CN115012268A - 一种环保透水砖及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及透水砖技术领域，具体涉及一种环保透水砖及其制备工艺，包括长方体砖基体，所述长方体砖基体的底部向上设置有若干圆柱形的排水孔，所述排水孔内设置有排水陶瓷体，所述排水陶瓷体由陶瓷砖粉料填充到排水孔内进行压制烧结成型。本发明通过在长方体砖基体内设置排水孔，排水孔为盲孔结构，之后将陶瓷砖粉料填充到排水孔内进行压制烧结成型，在排水孔内形成排水陶瓷体，对长方体砖基体进行加强，也有助于提高透水性能。
Description
技术领域
本发明涉及透水砖技术领域，具体涉及一种环保透水砖及其制备工艺。
背景技术
透水砖是经不同工艺制备而成的具有一定机械强度、透水性、耐久性等性能的路面铺装材料。透水砖可以分为免烧透水砖和烧结透水砖。免烧透水砖一般通过水泥为连接料，但基于水泥的特殊性质，免烧透水砖需要养护，生产时间长，并且抗冻融性能较差。烧结透水砖以煤矸石、废弃陶瓷、高炉矿渣等固体废弃物为骨料，具有强度高、透水性好、再生环保性强等优点。
目前对透水砖的性能提升方式一般有两种，一是通过对骨料级配进行优化，从材料上提高透水砖的强度和透水性等性能，而是对透水砖的结构以及铺装方式进行优化，使其透水砖内形成透水通道，以保证强度的同时提高透水性。CN201710682408.5公开了一种透水砖路面结构及其施工方法，设计一种分层结构的透水砖并在透水砖内设置排水管，但这种方式需要在现场施工生产透水砖，并且只适用免烧透水砖，施工难度较高；CN201711209308.7公开了一种新型透水砖结构，将透水砖设置成工字结构形成排水通道，但这种透水砖在拼接处存在明显的薄弱处，因此需要采用强度较高的实心材质，依靠砖间间隙排水，而不是依靠透水砖的透水孔，如果采用孔隙率高的透水砖的话，薄弱处容易发生断裂。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种环保透水砖及其制备工艺，采用陶瓷粉烧结而成的带有排水结构的透水砖，可以依靠透水砖的透水孔进行排水，并且具有高强度的性质。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种环保透水砖，包括长方体砖基体，所述长方体砖基体的底部向上设置有若干圆柱形的排水孔，所述排水孔内设置有排水陶瓷体，所述排水陶瓷体由陶瓷砖粉料填充到排水孔内进行压制烧结成型。
本发明通过在长方体砖基体内设置排水孔，排水孔为盲孔结构，之后将陶瓷砖粉料填充到排水孔内进行压制烧结成型，在排水孔内形成排水陶瓷体，对长方体砖基体进行加强。由于排水陶瓷体属于后填充料，并且压制成型的压力也会远远低于长方体砖基体，因此形成孔隙率更高的排水陶瓷体，因为从长方体砖基体上表面渗入的水分可以汇聚到排水陶瓷体中进行加速排出，从而提高透水砖的透水性。虽然直接采用设置排水孔而不设置排水陶瓷体的方式也能够更加显著地提高透水性，但是也会降低长方体砖基体的强度，使其存在明显薄弱处，不再适用于多孔陶瓷材料进行制作，因为本发明通过填充排水陶瓷体起到增强的作用，使得透水砖兼具高强度和高透水性的性能。
其中，所述排水孔的截面面积之和为长方体砖基体的底面表面积的20％-50％，所述排水孔的深度为长方体砖基体的高度的70％-80％，所述排水孔均匀分布在长方体砖基体的底部。通过合理设置结构比例，使得透水砖的强度和透水性得到均衡性的发挥。此处的底面表面积是算上排水孔的截面面积的，也即是等同于长方体砖基体的对称上表面的表面积。
