CN112876945A - 一种疏水型再生骨料生态排水砖及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及建筑废弃物资源化处理的领域，具体公开了一种疏水型再生骨料生态排水砖及其制备方法。一种疏水型再生骨料生态排水砖，包括依次设置的底料层、面料层和疏水涂层，疏水涂层包括底漆和面漆，底漆由包含环氧树脂、固化剂和乙醇的原料制成，面漆由包含以下重量份的原料制成：碳化硅、疏水型纳米二氧化硅、增粘树脂、稳定剂和乙醇。其制备方法为：S1.振实底料层和面料层，养护；S2.将底漆的原料和面漆的原料分别搅拌；S3.将底漆喷涂在面料层，室温固化，固化后在底漆的基础上喷涂面漆，静置，形成疏水涂层，并得到疏水型生态排水砖。本申请的疏水型再生骨料生态排水砖具有提高排水砖的排水效果的优点。

Description

一种疏水型再生骨料生态排水砖及其制备方法
技术领域
本申请涉及建筑废弃物资源化处理的领域，更具体地说，它涉及一种疏水型再生骨料生态排水砖及其制备方法。
背景技术
道路排水是城市建设的关键，关乎到城市抵抗雨水冲击的能力，关乎到城市在暴雨天气能否正常运作，因此人们对道路排水展开了各种各样的研究。其中，排水砖是一种常见的道路排水结构，排水砖铺设在地面上，水透过排水砖然后往地下渗透或流入管道中，实现排水。
排水砖在制造时，往往会加入再生骨料，再生骨料是通过将建筑废料破碎、清洗和筛选而重新利用的骨料，能够实现建筑废弃物资源化利用，环保节能。
市面上常见的排水砖排水方式都是通过拼接缝隙进行排水，这样排水的排水砖具有较好的结构强度，但因为水要从排水砖表面流过，常常会由于水的张力而导致疏水难度大，排水砖的表面积水严重，排水效果差。
发明内容
为了提高排水砖的排水效果，本申请提供一种疏水型再生骨料生态排水砖及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种疏水型再生骨料生态排水砖，采用如下的技术方案：
一种疏水型再生骨料生态排水砖，包括依次设置的底料层、面料层和疏水涂层，所述疏水涂层包括底漆和面漆，所述底漆由包含环氧树脂、固化剂和乙醇的原料制成，所述面漆由包含以下重量份的原料制成：
碳化硅，1.6~4.2份；
疏水型纳米二氧化硅，0.8~2.8份；
增粘树脂，3~10份；
稳定剂，1.5~3份；
乙醇，50~70份。
通过采用上述技术方案，由于采用碳化硅与疏水型纳米二氧化硅结合的方案，碳化硅和疏水型纳米二氧化硅一同组成涂层的表面结构，疏水型纳米二氧化硅本身具有疏水效果，碳化硅具有增强面漆与底漆连接的效果，提高涂层的稳定性，且碳化硅可以配合疏水型纳米二氧化硅协同提高涂层的疏水性，从而增大接触角，加快水滴在排水砖上滚落，提高排水速度，改善排水效果。
优选的，所述增粘树脂选自酚醛树脂。
通过采用上述技术方案，适量的酚醛树脂可以提高面漆与底漆的结合效果，从而提高疏水涂层的结构稳定性。
优选的，所述稳定剂选自聚酰胺蜡浆。
通过采用上述技术方案，聚酰胺蜡浆可以提高碳化硅和疏水型纳米二氧化硅在面漆中的稳定性。
优选的，所述疏水型纳米二氧化硅的制备方法为：将纳米二氧化硅、γ-氨丙基三乙氧基硅烷和乙醇在加热条件下混合搅拌，搅拌结束后过滤、干燥，得到疏水型纳米二氧化硅。
通过采用上述技术方案，将γ-氨丙基三乙氧基硅烷改性纳米二氧化硅，可以提高纳米二氧化硅的疏水性，从而提高疏水涂层的疏水性。
优选的，所述碳化硅为改性碳化硅，所述改性碳化硅由包含预处理碳化硅、丙烯酸丁酯、引发剂和乙醇的原料制备而成，所述预处理碳化硅、丙烯酸丁酯、引发剂和乙醇的重量比为10:(1.1~1.4):(0.05~0.08):(40~50)，所述预处理碳化硅由包含碳化硅、N-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷和乙醇的原料制备而成，所述碳化硅、N-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷和乙醇的重量比为10:(0.8~1.2):(40~50)。
通过采用上述技术方案，将丙烯酸丁酯在碳化硅表面接枝聚合，提高碳化硅的疏水性，从而进一步提高疏水涂层的疏水性。
