CN114988850A - 一种超厚通体自然石透水板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于透水板领域，具体涉及一种超厚通体自然石透水板及其制备方法。该透水板的厚度大于60mm，由粘结剂、助熔剂和骨料组成的混合料烧制而成；混合料中，粘结剂的质量百分占比为4～10％，助熔剂的质量百分占比为2～6％，其余为骨料；所述骨料由废瓷砖颗粒和花岗岩尾矿渣彩石颗粒按质量比(1～2)：(2～1)组成，所述骨料采用不同粒径级配形成透水结构。本发明的超厚通体自然石透水板，由里到外一体式达到仿花岗岩状态，更自然地诠释了人们对花岗岩天然、厚重之美的追求；该透水板还具有更高的承载能力，提高了应用的耐久性，拓宽了透水板的应用范围。

Description

一种超厚通体自然石透水板及其制备方法
技术领域
本发明属于透水板领域，具体涉及一种超厚通体自然石(仿花岗岩)透水板及其制备方法。
背景技术
透水板是一种新型的高渗透性路面材料，由各种不同级配的骨料(如废瓷砖)、水泥、特种粘结剂、水等经过特殊工艺和专用设备制成。仿花岗岩系列透水板除了常规的透水功能外，还具有十分新颖别致的装饰性，广泛应用于庭园、公园、广场、园林、工厂区域、停车场、人行步道及轻型交通公路等路面的铺设。
常规生产及使用的透水板的厚度为40～60mm，一般由面层和底层构成，虽然在面层呈现一定的仿花岗岩状态，但整体难以诠释花岗岩的天然、厚重之美，同时常规厚度的透水板的承载能力有限，这使其难以应用到承担较重载荷的场景中。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超厚通体自然石透水板，其能够呈现通体花岗岩状态，更显自然之美、更具高档次的装饰效果；而且具备更高的承载能力。
本发明的第二个目的是提供上述超厚通体自然石透水板的制备方法。
为实现上述目的，本发明的超厚通体自然石透水板的技术方案是：
一种超厚通体自然石透水板，该透水板的厚度大于60mm，由粘结剂、助熔剂和骨料组成的混合料烧制而成；混合料中，粘结剂的质量百分占比为4～10％，助熔剂的质量百分占比为2～6％，其余为骨料；
所述骨料由废瓷砖颗粒和花岗岩尾矿渣彩石颗粒按质量比(1～2)：(2～1)组成，所述骨料采用不同粒径级配形成透水结构。
本发明的超厚通体自然石透水板，由里到外一体式达到仿花岗岩状态，更自然地诠释了人们对花岗岩天然、厚重之美的追求；该透水板还具有更高的承载能力，提高了应用的耐久性，拓宽了透水板的应用范围。
优选的，所述粘结剂为膨润土。
优选的，所述助熔剂为玻璃粉、熔块粉中的一种或两种。
优选的，骨料的级配方式为：8～12目的骨料占4～30％，12～25目的骨料占40～75％，25～40目的骨料占5～30％，40～60目的骨料占10～30％。骨料中，废瓷砖颗粒、花岗岩尾矿渣彩石颗粒均采用上述颗粒级配方式。
优选的，透水板的厚度为80～120mm。
本发明的超厚通体自然石透水板的制备方法的技术方案是：
上述超厚通体自然石透水板的制备方法，包括以下步骤：将混合料压制成通体坯料，将通体坯料在1180～1200℃进行烧制，冷却。
本发明的超厚通体自然石透水板的制备方法，生产产品的主要材料均属于固废材料，分别是陶瓷废瓷砖和各种不同显色的花岗岩尾矿渣，巧妙地利其不同颗粒度及不同显色的有机组合成仿花岗岩纹理，不会因为做成通体材料结构而产生过高的成本；同时产品还原现实中天然花岗岩的通体且厚重之自然美感，更具备高端装饰性。
