CN114873960A - 一种无机砂基透水砖及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无机砂基透水砖及其制备方法，属于透水砖技术领域，其包括基层和面层，基层包括以下原料制成：集料、无机胶凝材料、减水剂；面层包括以下原料制成：天然彩砂、硬质硅砂、增强剂、无机胶凝材料、颜料；增强剂包括以下重量份数的原料制成：聚丙烯酸钙10‑20份、木质素磺酸钙10‑20份、亚硝酸钠10‑20份、纤维素醚2‑5份、三乙醇胺3‑5份、减水剂5‑10份和去离子水20‑60份。本发明提供的无机砂基透水砖，面层中选用颗粒级配良好的天然彩砂和硬质硅砂作为骨料，并添加增强剂、无机胶凝材料与天然彩砂和硬质硅砂共同作用，在砖体内部形成了相互嵌入的网状结构，有效提高了面层的硬度和耐磨性，而且面层不易变色。
Description
技术领域
本发明涉及一种无机砂基透水砖及其制备方法，属于透水砖技术领域。
背景技术
随着经济的快速发展和城市化进程的加快，城市地表被越来越多的水泥路面、柏油路面等不透水材料覆盖，这些不透水路面带来便利交通的同时也使城市排水困难，容易产生城市内涝。为了解决该问题，近年来我国提出了具有渗、滞、蓄、净、排等多种技术一体化的海绵城市建设规划，而透水砖的研发和设计是城市规划中的重要环节之一。与不透水路面相比，透水砖路面具有缓解地表径流、补给地下、净化路面雨水、解决城市热岛效应等作用。
目前市场上的透水砖产品主要集中为普通水泥基透水砖、陶瓷烧结透水砖、砂基透水砖等。陶瓷透水砖需高温烧制，不仅生产工艺较为复杂，而且造成大量能源的浪费；水泥基透水砖生产工艺简单，但抗折强度较低，表面质感不好，限制了其使用范围；砂基透水砖因具有优异的表面质感和仿石效果越来越受到行业的亲睐。然而，传统的砂基透水砖一般采用有机高分子树脂胶粘剂作为胶凝材料，导致其耐候性、耐紫外线能力差，户外条件下易变色，而且砖体发脆导致力学性能差。另外，有机高分子树脂胶粘剂本身不环保，对环境会造成污染，而且加工过程可能还需要采用微波加热来加速固化，对生产设备有特殊的要求，整体加工工艺复杂，费用较高，限制了目前砂基透水砖的大规模应用。近几年兴起的无机砂基透水砖虽然避免了使用有机高分子树脂胶粘剂，但由于配方不合理导致面层易掉砂、硬度差、力学强度与透水率不能良好兼容等诸多问题。
需要说明的是，上述内容属于发明人的技术认知范畴，并不必然构成现有技术。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术所存在的问题，提供了一种无机砂基透水砖及其制备方法，可提高了面层的硬度和耐磨性，而且面层不易变色。
本发明通过采取以下技术方案实现上述目的：
一方面，本发明提供了一种无机砂基透水砖，包括基层和面层，面层的厚度为8-10mm，基层包括以下重量份数的原料制成：集料76～88份、无机胶凝材料10～15份、减水剂1～15份；
所述面层包括以下重量份数的原料制成：天然彩砂60～70份、硬质硅砂4～10份、增强剂3～5份、无机胶凝材料18～25份、颜料1～3份；
所述增强剂包括以下重量份数的原料制成：聚丙烯酸钙10-20份、木质素磺酸钙10-20份、亚硝酸钠10-20份、纤维素醚2-5份、三乙醇胺3-5份、减水剂5-10份和去离子水20-60份。
可选的，所述增强剂的制备方法包括如下步骤：
(1)将聚丙烯酸钙、木质素磺酸钙、亚硝酸钠、纤维素醚加入行星搅拌釜内在30-40℃充分搅拌混合均匀，制成混合料A；
(2)将去离子水、减水剂加入混合料A中充分搅拌均匀，制成混合料B；
(3)将三乙醇胺加入混合料B中充分搅拌混合均匀，制得所述增强剂。
可选的，所述集料选自碎石、冶炼废渣、建筑垃圾回收料、尾矿砂、石粉中的一种或几种；
