CN114409437A - 一种利用免烧骨料制备透水砖的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及节能建筑地面材料行业技术领域，尤其涉及一种利用免烧骨料制备透水砖的方法。一种利用免烧骨料制备透水砖的方法，包括以下步骤：步骤一：搅拌；步骤二：成型；步骤三：养护。粉煤灰骨料透水砖具有较高的渗透性和多孔的特性，配合其铺装的方式及粉煤灰骨料透水砖路面结构的基层与垫层，可以有效使得雨水快速透过路面,减少了城市雨水排水系统和蓄水池等工程中的基础性排水设施的使用规模或需求,能够有效控制了暴雨径流；由于内部存在孔隙，还可以降低交通噪音，还能减轻城市热岛效应。

Description

一种利用免烧骨料制备透水砖的方法

技术领域

本发明涉及节能建筑地面材料行业技术领域，尤其涉及一种利用免烧骨料制备透水砖的方法。

背景技术

随着城市化的快速发展，城市道路硬化面积不断增加，绿色植被和露天土壤面积迅速减少，可缓解城市问题的农田、森林、绿地和池塘面积不断减少，使自然水循环系统受到破坏，从而引发了一系列的城市问题。城市表面被不透水硬化路面覆盖，使城市温升，形成城市“热岛效应”。这些不透水的硬化混凝土路面阻断了雨水进入地下的通路，使雨水无法渗透到底层土壤和城市的地下水系统，降低了城市蓄水能力。此外，城市地下水不断提取和开采，引起城市地下水位下降，造成了“城市沉降”。当城市有强降雨时，雨水聚集在城市低洼地区，引发“城市内涝”，沿河和沿海城市也有被河水和海水倒灌的危险。雨水无法及时渗入地下，导致道路上的雨水径流急剧增大。在雨水冲刷下，城市路面上的污染物会随着雨水一起进入城市排水系统，通过城市排水系统排入地表自然环境，使宝贵的雨水资源得不到充分利用，城市周围的生态环境也会受到破坏，城市的植物生长受到严重影响。内部致密且无透水功能的硬化混凝土路面引发了如此多的严重问题，因此研究具有透水功能的透水砖具有重要意义。

透水砖具有一定的透水性和保水性，其内部含有大量相互连通的孔隙，可以使雨水通过砖体迅速渗透到地下，避免了雨天造成的路面积水。此外，透水砖还具有一定的力学性能，可以满足路面强度的使用要求。与普通的硬化混凝土路面相比，透水砖铺设的路面具备以下优点：

（1）具有较高的透水性，雨水可以通过透水砖中的连通孔隙迅速进入砖下的土壤层或城市排水系统，这不仅补充了城市地下水，保持地下水平衡外，还缓解了城市沉降、内涝和地下水流失等问题。当遇到城市暴雨天气时，透水砖铺装的路面可以大大降低城市排水系统的压力，减少城市路面雨水径流造成的二次污染，在一定程度上减轻城市供水系统和周围环境的污染程度。

（2）具有一定的保水性，透水砖的孔隙率通常大于20%。在雨天，雨水通过砖体渗入地下时，砖中孔隙的毛细力可以使部分雨水留在砖体中；在晴天，透水砖中储存的水分和砖下土层中的水分可以通过透水砖中的连通气孔缓慢蒸发释放到空气中，这些水分在蒸发过程中会吸收热量，从而降低了城市地表温度，这种动态可逆的调节过程有效的降低了城市“热岛效应”。

（3）透水砖表面粗糙，孔隙呈蜂窝状结构。这种孔隙结构具有一定的吸声功能，可以减少城市噪声的污染。透水砖粗糙的表面增加了路面的摩擦阻力系数，同时避免了光滑路面引起的眩光，使行人和车辆在道路上行驶时更安全。

（4）有利于保护城市生态环境透水砖多孔结构的透气性功能与土壤的透气性功能相似，有利于地下微生物的生存和繁殖，保护了城市中的植物，促进了人与自然的和谐相处。透水砖主要用于城市非机动车道、公园、广场、住宅区、旅游景点等场所。

