CN113733302B - 一种高渗透清洁透水砖的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高渗透清洁透水砖的制备方法，本发明属于透水砖技术领域，本发明采用室温清洁釉通过径流的形式在透水砖的表面和内部施加，然而在透水混凝土路面建成后由于路面径流流经透水混凝土的过程是一个被动过滤过程，当防水致密的釉层分布在透水砖内部孔隙中，无机或有机的颗粒会随着水流进入孔隙后并不会大量固着停留，并不会造成杂质随着清洗以及后续的冲击仍会移动，相当于将内部孔隙形成了防水管道，便于水和堵塞物的排出，孔隙也并不会因堵塞而导致路面渗透性能显著降低。

Description

一种高渗透清洁透水砖的制备方法

技术领域

本发明属于透水砖技术领域，具体涉及一种高渗透清洁透水砖的制备方法。

背景技术

透水砖的使用，最早始于荷兰。当时荷兰是因为地下水位下降带来地表沉陷，每当雨季海水淹过海堤就会漫向低处。荷兰是一个靠海国家，当地表沉陷后海水一旦冲进城市，很快就会把城市淹没，这给荷兰人带来了很大的困扰。这就是后来大家熟悉的荷兰砖-透水砖。随着城市经济水平的不断发展，不透水性的路面在大城市中飞速发展，与此同时不透水路面产生的生态问题也越来越突出，而透水砖具有的相应生态方面的优势较多。因此，透水砖引起了很多国家的注意，日本、欧美等国率先对透水砖展开了研究，20世纪70年代，英国研究人员用无砂的混凝土制作了早期的透水砖，他们将混凝土材料按一定的比例混合配制，由此制作了透水砖，他们将透水砖采用整层铺装的结构方式进行路面铺置，这种路面结构在开始使用的时候有一定的透水性和强度。但是随着时间的推移，十年后人们发现这种结构的透水性和强度都下降了很多。之后在1987年的佛罗里达州，又有研究者将砖体的孔隙率增大到15%~20%之间，由于混凝土透水砖的孔隙率增加得比较高，而材料的种类用的又比较单一，使砖体的强度降低了很多，导致这个研究最后也没有用到实际中。20世纪80年代初，日本研究者提出了“雨水渗透计划”是为了解决由于地下水位下降明显带来的地表沉陷问题。当时的设想就是将雨水重新归于地下这一设计理念，于是日本早期就在研究透水混凝土路面和沥青透水路面。由于混凝土材料在开始使用的时候没有很快地将弊端展现出来，但是随着时间的推移混凝土材料的弊端就被研究者发现了，最后研究者发现了陶瓷透水砖。而陶瓷透水砖就是采用生活垃圾来制作的，比如说：废弃的玻璃、矿渣陶瓷等配合而成的透水砖。陶瓷透水砖可以用黏性土将它们烧结在一起，并且通过黏性土可以烧结成不同的形状。这是一种新型的生态渗水地面系统材料，在日本很受欢迎，就日本的北海道而言，就有1/4的范围使用陶瓷透水砖。2005年，国家发改委发布了国内透水砖行业首部标准《透水砖》（JC/T945-2005），其中对透水砖的类别、等级和性能做出了规定。随着透水砖的生产和应用规模的扩大，《透水路面砖和透水路面板》、《砂基透水砖》等一系列国家和行业标准相继发布这些标准、规程的发布和实施，规范了透水砖的生产和使用，促进了国内透水砖行业的发展。尽管我国对于透水砖的发展与研究起步相对较晚，并且尚不成熟，但是透水砖的发展速度却令人称赞。由从当今的技术发展水平来看，目前国内生产的陶瓷透水砖性能均可以与INAX公司生产的产品相媲美，INAX公司所生产的产品的性能指标比较优良，其中最突出的是抗折强度与抗压强度都较大，但缺点是透水系数较小，陶瓷透水砖具有的优良特性与绿色环保的特点是城市储存雨水的有效方法之一。透水砖可分为普通透水砖、聚合物纤维混凝土透水砖、彩石复合混凝土透水砖、彩石环氧通体透水砖、混凝土透水砖。中国专利CN101445340B公开了一种自洁式透水砖及其制备方法，采用称量基料和面料分别进行预混，搅拌作为原料待用，成型后蒸汽养护，再表面喷洒液体二氧化钛和氧化银混合物，而二氧化钛的催化反应只是发生在表面，只有在光照条件下方可显示出抑菌作用且易脱落，而且氧化银价格昂贵并不适于透水砖生产，使用效果并不好，但是，制备的透水砖只能将雨水等渗透至地下，并且随着时间的延长，透水砖的孔隙极易被雨水中的污泥、地表上所粘的口香糖等堵塞和覆盖，从而降低了透水砖的使用寿命。因此，如何解决孔隙堵塞的问题成了制备透水砖过程中的重中之重。目前，人们试图将纳米二氧化钛等与炉渣水泥等混合压制成自洁式透水砖，从而达到将堵塞在孔隙内的污染物分解的目的，但是，这种方法大大的浪费了纳米二氧化钛的利用率，一些掺杂在透水砖底部的纳米二氧化钛由于不能受到光的照射，其光催化降解性能得不到有效利用，收效甚微，包括中国专利CN109133867B、CN105418141A等众多技术方案皆是如此，应用效果并不好。本领域技术人员亟待开发出一种高渗透清洁透水砖的制备方法，以满足现有的性能要求和市场需求。

