CN107226648B - 一种金刚砂尾矿复合型砂基生态透水砖及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于建筑材料技术领域，涉及一种金刚砂尾矿复合型砂基生态透水砖及其制备方法，其特征在于该生态透水砖由面层和底层两部分构成。面层由有机胶凝材料、金刚砂尾矿（粒径0.3～0.6mm）和渗透剂组成，所述有机胶凝材料由双酚环氧树脂和胺类固化剂按质量比为100︰32组成，所述渗透剂由有机硅和白炭黑的一种或两种组成；底层由水泥基胶凝材料胶结复合级配（2.36～4.75mm和4.75～9.5mm）花岗岩碎石组成，所述水泥基胶凝材料由水泥、粉煤灰和矿渣复合而成。
Description
技术领域
本发明涉及一种金刚砂尾矿复合型砂基生态透水砖及其制备方法，属于建筑材料技术领域。
背景技术
随着城镇化速度的加快，街道、广场、小区等路面正逐渐被混凝土、石材、瓷砖等封闭阻水材料覆盖，地面透水能力受到明显削弱，城市失去蓄水功能，从而引发城市热岛效益、城市内涝等严重的城市问题。特别是近年来，我国许多地方出现“逢雨必涝、雨后即旱”和“城市看海”的窘境。因此，在城市建设中，如何解决城市内涝是一项重要课题。建设自然积存、自然渗透、自然净化的海绵城市能有效解决城市内涝问题。2015年国家进行了海绵城市建设试点，16个城市纳入试点范围。
普通混凝土、普通路面砖和石材等大量的硬质不透水铺装改变了城市原有的自然生态本底和水文特征。城市开发建设后，70%～80%的降雨形成了径流，只有20%～30%的雨水滞渗进入地下，破坏了城市自然生态本底和自然“海绵体”。而透水砖可以在降雨过程中，将雨水原地渗透至土壤中，从而维护局部地区的地下水位、净化水质、减小城市排水系统的排水负荷和低洼地区的雨水聚集。可广泛用于建造停车场、人行道、广场和公园，用于收集降雨期间降落在其表面的雨水，同时，还可收集附近不透水的路面和停车场、草坪和屋面等排放的雨水，是海绵城市建设的重要技术途径之一。
天然金刚砂质地坚硬，是一种颗粒严密的高强韧骨料，具有化学性稳定、强度高、硬度大和耐磨等优点，用于地坪、高速公路路面和飞机跑道，可大大提高其耐磨性能。本发明所用金刚砂尾矿，是宜昌市夷陵区樟村坪天然金刚砂矿区在选取石榴石过程中筛选出来的尾矿，颗粒较细，略带红棕色，具有较高硬度。
因此，充分利用金刚砂尾矿，制备生态透水砖，用于城市建设铺装，不但可以变废为宝，还能有效缓解城市降雨期间的洪涝灾害，具有良好的社会、环境和经济效益。
发明内容
本发明的目的在于提供一种金刚砂尾矿复合型砂基生态透水砖及其制备方法，该方法制备的生态透水砖耐磨性好，透水性能优良，强度高，可广泛用于城市街道、广场和公园等的透水性铺装，具有良好的渗水性，能净化水体及减少城市地表径流，从而缓解城市内涝。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种金刚砂尾矿复合型砂基生态透水砖及其制备方法，其特征在于它由面层和底层两部分构成，其中面层由有机胶凝材料（双酚环氧树脂和胺类固化剂按质量比为100∶32组成）、金刚砂尾矿和渗透剂（有机硅和白炭黑的一种或两种混合而成）组成，底层由水泥、粉煤灰、矿渣和花岗岩碎石组成，并通过如下步骤制备：
它包括如下步骤：
1）透水砖底层配合比（Kg/m3）：水泥：315～338、粉煤灰：42～45、矿渣：63～68,、粒径2.36～4.75mm花岗岩碎石：126～135、粒径4.75～9.5mm花岗岩碎石：1134～1215、水：105～112；
