CN116396045B - 一种高密实防滑透水砖及其制备方法 - Google Patents
一种高密实防滑透水砖及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及透水砖领域，具体是一种高密实防滑透水砖及其制备方法，用工业废料为骨料，氨基化β‑环糊精金属有机骨架改性树脂与硅溶胶为粘结剂，京尼平改性蔗渣纤维为增韧材料，聚乙烯亚胺为固化剂，制备得到具有较好的抗压强度、透水性能、防堵塞的免烧透水砖砖坯；用原位生成二氧化钛、氧化锌光触媒材料的复合壳聚糖溶胶、氨基化β‑环糊精金属有机骨架改性树脂、颜料混合制备防护涂料，使透水砖表面形成耐磨、耐污和防滑的凹凸釉面，从而提升透水砖的防滑性；利用天然产物β‑环糊精和碱金属离子自组装而成形成富含羟基、多孔结构的β‑环糊精金属有机骨架，然后接枝多氨基硅烷二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷，使β‑环糊精金属有机骨架氨基化。
Description
技术领域
本发明涉及透水砖领域，具体是一种高密实防滑透水砖及其制备方法。
背景技术
随着城镇化建设的快速推进，传统的城市建设多采用水泥、沥青和混凝土铺设城市道路，使道路具有较差的透水透气性，强降水之后无法实现快速排水，导致城市容易发生内涝，且对水与空气的湿热交换起到了隔绝效果，大幅降低了城市自我调节温度湿度的能力，因此传统的城市建设模式会加剧城市水体生态破坏，已难以满足现在的发展要求。而目前提出的海绵城市建设，通过铺设透水砖来有效缓解城市热岛效应及城市干旱缺水或遇上强降雨内涝等现象。
现有透水砖铺设完成后也存在堵塞问题，一般可分为由表面和孔隙结构中堆积的碎屑所引起的物理堵塞和由藻类或细菌的繁殖及植物根系渗透所引起的生物堵塞。堵塞会造成路面渗透率大幅下降，从而影响其抗冻融耐久性，影响透水砖的使用寿命，且目前主要使用水和真空的压力清洗对透水砖进行清洗，频繁的清洗养护会增加养护成本及降低透水砖的抗压强度等性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高密实防滑透水砖及其制备方法，以解决现有技术中的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种高密实防滑透水砖的制备方法，包括以下步骤：
S1：用工业废料、京尼平改性蔗渣纤维、氨基化β-环糊精金属有机骨架改性树脂、硅溶胶、聚乙烯亚胺制备砖坯；
S2：用氨基化β-环糊精金属有机骨架改性树脂、复合壳聚糖溶胶、颜料制备防护涂料；
S3：将防护涂料涂覆在砖坯上，干燥，得到一种高密实防滑透水砖。
本发明以工业废料、蔗渣纤维、改性环氧树脂制备一种免烧具有较好的抗压强度及透水性能的透水砖，在透水砖表面涂覆具有二氧化钛、氧化锌光触媒材料的防护涂料，在光照条件下会产生类似光合作用的光催化反应，把有机污染物氧化分解成水和二氧化碳，大幅提升透水砖的防污自洁性，有效解决了透水砖的堵塞问题，并在透水砖表面的防护涂料中加入氨基化β-环糊精金属有机骨架改性树脂、具有二氧化钛、氧化锌的复合壳聚糖溶胶，使透水砖表面形成耐磨、耐污和防滑的凹凸釉面，从而提升透水砖的防滑性。
进一步的，以重量份数计，砖坯的组成为：35-40份工业废料、3-5份京尼平改性蔗渣纤维、1-2份氨基化β-环糊精金属有机骨架改性树脂、1-2份硅溶胶、0.5-1份聚乙烯亚胺。
进一步的，工业废料的制备包括以下步骤：对垃圾焚烧炉渣、废玻璃、生物质电厂灰先进行粗碎，然后将粗碎后的垃圾焚烧炉渣、废玻璃进行二次破碎，对粗碎后的生物质电厂灰进行粉磨处理，筛分得到1-1.5mm垃圾焚烧炉渣、0.1-0.5mm废玻璃、30-50μm生物质电厂灰，然后将垃圾焚烧炉渣、废玻璃、生物质电厂灰按照质量比5：3：2进行混料，得到工业废料。