从国内海绵城市的建设情况来看，面临多方面的挑战，在技术层面上，海绵城市理念在城市建设的方法和规范上还需进一步地研究，建设海绵城市缺乏标准化、规范化、统一化地指导文件，同时缺少建设方法、测评数据、维护成本数据等，限制了海绵城市的可持续发展。在环境层面上，海绵城市受到自然环境的影响，对于在寒冷、炎热、干旱、阴雨等气候下，无法充分发挥其设计的效能。在社会层面上，海绵城市建设需要占据较大地空间，会影响公众的生活，海绵城市建设公信度还不够。在海绵城市的建设进程中，开发研制出适应各种自然环境、质量产量有保证的海绵城市建筑新型材料尤为重要。

发明内容

本发明的目的就是针对上述问题，提供一种利用免烧骨料制备透水砖的方法。

本发明的目的是这样实现的：一种利用免烧骨料制备透水砖的方法，包括以下步骤：步骤一：搅拌：采用水泥裹石法，先将再生骨料、水泥和水玻璃一起加入到混凝土搅拌机中，搅拌30-50s使其混合拌匀，再加入配合比中一半的用水量搅拌40-60s，当拌合物达到均匀湿润状态后，加入剩下一半的用水量搅拌2-4min即可得到混凝土透水砖混合料；步骤二：成型：将配置好的混合料，放入圆盘造球机上，进行造球处理，将造好的球放在室温下自然风干，然后进行养护变成陶粒，之后用水泥为粘接剂，将陶粒放入模具中采用加压成型，将陶粒和水泥一次性装入模具内，在设定压力28-32kn下一次性加压成型，制备成透水砖；步骤三：养护：将试件送入标准养护室，标准养护条件为温度18-22℃，湿度95-99%RH ，养护时间为28-30d。

进一步的讲，步骤一中再生骨料、水泥和水玻璃与用水量的配比是再生骨料：水泥：水玻璃：水=50-70:30-20:10-20:10-15。

进一步的讲，步骤二中水泥的配比为水：水泥=1:3.6-4.2。

进一步的讲，步骤二中养护条件为温度18-22℃，湿度95-99%RH ，养护时间为28-30d。

本发明的有益效果是：

1.粉煤灰骨料透水砖材料是一种新型的混凝土材料,免烧结砖类型，通过压制成型。粉煤灰骨料透水砖一般广泛运用于在城市人行步道或者城市公园停车场等公共场所，有如下的优点:粉煤灰骨料透水砖具有较高的渗透性和多孔的特性，配合其铺装的方式及粉煤灰骨料透水砖路面结构的基层与垫层，可以有效使得雨水快速透过路面,减少了城市雨水排水系统和蓄水池等工程中的基础性排水设施的使用规模或需求,能够有效控制了暴雨径流；粉煤灰骨料透水砖由于表面粗糙，可以提高路面的防滑性和能见度，由于内部存在孔隙，还可以降低交通噪音，还能减轻城市热岛效应。

2.使用工业固废的粉煤灰加工而成的再生骨料，以此制备煤灰骨料透水砖，不仅材料环保，而且帮助解决了电厂粉煤灰资源化综合利用的问题。

3.我国提倡全面推进“海绵城市”计划，充分发挥城市绿地、道路以及湿地水系等对雨水的吸纳、缓释和蓄渗作用。基于这一理念，越来越多的城市采用透水砖铺设人行道、公园、停车场等场所，从而增强城市透水性，以达到缓解城市内涝、改善城市生态系统的目的。

4.利用电厂粉煤灰部分或全部替代天然骨料制备透水砖不仅可以实现废弃的循环利用，减少粉煤灰的清运费用和处理费用，还可以节约石子、砂子等自然资源，缓解供需矛盾，保护生态环境，满足社会可持续发展要求；同时再生透水砖符合海绵城市理念，有利于缓解城市内涝、热岛效应等社会环境问题。因此，将电厂粉煤灰废弃物应用于建筑行业循环利用产业，制备相关再生产品能带来显著的社会效益、经济效益和环境效益，是建筑行业可持续发展的有效途径具有深远的意义。5.粉煤灰骨料透水砖用途广泛：马路两侧的人行道、城市内的步行街、公园居民小区内的小道；城市内的休闲广场、停车场；湖（河）滨、海港等的滨海大道；高速公路加油站的停车场与高速公路至停车场的过渡带；港口、码头、机场等基础设施的车行道与停车场、机场停机坪。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的描述。