其中，所述排水陶瓷体的高度为排水孔深度的75％-90％。由于排水陶瓷体由陶瓷砖粉料压制烧结而成，对陶瓷砖粉料的压制要求模具带有对应排水孔位置的冲头，因此排水陶瓷体不会也没必要与长方体砖基体的底面齐平，但为了保证透水砖的强度，排水陶瓷体的高度代表排水陶瓷体的结构占比，因此需要适当限制下限值保证强度，适当限制上限值以利于生产。
如上所述的一种环保透水砖的制备工艺，包括如下步骤：
(1)取透水砖胚体粉料加水进行球磨混合，得到第一混合浆料，将第一混合浆料转移至第一压制模具中进行一次压制，一次压制的压力为10-30MPa，压制成底部向上设置有若干圆柱形的排水孔的长方体砖胚体；
(2)取陶瓷砖粉料加水进行球磨混合，得到第二混合浆料，将第二混合浆料倾注入长方体砖胚体的排水孔内，将长方体砖胚体转移至第二压制模具中对第二混合浆料进行二次压制，二次压制的压力为5-8MPa，得到烧结胚体；
(3)将经过一次压制和二次压制的烧结胚体进行干燥、烧结、冷却，即得到所述的环保透水砖。
本发明的首先通过一次压制制得长方体砖胚体，然后填充陶瓷砖粉料并进行二次压制形成烧结胚体，最后通过干燥、烧结、冷却制得成品，工艺简单高效，并且通过将二次压制的压力设定得远远低于一次压制，有利于高孔隙率的排水陶瓷体的形成，从而提高透水砖的透水性能，并且维持透水砖的结构稳定性。
虽然本发明并未具体指明第一压制模具和第二压制模具的结构，但是第一压制模具和第二压制模具的结构均是根据对应时态产品的结构进行的反模设计，是在现有的压制模具的基础上增设对应位置的圆柱形冲头，只是第二压制模具的冲头长度会远远低于第一压制模具的冲头长度，是本领域技术人员根据普通技术知识以及生产需求容易设计出来的。
其中，所述透水砖胚体粉料由如下重量份数的原料组成：陶瓷废料30-40份、页岩尾矿10-20份、黏土5-8份以及造孔剂6-8份，所述陶瓷砖粉料由如下重量份数的原料组成：陶瓷废料40-50份、黏土12-16份以及造孔剂2-3份。
本发明对透水砖胚体粉料以及陶瓷砖粉料均以陶瓷废料为基体，但对其它胚料进行了差异化的配方设计，透水砖胚体粉料中加入了页岩尾矿并且降低了黏土重量占比提高成品的强度；陶瓷砖粉料的配方组成中，考虑到二次压制的压力本身就远远低于一次压制，即使采用相同组成，孔隙率也是会更高的，因此为了避免二次压制压力过低造成粉料分离度太高的现象，加入了更多的黏土以及降低了造孔剂的用量，并且加入更多具有粘结性能的黏土也有助于提高陶瓷砖粉料与透水砖胚体粉料的连接连续性，从而才能明显性地起到补强的作用。
其中，所述陶瓷废料包括如下重量百分比的化学组成：SiO2 64.1％-67.5％、Al2O320.1％-21.3％、Fe2O3 1.8％-2.1％、CaO 2.1％-2.2％、MgO 0.7％-0.9％、K2O3.3％-4.2％以及Na2O 1.1-1.3％，余量为不可避免的杂质。对陶瓷废料的主要化学组成进行合理的限制有助于控制制品的质量稳定性。
其中，所述造孔剂为锯末。
其中，所述步骤(1)中，第一混合浆料的含水量为10-15％，所述步骤(2)中，第二混合浆料的含水量为15-25％。第二混合浆料由于需要较高的流动性，因此含水量相对更高。
其中，所述步骤(3)中，干燥需将胚体干燥至含水量低于3％。
所述步骤(3)中，烧结的温度为1000-1100℃，烧结的时间为50-70min。
本发明的有益效果在于：
本发明通过在长方体砖基体内设置排水孔，排水孔为盲孔结构，之后将陶瓷砖粉料填充到排水孔内进行压制烧结成型，在排水孔内形成排水陶瓷体，对长方体砖基体进行加强。由于排水陶瓷体属于后填充料，并且压制成型的压力也会远远低于长方体砖基体，因此形成孔隙率更高的排水陶瓷体，因为从长方体砖基体上表面渗入的水分可以汇聚到排水陶瓷体中进行加速排出，从而提高透水砖的透水性。虽然直接采用设置排水孔而不设置排水陶瓷体的方式也能够更加显著地提高透水性，但是也会降低长方体砖基体的强度，使其存在明显薄弱处，不再适用于多孔陶瓷材料进行制作，因为本发明通过填充排水陶瓷体起到增强的作用，使得透水砖兼具高强度和高透水性的性能。。