优选的，所述面料层开设有排水槽，所述排水槽的两端敞口设置。
通过采用上述技术方案，在疏水涂层的疏水作用下，排水槽可以引导水流入拼接缝隙，提高排水速度。
优选的，所述底料层由包含水泥、细砂、再生粗骨料、减水剂和水的原料制成，所述面料层由包含水泥、细砂和水的原料制成。
通过采用上述技术方案，细砂可以提高排水砖的结构强度，使得排水砖既保持了强度又能够排水；另外使用再生粗骨料，节约矿石资源，实现建筑废弃物资源化处理。
第二方面，本申请提供一种疏水型再生骨料生态排水砖的制备方法，采用如下的技术方案：
一种疏水型再生骨料生态排水砖的制备方法，包括以下步骤：
S1.将底料层的原料和面料层的原料分别搅拌，然后将底料层通过模具进行振实，再将面料层加入模具中并在底料层的基础上振实得到坯体，最后对坯体进行养护；
S2.将环氧树脂、固化剂和乙醇混合搅拌，得到底漆；将碳化硅、疏水型纳米二氧化硅、增粘树脂、稳定剂和乙醇混合搅拌，得到面漆；
S3.将底漆喷涂在面料层，室温固化，固化后在底漆的基础上喷涂面漆，静置，形成疏水涂层，并得到疏水型生态排水砖。
通过采用上述技术方案，先将面料层和底料层振实形成坯体，然后喷涂面漆和底漆，形成疏水涂层，从而得到疏水性能和结构强度良好的排水砖。
优选的，所述碳化硅为改性碳化硅，所述改性碳化硅的制备方法为：将碳化硅、N-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷和乙醇在50~65℃下混合搅拌1~3h，搅拌结束后过滤、干燥，得到预处理碳化硅，然后将预处理碳化硅、丙烯酸丁酯、引发剂和乙醇在60~70℃下混合搅拌1~3h，搅拌结束后过滤、干燥，得到改性碳化硅。
通过采用上述技术方案，实现丙烯酸丁酯在碳化硅表面接枝聚合，提高碳化硅的疏水性。
优选的，S2步骤中，在改性碳化硅、疏水型纳米二氧化硅、增粘树脂、稳定剂和乙醇混合搅拌之前，将改性碳化硅与疏水型纳米二氧化硅浸泡于乙醇中，并且加热条件下混合搅拌，搅拌结束后过滤、干燥，最后将所得的混合物与增粘树脂、稳定剂和乙醇混合搅拌。
通过采用上述技术方案，先将改性碳化硅与疏水型纳米二氧化硅结合，进一步提高碳化硅的疏水性，从而提高疏水涂层的疏水性。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于采用碳化硅与疏水型纳米二氧化硅结合的方案，碳化硅和疏水型纳米二氧化硅一同组成涂层的表面结构，疏水型纳米二氧化硅本身具有疏水效果，碳化硅具有增强面漆与底漆连接的效果，提高涂层的稳定性，且碳化硅可以配合疏水型纳米二氧化硅协同提高涂层的疏水性，从而增大接触角，加快水滴在排水砖上滚落，提高排水速度，改善排水效果；
2、本申请中利用丙烯酸丁酯对碳化硅进行改性，并将碳化硅与疏水型纳米二氧化硅相结合，较好的提高了碳化硅以及疏水涂层的疏水性，进一步提高排水效果。
附图说明
图1是本申请实施例4~实施例11的排水砖的正视剖面图。
图2是本申请实施例4~实施例11的两个排水砖拼接时的俯视平面图。
附图标记说明：1、底料层；2、面料层；21、排水槽；3、涂层。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本申请作进一步详细说明。
环氧树脂选购自常州乐邦复合材料有限公司，型号环氧树脂E51；
酚醛树脂选购自广州市乾亦元合成材料科技有限公司，型号润禾2402；
聚酰胺蜡浆选购自浙江丰虹新材料股份有限公司，型号PA-600；
聚羧酸减水剂选购自武汉华轩高新技术有限公司，型号PC-1007；
再生粗骨料由某工地的混凝土建筑废料经破碎、清洗和筛选得到。
制备例
疏水型纳米二氧化硅的制备方法：
将1kg纳米二氧化硅、0.09kgγ-氨丙基三乙氧基硅烷和6kg乙醇加入反应釜中，在60℃下混合搅拌2h，搅拌结束后过滤得固体，所得固体在50℃烘箱中干燥1h，得到疏水型纳米二氧化硅。
实施例
实施例1
疏水型再生骨料生态排水砖的制备方法：