发明内容

本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种高渗透清洁透水砖的制备方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

在水文学地下水勘测中，有些岩层或土层比较细密，如页岩、粘土、花岗岩等，透水性能极差，基本上水不能渗入，称为不透水层。不透水层不含水，对地下水的流动起阻隔作用，故也叫隔水层。储水层水渗入地下以后，大都贮存在多孔性岩石或孔隙与裂隙较多的岩层或土层中，如多孔灰岩、砂岩或砂性土壤中。这类岩层或土层常常是透水的，我们称为透水层。

一种高渗透清洁透水砖的制备方法，包括如下步骤：步骤一、碱土胶膏在干燥粉碎后经200目筛去除杂物，将其和多孔灰岩砂、砂岩砂混合干搅后放入搅拌机，加入混合料干重20%的水，以150r/min的速度搅拌3min，然后，经过压制后，25℃风干2h后，将其放入蒸汽养护箱中，在90℃条件下养护2~3d，直至样品水化反应完全结束，取出样品后25℃风干2~3d；步骤二、径流罩室温自洁釉：将步骤一得到的透水砖在室温自洁釉表面径流速度1.3~1.5cm/s，启动室温自洁釉径流泵，调节进水管阀门，使中间水槽透水砖表面的室温自洁釉稳定达到6~8.5cm深，循环径流10~15min后取出，即得高渗透清洁透水砖。

砂岩砂砂岩砂是破碎砂岩得到的。砂岩是硅砂颗粒胶结而形成的，易于破碎，孔隙率高。

砂岩砂由石英砂岩经破碎加工而得。石英砂岩属沉积岩，是由直径为0.01~2mm的碎屑物质胶结而成，其主要矿物成份为石英，其次是少量的长石,主要作铸钢用型、芯用原砂。碱矿渣菱苦土水泥是在碱矿渣水泥中引入菱苦土而制成的水硬性胶凝材料。在这种材料中，菱苦土可由气硬性转变为水硬性。菱苦土本身是气硬性材料，其制品长期应用于潮湿环境中时，易出现返卤和强度降低，甚至导致破坏，但菱苦土与碱土混合为一体后，返卤可得到改善，强度也可以得到保持。所用碱土渣可节省矿渣资源，降低水泥的成本，同时改善生态环境。

进一步的，步骤一所述碱土胶膏为重量份数计碱土350~360份、菱苦土220~230份、钠水玻璃15~25份，液灰比0.50的混合物。

碱土是含碳酸钠或重碳酸钠较多，呈强碱性反应的土壤。碱土是植物生长的大敌。在白花花的盐碱土上几乎寸草不生。碱土理化性状极为不良，下层有明显的坚硬柱状结构。该土时膨胀泥泞，富粘性，干时很紧密，吸附性钠有生理毒性，危害微生物及作物，避免堵塞和繁衍。进一步的，所述室温自洁釉组成为重量份数计，水溶性有机硅5~7份、纳米氧化锌14~22份、硫酸亚铁1~2份、水205~212份、氟硅酸钠2~4份，其中水溶性有机硅为苯基硅酸钠或乙基硅酸钠其中一种。

进一步的，所述步骤一所述的碱土胶膏、多孔灰岩砂、砂岩砂的质量比为15~18∶55~61∶58~66。

进一步的，所述步骤三的压制工艺包括以下步骤：首先将成型模具温度加热至30~40℃，并保持恒温，然后通过100吨压机在6~8MPa压力条件下压制15~20秒，预压成型，成型模具经过180°翻转后再通过压机在12~16MPa压力条件下压制30~40秒，压制成型密度均匀一致，即得。