图1是本发明的流程图。

具体实施方式

本发明主要利用骨料堆积的方法，兼备高透水系数和高抗压强度的高性能透水砖制备，为高性能透水砖的制备提供新思路。

本发明从道路透水砖的特性出发，根据其特殊的孔隙结构和使用功能，利用粉煤灰制备轻骨料在用轻骨料制备适用于低荷载道路环境的透水砖建筑材料。

本发明所制备的透水砖主要材料以粉煤灰为主要原料，再添加一定量的水泥和水玻璃制备高附价值的透水砖，不仅有效利用粉煤灰，而且给粉煤灰高价值利用开发提供一种有效方法。

主要创新点

（1）粉煤灰骨料透水砖具有较高的渗透性和多孔的特性,配合其铺装的方式及粉煤灰骨料透水砖路面结构的基层与垫层,可以有效使得雨水快速透过路面,减少了城市雨水排水系统和蓄水池等工程中的基础性排水设施的使用规模或需求,能够有效控制了暴雨径流。

（2）煤灰骨料透水砖由于表面粗糙，可以提高路面的防滑性和能见度，由于内部存在孔隙，还可以降低交通噪音,还能减轻城市热岛效应。

（3）使用工业固废的粉煤灰加工而成的再生骨料，以此制备粉煤灰骨料透水砖，不仅材料环保，而且帮助解决了电厂粉煤灰资源化综合利用的问题。

1、解决的技术问题

主要解决，城市表面被不透水硬化路面覆盖，使城市温升，形成城市“热岛效应”。这些不透水的硬化混凝土路面阻断了雨水进入地下的通路，使雨水无法渗透到底层土壤和城市的地下水系统，降低了城市蓄水能力，本发明从使用材料上解决了这些问题。

2、透水砖设计思路

透水砖的配合比设计要考虑孔隙率、强度、水胶比（水：水泥=1:3.6-4.2）和透水性等因素，结合配合比计算的“体积法”和日本“碾压混凝土填充包裹理论”，提出了透水砖的配合比设计理论，理论认为骨料在紧密堆积的情况下被胶结材料均匀的粘结在一起，凝固后形成多孔堆积的密实结构，剩余的空隙恰好为透水砖的内部贯通有效孔隙。本发明在进行配合比设

计时，优先确定用粉煤灰制备的骨料的用量，然后根据胶凝材料体积配制水泥砂浆，根据水胶比计算出单位体积的水泥和水的用量，以此保证粉煤灰透水砖具有一个良好的骨架结构。

用于路面铺装的透水砖，除了考虑到强度的要求，还要考虑孔隙率，以满足透水性能。透水砖浆体的水胶比决定浆体的流动性，水胶比的大小和浆体流动性是成正比相关的，水胶比较大时浆体较稀稠，水泥浆容易聚集在试件的底部，形成致密的不透水层，不利于贯通孔隙的形成，透水性无法达到使用要求。通过确定合适的水胶比，使得浆体既有一定的流动性，又有粘聚性，浆体正好包裹粉煤灰骨料形成一定厚的水泥层，同时达到力学性能和透水性能的设计和使用要求。

在拌合料混合时，为使骨料表面挂浆更加充分，将骨料饱水处理后先加水进行浸湿，然后加入胶凝材料，边搅拌边逐渐加水，可以使得骨料被胶凝材料包裹均匀，再加入外加剂（聚羧酸添加量为总量的1%）等搅拌 30s 后，随后搅拌 90s 至充分搅拌均匀，没有出现不均匀为止。抗压试模、抗折试模和透水试模成型方法均为人工振捣和机械静压成型相结合，在试模填料过程达到2/3 时先进行人工振捣10 s，后试模填料至满，再采用NYL-30型压力试验机进行机械静压90s，静压力为15MPa。静压成型后，置于标准养护条件下 24h，然后拆模置于养护池内泡水养护至28d规定龄期。透水砖模型采用 200mm×100mm×60mm 的抗压试模和抗折试模，采用半径R=100 mm、高度 h=50 mm 的圆柱透水试模，抗压强度和抗折强度按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T50081-2016)和《透水路面砖和透水路面板》(GB/T 25993-2010)规范要求，采用NYL-30型压力试验机测试试件的 28 d 强度，透水系数按照《透水路面砖和透水路面板》(GB/T 25993-2010)规范要求，取圆柱体试样进行透水性试验。用于测试抗压强度、抗折强度和透水系数的试验模块。

3、工艺技术方案

（1）搅拌

粉煤灰骨料透水砖，混合料的搅拌方式与透水混凝土类似，主要采用水泥裹石法。先将再生骨料及水泥等一起加入到混凝土搅拌机中，搅拌30s使其混合拌匀，再加入配合比中一半的用水量搅拌40s，当拌合物达到均匀湿润状态后，加入剩下一半的用水量搅拌2min左右即可得到混凝土透水砖混合料。

