种。所述聚氨酯中还含有聚氨酯固化反应催化剂。通过加入覆膜剂，对珊瑚砂表面改性，改善珊瑚砂的圆球度和棱角度。
本发明珊瑚砂透水材料的制备过程中，优选将珊瑚砂颗粒与填充剂的乙醇溶液/乙醇分散液混合后干燥，经过球磨处理后再加入所述覆膜剂，从而有效去除珊瑚砂表面松散不坚固的部分，提高珊瑚沙单颗粒强度；更优选的，在与填充及混合前即对珊瑚砂进行球磨预处理，还能更好的提高珊瑚砂的圆球度，同时去除珊瑚砂表面松散不坚固的部分。本发明所提供的透水材料，即可以采用现场铺设的方式成型，以适应于各种形貌的应用环境，又可以直接制备成透水砖，便于运输和快速堆砌成型。
实施例1
本实施例提供的珊瑚砂透水材料，包括，粒径在50~200目范围的珊瑚砂颗粒100g，水泥20g，亲水性环氧树脂5g，多巴胺2g，硅胶粘接剂8g。
其制备方法为：对珊瑚砂颗粒进行筛选，收集50~200目范围的珊瑚砂颗粒100g，多巴胺2g，与水泥20g及适量的水混合，加入亲水性环氧树脂5g和相应固化剂，搅拌至混合均匀，再加入硅胶粘接剂8g，混合均匀并固化。
实施例2
本实施例提供的珊瑚砂透水材料，包括，粒径在50~200目范围的珊瑚砂颗粒100g，苯丙乳液20g，亲水性环氧树脂3g，多巴胺2g，EDTA1g和硅胶粘接剂8g。
其制备方法为：对珊瑚砂颗粒进行筛选，收集50~200目范围的珊瑚砂颗粒100g，EDTA1g，与苯丙乳液20g混合，加入亲水性环氧树脂3g和相应固化剂，搅拌至混合均匀，再加入硅胶粘接剂8g，固化。
实施例3
本实施例提供的珊瑚砂透水材料，包括，粒径在50~200目范围的珊瑚砂颗粒100g，高岭土15g，聚氨酯树脂3g，EDTA4g，氰基丙烯酸酯粘接剂11g。
其制备方法为：对珊瑚砂颗粒进行筛选，收集50~200目范围的珊瑚砂颗粒100g，与高岭土15g ，EDTA4g，混合均匀，再加入聚氨酯树脂3g和相应固化剂，搅拌至混合均匀，再加入氰基丙烯酸酯11g，固化。
实施例4
本实施例提供的珊瑚砂透水材料，包括，粒径在50~200目范围的珊瑚砂颗粒100g，高岭土15g，松香5g，羧甲基壳聚糖3g，聚氨酯树脂3g和相应固化剂，搅拌至混合均匀，再加入氰基丙烯酸酯粘接剂11g。
其制备方法为：对珊瑚砂颗粒进行筛选，收集50~200目范围的珊瑚砂颗粒100g，羧甲基壳聚糖3g以及含有15g高岭土和5g松香的乙醇分散液混合，干燥后，加入聚氨酯树脂5g和相应固化剂，搅拌至混合均匀，再加入氰基丙烯酸酯粘接剂11g，固化。
实施例5
本实施例提供的珊瑚砂透水材料，包括，粒径在50~200目范围的珊瑚砂颗粒100g，松香12g，羧甲基壳聚糖6g，聚氨酯树脂3g和相应固化剂，海藻酸钠11g。
其制备方法为：对珊瑚砂颗粒进行筛选，收集50~200目范围的珊瑚砂颗粒100g，羧甲基壳聚糖6g，以及含有12g松香的乙醇溶液混合，干燥后，加入聚氨酯树脂3g和相应固化剂，搅拌至混合均匀，再加入海藻酸钠11g，固化。
实施例6
本实施例提供的珊瑚砂透水材料，包括，粒径在50~200目范围的珊瑚砂颗粒100g，高岭土16g，松香4g，羧甲基壳聚糖5.5g，多巴胺0.5g，丙烯酸树脂3g和相应固化剂，氰基丙烯酸酯粘接剂11g。
其制备方法为：对珊瑚砂颗粒进行筛选，收集50~200目范围的珊瑚砂颗粒100g，羧甲基壳聚糖5.5g，多巴胺0.5g以及含有16g高岭土和4g松香的乙醇分散液混合，干燥后，加入丙烯酸树脂5g和相应固化剂，搅拌至混合均匀，再加入氰基丙烯酸酯粘接剂11g，固化。
实施例7
本实施例提供的珊瑚砂透水材料，包括，粒径在50~200目范围的珊瑚砂颗粒100g，聚甲基壳聚糖6g，高岭土14g，松香4g，丙烯酸树脂3g和相应固化剂，氰基丙烯酸酯粘接剂11g。
其制备方法为：对珊瑚砂颗粒进行筛选，收集50~200目范围的珊瑚砂颗粒100g，与含有14g高岭土和4g松香的乙醇分散液混合，干燥后，加入丙烯酸树脂5g和相应固化剂，搅拌至混合均匀，再加入氰基丙烯酸酯粘接剂11g，固化。
实施例8
本实施例提供的珊瑚砂透水材料，包括，粒径在50~200目范围的珊瑚砂颗粒100g，多巴胺5g，水泥20g，丙烯酸树脂3g和相应固化剂，再加入氰基丙烯酸酯粘接剂11g。