S1.将36kg粒径1~5mm细砂、74kg粒径5~10mm再生粗骨料、0.1kg聚羧酸减水剂加入第一搅拌机，搅拌1min，然后加入44kg水泥，继续搅拌1min，再加入15kg水，继续搅拌2min，得到底料浆；将8kg水泥、6.2kg细砂和3.5kg水加入第二搅拌机，搅拌2min，得到面料浆；先将底料浆加入砖机中，振实，并且在砖机模具的作用下成型得到底料层，然后将面料浆加入砖机，继续振实，成型得到表面为平面的面料层，并形成坯体，最后将坯体转移至养护室进行养护。
S2.将0.16kg环氧树脂、0.02kg T-31固化剂和5kg乙醇加入第一反应瓶中，室温下混合搅拌1h，得到底漆；将0.16kg碳化硅、0.08kg疏水型纳米二氧化硅、0.3kg酚醛树脂、0.22kg聚酰胺蜡浆和5kg乙醇加入第二反应瓶，室温下混合搅拌1.5h，得到面漆；碳化硅的平均粒径为50nm，疏水性纳米二氧化硅的平均粒径为50nm。
S3.将底漆喷涂在面料层，室温固化24h，固化后在底漆的基础上喷涂面漆，静置15min，形成疏水涂层，并得到疏水型生态排水砖。
实施例2~实施例3
实施例1、实施例2和实施例3的区别在于S2步骤，具体如表1所示。
表1
实施例1 实施例2 实施例3
碳化硅(kg) 0.16 0.42 0.3
疏水型纳米二氧化硅(kg) 0.08 0.28 0.21
酚醛树脂(kg) 0.3 1 0.5
聚酰胺蜡浆(kg) 0.22 0.3 0.15
乙醇(kg) 5 7 6.3
实施例4
本实施例与实施例3的区别仅在于，S1步骤中所用的砖机模具不同，如图1和图2所示，S1步骤所得的面料层2表面开设有多个横竖交错的排水槽21，涂层3的部分覆盖排水槽21，排水槽21的两端敞口设置，使得排水槽与面料层2的相对两侧边连通；底料层1的侧壁间隔固定有多个凸棱11，当排水砖拼接在一起时，凸棱11的存在使得排水砖之间的拼接缝隙扩大，排水槽21内流动的水可以排入拼接缝隙中。
实施例5
本实施例与实施例4的区别仅在于，在S2步骤中，碳化硅加入第二反应瓶之前，经过预处理，预处理步骤为：将0.3kg碳化硅、0.024kg N-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷和1.2kg乙醇加入第一搅拌瓶中，在50℃下混合搅拌1h，搅拌结束后过滤得固体，所得固体在50℃烘箱中干燥1h，得到预处理碳化硅。
实施例6
本实施例与实施例4的区别仅在于，在S2步骤中，碳化硅加入第二反应瓶之前，经过预处理，预处理步骤为：将0.3kg碳化硅、0.036kg N-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷和1.5kg乙醇加入第一搅拌瓶中，在65℃下混合搅拌3h，搅拌结束后过滤得固体，所得固体在50℃烘箱中干燥1h，得到预处理碳化硅。
实施例7
本实施例与实施例6的区别仅在于，在S2步骤中，预处理碳化硅加入第二反应瓶之前，经过改性，改性步骤为：将0.3kg预处理碳化硅、0.033kg 丙烯酸丁酯、1.5g偶氮二异丁腈和1.2kg乙醇加入第二搅拌瓶中，在60℃下混合搅拌3h，搅拌结束后过滤得固体，所得固体在50℃烘箱中干燥1h，得到改性碳化硅。
实施例8
本实施例与实施例6的区别仅在于，在S2步骤中，预处理碳化硅加入第二反应瓶之前，经过改性，改性步骤为：将0.3kg预处理碳化硅、0.042kg 丙烯酸丁酯、2.4g偶氮二异丁腈和1.5kg乙醇加入第二搅拌瓶中，在70℃下混合搅拌1h，搅拌结束后过滤得固体，所得固体在50℃烘箱中干燥1h，得到改性碳化硅。
实施例9
本实施例与实施例8的区别仅在于，在碳化硅的改性步骤中，用等量的γ-氨丙基三乙氧基硅烷替代N-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷。
实施例10
本实施例与实施例8的区别仅在于，在改性碳化硅和疏水型纳米二氧化硅加入第二搅拌瓶之前，将0.3kg改性碳化硅和0.21kg疏水型纳米二氧化硅加入第三搅拌瓶中，加入1kg乙醇中，在60℃下混合搅拌2h，搅拌结束后过滤得固体混合物，所得固体混合物在50℃烘箱中干燥1h，然后再将固体混合物加入第二搅拌瓶中。
实施例11
本实施例与实施例10的区别仅在于，碳化硅的平均粒径为40μm。
对比例
对比例1
本实施例与实施例3的区别仅在于，用等量的乙醇替代面漆中的碳化硅和疏水型纳米二氧化硅。