附图说明
图1是本发明的环保透水砖的剖视结构示意图；
附图标记为：1-长方体砖基体、2-排水陶瓷体。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例及附图1对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
实施例1
一种环保透水砖，包括长方体砖基体1，所述长方体砖基体1的底部向上设置有若干圆柱形的排水孔，所述排水孔内设置有排水陶瓷体2，所述排水陶瓷体2由陶瓷砖粉料填充到排水孔内进行压制烧结成型。
其中，所述排水孔的截面面积之和为长方体砖基体1的底面表面积的35％，所述排水孔的深度为长方体砖基体1的高度的75％，所述排水孔均匀分布在长方体砖基体1的底部。
其中，所述排水陶瓷体2的高度为排水孔深度的80％。
如上所述的一种环保透水砖的制备工艺，包括如下步骤：
(1)取透水砖胚体粉料加水进行球磨混合，得到第一混合浆料，将第一混合浆料转移至第一压制模具中进行一次压制，一次压制的压力为20MPa，压制成底部向上设置有若干圆柱形的排水孔的长方体砖胚体；
(2)取陶瓷砖粉料加水进行球磨混合，得到第二混合浆料，将第二混合浆料倾注入长方体砖胚体的排水孔内，将长方体砖胚体转移至第二压制模具中对第二混合浆料进行二次压制，二次压制的压力为6.5MPa，得到烧结胚体；
(3)将经过一次压制和二次压制的烧结胚体进行干燥、烧结、冷却，即得到所述的环保透水砖。
其中，所述透水砖胚体粉料由如下重量份数的原料组成：陶瓷废料35份、页岩尾矿15份、黏土6.5份以及造孔剂7份，所述陶瓷砖粉料由如下重量份数的原料组成：陶瓷废料45份、黏土14份以及造孔剂2.5份。
其中，所述陶瓷废料包括如下重量百分比的化学组成：SiO2 66.3％、Al2O320.8％、Fe2O3 1.88％、CaO 2.14％、MgO 0.78％、K2O 3.83％以及Na2O 1.24％，余量为不可避免的杂质。
其中，所述造孔剂为锯末。
其中，所述步骤(1)中，第一混合浆料的含水量为12％，所述步骤(2)中，第二混合浆料的含水量为20％。
其中，所述步骤(3)中，干燥需将胚体干燥至含水量低于3％。
所述步骤(3)中，烧结的温度为1050℃，烧结的时间为60min。
实施例2
一种环保透水砖，包括长方体砖基体1，所述长方体砖基体1的底部向上设置有若干圆柱形的排水孔，所述排水孔内设置有排水陶瓷体2，所述排水陶瓷体2由陶瓷砖粉料填充到排水孔内进行压制烧结成型。
其中，所述排水孔的截面面积之和为长方体砖基体1的底面表面积的20％，所述排水孔的深度为长方体砖基体1的高度的70％，所述排水孔均匀分布在长方体砖基体1的底部。
其中，所述排水陶瓷体2的高度为排水孔深度的75％。
如上所述的一种环保透水砖的制备工艺，包括如下步骤：
(1)取透水砖胚体粉料加水进行球磨混合，得到第一混合浆料，将第一混合浆料转移至第一压制模具中进行一次压制，一次压制的压力为10MPa，压制成底部向上设置有若干圆柱形的排水孔的长方体砖胚体；
(2)取陶瓷砖粉料加水进行球磨混合，得到第二混合浆料，将第二混合浆料倾注入长方体砖胚体的排水孔内，将长方体砖胚体转移至第二压制模具中对第二混合浆料进行二次压制，二次压制的压力为5MPa，得到烧结胚体；
(3)将经过一次压制和二次压制的烧结胚体进行干燥、烧结、冷却，即得到所述的环保透水砖。
其中，所述透水砖胚体粉料由如下重量份数的原料组成：陶瓷废料30份、页岩尾矿10份、黏土5份以及造孔剂6份，所述陶瓷砖粉料由如下重量份数的原料组成：陶瓷废料40份、黏土12份以及造孔剂2份。