所述碎石、建筑垃圾回收料的压碎值为11-13％；
所述碎石的粒径为2-5mm和3-8mm，冶炼废渣的粒径为0.5-2mm，建筑垃圾回收料的粒径为2-5mm，尾矿砂的细度模数为2.2-3.3，石粉的细度模数为1.9-3.3。
可选的，所述无机胶凝材料由粉煤灰0-3份、矿粉0-5份和水泥8-100份组成。
可选的，所述水泥为硅酸盐类灰水泥和\或硅酸盐类白水泥。
可选的，所述减水剂为聚羧酸减水剂或BASF MELMENT F10。
可选的，所述天然彩砂的粒径为粗砂和细砂级配组成，粗砂的粒径为20-40目、细砂的粒径为40-80目，粗砂的比例为20-40％，细砂的比例为60-80％；
硬质硅砂的粒径为30-70目；
天然彩砂的压碎值为10％-20％，硬质硅砂的压碎值小于10％。
可选的，所述颜料为无机氧化铁系颜料，选自108红、308黄、728黑或668棕。
另一方面，本发明还提供了所述无机砂基透水砖的制备方法，包括如下步骤：
(1)将组成基层的集料、无机胶凝材料、减水剂搅拌混合，之后加入水继续搅拌，混合均匀，得到基层材料；
(2)将组成面层的天然彩砂、硬质硅砂、无机胶凝材料、颜料搅拌混合，之后加入增强剂、水继续搅拌，混合均匀，得到面层材料；
(3)面层材料与基层材料输送至砖机设备，先将基层材料注入下模，之后将上模合模进行预压，之后再将面层材料注入下模内、基层材料的上方，之后将上模合模，在加压作用的同时进行振捣，脱模后得到砖坯；
(4)将步骤(3)制成的砖坯经养护成型。
可选的，步骤(4)中的养护方法为：
将步骤(3)得到的成型砖送入养护窑内在20-35℃，湿度75-95％条件下养护3-4天，出窑后裹上塑料薄膜，在15-35℃，湿度50-95％继续养护24-25天。
本发明的有益效果包括但不限于：
本发明提供的无机砂基透水砖及制备方法，面层中选用颗粒级配良好的天然彩砂和硬质硅砂作为骨料，并添加增强剂、无机胶凝材料与天然彩砂和硬质硅砂共同作用，在砖体内部形成了相互嵌入的网状结构，有效提高了面层的硬度和耐磨性，而且面层不易变色；在加工过程中天然彩砂和硬质硅砂相互之间形成镶嵌，使面层内保留细小的孔缝保证高透水率，而且面层表面均匀美观，具有良好的仿石效果。基层中选用高强度碎石、尾矿砂、石粉和建筑垃圾回收料作为骨料，通过水泥进行粘结，保证基层机械强度的同时留有孔缝，保证透水率。
具体实施方式
在以下内容中将会对本发明进行进一步的详细描述。但是需要指出的是，以下的具体实施方式仅仅以示例性的方式给出本发明的具体操作实例，但是本发明的保护范围不仅限于此。本发明的保护范围仅仅由权利要求书所限定。本领域技术人员能够显而易见地想到，可以在本发明权利要求书限定的保护范围之内对本发明所述的实施方式进行各种其它的改良和替换，并且仍然能够实现相同的技术效果，达到本发明的最终技术目的。
如无特殊说明，本说明书中各原料通过商业途径购得。
部分原料的说明如下：
粉煤灰为F·Ⅱ级，矿粉为S95级；水泥为硅酸盐类灰水泥(标号为42.5)或白水泥(标号为52.5)；颜料为德国拜尔公司生产的无机氧化铁系颜料，包括108红、308黄、728黑、668棕。
下面通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步具体的说明，但是本发明并不限于这些实施例。
实施例1：
本实施例提供的无机砂基透水砖制备时采用的原料及用量见下表1.1-1.3。
表1.1实施例1中增强剂的原料
| 成分 | 重量(10kg) |
| 聚丙烯酸钙 | 15 |
| 木质素磺酸钙 | 10 |
| 亚硝酸钠 | 10 |
| 纤维素醚 | 2 |
| 三乙醇胺 | 3 |
| 减水剂 | 5 |
| 去离子水 | 60 |