对比例2
本实施例与实施例3的区别仅在于，用等量的乙醇替代面漆中的碳化硅。
对比例3
本实施例与实施例3的区别仅在于，用等量的乙醇替代面漆中的疏水型纳米二氧化硅。
对比例4
本实施例与实施例3的区别仅在于，用等量的乙醇替代面漆中的酚醛树脂。
对比例5
本实施例与实施例3的区别仅在于，用等量的乙醇替代面漆中的聚酰胺蜡浆。
性能检测试验
根据JT/T 695-2007《混凝土桥梁结构表面涂层防腐技术条件》的附录B，对本申请各个实施例和对比例得到的排水砖进行附着力试验，测试涂层与面料层的粘结强度，测试结果如表2所示。
将5μL水滴滴在涂层表面，用接触角测量仪测定涂层的接触角，测试结果如表2所示。
选取本申请各个实施例和对比例得到的排水砖，排水砖的尺寸为200mm×200mm×60mm，将1L水装入水桶，水桶底部连通有水管，水管管径25mm，水管的管口与排水砖的疏水涂层中部接触，使水从水桶中流出，从水流出水桶开始，直至水不再从排水砖侧边流出为止，记录排水时间，水不再从排水砖流出的判断标准为超过5s没有水离开排水砖，以测试排水砖的排水速度，测试结果如表2所示。
表2
粘结强度(MPa) 接触角(°) 排水时间(s)
实施例1 2.71 119 33.8
实施例2 2.77 117 34
实施例3 2.75 122 33
实施例4 2.73 121 30.5
实施例5 2.75 122 29.8
实施例6 2.79 120 30.1
实施例7 3.14 127 28.3
实施例8 3.17 129 27.8
实施例9 2.72 119 30.7
实施例10 3.27 136 25.6
实施例11 3.48 140 24.8
对比例1 2.52 97 42.2
对比例2 2.57 108 37.2
对比例3 2.69 100 40.1
对比例4 2.31 107 38.6
对比例5 2.43 113 36.5
根据表2可知，与对比例1相比，实施例3的疏水涂层附着力、接触角以及排水砖的排水速度均有所提升，排水砖具有良好的疏水效果，原因是碳化硅和疏水型纳米二氧化硅一同组成涂层的表面结构，增大表面粗糙度，疏水型纳米二氧化硅本身具有疏水效果，碳化硅具有增强面漆与底漆连接的效果，提高涂层的稳定性，且碳化硅可以配合疏水型纳米二氧化硅协同提高涂层的疏水性，从而增大接触角，加快水滴在排水砖上滚落，提高排水速度。
与对比例2和对比例3相比，实施例3的疏水涂层附着力、接触角以及排水砖的排水速度均有所提升，说明单独使用碳化硅和单独使用疏水型纳米二氧化硅所得到的提升并不突出，需要两者配合使用才能得到较好的提升。
与对比例4和对比例5相比，实施例3的疏水涂层附着力、接触角以及排水砖的排水速度均有所提升，说明在缺少酚醛树脂或聚酰胺蜡浆时，会影响涂层的稳定性，进而可能导致碳化硅和疏水型纳米二氧化硅的分布情况，降低了接触角，从而影响排水效果。
与实施例3相比，实施例4的排水速度加快，说明设置排水槽有助于引导水流排出排水砖，并且涂层的疏水作用可以加快水在排水槽内的流动，进一步提高排水速度。
实施例4、实施例5和实施例6的性能相近，说明仅对碳化硅进行预处理并不能提升排水砖的效果。
与实施例6相比，实施例7和实施例8的疏水涂层附着力、接触角以及排水砖的排水速度均有所提升，说明在碳化硅表面接枝聚丙烯酸丁酯可以提高碳化硅的疏水性，从而提高排水砖的接触角，并且可能因为碳化硅接枝聚丙烯酸丁酯后与底漆的环氧树脂结合更稳，从而进一步提高了涂层的附着力。
与实施例8相比，实施例9的疏水涂层附着力、接触角以及排水砖的排水速度均有所降低，并与实施例6相接近，原因可能是碳化硅表面接枝聚丙烯酸丁酯对预处理步骤有选择性，需要N-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷，而γ-氨丙基三乙氧基硅烷的预处理效果较差。
与实施例8相比，实施例10的接触角有所提升，说明先将碳化硅与疏水型纳米二氧化硅结合能够提高涂层的疏水性，推测可能因为疏水型纳米二氧化硅与聚丙烯酸丁酯之间能相互结合，使得部分疏水型纳米二氧化硅附着于碳化硅表面，提高碳化硅的疏水性。
