CN114988841B - 一种含建筑废料的透水砖及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及透水砖领域，具体公开了一种含建筑废料的透水砖及其制备方法，透水砖包括以下原料：水泥，水，废弃建筑渣土，工业锂渣，改性橡胶颗粒，造孔剂，绢云母粉，纳米硅溶胶，硅酸镁铝，可分散乳胶粉，减水剂。透水砖的制备方法包括以下制备步骤：步骤一，对废弃建筑渣土进行激发处理；步骤二，将水泥、工业锂渣、绢云母粉和经过步骤一处理的废弃建筑渣土混合均匀，再加入造孔剂、减水剂、可分散乳胶粉和水混合均匀，压制成型，制得成型砖；步骤三，将成型砖养护制得透水砖。制得的透水砖抗压强度高且磨坑长度小，耐磨性佳，加入的改性橡胶颗粒能在一定程度上改善透水砖的防滑性和行走舒适度，满足人们对舒适度和防滑性的要求。

Description

一种含建筑废料的透水砖及其制备方法

技术领域

本申请涉及透水砖领域，更具体地说，它涉及一种含建筑废料的透水砖及其制备方法。

背景技术

近年来，随着基建的兴起，我国每年建筑垃圾的生产总量约为15.5亿～24亿吨，约占城市垃圾总量的40％，资源化利用率仅为5％左右，绝大部分建筑垃圾被露天堆放或填埋，造成资源严重的浪费。

透水砖作为一种新型环保建筑材料被广泛应用于铺设城市广场、人行道、停车场等的地面上。雨水能够通过透水砖内部孔隙渗入地下对地下水进行补给，并且在暴雨的天气可以缓解城市管网的排水压力，缓解内涝同时减轻地表径流带来的面源污染。为落实节能环保理念，利用建筑废料制备透水砖成为的主要的研究趋势。

如公开号为CN109265139A的专利申请公开了一种对污染物有截留效应的陶粒透水砖，包括透水基层和透水面层，所述透水基层与所述透水面层一体压成，透水基层采用基层陶粒制作而成，透水面层采用面层陶粒制作而成，所述基层陶粒和面层陶粒均由40％-60％的污泥、20％的煤矸石、20-40％的建筑废料制作而成。

上述透水砖虽然采用建筑废料进行基层陶粒和面层陶粒的制备，在一定程度上节约了资源，制得的透水砖因要具备透水性能，力学性能普遍较差，且铺设在路面上经行人长期行走后，磨坑长度大，耐磨性差。

发明内容

为有效改善透水砖的耐磨性和力学性能，本申请提供一种含建筑废料的透水砖及其制备方法。

第一方面，本申请提供的一种含建筑废料的透水砖采用如下的技术方案：

一种含建筑废料的透水砖，包括以下重量份的原料：水泥60-95份，水30-55份，废弃建筑渣土200-260份，工业锂渣20-38份，改性橡胶颗粒25-55份，造孔剂10-30份，绢云母粉15-40份，纳米硅溶胶15-30份，硅酸镁铝5-12份，可分散乳胶粉4-10份，减水剂1-5份；改性橡胶颗粒包括：橡胶颗粒，氨基硅烷偶联剂，聚乙二醇。

通过采用上述技术方案，本申请采用大量的废弃建筑渣土作为基料，以使得更多的建筑废料能够得到有效利用，节约资源，环保且可持续。利用废弃建筑渣土并辅以纳米硅溶胶和硅酸镁铝在一定条件下对废弃建筑渣土进行活性激发，以使得废弃建筑渣土能够有效与水泥、工业锂渣等水化反应，形成胶凝材料，改善透水砖的力学性能；同时能够与改性橡胶颗粒配合，改善透水砖的耐磨性能。

采用氨基硅烷偶联剂和聚乙二醇在一定条件下协同对橡胶颗粒进行改性，改善橡胶颗粒的形态和表面活性，不仅使得改性橡胶颗粒具有更优的耐磨性能和与各原料组分之间的相容性和结合力，而且还能够提高行人在透水砖表面行走时的舒适度和防滑性，满足人们对道路舒适度和防滑性的要求，可广泛应用于广场、人行道等场所。