垃圾焚烧炉渣、废玻璃、生物质电厂灰都属于工业废料，目前，垃圾焚烧处理是我国主流的垃圾无害化处理模式，在焚烧过程中会产生大量二次固体废物，比如炉渣；目前生物质能的利用转化主要是直接燃烧、热化学转化，比如直接燃烧发电，但是生物质电厂在燃烧生物质燃料获得能源时也会产生大量的灰渣。因此本发明中采用工业废料中垃圾焚烧炉渣、废玻璃、生物质电厂灰作为免烧透水砖的骨料，实现工业废料资源化和无害化利用，符合现行的可持续发展路线，实现节能降耗。
通过控制圾焚烧炉渣、废玻璃、生物质电厂灰的粒径大小与质量比，使透水砖在保持高透水性的同时具有高密实性，有效延长透水砖的使用寿命。
进一步的，京尼平改性蔗渣纤维的制备包括以下步骤：将蔗渣纤维浸泡在冰醋酸溶液中，30℃恒温水浴反应1-2h，过滤，然后加入京尼平、乙烯基三甲氧基硅烷、乙醇、去离子水的混合溶液中，35-45℃保温1-2h，过滤干燥，得到京尼平改性蔗渣纤维。
在砖坯中引入蔗渣纤维来起到增韧效果，提高透水砖的抗开裂性，其中蔗渣纤维是工业制糖的废料，具有存量大、纤维产出率高等优点，且蔗渣纤维的分子结构中含有大量的羧基、羰基、酚羟基、脂族羟基等官能团，使蔗渣纤维具有较强的极性和吸湿性，会造成蔗渣纤维在使用过程中易发生腐蚀劣化；因此本发明中依次用冰醋酸、京尼平、乙烯基三甲氧基硅烷对蔗渣纤维进行表面处理，改善蔗渣纤维与砖坯中骨料、树脂、硅溶胶等成分之间的界面相容性，从而提高透水砖的热稳定性与抗开裂性。
进一步的，氨基化β-环糊精金属有机骨架改性树脂的制备包括以下步骤：
1）将β-糊环精、KOH、去离子水混合，超声搅拌10-20min，放入密闭的甲醇环境中，在25-30℃保温3-5d，离心，用甲醇洗涤3-5次，干燥得到β-糊环精框架；
2）将β-糊环精框架超声分散在乙醇与去离子水的混合液中，加入二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷，在55-60℃保温8-10h，静置，用乙醇洗涤3-5次，干燥，得到氨基化β-环糊精金属有机骨架；
3）将氨基化β-环糊精金属有机骨架、环氧树脂混合搅拌，得到氨基化β-环糊精金属有机骨架改性树脂。
目前的树脂基透水砖多存在强度偏低的问题，本发明中利用天然产物β-环糊精和碱金属离子自组装而成形成富含羟基、多孔结构的β-环糊精金属有机骨架，然后接枝多氨基硅烷二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷，使β-环糊精金属有机骨架氨基化，用氨基化β-环糊精金属有机骨架对环氧树脂进行改性处理，从而大幅提高透水砖的抗压强度及耐磨性；且氨基化β-环糊精金属有机骨架中的氨基，与京尼平改性蔗渣纤维中具有隐性戊二醛结构的京尼平具有共价结合作用，增强透水砖砖坯中网络形成的复杂度，从而提高透水砖的热稳定性及抗冻融性。
进一步的，氨基化β-环糊精金属有机骨架改性树脂与硅溶胶的重量份数之和与工业废料的重量比为5.7%-10%。
进一步的，以重量份数计，防护涂料的组成为：5-10份氨基化β-环糊精金属有机骨架改性树脂、10-15份复合壳聚糖溶胶、1-5份颜料。
进一步的，复合壳聚糖溶胶的制备包括以下步骤：
（1）将蔗渣纤维加入KOH、LiOH、尿素、去离子水的混合液中，在-4℃保温12h，取出后搅拌至溶解，得到蔗渣纤维溶液；
（2）将壳聚糖加入蔗渣纤维溶液中，置于冰水中搅拌均匀，再加入六水硝酸锌溶液搅拌30-40min，加入钛酸丁酯的乙醇溶液搅拌30-40min，得到复合壳聚糖溶胶。
进一步的，砖坯的制备包括以下步骤：