2）透水砖面层配合比为（质量比）：渗透剂∶有机胶凝材料∶金刚砂尾矿=（0.1～0.2）∶（3～6）∶100；
3）底层材料搅拌：按照上述底层配合比，先将集料与10%的水混合搅拌15～30s，使集料表面处于饱和面干状态，然后加入胶凝材料搅拌60～90s，使胶凝材料均匀包裹在集料表面，再加入剩下90%的水搅拌60～90s；
4）面层材料搅拌：按照上述面层配合比，先将环氧树脂与固化剂搅拌2～3min，然后加入渗透剂和金刚砂尾矿搅拌3～5min，使金刚砂尾矿颗粒表面被环氧树脂混合料均匀包覆；
5）振动加压成型：将底层透水砖拌合物装入模具，在0.1Mpa压力下，振动施压成型10～15s，然后将面层透水砖拌合物装入模具，并完全覆盖底层拌合物上表面，再在2Mpa压力下，振动加压10s；
6）养护：脱模后，自然养护至28天，制得金刚砂尾矿复合型砂基生态透水砖。
本发明原材料的性能及主要原理：
金刚砂尾矿，粒径0.3～0.6mm，是在选矿分选过程中形成的金刚砂含量低于目标含量的矿砂。由于它与天然金刚砂共生或半生，且含有少量石榴石，具备部分金刚砂化学稳定、强度高、硬度大、耐磨和颜色鲜艳等优点，用于透水砖面层，在提高产品耐磨性能的同时具有较好的装饰效果。
花岗岩碎石，由10%的粒径为2.36～4.75mm碎石和90%的粒径为4.75～9.5mm碎石组成的复合级配碎石，堆积密度1367kg/m3，表观密度2654kg/m3，空隙率48.5%。
水泥，华新水泥秭归厂生产的P·O42.5水泥。
粉煤灰，Ⅲ级粉煤灰，是火力发电厂燃煤锅炉排放烟气中收集到的粉尘。
矿渣，是粒化高炉矿渣的简称，是高炉炼铁时产生的废渣，具有微弱的自身水硬性。
本发明的生态透水砖，本质是一种复合材料。面层为聚合物透水砂浆，通过环氧树脂固化单一粒径的细颗粒金刚砂尾矿，使得透水砖表面平整、耐磨、空隙孔径细小，有效解决透水砖因空隙大而易被堵塞问题。加入渗透剂，通过降低水的表面张力，提高透水砖的渗透能力。底层为水泥透水混凝土，由水泥基胶凝材料胶结复合级配的大粒径集料组成。由于混凝土中粗集料所占比例较高，细集料很少，粗集料可以相互靠拢形成骨架，但由于细颗粒数量少，不足以填满粗集料之间的空隙，就形成了特有的骨架-空隙结构，保证其透水性。本发明的金刚砂尾矿复合型砂基生态透水砖，主要依据上述原理，兼顾透水性和强度要求，由10mm厚的环氧树脂透水砂浆面层和50mm厚的水泥基透水混凝土底层组成。其中，面层采用环氧树脂胶结单一粒径的金刚砂尾矿，并掺入渗透剂；底层采用水泥、粉煤灰和矿渣复合而成的胶凝材料将复合级配的花岗岩碎石胶结一起，形成透水型的骨架-空隙结构。
本发明的有益效果是：
1）本发明制备的复合型砂基生态透水砖抗压强度在可达50MPa，面层采用
环氧树脂胶结粒径单一、细小的金刚砂尾矿，使得产品表面平整、耐磨，磨坑长度小于20mm；同时掺入渗透剂，通过有效降低水的表面张力，使得产品在使用过程中既不易被堵塞又不降低透水性。
2）本发明制备的复合型砂基生态透水砖底层采用水泥基胶凝材料将复合级配的花岗岩碎石胶结一起，形成特有的骨架-空隙结构，使得产品透水速率大于2.7mL/(min·cm2)，透水性能良好。
3）该方法充分利用工业废弃物，工艺简单、成本低。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实例进一步阐明本发明的内容，但本发明不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1：