其制备方法为：对珊瑚砂颗粒进行筛选，收集50~200目范围的珊瑚砂颗粒100g，多巴胺5g与20g水泥混合，加入丙烯酸树脂3g和相应固化剂，搅拌至混合均匀，再加入氰基丙烯酸酯粘接剂11g，固化。
实施例9
本实施例提供的珊瑚砂透水材料，包括，粒径在50~200目范围的珊瑚砂颗粒100g，多巴胺2g，苯丙乳液20g，丙烯酸树脂5g和相应固化剂，水泥15g。
其制备方法为：对珊瑚砂颗粒进行筛选，收集50~200目范围的珊瑚砂颗粒100g，多巴胺2g与苯丙乳液20g混合，加入丙烯酸树脂5g和相应固化剂，搅拌至混合均匀，再加入氰基丙烯酸酯粘接剂11g，固化。
实施例10
本实施例提供的珊瑚砂透水材料，包括，粒径在50~200目范围的珊瑚砂颗粒100g，EDTA6g，高岭土15g，丙烯酸树脂3g和相应固化剂，氰基丙烯酸酯粘接剂11g。
其制备方法为：对珊瑚砂颗粒进行筛选，收集50~200目范围的珊瑚砂颗粒100g，EDTA 6g以及15g高岭土混合，加入丙烯酸树脂3g和相应固化剂，搅拌至混合均匀，再加入氰基丙烯酸酯粘接剂11g，固化。
实施例11
本实施例提供的珊瑚砂透水材料，包括，粒径在50~200目范围的珊瑚砂颗粒100g，高岭土15g，松香5g，羧甲基壳聚糖3g，氧化石墨烯1g，聚氨酯树脂3g和相应固化剂，氰基丙烯酸酯粘接剂12g。
其制备方法为：对珊瑚砂颗粒进行筛选，收集50~200目范围的珊瑚砂颗粒100g，羧甲基壳聚糖3g，氧化石墨烯1g以及含有15g高岭土和5g松香的乙醇分散液混合，干燥后，加入聚氨酯树脂3g和相应固化剂，搅拌至混合均匀，再加入氰基丙烯酸酯粘接剂12g，固化。
实施例12
本实施例提供的珊瑚砂透水材料，包括，粒径在50~200目范围的珊瑚砂颗粒100g，松香12g，EDTA 2g，聚氨酯树脂3g和相应固化剂，氰基丙烯酸酯粘接剂11g。
其制备方法为：对珊瑚砂颗粒进行筛选，收集50~200目范围的珊瑚砂颗粒100g，EDTA 2g以及含12g松香的乙醇分散液混合，干燥后，加入聚氨酯树脂3g和相应固化剂，搅拌至混合均匀，再加入氰基丙烯酸酯粘接剂11g，固化。
实施例13
本实施例提供的珊瑚砂透水材料，包括，粒径在50~200目范围的珊瑚砂颗粒100g，高岭土16g，松香4g，羧甲基壳聚糖5.5g，多巴胺0.5g，聚氨酯树脂3g和相应固化剂，淀粉10g。
其制备方法为：对珊瑚砂颗粒进行筛选，收集50~200目范围的珊瑚砂颗粒100g，羧甲基壳聚糖5.5g，多巴胺0.5g以及含有高岭土16g，松香4g的乙醇分散液混合，干燥后，加入聚氨酯树脂3g和相应固化剂，搅拌至混合均匀，再加入淀粉10g，固化。
实施例14
本实施例提供的珊瑚砂透水材料，包括，粒径在50~200目范围的珊瑚砂颗粒100g，聚甲基壳聚糖6g，高岭土14g，松香4g，亲水性环氧树脂3g和氰基丙烯酸酯粘接剂11g。
其制备方法为：对珊瑚砂颗粒进行筛选，收集50~200目范围的珊瑚砂颗粒100g，聚甲基壳聚糖6g以及含有高岭土14g和松香4g的乙醇分散液混合，干燥后，加入亲水性环氧树脂3g和相应固化剂，搅拌至混合均匀，再加入氰基丙烯酸酯粘接剂11g，固化。
实施例15
本实施例提供的珊瑚砂透水材料，包括，粒径在50~200目范围的珊瑚砂颗粒100g，羧甲基壳聚糖3.5g，高岭土16g，松香4g，亲水性环氧树脂5g，再加入氰基丙烯酸酯粘接剂11g。
其制备方法为：对珊瑚砂颗粒进行筛选，收集50~200目范围的珊瑚砂颗粒100g，羧甲基壳聚糖3.5g以及含有高岭土16g和松香4g的乙醇分散液混合，干燥后，加入亲水性环氧树脂5g和相应固化剂，搅拌至混合均匀，再加入氰基丙烯酸酯粘接剂11g，固化。
实验例
抗压性能检测：采用JC/T 945-2005测试抗压强度。
透水性：将各实施例中透水材料制成150*150*80mm的珊瑚砂砌块，待测样品的透水速率、滤水率和透水速率衰减率数的测定，均采用《砂基透水砖》JG/T376-2012标准中的测试方法。
抗盐雾性能检测：采用人造气氛腐蚀试验标准盐雾试验 GB/T 10125-2012进行透水砖抗盐雾性能的检测。