将工业废料淘洗至上层水变清澈，干燥至恒重为止；将氨基化β-环糊精金属有机骨架改性树脂、硅溶胶、京尼平改性蔗渣纤维通过行星搅拌机以180-200r/min搅拌20-30s，加入干燥后的工业废料，以25-28r/min搅拌20-30s，然后加入聚乙烯亚胺以50-100r/min搅拌5-10s，倒入透水砖模具中成型，脱出后在80℃下恒温养护1h，冷却后得到砖坯。
本发明的有益效果：
本发明提供一种高密实防滑透水砖及其制备方法，透水砖包括砖坯及防护层，用工业废料为骨料，氨基化β-环糊精金属有机骨架改性树脂与硅溶胶为粘结剂，京尼平改性蔗渣纤维为增韧材料，聚乙烯亚胺为固化剂，制备得到具有较好的抗压强度、透水性能、防堵塞的免烧透水砖砖坯；用原位生成二氧化钛、氧化锌光触媒材料的复合壳聚糖溶胶、氨基化β-环糊精金属有机骨架改性树脂、颜料混合制备防护层，使透水砖表面形成耐磨、耐污和防滑的凹凸釉面，从而提升透水砖的防滑性。
本发明中采用工业废料中垃圾焚烧炉渣、废玻璃、生物质电厂灰作为免烧透水砖的骨料，实现工业废料资源化和无害化利用，符合现行的可持续发展路线，实现节能降耗；通过控制圾焚烧炉渣、废玻璃、生物质电厂灰的粒径大小与质量比，有效延长透水砖的使用寿命。
本发明中依次用冰醋酸、京尼平、乙烯基三甲氧基硅烷对蔗渣纤维进行表面处理，改善蔗渣纤维与砖坯中骨料、树脂、硅溶胶等成分之间的界面相容性，从而提高透水砖的热稳定性与抗开裂性。
本发明中利用天然产物β-环糊精和碱金属离子自组装而成形成富含羟基、多孔结构的β-环糊精金属有机骨架，然后接枝多氨基硅烷二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷，使β-环糊精金属有机骨架氨基化，用氨基化β-环糊精金属有机骨架对环氧树脂进行改性处理，从而大幅提高透水砖的抗压强度及耐磨性；且氨基化β-环糊精金属有机骨架中的氨基与京尼平改性蔗渣纤维中具有隐性戊二醛结构的京尼平具有共价结合作用，增强透水砖砖坯中网络形成的复杂度，从而提高透水砖的热稳定性及抗冻融性。
本发明中利用氨基化β-环糊精金属有机骨架改性树脂与硅溶胶作为粘结剂，而工业废料为骨料，通过控制粘结剂与骨料的质量比，使透水砖具有高密实性，从而提高透水砖的力学性能。
本发明中先对蔗渣纤维进行碱处理，暴露出羟基，然后与具有大量的氨基和羟基的壳聚糖形成壳聚糖溶胶，然后在壳聚糖溶胶上原位生成氧化锌、二氧化钛，形成复合壳聚糖溶胶；在防护涂料中引入原位生成二氧化钛、氧化锌光触媒材料的复合壳聚糖溶胶，在光照条件下会产生光催化反应，进一步提升透水砖的防污自洁与抗菌性。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示诸如上、下、左、右、前、后……，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态如各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
以下结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明，应当理解，以下实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：一种高密实防滑透水砖的制备方法，包括以下步骤：
S1：将工业废料淘洗至上层水变清澈，干燥至恒重为止；将氨基化β-环糊精金属有机骨架改性树脂、硅溶胶、京尼平改性蔗渣纤维通过行星搅拌机以180r/min搅拌30s，加入干燥后的工业废料，以25r/min搅拌30s，然后加入聚乙烯亚胺以50r/min搅拌10s，倒入透水砖模具中，成型压力30MPa，荷载速率0.8MPa/s，饱压时间5s，脱出后在80℃下恒温养护1h，冷却后得到砖坯；
以重量份数计，砖坯的组成为：35份工业废料、3份京尼平改性蔗渣纤维、1份氨基化β-环糊精金属有机骨架改性树脂、1份硅溶胶、0.5份聚乙烯亚胺；