透水板类产品的烧制一般在辊道窑中进行。常规生产及使用的透水板是40～60mm厚，这除了可符合常规使用的适用范围外，更主要是超出此厚度范围生产难度极高。此类产品是使用高温垫板(承托垫板)在辊道窑内烧成，如超出40～60mm厚度范围会使现行业上生产此类产品的窑炉设备难以承受，容易出现产品过厚很难烧透(容易产生受热不均)，在烧成过程因此而出现变形及收缩裂等缺陷。为解决以上难题，优选的，所述烧制在辊道窑中进行，将通体坯料放置在承托垫板上，窑炉对承托垫板加热并由烧热的承托垫板对通体坯料进行烧制，所述承托垫板的上表面设置设有大量离散排布的凸起结构，凸起结构的上端构成用于支撑被烧结坯料的支撑端，各凸起结构之间的间隔互通而构成热辐射对流通道，凸起结构通过热传导方式对通体坯料进行加热，承托垫板上的热量还通过热辐射对流通道以辐射对流方式对通体坯料进行加热。
更优选的，凸起结构的高度为10mm，相邻凸起结构之间距离为5-10mm。
优选的，所述承托垫板为矩形板，所述凸起结构成排布置，且各排的长度方向沿矩形板的宽度方向延伸，多排凸起结构中处于承托垫板长度方向的两端的两排为均布排，均布排的处于两端的两个凸起结构距离矩形板的对应长边的距离相等，处于均布排之间的各排凸起结构为交错排，相邻两交错排中，一排的一端靠近矩形板的一侧长边，另一排的另一端靠近矩形板的另一侧长边，且相邻两交错排的凸起结构在矩形板的长度方向上错位布置。这样能够使高温气体在其中流动顺畅，传热效果好。
优选的，压制时的压缩比为1.7～2.0％。压缩比为压制前后坯料的厚度差与压制前坯料的厚度的比值。在1180～1200℃烧制的时间为400～600min。
附图说明
图1为本发明中所用高温垫板(即承托垫板)的俯视图；
图2为图1的K向视图；
图3为图1的P向视图；
图中：1、耐热板体；10、凸起结构；11、交错排；12、均布排。
具体实施方式
本发明中，由于超厚产品(达到80～120mm)明显大幅度超出常规生产的透水板材的厚度(常规厚度为40～60mm)，在利用现有辊道窑等工业化窑炉设备生产时面临很大的生产难度，主要表现在两方面：(1)烧成高温阶段的受热收缩过程，超厚板材更容易因厚度范围太大而产生明显的吸热梯度，产生很大内应力，(2)冷却阶段也会因为超厚而产生更明显的散热冷却梯度，因此而产生很大的内应力。以上内应力均会导致产品裂纹等缺陷。
本发明中主要通过采用特制的承托垫板配合通体配方解决以上难题。
(1)行业上常规使用的高温垫板通常是平面或轻微凹凸面(以防产品在上面有滑动的现象)的形式，对于生产常规厚度的透水板材是可以适应的。此形式在烧成时属于半裸烧状态，产品底部隔着垫板，受热效能(效率)较差。
特制的承托垫板如图1-3所示，包括耐热板体1以及成型在耐热板体1上表面的凸起结构10，耐热板体1以及凸起结构10可以为莫来石-堇青石复合材料制成，具有较高的耐热性能和导热性能。
凸起结构10的数量较多，且各凸起结构10均离散且较为密集的排布在耐热板体1上，凸起结构10的上端为支撑端，使用时用于支撑被烧结坯料的底部，各凸起结构10之间的间隔互通而构成热辐射对流通道，通过热辐射对流通道能够将耐热板体1上的热量通过辐射对流的方式传递到被烧结坯料的底部。
具体在实施例中，耐热板体1为矩形板，长度为640mm，宽度为320mm，厚度为15mm。其上设置的凸起结构10具体为圆台结构，圆台结构的高度为10mm，圆台结构上端面的直径为10mm，下端面直径为14mm。
耐热板体1上的圆台结构成排布置，且各排的长度方向在矩形板的宽度方向上延伸，相邻两排的中心线之间的间距为18.6mm。结合图1-3，这些排中，处于耐热垫板1长度方向的两端的两排为均布排12。均布排12的处于两端的两个凸起结构10距离矩形板的对应侧长边的距离相等，且均为5mm；矩形板两端的两个均布排的凸起结构10的底部边缘距离所在一端的矩形板的宽边的距离为5mm；均布排12中每相邻两个凸起结构10之间的中心距为18.5mm，每相邻两个凸起结构10的底部边缘间距为4.5mm。