测试结果如下：
Figure 544430DEST_PATH_IMAGE001
从对本发明实施例1-15进行测试的测试结果可以看出，本发明技术方案的到珊瑚砂透水材料抗压性能、透水速率、透水率、透水速率衰减率数以及抗盐雾性能整体表现优异。特别是实施例4、6、7以及实施例13-14，抗压性能在39 MPa以上，透水速率在2.7ml(min·cm2)以上，滤水率92.69%以上，抗盐雾试验后材料表现完好。可见，高岭土和松香在保证珊瑚砂透水材料透水性能的同时，对于珊瑚砂透水材料的强度提高有很明显的效果。尤其是松香，如实施例5和实施例12所示，抗压性能达到53 MPa以上，但略影响材料的透水性能。另外亲水环氧树脂粘结剂形成的材料透水性受添加剂加入种类和量的改变影响较小。从测试结果综合来看，实施例7的材料性能最优。
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的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种珊瑚砂透水材料，其特征在于，包括重量比为100：（12~20）：（1~5）：（8~15）：（2~6）的珊瑚砂颗粒、填充剂、覆膜剂、粘接剂和添加剂；
所述珊瑚砂颗粒的粒径为50~200目；
所述添加剂包括第一添加剂和/或第二添加剂，所述第一添加剂为羧甲基壳聚糖、多巴胺、EDTA中的一种或多种；所述第二添加剂为碳酸钙、氢氧化镁、氢氧化铝、二氧化硅、氧化石墨烯、人造陶粒、氧化铝中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的珊瑚砂透水材料，其特征在于，所述填充剂包括水泥、苯丙乳液、硅丙乳液、高岭土和松香中的一种或多种。
3.根据权利要求2所述的珊瑚砂透水材料，其特征在于，所述填充剂为重量比为3:1~4:1的高岭土和松香。
4.根据权利要求1-3任一项所述的珊瑚砂透水材料，其特征在于，所述覆膜剂为亲水性树脂，所述亲水性树脂为环氧树脂、聚氨酯和丙烯酸树脂中的一种或几种；所述环氧树脂、聚氨酯和丙烯酸树脂的分子侧链含有亲水性的羧酸盐、磺酸盐、铵盐、羟基或主链含有非离子型亲水链段；
其中，所述聚氨酯为脂肪族多元醇和多异氰酸酯混合物，还添加有氨酯级溶剂、扩链剂与交联剂。
5.根据权利要求4所述的珊瑚砂透水材料，其特征在于，还包括占珊瑚砂重量0.5~1%的助剂，所述助剂为聚醚多元醇、无水乙醇、丙酮、亚烷基缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚中的一种或多种。
6.根据权利要求5所述的珊瑚砂透水材料，其特征在于，所述粘接剂中还包括固化剂。
7.一种珊瑚砂透水材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将100重量份的50~200目的珊瑚砂颗粒与12~20重量份的填充剂、2~6重量份的添加剂混合均匀，加入1~5重量份的覆膜剂，再加入8~15重量份的粘接剂，混合均匀并固化；
所述添加剂包括第一添加剂和/或第二添加剂，所述第一添加剂为羧甲基壳聚糖、多巴胺、EDTA中的一种或多种。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述珊瑚砂颗粒与填充剂的乙醇溶液/乙醇分散液混合后干燥，经过球磨处理后再加入所述覆膜剂；
所述填充剂中含有松香。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述珊瑚砂颗粒先经过球磨预处理后再与所述填充剂混合。
10.根据权利要求7-9任一项所述的制备方法，其特征在于，在加入粘接剂时还同时加入第二添加剂，所述第二添加剂为聚醚多元醇、无水乙醇、丙酮、亚烷基缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚中的一种或多种。
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