其中氨基硅烷偶联剂的氨基基团能够与聚乙二醇的羟基基团在橡胶颗粒表面形成网状结构，改性橡胶颗粒与水泥、工业锂渣等原料结合改善透水砖的力学性能，而经过活性激发的废弃建筑渣土中吸附有纳米尺寸的无定形二氧化硅颗粒，聚乙二醇中的一部分羟基则与废弃建筑渣土形成有效结合，两者协同改善透水砖的力学性能和耐磨性能。

绢云母粉具有良好的机械强度和耐磨性，可分散乳胶粉不仅具有优良的粘结性，还具有优异的成膜性，绢云母粉与改性橡胶颗粒复配后，在可分散乳胶粉的作用下，形成耐磨层，有效提高透水砖的耐磨性能。而造孔剂能够使得透水砖内部具有良好的孔隙结构，保证透水砖的透水性能。

优选的，所述改性橡胶颗粒经由以下步骤制得：

步骤1，将橡胶颗粒在聚乙二醇中浸泡1-2h，加入氨基硅烷偶联剂进行湿式球磨，然后进行超声振荡，得到混料；

步骤2，将混料进行养护处理，得到改性橡胶颗粒。

通过采用上述技术方案，将橡胶颗粒在聚乙二醇中浸泡，并在氨基硅烷偶联剂的作用下进行球磨，能够有效改善橡胶颗粒的微观形态和表面性能，不仅使得改性橡胶颗粒具有更优的耐磨性能和与各原料组分之间的相容性和结合力，而且还能够提高行人在透水砖表面行走时的舒适度；养护过程中能够进一步有效促进氨基和羟基基团在橡胶颗粒表面的相互作用，改善改性橡胶颗粒的性能，与其它原料复配后，共同改善透水砖的力学性能和耐磨性。

优选的，步骤2中，养护条件为：温度为60-75℃，空气相对湿度为60-80％，养护时间为40-60min。

通过采用上述技术方案，在适宜的温度和空气相对湿度条件下进行养护，进一步有效促进氨基和羟基基团在橡胶颗粒表面的相互作用，形成网状结构，更好的改善改性橡胶颗粒的综合性能。

优选的，所述橡胶颗粒，氨基硅烷偶联剂和聚乙二醇的质量比为(8-15):(1-2):(6-12)。

通过采用上述技术方案，进一步优化橡胶颗粒，氨基硅烷偶联剂和聚乙二醇之间的配合比，聚乙二醇的用量更大，以使得聚乙二醇的羟基一部分与氨基硅烷偶联剂的氨基基团在橡胶颗粒表面形成网状结构，另一部分羟基则与废弃建筑渣土形成有效结合，以使得两者协同改善透水砖的力学性能和耐磨性能。

优选的，所述造孔剂包括锯末、碳酸钠、核桃壳粉中的至少两种。

优选的，所述造孔剂为锯末、碳酸钠和核桃壳粉，锯末、碳酸钠和核桃壳粉的质量比为(1.5-2.2):(1.2-2):(1-1.7)。

通过采用上述技术方案，优化造孔剂的组分选取，采用锯末和核桃壳粉进行填充，锯末兼具木材的性能，能够起到一定的增韧作用，核桃壳粉是一种天然有机物，主要由纤维素和木质素组成，其外表含大量羟基基团，能够与经过激发处理的废弃建筑渣土相配合，能够改善透水砖的力学性能，同时保证良好的透水性，碳酸钠溶于水呈碱性，能够促进水泥的水化作用，促进胶凝材料的形成，在养护过程中有能形成气体逸出，在透水砖内部形成良好的孔隙结构，以使得透水砖具有良好的透水性。