其中，所述陶瓷废料包括如下重量百分比的化学组成：SiO2 66.3％、Al2O320.8％、Fe2O3 1.88％、CaO 2.14％、MgO 0.78％、K2O 3.83％以及Na2O 1.24％，余量为不可避免的杂质。
其中，所述造孔剂为锯末。
其中，所述步骤(1)中，第一混合浆料的含水量为10％，所述步骤(2)中，第二混合浆料的含水量为15％。
其中，所述步骤(3)中，干燥需将胚体干燥至含水量低于3％。
所述步骤(3)中，烧结的温度为1000℃，烧结的时间为50min。
实施例3
一种环保透水砖，包括长方体砖基体1，所述长方体砖基体1的底部向上设置有若干圆柱形的排水孔，所述排水孔内设置有排水陶瓷体2，所述排水陶瓷体2由陶瓷砖粉料填充到排水孔内进行压制烧结成型。
其中，所述排水孔的截面面积之和为长方体砖基体1的底面表面积的50％，所述排水孔的深度为长方体砖基体1的高度的80％，所述排水孔均匀分布在长方体砖基体1的底部。
其中，所述排水陶瓷体2的高度为排水孔深度的90％。
如上所述的一种环保透水砖的制备工艺，包括如下步骤：
(1)取透水砖胚体粉料加水进行球磨混合，得到第一混合浆料，将第一混合浆料转移至第一压制模具中进行一次压制，一次压制的压力为30MPa，压制成底部向上设置有若干圆柱形的排水孔的长方体砖胚体；
(2)取陶瓷砖粉料加水进行球磨混合，得到第二混合浆料，将第二混合浆料倾注入长方体砖胚体的排水孔内，将长方体砖胚体转移至第二压制模具中对第二混合浆料进行二次压制，二次压制的压力为8MPa，得到烧结胚体；
(3)将经过一次压制和二次压制的烧结胚体进行干燥、烧结、冷却，即得到所述的环保透水砖。
其中，所述透水砖胚体粉料由如下重量份数的原料组成：陶瓷废料40份、页岩尾矿20份、黏土8份以及造孔剂8份，所述陶瓷砖粉料由如下重量份数的原料组成：陶瓷废料50份、黏土16份以及造孔剂3份。
其中，所述陶瓷废料包括如下重量百分比的化学组成：SiO2 66.3％、Al2O320.8％、Fe2O3 1.88％、CaO 2.14％、MgO 0.78％、K2O 3.83％以及Na2O 1.24％，余量为不可避免的杂质。
其中，所述造孔剂为锯末。
其中，所述步骤(1)中，第一混合浆料的含水量为15％，所述步骤(2)中，第二混合浆料的含水量为25％。
其中，所述步骤(3)中，干燥需将胚体干燥至含水量低于3％。
所述步骤(3)中，烧结的温度为1100℃，烧结的时间为70min。
实施例4
本实施例与实施例1的区别在于：
所述透水砖胚体粉料和陶瓷砖粉的组分相同，均由如下重量份数的原料组成：陶瓷废料35份、页岩尾矿15份、黏土6.5份以及造孔剂7份组成。
实施例5
本实施例与实施例1的区别在于：
所述透水砖胚体粉料由如下重量份数的原料组成：陶瓷废料35份、页岩尾矿15份、黏土6.5份以及造孔剂7份，所述陶瓷砖粉料由如下重量份数的原料组成：陶瓷废料51份、黏土8份以及造孔剂2.5份。
实施例6
本实施例与实施例1的区别在于：
其中，所述透水砖胚体粉料由如下重量份数的原料组成：陶瓷废料35份、页岩尾矿15份、黏土6.5份以及造孔剂7份，所述陶瓷砖粉料由如下重量份数的原料组成：陶瓷废料40.5份、黏土14份以及造孔剂7份。
对比例1
本对比例与实施例1的区别在于：
环保透水砖由透水砖胚体粉料通过一次压制、干燥、烧结、冷却的常规工艺制得，所述透水砖胚体粉料由如下重量份数的原料组成：陶瓷废料35份、页岩尾矿15份、黏土6.5份以及造孔剂7份。
对比例2
本对比例与实施例1的区别在于：
如上所述的一种环保透水砖的制备工艺，包括如下步骤：
(1)取透水砖胚体粉料加水进行球磨混合，得到第一混合浆料，将第一混合浆料转移至第一压制模具中进行一次压制，一次压制的压力为10MPa，压制成底部向上设置有若干圆柱形的排水孔的长方体砖胚体；