表1.2实施例1提供的无机砂基透水砖的基层原料
表1.3实施例1提供的无机砂基透水砖的面层原料
实施例2：
本实施例提供的无机砂基透水砖制备时采用的原料及用量见下表2.1-2.3。
表2.1实施例2中增强剂的原料
| 成分 | 重量(10kg) |
| 聚丙烯酸钙 | 10 |
| 木质素磺酸钙 | 15 |
| 亚硝酸钠 | 12 |
| 纤维素醚 | 4 |
| 三乙醇胺 | 5 |
| 减水剂 | 9 |
| 去离子水 | 50 |
表2.2实施例2提供的无机砂基透水砖的基层原料
表2.3实施例2提供的无机砂基透水砖的面层原料
实施例3：
本实施例提供的无机砂基透水砖制备时采用的原料及用量见下表3.1-3.3。
表3.1实施例3中增强剂的原料
| 成分 | 重量(10kg) |
| 聚丙烯酸钙 | 20 |
| 木质素磺酸钙 | 12 |
| 亚硝酸钠 | 18 |
| 纤维素醚 | 2 |
| 三乙醇胺 | 3 |
| 减水剂 | 8 |
| 去离子水 | 30 |
表3.2实施例3提供的无机砂基透水砖的基层原料
表3.3实施例3提供的无机砂基透水砖的面层原料
实施例4：
本实施例提供的无机砂基透水砖制备时采用的原料及用量见下表4.1-4.3。
表4.1实施例4中增强剂的原料
| 成分 | 重量(10kg) |
| 聚丙烯酸钙 | 17 |
| 木质素磺酸钙 | 20 |
| 亚硝酸钠 | 20 |
| 纤维素醚 | 5 |
| 三乙醇胺 | 5 |
| 减水剂 | 10 |
| 去离子水 | 20 |
表4.2实施例4提供的无机砂基透水砖的基层原料
表4.3实施例4提供的无机砂基透水砖的面层原料
实施例5：
本实施例提供的无机砂基透水砖制备时采用的原料及用量见下表5.1-5.3。
表5.1实施例5中增强剂的原料
表5.2实施例5提供的无机砂基透水砖的基层原料
表5.3实施例5提供的无机砂基透水砖的面层原料
实施例1-5中，增强剂的制备方法包括如下步骤：
(1)将聚丙烯酸钙、木质素磺酸钙、亚硝酸钠、纤维素醚加入行星搅拌釜内在35℃充分搅拌混合均匀，制成混合料A；
(2)将去离子水、减水剂加入混合料A中充分搅拌均匀，制成混合料B；
(3)将三乙醇胺加入混合料B中充分搅拌混合均匀，制得所述增强剂。
无机砂基透水砖的制备方法，包括如下步骤：
(1)将组成基层的集料、无机胶凝材料、减水剂搅拌混合，之后加入水继续搅拌，混合均匀，得到基层材料；
(2)将组成面层的天然彩砂、硬质硅砂、无机胶凝材料、颜料搅拌混合，之后加入增强剂、水继续搅拌，混合均匀，得到面层材料；
(3)面层材料与基层材料输送至砖机设备，先将基层材料注入下模，之后将上模合模进行预压，之后再将面层材料注入下模内、基层材料的上方，之后将上模合模，在加压作用的同时进行振捣，脱模后得到砖坯；
(4)将步骤(3)制成的砖坯经养护成型，养护方法为：将步骤(3)得到的成型砖送入养护窑内在30℃，湿度90％条件下养护3天，出窑后裹上塑料薄膜，在温度30℃，湿度50-95％继续养护25天，即得所述无机砂基透水砖。
表6实施例1-实施例5提供的无机砂基透水砖的性能检测结果
从表6中数据可以看出，本发明实施例1-实施例5提供的无机砂基透水砖的巴氏硬度均大于63，磨坑长度≤27mm，抗压强度均＞43Mpa以上，抗折强度大于4.2Mpa以上，透水率均为A级透水，最高透水率达到了3.5*10-2cm/s，在紫外线照射1500h后面层颜色均无变化。各实施例提供的透水砖在兼顾优异的力学性能的前提下还保证了优异的透水效果。
上述具体实施方式不能作为对本发明保护范围的限制，对于本技术领域的技术人员来说，对本发明实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本发明的保护范围内。