优选的，所述废弃建筑渣土的组成由以下重量百分比的原料组成：拆迁建筑填土25-45％，建筑开槽土30-40％，修路地表土10-25％，砖头碎末余量。

通过采用上述技术方案，优化废弃建筑渣土的组成，能够与水泥、工业锂渣等配合使用，改善透水砖的力学性能。

第二方面，本申请提供一种含建筑废料的透水砖的制备方法，采用如下的技术方案：

一种含建筑废料的透水砖的制备方法，包括以下制备步骤：

步骤一，对废弃建筑渣土进行激发处理：将废弃建筑渣土进行挤压，控制含水量为5-10％，加入纳米硅溶胶和硅酸镁铝，进行微波激发；

步骤二，将水泥、工业锂渣、绢云母粉和经过步骤一处理的废弃建筑渣土混合均匀，再加入造孔剂、减水剂、可分散乳胶粉和水混合均匀，压制成型，制得成型砖；

步骤三，将成型砖在温度为50-70℃的条件下养护，制得透水砖。

通过采用上述技术方案，对废弃建筑渣土在纳米硅溶胶和硅酸镁铝的作用下，配合微波条件，激发废弃建筑渣土的活性，合理利用废弃物，绿色环保，经过激发处理的废弃建筑渣土与其他原料复配后，能够使得透水砖的力学性能得到有效改善，同时能够协助改善透水砖的耐磨性。

将各原料分批混合，以使得各原料组分相容性佳，体系均匀分散，经过压制成型和养护后，能够得到内部结构优良的透水砖。

优选的，步骤一中，微波激发条件为：微波为150-250GHz的电磁波，空气相对湿度在60-80％，温度为45-60℃。

通过采用上述技术方案，优化微波激发条件，以利于改善废弃建筑渣土的活性，促进其效用发挥，从而改善透水砖的综合性能。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1.利用废弃建筑渣土并辅以纳米硅溶胶和硅酸镁铝在一定条件下对废弃建筑渣土进行活性激发，以使得废弃建筑渣土能够有效与水泥、工业锂渣等水化反应，形成胶凝材料，改善透水砖的力学性能；同时能够与改性橡胶颗粒配合，改善透水砖的耐磨性能。

2.采用氨基硅烷偶联剂和聚乙二醇在一定条件下协同对橡胶颗粒进行改性，改善橡胶颗粒的形态和表面活性，不仅使得改性橡胶颗粒具有更优的耐磨性能和与各原料组分之间的相容性和结合力，而且还能够提高行人在透水砖表面行走时的舒适度和防滑性，满足人们对道路舒适度和防滑性的要求，可广泛应用于广场、人行道等场所。

3.绢云母粉具有良好的机械强度和耐磨性，可分散乳胶粉不仅具有优良的粘结性，还具有优异的成膜性，绢云母粉与改性橡胶颗粒复配后，在可分散乳胶粉的作用下，形成耐磨层，有效提高透水砖的耐磨性能。