(3)将长方体砖胚体进行干燥、烧结、冷却，即得到所述的环保透水砖。
对实施例1、实施例4-6的环保透水砖进行性能测试，测试标准以及结果如下：
抗压强度：JC/T945-2005
透水系数：GB/T 25993-2010
有上述实施例以及对比例对比可知，虽然本发明的透水砖胚体粉料采用传统工艺制成传统结构虽然具有最高的强度，但是透水率过低，实用价值大打折扣；实施例4-6对陶瓷砖粉料的组成进行不同的方案试验，但是在强度或者透水性上总会有所不足，实施例4与透水砖胚体粉料统一组成，虽然可以具有比对比例1更高的透水性，但是强度也有明显的下降，实施例5和实施例6分别调高黏土和造孔剂的用量，因此实施例5的排水陶瓷体2与环保透水砖的连接性更强，强度相对实施例6更高，但是由于实施例6的排水陶瓷体2孔隙率更高，因此透水性也相对更高。
上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种环保透水砖，其特征在于：包括长方体砖基体，所述长方体砖基体的底部向上设置有若干圆柱形的排水孔，所述排水孔内设置有排水陶瓷体，所述排水陶瓷体由陶瓷砖粉料填充到排水孔内进行压制烧结成型。
2.根据权利要求1所述的一种环保透水砖，其特征在于：所述排水孔的截面面积之和为长方体砖基体的底面表面积的20％-50％，所述排水孔的深度为长方体砖基体的高度的70％-80％，所述排水孔均匀分布在长方体砖基体的底部。
3.根据权利要求1所述的一种环保透水砖，其特征在于：所述排水陶瓷体的高度为排水孔深度的75％-90％。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种环保透水砖的制备工艺，其特征在于：包括如下步骤：
(1)取透水砖胚体粉料加水进行球磨混合，得到第一混合浆料，将第一混合浆料转移至第一压制模具中进行一次压制，一次压制的压力为10-30MPa，压制成底部向上设置有若干圆柱形的排水孔的长方体砖胚体；
(2)取陶瓷砖粉料加水进行球磨混合，得到第二混合浆料，将第二混合浆料倾注入长方体砖胚体的排水孔内，将长方体砖胚体转移至第二压制模具中对第二混合浆料进行二次压制，二次压制的压力为5-8MPa，得到烧结胚体；
(3)将经过一次压制和二次压制的烧结胚体进行干燥、烧结、冷却，即得到所述的环保透水砖。
5.根据权利要求4所述的一种环保透水砖的制备工艺，其特征在于：所述透水砖胚体粉料由如下重量份数的原料组成：陶瓷废料30-40份、页岩尾矿10-20份、黏土5-8份以及造孔剂6-8份，所述陶瓷砖粉料由如下重量份数的原料组成：陶瓷废料40-50份、黏土12-16份以及造孔剂2-3份。
6.根据权利要求5所述的一种环保透水砖的制备工艺，其特征在于：所述陶瓷废料包括如下重量百分比的化学组成：SiO2 64.1％-67.5％、Al2O320.1％-21.3％、Fe2O3 1.8％-2.1％、CaO 2.1％-2.2％、MgO 0.7％-0.9％、K2O 3.3％-4.2％以及Na2O 1.1-1.3％，余量为不可避免的杂质。
7.根据权利要求5所述的一种环保透水砖的制备工艺，其特征在于：所述造孔剂为锯末。
8.根据权利要求4所述的一种环保透水砖的制备工艺，其特征在于：所述步骤(1)中，第一混合浆料的含水量为10-15％，所述步骤(2)中，第二混合浆料的含水量为15-25％。
9.根据权利要求4所述的一种环保透水砖的制备工艺，其特征在于：所述步骤(3)中，干燥需将胚体干燥至含水量低于3％。
10.根据权利要求4所述的一种环保透水砖的制备工艺，其特征在于：所述步骤(3)中，烧结的温度为1000-1100℃，烧结的时间为50-70min。
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