一种金刚砂尾矿复合型砂基生态透水砖及其制备方法，其特征在于它由面层和底层两部分构成，其中面层由有机胶凝材料（双酚环氧树脂和胺类固化剂按质量比为100∶32组成）、金刚砂尾矿和渗透剂组成，其中渗透剂为有机硅粉末；底层由水泥、粉煤灰、矿渣和花岗岩碎石组成，并通过如下步骤制备：
1）透水砖底层配合比（Kg/m3）：水泥：315、粉煤灰：42、矿渣：63、粒径2.36～4.75mm花岗岩碎石：126～135、粒径4.75～9.5mm花岗岩碎石：1134、水：105；
2）透水砖面层配合比为（质量比）：有机硅∶有机胶凝材料∶金刚砂尾矿=0.1∶3∶100；
3）底层材料搅拌：按照上述底层配合比，先将集料与10%的水混合搅拌15s，使集料表面处于饱和面干状态，然后加入胶凝材料搅拌60s，使胶凝材料均匀包裹在集料表面，再加入剩下90%的水搅拌60s；
4）面层材料搅拌：按照上述面层配合比，先将环氧树脂与固化剂搅拌2min，然后加入有机硅和金刚砂尾矿搅拌3min，使金刚砂尾矿颗粒表面被环氧树脂混合料均匀包覆；
5）振动加压成型：将底层透水砖拌合物装入模具，在0.1Mpa压力下，振动施压成型10s，然后将面层透水砖拌合物装入模具，并完全覆盖底层拌合物上表面，再在2Mpa压力下，振动加压10s；
6）养护：脱模后，自然养护至28天，制得金刚砂尾矿复合型砂基生态透水砖。
将上述制备的透水砖进行性能测试，其结果如表1：
表 1
| 项目 | 抗压强度/MPa | 抗折强度/MPa | 抗冲击性/次 | 透水速率/ mL/(min·cm<sup>2</sup>) | 滤水率/% | 耐磨性（磨坑长度）/mm |
| 结果 | 52.3 | 5.4 | 6 | 2.9 | 98 | 18 |
实施例2：
一种金刚砂尾矿复合型砂基生态透水砖及其制备方法，其特征在于它由面层和底层两部分构成，其中面层由有机胶凝材料（双酚环氧树脂和胺类固化剂按质量比为100∶32组成）、金刚砂尾矿和渗透剂组成，其中渗透剂为白炭黑粉末；底层由水泥、粉煤灰、矿渣和花岗岩碎石组成，并通过如下步骤制备：
1）透水砖底层配合比（Kg/m3）：水泥：338、粉煤灰：45、矿渣：68、粒径2.36～4.75mm花岗岩碎石：135、粒径4.75～9.5mm花岗岩碎石：1215、水： 112；
2）透水砖面层配合比为（质量比）：白炭黑∶有机胶凝材料∶金刚砂尾矿=0.2∶6∶100；
3）底层材料搅拌：按照上述底层配合比，先将集料与10%的水混合搅拌30s，使集料表面处于饱和面干状态，然后加入胶凝材料搅拌90s，使胶凝材料均匀包裹在集料表面，再加入剩下90%的水搅拌90s；
4）面层材料搅拌：按照上述面层配合比，先将环氧树脂与固化剂搅拌3min，然后加入白炭黑和金刚砂尾矿搅拌5min，使金刚砂尾矿颗粒表面被环氧树脂混合料均匀包覆；
5）振动加压成型：将底层透水砖拌合物装入模具，在0.1Mpa压力下，振动施压成型15s，然后将面层透水砖拌合物装入模具，并完全覆盖底层拌合物上表面，再在2Mpa压力下，振动加压10s；
6）养护：脱模后，自然养护至28天，制得金刚砂尾矿复合型砂基生态透水砖。
将上述制备的透水砖进行性能测试，其结果如表2：
表 2
| 项目 | 抗压强度/MPa | 抗折强度/MPa | 抗冲击性/次 | 透水速率/ mL/(min·cm<sup>2</sup>) | 滤水率/% | 耐磨性（磨坑长度）/mm |
| 结果 | 56．6 | 5.9 | 8 | 2.7 | 96 | 16 |
实施例3：