具体实施方式

以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。

本申请所用原料均为普通市售原料，橡胶颗粒购自魏县昌宇橡胶制品有限公司；减水剂为聚羧酸减水剂，固含量为60％。

制备例

制备例1

改性橡胶颗粒经由以下步骤制得：

步骤1，将橡胶颗粒在聚乙二醇中浸泡1h，加入氨基硅烷偶联剂进行湿式球磨1h，然后进行超声振荡混匀，得到混料；

步骤2，将混料进行养护处理，养护条件为：温度为60℃，空气相对湿度为80％，养护时间为40min，得到改性橡胶颗粒；

橡胶颗粒，氨基硅烷偶联剂和聚乙二醇的质量比为8:1:6。

制备例2

改性橡胶颗粒经由以下步骤制得：

步骤1，将橡胶颗粒在聚乙二醇中浸泡2h，加入氨基硅烷偶联剂进行湿式球磨0.8h，然后进行超声振荡混匀，得到混料；

步骤2，将混料进行养护处理，养护条件为：温度为75℃，空气相对湿度为60％，养护时间为60min，得到改性橡胶颗粒；

橡胶颗粒，氨基硅烷偶联剂和聚乙二醇的质量比为15:2:12。

制备例3

改性橡胶颗粒经由以下步骤制得：

步骤1，将橡胶颗粒在聚乙二醇中浸泡1.8h，加入氨基硅烷偶联剂进行湿式球磨1.3h，然后进行超声振荡混匀，得到混料；

步骤2，将混料进行养护处理，养护条件为：温度为70℃，空气相对湿度为75％，养护时间为50min，得到改性橡胶颗粒；

橡胶颗粒，氨基硅烷偶联剂和聚乙二醇的质量比为11:1.8:9。

制备例4

改性橡胶颗粒经由以下步骤制得：

步骤1，将橡胶颗粒在聚乙二醇中浸泡1.8h，加入氨基硅烷偶联剂进行湿式球磨1.3h，然后进行超声振荡混匀，得到混料；

步骤2，将混料进行养护处理，养护条件为：温度为70℃，空气相对湿度为75％，养护时间为50min，得到改性橡胶颗粒；

橡胶颗粒，氨基硅烷偶联剂和聚乙二醇的质量比为18:3:0.8。

实施例

实施例1

含建筑废料的透水砖，包括以下重量份的原料：水泥60份，水30份，废弃建筑渣土200份，工业锂渣38份，制备例1制得的改性橡胶颗粒25份，造孔剂10份，云母粉15份，纳米硅溶胶15份，硅酸镁铝5份，可分散乳胶粉4份，减水剂1份；

造孔剂为锯末和碳酸钠，锯末和碳酸钠的质量比为1.5:2.2；

所述废弃建筑渣土的组成由以下重量百分比的原料组成：拆迁建筑填土25％，建筑开槽土40％，修路地表土25％，砖头碎末余量。

含建筑废料的透水砖的制备方法，包括以下制备步骤：

步骤一，对废弃建筑渣土进行激发处理：将废弃建筑渣土在15MPa的压力下进行挤压，控制含水量为5％，加入纳米硅溶胶和硅酸镁铝，进行微波激发，微波激发条件为：微波为150GHz的电磁波，空气相对湿度在60％，温度为45℃；

步骤二，将水泥、工业锂渣、云母粉和经过步骤一处理的废弃建筑渣土混合均匀，再加入造孔剂、减水剂、可分散乳胶粉和水混合均匀，压制成型，制得成型砖；

步骤三，将成型砖在温度为50℃的条件下养护，制得透水砖。

实施例2

含建筑废料的透水砖，包括以下重量份的原料：水泥95份，水55份，废弃建筑渣土260份，工业锂渣20份，制备例1制得的改性橡胶颗粒55份，造孔剂30份，云母粉40份，纳米硅溶胶30份，硅酸镁铝12份，可分散乳胶粉10份，减水剂5份；

造孔剂为锯末和核桃壳粉，锯末和核桃壳粉的质量比为2.2:1；

所述废弃建筑渣土的组成由以下重量百分比的原料组成：拆迁建筑填土45％，建筑开槽土30％，修路地表土10％，砖头碎末余量。

含建筑废料的透水砖的制备方法，包括以下制备步骤：

步骤一，对废弃建筑渣土进行激发处理：将废弃建筑渣土在15MPa的压力下进行挤压，控制含水量为10％，加入纳米硅溶胶和硅酸镁铝，进行微波激发，微波激发条件为：微波为250GHz的电磁波，空气相对湿度在80％，温度为60℃；

步骤二，将水泥、工业锂渣、云母粉和经过步骤一处理的废弃建筑渣土混合均匀，再加入造孔剂、减水剂、可分散乳胶粉和水混合均匀，压制成型，制得成型砖；

步骤三，将成型砖在温度为70℃的条件下养护，制得透水砖。

实施例3

含建筑废料的透水砖，包括以下重量份的原料：水泥88份，水42份，废弃建筑渣土245份，工业锂渣30份，制备例1制得的改性橡胶颗粒44份，造孔剂22份，云母粉30份，纳米硅溶胶25份，硅酸镁铝10份，可分散乳胶粉8份，减水剂3.5份；