处于两均布排12之间的各排均称之为交错排11，之所以称之为交错排，是因为这些成排的凸起结构，每相邻的两排的凸起结构在矩形板的长度方向上错位布置，其中一排的凸起结构在矩形板的长度方向上对应于另一排的相邻的两个凸起结构之间的位置。此外，相邻两交错排中，一排的一端靠近矩形板的一侧长边，另一排的另一端靠近矩形板的另一侧长边；从尺寸上体现，交错排的一端端部的凸起结构10的底部边缘距离该端对应侧的矩形板的长边的距离为5mm，交错排的另一端端部的凸起结构10的底部边缘距离该端对应侧的矩形板的长边的距离为13mm。
凸起结构的高度可以根据耐热板体的厚度以及被烧结坯料的结构选择，可以在1-100mm范围内，例如为1mm、5mm、20mm、30mm、50mm、70mm或者100mm；相邻凸起结构之间的距离也可以适应性调整，例如相邻圆台上端边缘之间的距离为5mm、7mm或者10mm。
采用以上特制的承托垫板则可有效地克服以上热效能低的现象，此时产品已处于接近全裸烧的状态，热量在产品的底部能及时快速有效的利用。更为重要的是，在生产超厚板材时，相比用常规垫板更能有效地减少产品在高温烧成时所产生的受热梯度，减低因此而产生的收缩不平衡而引起的变形或收缩裂的敏感度。同时此形式在关键的冷却段也同样可因为热量流通的有效程度大幅度提升(在凸起结构间有大量空间使砖底部可以更快速有效地进行冷却热交换)，使产品可更有效均匀冷却，减少因冷却效率低下而产生在晶型转化时形成的应力差，使产品出现风裂或脆性。这种形式应用已在实际生产中得以验证。
此类高温垫板的设计对改善受热不均的原理在于高温垫板上有一定高度且有序排列的圆台柱状结构，能使烧成时热量能得以快速有效地流通到产品的底部。而常规垫板的形式，则要等烧红透高温垫板的情况下才能使热量传导给产品的底部。采用本发明的高温垫板，有利于烧成时热效能的提升及产品在冷却过程的散热效果，从而能进一步提升产品的产量及品质。
(2)在烧成高温阶段和冷却阶段，采用通体统一材料结构，可有效避免传统透水板因面、底材料不同带来的不同膨胀系数应力差，使高温烧成及冷却时的适应能力更好，尽可能地避免产生变形及风裂现象。
本发明的超厚通体自然石透水板主要是利用了不同颜色花岗岩尾矿中的不同显色的彩石粒做为此仿花岗岩纹理的显色基础，这些彩石粒的颜色一般比较丰富，如黑色、白色、红色、黄色、灰色等；使用陶瓷废瓷砖颗粒一方面解决了环保问题，促进了固废的资源化利用，另一方面，陶瓷废瓷砖颗粒已经过高温煅烧瓷化，在本发明超厚通体自然石透水板中能起到熔合作用，使产品结构更稳定、强度更高。
以下实施例中，废瓷砖颗粒可由陶瓷废砖经破碎，分选后按配方要求的颗粒级配即可使用。
花岗岩尾矿渣彩石颗粒(花岗岩尾矿的彩石粒)采用以下生产流程进行生产：1)选取发色合适的花岗岩尾矿。2)经水洗设备把尾矿中的粘土类杂物等杂质清洗过滤干净。3)把水洗干净的尾矿渣进行晒干或烘干。4)把烘干的尾矿经过分选振筛，分选出8～12目、12～25目、25～40目、40～60目等这几个颗粒级配。
可参考现有布料工艺制成不同仿花岗岩效果，如麻石面、火烧面、纯平面等。混合料压制时的压缩比为1.7～2.0％。一般而言，可控制压制压力为10000～200000牛，压制时间为7～10秒。更优选的，压制压力为10000～50000牛，最优选为10000～30000牛。