氨基化β-环糊精金属有机骨架改性树脂与硅溶胶的重量份数之和与工业废料的重量比为5.7%；
工业废料的制备包括以下步骤：对垃圾焚烧炉渣、废玻璃、生物质电厂灰先进行粗碎，然后将粗碎后的垃圾焚烧炉渣、废玻璃进行二次破碎，对粗碎后的生物质电厂灰进行粉磨处理，筛分得到1mm垃圾焚烧炉渣、0.1mm废玻璃、30μm生物质电厂灰，然后按照垃圾焚烧炉渣、废玻璃、生物质电厂灰的质量比为5：3：2进行混料，得到工业废料；
京尼平改性蔗渣纤维的制备包括以下步骤：将15g蔗渣纤维浸泡在2%质量分数的冰醋酸溶液中，30℃恒温水浴反应1h，过滤，然后加入1g京尼平、1g乙烯基三甲氧基硅烷、40mL乙醇、10mL去离子水的混合溶液中，35℃保温2h，过滤干燥，得到京尼平改性蔗渣纤维；
氨基化β-环糊精金属有机骨架改性树脂的制备包括以下步骤：
1）将1mmolβ-糊环精、8mmolKOH、20mL去离子水混合，超声搅拌10min，放入密闭的甲醇环境中，在25℃保温5d，离心，用甲醇洗涤3次，干燥得到β-糊环精框架；
2）将0.5gβ-糊环精框架超声分散在15mL乙醇与2mL去离子水的混合液中，加入1.5g二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷，在55℃保温10h，静置，用乙醇洗涤3次，干燥，得到氨基化β-环糊精金属有机骨架；
3）将0.5g氨基化β-环糊精金属有机骨架、10g环氧树脂混合搅拌，得到氨基化β-环糊精金属有机骨架改性树脂；
S2：用氨基化β-环糊精金属有机骨架改性树脂、复合壳聚糖溶胶、颜料制备防护涂料；
以重量份数计，防护涂料的组成为：5份氨基化β-环糊精金属有机骨架改性树脂、10份复合壳聚糖溶胶、1份颜料；
复合壳聚糖溶胶的制备包括以下步骤：
（1）将10g蔗渣纤维加入1gKOH、2gLiOH、4g尿素240mL去离子水的混合液中，在-4℃保温12h，取出后搅拌至溶解，得到蔗渣纤维溶液；
（2）将3g壳聚糖加入蔗渣纤维溶液中，置于冰水中搅拌均匀，再加入质量分数为0.4%六水硝酸锌溶液100mL，搅拌30min，加入0.25mol/L的钛酸丁酯的乙醇溶液100mL，搅拌30min，得到复合壳聚糖溶胶；
S3：将防护涂料涂覆在砖坯上500µm，干燥，得到一种高密实防滑透水砖。
实施例2：一种高密实防滑透水砖的制备方法，包括以下步骤：
S1：将工业废料淘洗至上层水变清澈，干燥至恒重为止；将氨基化β-环糊精金属有机骨架改性树脂、硅溶胶、京尼平改性蔗渣纤维通过行星搅拌机以190r/min搅拌25s，加入干燥后的工业废料，以26r/min搅拌25s，然后加入聚乙烯亚胺以80r/min搅拌8s，倒入透水砖模具中，成型压力30MPa，荷载速率0.8MPa/s，饱压时间5s，脱出后在80℃下恒温养护1h，冷却后得到砖坯；
以重量份数计，砖坯的组成为：38份工业废料、4份京尼平改性蔗渣纤维、1.5份氨基化β-环糊精金属有机骨架改性树脂、1.5份硅溶胶、0.6份聚乙烯亚胺；
氨基化β-环糊精金属有机骨架改性树脂与硅溶胶的重量份数之和与工业废料的重量比为7.9%；
工业废料的制备包括以下步骤：对垃圾焚烧炉渣、废玻璃、生物质电厂灰先进行粗碎，然后将粗碎后的垃圾焚烧炉渣、废玻璃进行二次破碎，对粗碎后的生物质电厂灰进行粉磨处理，筛分得到1.2mm垃圾焚烧炉渣、0.3mm废玻璃、40μm生物质电厂灰，然后按照垃圾焚烧炉渣、废玻璃、生物质电厂灰的质量比为5：3：2进行混料，得到工业废料；
京尼平改性蔗渣纤维的制备包括以下步骤：将15g蔗渣纤维浸泡在2%质量分数的冰醋酸溶液中，30℃恒温水浴反应1.5h，过滤，然后加入1g京尼平、1g乙烯基三甲氧基硅烷、40mL乙醇、10mL去离子水的混合溶液中，40℃保温1.5h，过滤干燥，得到京尼平改性蔗渣纤维；