造孔剂为碳酸钠和核桃壳粉，碳酸钠和核桃壳粉的质量比为2:1.7；

所述废弃建筑渣土的组成由以下重量百分比的原料组成：拆迁建筑填土45％，建筑开槽土30％，修路地表土10％，砖头碎末余量。

含建筑废料的透水砖的制备方法，包括以下制备步骤：

步骤一，对废弃建筑渣土进行激发处理：将废弃建筑渣土在15MPa的压力下进行挤压，控制含水量为6.5％，加入纳米硅溶胶和硅酸镁铝，进行微波激发，微波激发条件为：微波为200GHz的电磁波，空气相对湿度在77％，温度为52℃；

步骤二，将水泥、工业锂渣、云母粉和经过步骤一处理的废弃建筑渣土混合均匀，再加入造孔剂、减水剂、可分散乳胶粉和水混合均匀，压制成型，制得成型砖；

步骤三，将成型砖在温度为62℃的条件下养护，制得透水砖。

实施例4

与实施例3的区别在于，造孔剂为锯末、碳酸钠和核桃壳粉，锯末、碳酸钠和核桃壳粉的质量比为1.5:1.2:1；其余均与实施例3相同。

实施例5

与实施例3的区别在于，造孔剂为锯末、碳酸钠和核桃壳粉，锯末、碳酸钠和核桃壳粉的质量比为2.2:2:1.7；其余均与实施例3相同。

实施例6

与实施例3的区别在于，造孔剂为锯末、碳酸钠和核桃壳粉，锯末、碳酸钠和核桃壳粉的质量比为2:1.5:1.4；其余均与实施例3相同。

实施例7

与实施例6的区别在于，造孔剂为锯末、碳酸钠和核桃壳粉，锯末、碳酸钠和核桃壳粉的质量比为1:0.8:2.1；其余均与实施例3相同。

实施例8

与实施例6的区别在于，所述废弃建筑渣土的组成由以下重量百分比的原料组成：拆迁建筑填土38％，建筑开槽土35％，修路地表土14％，砖头碎末余量；其余均与实施例6相同。

实施例9

与实施例8的区别在于，选用制备例2制得的改性橡胶颗粒，其余均与实施例8相同。

实施例10

与实施例8的区别在于，选用制备例3制得的改性橡胶颗粒，其余均与实施例8相同。

实施例11

与实施例8的区别在于，选用制备例4制得的改性橡胶颗粒，其余均与实施例8相同。

对比例

对比例1

与实施例10的区别在于，不加入改性橡胶颗粒，其余均与实施例10相同。

对比例2

与实施例10的区别在于，将改性橡胶颗粒等量替换为橡胶颗粒，其余均与实施例10相同。

对比例3

与实施例10的区别在于，不加入绢云母粉，其余均与实施例10相同。

对比例4

与实施例10的区别在于，含建筑废料的透水砖的制备方法，包括以下制备步骤：

步骤一，将废弃建筑渣土在15MPa的压力下进行挤压，控制含水量为6.5％，加入纳米硅溶胶，在温度为52℃的条件下混合搅拌均匀；

步骤二，将水泥、工业锂渣、云母粉和经过步骤一处理的废弃建筑渣土混合均匀，再加入造孔剂、减水剂、可分散乳胶粉和水混合均匀，压制成型，制得成型砖；

步骤三，将成型砖在温度为62℃的条件下养护，制得透水砖。

对比例5

与实施例10的区别在于，含建筑废料的透水砖的制备方法，包括以下制备步骤：

步骤一，将废弃建筑渣土在15MPa的压力下进行挤压，控制含水量为6.5％，再加入水泥、工业锂渣、云母粉、造孔剂、减水剂、可分散乳胶粉和水混合均匀，压制成型，制得成型砖；

步骤二，将成型砖在温度为62℃的条件下养护，制得透水砖。

性能检测试验

将实施例1-11和对比例1-5制得的透水砖根据GB/T 25993-2010《透水路面砖和透水路面板》进行抗压强度、磨坑长度和防滑性试验，将结果记录在表1，同时邀请100名测试者在透水砖上行走，对其行走舒适度进行记录，结果记录在表1。