冷却时，经急冷、缓冷、慢冷工序，至坯面温度为160～180℃出窑；急冷是由1190～1200℃冷却至650～550℃，急冷的冷却速度35～40℃/min。缓冷是由650～550℃冷却至350～300℃，缓冷的冷却速度5～8℃/min。慢冷是由350～300℃冷却至160～180℃，慢冷的冷却速度为2-3℃/min。
下面结合具体实施例对本发明的实施方式作进一步说明。
一、本发明的超厚通体自然石透水板的具体实施例
实施例1
本实施例的超厚通体自然石透水板，厚度为100mm，由粘结剂、助熔剂和骨料组成的混合料烧制而成；混合料中，粘结剂的质量百分占比为6％，助熔剂的质量百分占比为3％，其余为骨料。
粘结剂为膨润土。助熔剂为熔块粉。
骨料由废瓷砖颗粒、花岗岩尾矿渣彩石颗粒按质量比50:41组成(换算到混合料中，质量百分占比分别为50％、41％)。
废瓷砖颗粒的级配方式为：8～12目的骨料占7％(重量，下同)，12～25目的骨料占70％，25～40目的骨料占8％，40～60目的骨料占15％。
花岗岩尾矿渣彩石颗粒的级配方式与废瓷砖颗粒相同。
实施例2
本实施例的超厚通体自然石透水板，厚度为80mm，与实施例1的配方差异在于：
粘结剂的质量百分占比为10％，助熔剂的质量百分占比为2％，其余为骨料。粘结剂为膨润土。
骨料中废瓷砖颗粒、花岗岩尾矿渣彩石颗粒的质量比为40:48。
废瓷砖颗粒的级配方式为：8～12目的骨料占30％，12～25目的骨料占40％，25～40目的骨料占20％，40～60目的骨料占10％。
花岗岩尾矿渣彩石颗粒的级配方式：8～12目的骨料占4％，12～25目的骨料占75％，25～40目的骨料占5％，40～60目的骨料占16％。
实施例3
本实施例的超厚通体自然石透水板，厚度为120mm，与实施例1的配方差异在于：
粘结剂的质量百分占比为4％，助熔剂的质量百分占比为6％，其余为骨料。
骨料中废瓷砖颗粒、花岗岩尾矿渣彩石颗粒的质量比为30:60。
废瓷砖颗粒的级配方式为：8～12目的骨料占10％，12～25目的骨料占50％，25～40目的骨料占10％，40～60目的骨料占30％。
花岗岩尾矿渣彩石颗粒的级配方式：8～12目的骨料占5％，12～25目的骨料占55％，25～40目的骨料占30％，40～60目的骨料占10％。
在本实施例的基础上，将骨料中废瓷砖颗粒、花岗岩尾矿渣彩石颗粒的质量比调整为60:30，可得到相应的超厚通体自然石透水板。
二、本发明的超厚通体自然石透水板的制备方法的具体实施例
实施例4
本实施例的超厚通体自然石透水板的制备方法，对实施例1的透水板的制备进行说明，具体包括以下步骤：
1)将粘结剂、助熔剂和骨料混合、布料，在12000牛压力下压制8秒，得到通体坯料；压制时的压缩比为1.7％。
2)在辊道窑中进行烧制：将通体坯料放置在承托垫板上，窑炉对承托垫板加热并由烧热的承托垫板对通体坯料进行烧制，烧制时的温度为1190～1200℃，时间为400min。然后经急冷、缓冷、慢冷工序，至坯面温度为160～180℃出窑；急冷是由1190～1200℃冷却至650℃，急冷的冷却速度35℃/min。缓冷是由650℃冷却至350℃，缓冷的冷却速度5℃/min。慢冷是由350℃冷却至180℃，慢冷的冷却速度为2～3℃/min。
在本实施例的基础上，根据每种产品或不同压制机类型，步骤1)中，压制不同体积透水砖时压力可以为10000牛、20000牛、15000牛、30000牛不等，因应时间情况调整，压制时间7-10秒也可按实际情况灵活调整。
在本实施例的基础上，根据产品的尺寸变化，急冷可由1190～1200℃冷却至550℃，冷却速度为40℃/min。缓冷可由550℃冷却至300℃，冷却速度为8℃/min。慢冷可由300℃冷却至160℃，慢冷的冷却速度为2～3℃/min。