氨基化β-环糊精金属有机骨架改性树脂的制备包括以下步骤：
1）将1mmolβ-糊环精、8mmolKOH、20mL去离子水混合，超声搅拌15min，放入密闭的甲醇环境中，在28℃保温4d，离心，用甲醇洗涤4次，干燥得到β-糊环精框架；
2）将0.5gβ-糊环精框架超声分散在15mL乙醇与2mL去离子水的混合液中，加入1.5g二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷，在58℃保温9h，静置，用乙醇洗涤4次，干燥，得到氨基化β-环糊精金属有机骨架；
3）将0.5g氨基化β-环糊精金属有机骨架、10g环氧树脂混合搅拌，得到氨基化β-环糊精金属有机骨架改性树脂；
S2：用氨基化β-环糊精金属有机骨架改性树脂、复合壳聚糖溶胶、颜料制备防护涂料；
以重量份数计，防护涂料的组成为：8份氨基化β-环糊精金属有机骨架改性树脂、12份复合壳聚糖溶胶、3份颜料；
复合壳聚糖溶胶的制备包括以下步骤：
（1）将10g蔗渣纤维加入1gKOH、2gLiOH、4g尿素240mL去离子水的混合液中，在-4℃保温12h，取出后搅拌至溶解，得到蔗渣纤维溶液；
（2）将3g壳聚糖加入蔗渣纤维溶液中，置于冰水中搅拌均匀，再加入质量分数为0.4%六水硝酸锌溶液100mL，搅拌35min，加入0.25mol/L的钛酸丁酯的乙醇溶液100mL，搅拌35min，得到复合壳聚糖溶胶；
S3：将防护涂料涂覆在砖坯上500µm，干燥，得到一种高密实防滑透水砖。
实施例3：一种高密实防滑透水砖的制备方法，包括以下步骤：
S1：将工业废料淘洗至上层水变清澈，干燥至恒重为止；将氨基化β-环糊精金属有机骨架改性树脂、硅溶胶、京尼平改性蔗渣纤维通过行星搅拌机以200r/min搅拌20s，加入干燥后的工业废料，以28r/min搅拌20s，然后加入聚乙烯亚胺以100r/min搅拌5s，倒入透水砖模具中，成型压力30MPa，荷载速率0.8MPa/s，饱压时间5s，脱出后在80℃下恒温养护1h，冷却后得到砖坯；
以重量份数计，砖坯的组成为：40份工业废料、5份京尼平改性蔗渣纤维、2份氨基化β-环糊精金属有机骨架改性树脂、2份硅溶胶、1份聚乙烯亚胺；
氨基化β-环糊精金属有机骨架改性树脂与硅溶胶的重量份数之和与工业废料的重量比为10%；
工业废料的制备包括以下步骤：对垃圾焚烧炉渣、废玻璃、生物质电厂灰先进行粗碎，然后将粗碎后的垃圾焚烧炉渣、废玻璃进行二次破碎，对粗碎后的生物质电厂灰进行粉磨处理，筛分得到1.5mm垃圾焚烧炉渣、0.5mm废玻璃、50μm生物质电厂灰，然后按照垃圾焚烧炉渣、废玻璃、生物质电厂灰的质量比为5：3：2进行混料，得到工业废料；
京尼平改性蔗渣纤维的制备包括以下步骤：将15g蔗渣纤维浸泡在2%质量分数的冰醋酸溶液中，30℃恒温水浴反应2h，过滤，然后加入1g京尼平、1g乙烯基三甲氧基硅烷、40mL乙醇、10mL去离子水的混合溶液中，45℃保温1h，过滤干燥，得到京尼平改性蔗渣纤维；
氨基化β-环糊精金属有机骨架改性树脂的制备包括以下步骤：
1）将1mmolβ-糊环精、8mmolKOH、20mL去离子水混合，超声搅拌20min，放入密闭的甲醇环境中，在30℃保温3d，离心，用甲醇洗涤5次，干燥得到β-糊环精框架；
2）将0.5gβ-糊环精框架超声分散在15mL乙醇与2mL去离子水的混合液中，加入1.5g二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷，在60℃保温8h，静置，用乙醇洗涤5次，干燥，得到氨基化β-环糊精金属有机骨架；
3）将0.5g氨基化β-环糊精金属有机骨架、10g环氧树脂混合搅拌，得到氨基化β-环糊精金属有机骨架改性树脂；