本发明的有益效果：

径流是指降雨及在重力作用下沿地表流动的水流。而透水砖的透水实际上主要依靠这种作用形式。本发明从《国语·周语下》记载的大禹治水“堵不如疏，疏不如引”获得哲学原理启示，本发明采用室温清洁釉通过径流的形式在透水砖的表面和内部施加清洁釉，也就是说雨水径流流过的孔隙和室温清洁釉流过的路径能够达到几近相同，因为事实上雨水径流时并非流经透水砖的所有孔隙，而清洁釉采用径流的方式罩在孔隙表面更加符合实际雨水情况，而孔隙施釉后，形成防水的光洁管道，利于水的渗透，并且降低了微生物、植物成分在孔隙内的停留生长，在透水混凝土路面建成后由于路面径流流经透水混凝土的过程是一个被动过滤过程，当防水致密的釉层分布在透水砖内部孔隙中，无机或有机的颗粒会随着水流进入孔隙后并不会大量固着停留，随着清洗以及后续的冲击仍会移动，相当于将内部孔隙形成了防水管道，便于水和堵塞物的排出，孔隙并不会因堵塞而导致路面渗透性能显著降低。

本发明相比现有技术具有以下优点：

以往人们采用建筑垃圾、粘土等含有有机物以及微生物的原料制备透水砖，常常堵塞效果明显，堵塞分为物理堵塞和生物堵塞：物理堵塞较为常见，是由表面和孔隙结构中堆积的碎屑所引起的；生物堵塞是由藻类、细菌的繁殖和植物根系的渗透所引起的。在连续的潮湿环境下，生物生长的更快，生物堵塞更为严重。而透水砖上之所以能长出微生物、藻类甚至青草，一部分原因是因为原料中含有草种生长所需的养分，并且因为透水的属性，其间形成有足够的呼吸生长孔隙。这样，既能保证藻类、细菌的繁殖和植物根系在透水砖中生长有充分的延展空间，草根、微生物等的生长具有天然良好的生长环境。以往还有人在水泥以及无机建材中加入腐殖土等营养介质来用于养花，本发明并未采用建筑垃圾等，杜绝营养成分的引入，然而，由于雨水径流携带的小颗粒不断进入透水砖和透水混凝土的孔隙，导致路面渗透性能不断降低，甚至演变成非透水路面。本发明采用室温清洁釉通过径流的形式在透水砖的表面和内部施加，然而在透水混凝土路面建成后由于路面径流流经透水混凝土的过程是一个被动过滤过程，当防水致密的釉层分布在透水砖内部孔隙中，无机或有机的颗粒会随着水流进入孔隙后并不会大量固着停留，随着清洗以及后续的冲击仍会移动，相当于将内部孔隙形成了防水管道，便于水和堵塞物的排出，孔隙并不会因堵塞而导致路面渗透性能显著降低。

具体实施方式

实施例1

步骤一、碱土胶膏、多孔灰岩砂、砂岩砂的质量比为18∶61∶66，碱土胶膏在60℃干燥5h后粉碎后经200目筛去除杂物，将其和枞阳黄公山多孔灰岩砂、遂平小丁山砂岩砂混合干搅后放入搅拌机，加入混合料干重20%的水，以150r/min的速度搅拌3min，然后，经过压制后，将成型模具温度加热至30℃，并保持恒温，然后通过100吨压机在6MPa压力条件下压制15秒，预压成型，成型模具经过180°翻转后再通过压机在12MPa压力条件下压制30秒，压制成型密度均匀一致，即得，25℃风干2h后，将其放入蒸汽养护箱中，在90℃条件下养护3d，直至样品水化反应完全结束，取出样品后25℃风干3d；步骤二、径流罩室温自洁釉：将步骤一得到的透水砖在室温自洁釉表面径流速度1.5cm/s，启动室温自洁釉径流泵，调节进水管阀门，使中间水槽透水砖表面的室温自洁釉稳定达到8.5cm深，循环径流15min后取出，即得高渗透清洁透水砖，碱土胶膏为重量份数计碱土350份、江苏恒海镁业85菱苦土220份、模数2.4钠水玻璃15份，液灰比0.50的混合物。平罗西大滩白僵土龟裂碱土，孔隙率37.6%，pH9.2，中粘粒（<2μm）、粉粒（2-50μm）、砂粒（>50μm）分别占1.08%、93.61%和5.31%，室温自洁釉组成为重量份数计，水溶性有机硅5份、锦华纳米氧化锌14份、硫酸亚铁1份、水205份、氟硅酸钠2份，其中水溶性有机硅为苯基硅酸钠。