实施例5
本实施例的超厚通体自然石透水板的制备方法，与实施例4的差异仅在于：步骤1)中，压制时的压缩比为1.9％。在烧成温度保持的时间为500min。
实施例6
本实施例的超厚通体自然石透水板的制备方法，与实施例4的差异仅在于：步骤1)中，压制时的压缩比为2.0％。在烧成温度保持的时间为600min。
三、实验例
本实验例测试实施例1-3的超厚通体自然石透水板的各项性能。各检测项目按照GB/T25993-2010的规定进行。
表1各实施例的通体自然石透水板的性能测试结果
Figure BDA0002958936030000071
由以上检测结果可知，实施例的超厚通体自然石透水板的耐压强度远超过市售常规厚度透水砖，表现出优异的承载能力；而且透水性能优良，能够满足透水砖的使用要求。透水板通体呈现花岗岩外观，表现出极佳的装饰性能。

Claims (10)

1.一种超厚通体自然石透水板，其特征在于，该透水板的厚度大于60mm，由粘结剂、助熔剂和骨料组成的混合料烧制而成；混合料中，粘结剂的质量百分占比为4～10％，助熔剂的质量百分占比为2～6％，其余为骨料；
所述骨料由废瓷砖颗粒和花岗岩尾矿渣彩石颗粒按质量比(1～2)：(2～1)组成，所述骨料采用不同粒径级配形成透水结构。
2.如权利要求1所述的超厚通体自然石透水板，其特征在于，所述粘结剂为膨润土。
3.如权利要求1所述的超厚通体自然石透水板，其特征在于，所述助熔剂为玻璃粉、熔块粉中的一种或两种。
4.如权利要求1所述的超厚通体自然石透水板，其特征在于，骨料的级配方式为：8～12目的骨料占4～30％，12～25目的骨料占40～75％，25～40目的骨料占5～30％，40～60目的骨料占10～30％。
5.如权利要求1-4中任一项所述的超厚通体自然石透水板，其特征在于，透水板的厚度为80～120mm。
6.一种如权利要求1～5中任一项所述的超厚通体自然石透水板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将混合料压制成通体坯料，将通体坯料在1180～1200℃进行烧制，冷却。
7.如权利要求6所述的超厚通体自然石透水板的制备方法，其特征在于，所述烧制在辊道窑中进行，将通体坯料放置在承托垫板上，窑炉对承托垫板加热并由烧热的承托垫板对通体坯料进行烧制，所述承托垫板的上表面设置设有大量离散排布的凸起结构，凸起结构的上端构成用于支撑被烧结坯料的支撑端，各凸起结构之间的间隔互通而构成热辐射对流通道，凸起结构通过热传导方式对通体坯料进行加热，承托垫板上的热量还通过热辐射对流通道以辐射对流方式对通体坯料进行加热。
8.如权利要求7所述的超厚通体自然石透水板的制备方法，其特征在于，凸起结构的高度为10mm，相邻凸起结构之间距离为5-10mm。
9.如权利要求7或8所述的超厚通体自然石透水板的制备方法，其特征在于，所述承托垫板为矩形板，所述凸起结构成排布置，且各排的长度方向沿矩形板的宽度方向延伸，多排凸起结构中处于承托垫板长度方向的两端的两排为均布排，均布排的处于两端的两个凸起结构距离矩形板的对应长边的距离相等，处于均布排之间的各排凸起结构为交错排，相邻两交错排中，一排的一端靠近矩形板的一侧长边，另一排的另一端靠近矩形板的另一侧长边，且相邻两交错排的凸起结构在矩形板的长度方向上错位布置。
10.如权利要求6-8中任一项所述的超厚通体自然石透水板的制备方法，其特征在于，压制时的压缩比为1.7～2.0％。
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