S2：用氨基化β-环糊精金属有机骨架改性树脂、复合壳聚糖溶胶、颜料制备防护涂料；
以重量份数计，防护涂料的组成为：10份氨基化β-环糊精金属有机骨架改性树脂、15份复合壳聚糖溶胶、5份颜料；
复合壳聚糖溶胶的制备包括以下步骤：
（1）将10g蔗渣纤维加入1gKOH、2gLiOH、4g尿素240mL去离子水的混合液中，在-4℃保温12h，取出后搅拌至溶解，得到蔗渣纤维溶液；
（2）将3g壳聚糖加入蔗渣纤维溶液中，置于冰水中搅拌均匀，再加入质量分数为0.4%六水硝酸锌溶液100mL，搅拌40min，加入0.25mol/L的钛酸丁酯的乙醇溶液100mL，搅拌40min，得到复合壳聚糖溶胶；
S3：将防护涂料涂覆在砖坯上500µm，干燥，得到一种高密实防滑透水砖。
对比例1
以实施例3为对照组，用废玻璃替换工业废料，其他工序正常。
对比例2
以实施例3为对照组，用蔗渣纤维替换京尼平改性蔗渣纤维，其他工序正常。
对比例3
以实施例3为对照组，用环氧树脂（环氧树脂E875162：上海麦克林生化科技有限公司）替换氨基化β-环糊精金属有机骨架改性树脂，其他工序正常。
对比例4
以实施例3为对照组，用壳聚糖替换复合壳聚糖溶胶，其他工序正常。
对比例5
以实施例3为对照组，氨基化β-环糊精金属有机骨架改性树脂与硅溶胶的重量份数之和与工业废料的重量比为5.5%，其他工序正常。
对比例6
以实施例3为对照组，氨基化β-环糊精金属有机骨架改性树脂与硅溶胶的重量份数之和与工业废料的重量比为11%。
原料来源：
垃圾焚烧炉渣：广州市某生活垃圾焚烧厂，以质量百分数计，垃圾焚烧炉渣的组成为：二氧化硅39.12%、氧化钙22.53%、三氧化二铝13.3%、氧化铁15.64%、氧化镁1.42%、氧化钾1.31%、氧化钠1.11%、三氧化硫1.31%、氯1.82%，余量为杂质；
生物质电厂灰：广州市某生物质电厂，以质量百分数计，生物质电厂灰的组成为：二氧化硅49.12%、氧化钙15.33%、三氧化二铝9.42%、氧化铁7.61%、氧化镁1.82%、氧化钾6.32%、氧化钠1.31%、五氧化二磷1.03%、三氧化硫1.78%、氯2.43%，余量为杂质；
废玻璃：广州市某玻璃厂，以质量百分数计，废玻璃的组成为：二氧化硅69.02%、氧化钙13.53%、三氧化二铝1.12%、氧化铁0.4%、氧化镁5.12%、氧化钾0.22%、氧化钠11.01%、三氧化硫0.28%、二氧化钛0.08%，余量为杂质；
蔗渣纤维（广西南宁糖厂）：将蔗渣剪切、烘干、筛分成长度为5mm的纤维；
硅溶胶112926-00-8：深圳市红叶杰科技有限公司；京尼平B20635：上海源叶生物科技有限公司；聚乙烯亚胺E808880、乙烯基三甲氧基硅烷V823925、尿素U820349、壳聚糖C804729、钛酸丁酯T818870、环氧树脂E875162、颜料E832638：上海麦克林生化科技有限公司；六水硝酸锌Z111703：阿拉丁试剂；二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷413348：西格玛奥德里奇（上海）贸易有限公司；β-糊环精128446-35-5：湖北惠择普医药科技有限公司；乙醇、KOH、甲醇、LiOH，分析纯：国药集团试剂。
性能测试：对实施例1-3、对比例1-6所制得的透水砖进行性能测试：
抗压强度测试：参考GB/T50081-2002进行抗压强度测试，标准养护7d，透水砖尺寸为55mm×50mm×40mm；将透水砖安放在试验机的下压板上，承压面应与成型时的顶面垂直，中心应与试验机下压板中心对准，开动试验机，当上压板与透水砖接近时，调整球座，使接触均衡，试验过程中连续均匀地加荷，为每秒钟0.6MPa，抗压强度f=F/A，其中F为破坏荷载，N；A为承压面积，mm2；