用500g多孔灰岩砂干砂作筛分实验，筛分粒径分配结果见表1所示。

表1多孔灰岩砂干砂粒径分配结果

筛孔尺寸（mm）	4.75	2.36	1.18	0.6	0.3	0.15
							筛余量(g)	15	75	95	105	115	85

用500g多孔灰岩砂干砂作筛分实验，筛分粒径分配结果见表2所示。

表2砂岩砂干砂粒径分配结果

筛孔尺寸（mm）	4.75	2.36	1.18	0.6	0.3	0.15
							筛余量(g)	5	100	150	145	80	20

产品：抗压强度45.6MPa、200mm×100mm×60mmF_tr4.5/A级平均值4.65MPa、最小值4.58MPa、耐磨性磨坑长度26.1mm、防滑性78BPN、透水速率2.69×10^-2cm/s。每平米可快速渗透近60公斤雨水，能使雨水迅速渗入地下土壤。

实施例2

步骤一、碱土胶膏、多孔灰岩砂、砂岩砂的质量比为15∶55∶58，碱土胶膏在55℃干燥2~4h，粉碎后经200目筛去除杂物，将其和枞阳黄公山多孔灰岩砂（级配同实施例1）、遂平小丁山砂岩砂（同实施例2）混合干搅后放入搅拌机，加入混合料干重20%的水，以150r/min的速度搅拌3min，然后，经过压制后，压制工艺包括以下步骤：将成型模具温度加热至30℃，并保持恒温，然后通过100吨压机在8MPa压力条件下压制20秒，预压成型，成型模具经过180°翻转后再通过压机在16MPa压力条件下压制40秒，压制成型密度均匀一致，即得，25℃风干2h后，将其放入蒸汽养护箱中，在90℃条件下养护2d，直至样品水化反应完全结束，取出样品后25℃风干2d；步骤二、径流罩室温自洁釉：将步骤一得到的透水砖在室温自洁釉表面径流速度1.3cm/s，启动室温自洁釉径流泵，调节进水管阀门，使中间水槽透水砖表面的室温自洁釉稳定达到6cm深，循环径流15min后取出，即得高渗透清洁透水砖，碱土胶膏为重量份数计的碱土360份、模数2.4钠水玻璃25份、江苏恒海镁业85菱苦土230份，水灰比0.50的混合物。平罗西大滩白僵土龟裂碱土，孔隙率37.6%，pH9.2，中粘粒（<2μm）、粉粒（2-50μm）、砂粒（>50μm）分别占1.08%、93.61%和5.31%。述室温自洁釉组成为重量份数计，水溶性有机硅7份、锦华纳米氧化锌22份、硫酸亚铁2份、水212份、氟硅酸钠4份，其中水溶性有机硅为乙基硅酸钠。

产品：抗压强度45.6MPa、200mm×100mm×60mmF_tr4.5/A级平均值4.69MPa、最小值4.53MPa、耐磨性磨坑长度26.4mm、防滑性77BPN、透水速率2.72×10^-2cm/s。

注：参考GB/T25993-2010透水路面砖和透水路面板；GB/T12988-2009无机地面材料耐磨性能试验方法。

Claims (4)

1.一种高渗透清洁透水砖的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、碱土胶膏在干燥粉碎后经200目筛去除杂物，将其和多孔灰岩砂、砂岩砂混合干搅后放入搅拌机，所述碱土胶膏、多孔灰岩砂、砂岩砂的质量比为15~18∶55~61∶58~66，加入混合料干重20%的水，以150r/min的速度搅拌3min，然后，经过压制后，25℃风干2h后，将其放入蒸汽养护箱中，在90℃条件下养护2~3d，直至样品水化反应完全结束，取出样品后25℃风干2~3d；步骤二、径流罩室温自洁釉：将步骤一得到的透水砖在室温自洁釉表面径流速度1.3~1.5cm/s，启动室温自洁釉径流泵，调节进水管阀门，使中间水槽透水砖表面的室温自洁釉稳定达到6~8.5cm深，循环径流10~15min后取出，即得高渗透清洁透水砖。

2.根据权利要求1所述的一种高渗透清洁透水砖的制备方法，其特征在于，步骤一所述碱土胶膏为重量份数计碱土350~360份、菱苦土220~230份、钠水玻璃15~25份，液灰比0.50的混合物。

3.根据权利要求1所述的一种高渗透清洁透水砖的制备方法，其特征在于，所述步骤二室温自洁釉组成为重量份数计，水溶性有机硅5~7份、纳米氧化锌14~22份、硫酸亚铁1~2份、水205~212份、氟硅酸钠2~4份，其中水溶性有机硅为苯基硅酸钠或乙基硅酸钠其中一种。

4.根据权利要求1所述的一种高渗透清洁透水砖的制备方法，其特征在于，步骤三的压制工艺包括以下步骤：首先将成型模具温度加热至30~40℃，并保持恒温，然后通过100吨压机在6~8MPa压力条件下压制15~20秒，预压成型，成型模具经过180°翻转后再通过压机在12~16MPa压力条件下压制30~40秒，压制成型密度均匀一致，即得。