表1试验结果

结合实施例1-11并结合表1可以看到，通过本申请制得的透水砖抗压强度高，力学性能佳，磨坑长度小，具有优良的耐磨性，加入的改性橡胶颗粒还能在一定程度上改善透水砖的防滑性和行走舒适度，满足人们对舒适度和防滑性的要求，透水砖的综合性能佳。

结合实施例10和对比例1-2并结合表1可以看出，对比例1中未加入改性橡胶颗粒，对比例2中仅加入普通的未经改性的橡胶颗粒，对比例1和对比例2制得的透水砖的抗压强度均下降，透水砖的耐磨性和防滑性明显变差，同时行人行走舒适度也显著削弱。这是由于采用氨基硅烷偶联剂和聚乙二醇在一定条件下协同对橡胶颗粒进行改性，改善橡胶颗粒的形态和表面活性，使得改性橡胶颗粒具有更优的耐磨性能和防滑性，改性橡胶颗粒与水泥、工业锂渣等原料结合改善透水砖的力学性能。

通过实施例10和对比例3并结合表1可以看到，对比例3总不加入绢云母粉，制得的透水砖的综合性能不佳。这是由于绢云母粉具有良好的机械强度和耐磨性，绢云母粉与改性橡胶颗粒复配后，在可分散乳胶粉的作用下，形成耐磨层，有效提高透水砖的耐磨性能。

通过实施例10和对比例4-5并结合表1可以看到，对比例4中仅采用纳米硅溶胶对废弃建筑渣土进行活性激发处理，没有加入硅酸镁铝也未配合微波激发步骤，对比例5中直接使用废弃建筑渣土，对比例4和对比例5制得的透水砖抗压强度均显著下降，力学性能不满足C30透水砖的要求。

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 (6)

1.一种含建筑废料的透水砖，其特征在于，包括以下重量份的原料：水泥60-95份，水30-55份，废弃建筑渣土200-260份，工业锂渣20-38份，改性橡胶颗粒25-55份，造孔剂10-30份，绢云母粉15-40份，纳米硅溶胶15-30份，硅酸镁铝5-12份，可分散乳胶粉4-10份，减水剂1-5份；改性橡胶颗粒包括：橡胶颗粒，氨基硅烷偶联剂，聚乙二醇；

所述改性橡胶颗粒经由以下步骤制得：

步骤1，将橡胶颗粒在聚乙二醇中浸泡1-2h，加入氨基硅烷偶联剂进行湿式球磨，然后进行超声振荡，得到混料；

步骤2，将混料进行养护处理，得到改性橡胶颗粒；

对废弃建筑渣土进行激发处理：将废弃建筑渣土进行挤压，控制含水量为5-10%，加入纳米硅溶胶和硅酸镁铝，进行微波激发；微波激发条件为：微波为150-250GHz的电磁波，空气相对湿度在60-80%，温度为45-60℃。

2.根据权利要求1所述的含建筑废料的透水砖，其特征在于，步骤2中，养护条件为：温度为60-75℃，空气相对湿度为60-80%，养护时间为40-60min。

3.根据权利要求1-2任一项所述的含建筑废料的透水砖，其特征在于，所述橡胶颗粒，氨基硅烷偶联剂和聚乙二醇的质量比为(8-15):(1-2):(6-12)。

4.根据权利要求1所述的含建筑废料的透水砖，其特征在于，所述造孔剂包括锯末、碳酸钠、核桃壳粉中的至少两种。

5.根据权利要求4所述的含建筑废料的透水砖，其特征在于，所述造孔剂为锯末、碳酸钠和核桃壳粉，锯末、碳酸钠和核桃壳粉的质量比为(1.5-2.2):(1.2-2):(1-1.7)。

6.根据权利要求1所述的含建筑废料的透水砖，其特征在于，所述废弃建筑渣土的组成由以下重量百分比的原料组成：拆迁建筑填土25-45%，建筑开槽土30-40%，修路地表土10-25%，砖头碎末余量。