一种金刚砂尾矿复合型砂基生态透水砖及其制备方法，其特征在于它由面层和底层两部分构成，其中面层由有机胶凝材料（双酚环氧树脂和胺类固化剂按质量比为100∶32组成）、金刚砂尾矿和渗透剂组成，其中渗透剂为有机硅和白炭黑按质量比1∶1混合而成；底层由水泥、粉煤灰、矿渣和花岗岩碎石组成，并通过如下步骤制备：
1）透水砖底层配合比（Kg/m3）：水泥：325、粉煤灰：45、矿渣： 65、粒径2.36～4.75mm花岗岩碎石：130、粒径4.75～9.5mm花岗岩碎石：1180、水：109；
2）透水砖面层配合比为（质量比）：（50%有机硅+50%白炭黑）∶有机胶凝材料∶金刚砂尾矿=0.16∶5∶100；
3）底层材料搅拌：按照上述底层配合比，先将集料与10%的水混合搅拌15～30s，使集料表面处于饱和面干状态，然后加入胶凝材料搅拌75s，使胶凝材料均匀包裹在集料表面，再加入剩下90%的水搅拌80s；
4）面层材料搅拌：按照上述面层配合比，先将环氧树脂与固化剂搅拌3min，然后加入有机硅、白炭黑和金刚砂尾矿搅拌4min，使金刚砂尾矿颗粒表面被环氧树脂混合料均匀包覆；
5）振动加压成型：将底层透水砖拌合物装入模具，在0.1Mpa压力下，振动施压成型15s，然后将面层透水砖拌合物装入模具，并完全覆盖底层拌合物上表面，再在2Mpa压力下，振动加压10s；
6）养护：脱模后，自然养护至28天，制得金刚砂尾矿复合型砂基生态透水砖。
将上述制备的透水砖进行性能测试，其结果如表3：
表 3
| 项目 | 抗压强度/MPa | 抗折强度/MPa | 抗冲击性/次 | 透水速率/ mL/(min·cm<sup>2</sup>) | 滤水率/% | 耐磨性（磨坑长度）/mm |
| 结果 | 54 | 5.3 | 6 | 2.8 | 96 | 19 |
本发明各原料的上下限、区间取值，以及工艺参数（时间等）的上下限、区间取值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。
Claims (1)
1.一种金刚砂尾矿复合型砂基生态透水砖，其特征在于它由面层和底层两部分构成，其中面层由有机胶凝材料、金刚砂尾矿和渗透剂组成，底层由水泥、粉煤灰、矿渣和花岗岩碎石组成，并通过如下步骤制备：
1）透水砖底层配合比以Kg/m 3 计：水泥：315～338、粉煤灰：42～45、矿渣：63～68、粒径2.36～4.75mm花岗岩碎石：126～135、粒径4.75～9.5mm花岗岩碎石：1134～1215、水：105～112；
2）透水砖面层配合比以质量比计：渗透剂∶有机胶凝材料∶金刚砂尾矿=（0.1～0.2）∶（3～6）∶100；
3）底层材料搅拌：按照上述底层配合比，先将集料与10%的水混合搅拌15～30s，使集料表面处于饱和面干状态，然后加入胶凝材料搅拌60～90s，使胶凝材料均匀包裹在集料表面，再加入剩下90%的水搅拌60～90s；
4）面层材料搅拌：按照上述面层配合比，先将环氧树脂与固化剂搅拌2～3min，然后加入渗透剂和金刚砂尾矿搅拌3～5min，使金刚砂尾矿颗粒表面被环氧树脂混合料均匀包覆；
5）振动加压成型：将底层透水砖拌合物装入模具，在0.1Mpa压力下，振动施压成型10～15s，然后将面层透水砖拌合物装入模具，并完全覆盖底层拌合物上表面，再在2Mpa压力下，振动加压10s；
6）养护：脱模后，自然养护至28天，制得金刚砂尾矿复合型砂基生态透水砖；
所述有机胶凝材料为双酚环氧树脂和胺类固化剂按质量比为100∶32混合而成；
所述渗透剂为有机硅或白炭黑或其组合。
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