本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。
Claims (10)
1.一种无机砂基透水砖，其特征在于，包括基层和面层，面层的厚度为8-10mm，基层包括以下重量份数的原料制成：集料76～88份、无机胶凝材料10～15份、减水剂1～15份；
所述面层包括以下重量份数的原料制成：天然彩砂60～70份、硬质硅砂4～10份、增强剂3～5份、无机胶凝材料18～25份、颜料1～3份；
所述增强剂包括以下重量份数的原料制成：聚丙烯酸钙10-20份、木质素磺酸钙10-20份、亚硝酸钠10-20份、纤维素醚2-5份、三乙醇胺3-5份、减水剂5-10份和去离子水20-60份。
2.根据权利要求1所述的无机砂基透水砖，其特征在于，所述增强剂的制备方法包括如下步骤：
(1)将聚丙烯酸钙、木质素磺酸钙、亚硝酸钠、纤维素醚加入行星搅拌釜内在30-40℃充分搅拌混合均匀，制成混合料A；
(2)将去离子水、减水剂加入混合料A中充分搅拌均匀，制成混合料B；
(3)将三乙醇胺加入混合料B中充分搅拌混合均匀，制得所述增强剂。
3.根据权利要求1所述的无机砂基透水砖，其特征在于，所述集料选自碎石、冶炼废渣、建筑垃圾回收料、尾矿砂、石粉中的一种或几种；
所述碎石、建筑垃圾回收料的压碎值为11-13％；
所述碎石的粒径为2-5mm和3-8mm，冶炼废渣的粒径为0.5-2mm，建筑垃圾回收料的粒径为2-5mm，尾矿砂的细度模数为2.2-3.3，石粉的细度模数为1.9-3.3。
4.根据权利要求1所述的无机砂基透水砖，其特征在于，所述无机胶凝材料由粉煤灰0-3份、矿粉0-5份和水泥8-100份组成。
5.根据权利要求4所述的无机砂基透水砖，其特征在于，所述水泥为硅酸盐类灰水泥和\或硅酸盐类白水泥。
6.根据权利要求1所述的无机砂基透水砖，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸减水剂或BASF MELMENT F10。
7.根据权利要求1所述的无机砂基透水砖，其特征在于，所述天然彩砂的粒径为粗砂和细砂级配组成，粗砂的粒径为20-40目、细砂的粒径为40-80目，粗砂的比例为20-40％，细砂的比例为60-80％；
硬质硅砂的粒径为30-70目；
天然彩砂的压碎值为10％-20％，硬质硅砂的压碎值小于10％。
8.根据权利要求1所述的无机砂基透水砖，其特征在于，所述颜料为无机氧化铁系颜料，选自108红、308黄、728黑或668棕。
9.根据权利要求1-8任一项所述的无机砂基透水砖的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将组成基层的集料、无机胶凝材料、减水剂搅拌混合，之后加入水继续搅拌，混合均匀，得到基层材料；
(2)将组成面层的天然彩砂、硬质硅砂、无机胶凝材料、颜料搅拌混合，之后加入增强剂、水继续搅拌，混合均匀，得到面层材料；
(3)面层材料与基层材料输送至砖机设备，先将基层材料注入下模，之后将上模合模进行预压，之后再将面层材料注入下模内、基层材料的上方，之后将上模合模，在加压作用的同时进行振捣，脱模后得到砖坯；
(4)将步骤(3)制成的砖坯经养护成型。
10.根据权利要求9所述的无机砂基透水砖的制备方法，其特征在于，步骤(4)中的养护方法为：
将步骤(3)得到的成型砖送入养护窑内在20-35℃，湿度75-95％条件下养护3-4天，出窑后裹上塑料薄膜，在15-35℃，湿度50-95％继续养护24-25天。
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