耐磨性测试：参考GB/T12988-2009进行测试，透水砖尺寸为200mm×100mm×60mm，标准养护7d，测5次取平均磨坑长度评定其耐磨性能；
防滑性：参考GB/T32987-2016进行测试，采用摆式摩擦系数测定仪测试，摆及摆的连接部分总质量为1500g，摆动中心至摆的重心距离为410mm，测定时摆在透水砖上滑动长度为126mm，摆上橡胶片端部距摆动中心的距离508mm，橡胶片对透水砖的正向静压力为22.5N，使摆锤在透水砖表面滑过，指针即可指示出测量值，得到BPN值，大于60为合格；
透水系数：参考《透水路面砖和透水路面板》(GB/T25993）测试透水系数；结果如表1；
| 抗压强度（MPa） | 磨坑长度（mm） | 防滑性 | 透水系数（1×10-2cm/s） | |
| 实施例1 | 41 | 15 | 合格 | 4.3 |
| 实施例2 | 43 | 14 | 合格 | 4.4 |
| 实施例3 | 46 | 12 | 合格 | 4.7 |
| 对比例1 | 21 | 20 | / | 3.1 |
| 对比例2 | 23 | 21 | / | 2.9 |
| 对比例3 | 33 | 27 | / | 2.8 |
| 对比例4 | 34 | 28 | / | 3 |
| 对比例5 | 35 | 22 | / | 3.6 |
| 对比例6 | 36 | 23 | / | 3.7 |
表1
本发明提供一种高密实防滑透水砖及其制备方法，透水砖包括砖坯及防护层，用工业废料为骨料，氨基化β-环糊精金属有机骨架改性树脂与硅溶胶为粘结剂，京尼平改性蔗渣纤维为增韧材料，聚乙烯亚胺为固化剂，制备得到具有较好的抗压强度、透水性能、防堵塞的免烧透水砖砖坯；用原位生成二氧化钛、氧化锌光触媒材料的复合壳聚糖溶胶、氨基化β-环糊精金属有机骨架改性树脂、颜料混合制备防护层，使透水砖表面形成耐磨、耐污和防滑的凹凸釉面，从而提升透水砖的防滑性。
将实施例3与对比例1进行对比，本发明中采用工业废料中垃圾焚烧炉渣、废玻璃、生物质电厂灰作为免烧透水砖的骨料，实现工业废料资源化和无害化利用，符合现行的可持续发展路线，实现节能降耗；通过控制圾焚烧炉渣、废玻璃、生物质电厂灰的粒径大小与质量比，使透水砖在保持高透水性的同时具有高密实性，有效延长透水砖的使用寿命。
将实施例3与对比例2进行对比，本发明中依次用冰醋酸、京尼平、乙烯基三甲氧基硅烷对蔗渣纤维进行表面处理，改善蔗渣纤维与砖坯中骨料、树脂、硅溶胶等成分之间的界面相容性，从而提高透水砖的各项性能。
将实施例3与对比例3进行对比，本发明中利用天然产物β-环糊精和碱金属离子自组装而成形成富含羟基、多孔结构的β-环糊精金属有机骨架，然后接枝多氨基硅烷二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷，使β-环糊精金属有机骨架氨基化，用氨基化β-环糊精金属有机骨架对环氧树脂进行改性处理，从而大幅提高透水砖的抗压强度及耐磨性；且氨基化β-环糊精金属有机骨架中的氨基与京尼平改性蔗渣纤维中具有隐性戊二醛结构的京尼平具有共价结合作用，增强透水砖砖坯中网络形成的复杂度，从而提高透水砖的各项性能。
将实施例3与对比例4进行对比，本发明中先对蔗渣纤维进行碱处理，暴露出羟基，然后与具有大量的氨基和羟基的壳聚糖形成壳聚糖溶胶，然后在壳聚糖溶胶上原位生成氧化锌、二氧化钛，形成复合壳聚糖溶胶；在防护涂料中引入原位生成二氧化钛、氧化锌光触媒材料的复合壳聚糖溶胶，在光照条件下会产生光催化反应，进一步提升透水砖的防污自洁与抗菌性。
将实施例3与对比例5、对比例6进行对比，本发明中利用氨基化β-环糊精金属有机骨架改性树脂与硅溶胶作为粘结剂，而工业废料为骨料，通过控制粘结剂与骨料的质量比，使透水砖具有高密实性，从而提高透水砖的力学性能。