与实施例10相比，实施例11的疏水涂层附着力、接触角以及排水砖的排水速度均有所提升，说明碳化硅粒径增大有助于提高涂层的粗糙度，并提高面漆与底漆的结合能力，另外可能因为碳化硅粒径增大有助于疏水型纳米二氧化硅附着于碳化硅表面，从而进一步提高碳化硅的疏水性，提高涂层的疏水能力。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，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，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种疏水型再生骨料生态排水砖，其特征在于，包括依次设置的底料层、面料层和疏水涂层，所述疏水涂层包括底漆和面漆，所述底漆由包含环氧树脂、固化剂和乙醇的原料制成，所述面漆由包含以下重量份的原料制成：
碳化硅，1.6~4.2份；
疏水型纳米二氧化硅，0.8~2.8份；
增粘树脂，3~10份；
稳定剂，1.5~3份；
乙醇，50~70份。
2.根据权利要求1所述的一种疏水型再生骨料生态排水砖，其特征在于：所述增粘树脂选自酚醛树脂。
3.根据权利要求1所述的一种疏水型再生骨料生态排水砖，其特征在于：所述稳定剂选自聚酰胺蜡浆。
4.根据权利要求1所述的一种疏水型再生骨料生态排水砖，其特征在于：所述疏水型纳米二氧化硅的制备方法为：将纳米二氧化硅、γ-氨丙基三乙氧基硅烷和乙醇在加热条件下混合搅拌，搅拌结束后过滤、干燥，得到疏水型纳米二氧化硅。
5.根据权利要求1所述的一种疏水型再生骨料生态排水砖，其特征在于：所述碳化硅为改性碳化硅，所述改性碳化硅由包含预处理碳化硅、丙烯酸丁酯、引发剂和乙醇的原料制备而成，所述预处理碳化硅、丙烯酸丁酯、引发剂和乙醇的重量比为10:(1.1~1.4):(0.05~0.08):(40~50)，所述预处理碳化硅由包含碳化硅、N-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷和乙醇的原料制备而成，所述碳化硅、N-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷和乙醇的重量比为10:(0.8~1.2):(40~50)。
6.根据权利要求1所述的一种疏水型再生骨料生态排水砖，其特征在于：所述面料层开设有排水槽，所述排水槽的两端敞口设置。
7.根据权利要求1所述的一种疏水型再生骨料生态排水砖，其特征在于：所述底料层由包含水泥、细砂、再生粗骨料、减水剂和水的原料制成，所述面料层由包含水泥、细砂和水的原料制成。
8.一种疏水型再生骨料生态排水砖的制备方法，其特征在于：用于制备权利要求1-7任一所述的一种疏水型再生骨料生态排水砖，包括以下步骤：
S1.将底料层的原料和面料层的原料分别搅拌，然后将底料层通过模具进行振实，再将面料层加入模具中并在底料层的基础上振实得到坯体，最后对坯体进行养护；
S2.将环氧树脂、固化剂和乙醇混合搅拌，得到底漆；将碳化硅、疏水型纳米二氧化硅、增粘树脂、稳定剂和乙醇混合搅拌，得到面漆；
S3.将底漆喷涂在面料层，室温固化，固化后在底漆的基础上喷涂面漆，静置，形成疏水涂层，并得到疏水型生态排水砖。
9.根据权利要求1所述的一种疏水型再生骨料生态排水砖，其特征在于：所述碳化硅为改性碳化硅，所述改性碳化硅的制备方法为：将碳化硅、N-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷和乙醇在50~65℃下混合搅拌1~3h，搅拌结束后过滤、干燥，得到预处理碳化硅，然后将预处理碳化硅、丙烯酸丁酯、引发剂和乙醇在60~70℃下混合搅拌1~3h，搅拌结束后过滤、干燥，得到改性碳化硅。
10.根据权利要求9所述的一种疏水型再生骨料生态排水砖，其特征在于：S2步骤中，在改性碳化硅、疏水型纳米二氧化硅、增粘树脂、稳定剂和乙醇混合搅拌之前，将改性碳化硅与疏水型纳米二氧化硅浸泡于乙醇中，并且加热条件下混合搅拌，搅拌结束后过滤、干燥，最后将所得的混合物与增粘树脂、稳定剂和乙醇混合搅拌。
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