以上所述仅为本发明的为实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书所做的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (3)
1.一种高密实防滑透水砖的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：用工业废料、京尼平改性蔗渣纤维、氨基化β-环糊精金属有机骨架改性树脂、硅溶胶、聚乙烯亚胺制备砖坯；
S2：用氨基化β-环糊精金属有机骨架改性树脂、复合壳聚糖溶胶、颜料制备防护涂料；
S3：将防护涂料涂覆在砖坯上，干燥，得到一种高密实防滑透水砖；
以重量份数计，砖坯的组成为：35-40份工业废料、3-5份京尼平改性蔗渣纤维、1-2份氨基化β-环糊精金属有机骨架改性树脂、1-2份硅溶胶、0.5-1份聚乙烯亚胺；
氨基化β-环糊精金属有机骨架改性树脂与硅溶胶的重量份数之和与工业废料的重量比为5.7%-10%；
以重量份数计，防护涂料的组成为：5-10份氨基化β-环糊精金属有机骨架改性树脂、10-15份复合壳聚糖溶胶、1-5份颜料；
工业废料的制备包括以下步骤：对垃圾焚烧炉渣、废玻璃、生物质电厂灰先进行粗碎，然后将粗碎后的垃圾焚烧炉渣、废玻璃进行二次破碎，对粗碎后的生物质电厂灰进行粉磨处理，筛分得到1-1.5mm垃圾焚烧炉渣、0.1-0.5mm废玻璃、30-50μm生物质电厂灰，然后将垃圾焚烧炉渣、废玻璃、生物质电厂灰按照质量比5：3：2进行混料，得到工业废料；
京尼平改性蔗渣纤维的制备包括以下步骤：将蔗渣纤维浸泡在冰醋酸溶液中，30℃恒温水浴反应1-2h，过滤，然后加入京尼平、乙烯基三甲氧基硅烷、乙醇、去离子水的混合溶液中，35-45℃保温1-2h，过滤干燥，得到京尼平改性蔗渣纤维；
氨基化β-环糊精金属有机骨架改性树脂的制备包括以下步骤：
1）将β-糊环精、KOH、去离子水混合，超声搅拌10-20min，放入密闭的甲醇环境中，在25-30℃保温3-5d，离心，用甲醇洗涤3-5次，干燥得到β-糊环精框架；
2）将β-糊环精框架超声分散在乙醇与去离子水的混合液中，加入二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷，在55-60℃保温8-10h，静置，用乙醇洗涤3-5次，干燥，得到氨基化β-环糊精金属有机骨架；
3）将氨基化β-环糊精金属有机骨架、环氧树脂混合搅拌，得到氨基化β-环糊精金属有机骨架改性树脂；
复合壳聚糖溶胶的制备包括以下步骤：
（1）将蔗渣纤维加入KOH、LiOH、尿素、去离子水的混合液中，在-4℃保温12h，取出后搅拌至溶解，得到蔗渣纤维溶液；
（2）将壳聚糖加入蔗渣纤维溶液中，置于冰水中搅拌均匀，再加入六水硝酸锌溶液搅拌30-40min，加入钛酸丁酯的乙醇溶液搅拌30-40min，得到复合壳聚糖溶胶。
2.根据权利要求1所述的一种高密实防滑透水砖的制备方法，其特征在于，砖坯的制备包括以下步骤：
将工业废料淘洗至上层水变清澈，干燥至恒重为止；将氨基化β-环糊精金属有机骨架改性树脂、硅溶胶、京尼平改性蔗渣纤维通过行星搅拌机以180-200r/min搅拌20-30s，加入干燥后的工业废料，以25-28r/min搅拌20-30s，然后加入聚乙烯亚胺以50-100r/min搅拌5-10s，倒入透水砖模具中成型，脱出后在80℃下恒温养护1h，冷却后得到砖坯。
3.一种高密实防滑透水砖，其特征在于，由权利要求1-2中任一项所述的制备方法制备得到。
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