（2）成型

粉煤灰骨料透水砖的成型工艺与普通混凝土不同，由于其在配合比设计时会预留一定的孔隙，为避免产生离析现象使混凝土透水砖失去透水能力，不可采用机械振动成型方式，粉煤灰骨料透水砖一般采用加压成型，本试验的成型工艺采用加压一次成型，将混凝土透水砖混合料一次性装入试模内，在设定压力下一次性加压成型。

（3）养护

粉煤灰骨料透水砖的强度来源于水泥的水化作用以及加压过后的密实程度，因此养护工艺与普通透水混凝土基本相同，本实验的试件在压模机中直接成型，成型后直接从砖模中倒出，做上记号后直接将试件送入标准养护室。标准养护条件与水泥混凝土相同：温度 20±2℃，湿度 95%RH 以上，养护时间为 28d。

实施例

本发明将通过下面的实例进行更详细的描述，但是本发明不受限于以下实施例。实施例中轻骨料配料，各种原料成分含量如表1：

实现本发明的使用实现本发明的使用免烧粉煤灰骨料、水泥制备透水砖的方法是：

1、将发电厂的粉煤灰，烘干，使其水分在1%以下，使用5mm孔径的筛子筛分，粒径小于5mm的物料，存放至实验室备用，粒径大于5mm的物料通过球磨机磨细，储存、待用。

2、按照粉煤灰56.5%、水泥43.6%、水玻璃15.6-37%、加水量为总干料量的17.8-20.6%，将提前称量好的粉煤灰、水泥干料，倒入立轴搅拌机中搅拌30分钟，使干料充分混合均匀，以备下一步碱激发，提供有利的环境。

3、将提前搅拌均匀料，放入到圆盘造球机上，转速为20转/分，一边喷提前配置好的水玻璃溶液，一边加入混匀的料，从母球的成型，到母球的长大，整个时长15分钟，将造好的生球进行放入60℃的环境中，进行干燥处理。干燥完毕后放在室温下，浇水进行养护。

4、将制备好的骨料进行细度筛分，得到6mm、8mm、10mm不同粒径的骨料，然后按照事先准备的配方准确称量。

5、将不同粒径的骨料用水泥加一定的水，进行搅拌，充分搅合混匀，使骨料间可以相互粘结，然后再分层布料，在30MPa的压力机上保压60s，得到制备好的透水砖。透水砖的尺寸为200mm*115mm*53mm，陶粒之间孔隙率为36%，水和水泥的配比为1:3.6。

通过表3可以看出，本发明主要以大比例粉煤灰再配加一定的胶结材料，制备性能优异的轻骨料，再利用免烧轻骨料制备透水砖：抗压轻度为31.2-35.6MPa，抗折强度3.56-4.32 g/cm³，透水率为1.8%-2.1mm/s，产品具有优良的力学及化学性能，可作为建筑材料。同时，可提高粉煤灰的利用率和附加值、增加企业经济效益、减轻环境污染。

本发明在固废利用上提出一种可行性方案，是团队多年来总结出的理论数据和经验的相结合，要对本发明所用原料：粉煤灰、水泥、水玻璃、水配合比需要保护。本发明所用粉煤灰用量不局限于56.6%，水泥不局限于43.5%，水玻璃（1.6模数）不局限于15.6%-37.0%，原料之间比例（即：基础配方）粉煤灰30%-70%、水泥30%-70%、水玻璃（1.6-2.31模数）10%-60%、水含量10%-60%，以及骨料的不同粒径分布、不同含量、堆积方式都属于本发明的所属范围，需要进行保护。本发明粉煤灰骨料透水砖用途广泛：应用于马路两侧的人行道、城市内的步行街、公园居民小区内的小道；城市内的休闲广场、停车场；湖（河）滨、海港等的滨海大道；高速公路加油站的停车场与高速公路至停车场的过渡带；港口、码头、机场等基础设施的车行道与停车场、机场停机坪等，不局限于这些应用，需要进行保护。

以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明所保护范围的结构特征并不限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围内。

Claims (4)

1.一种利用免烧骨料制备透水砖的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：搅拌：采用水泥裹石法，先将再生骨料、水泥和水玻璃一起加入到混凝土搅拌机中，搅拌30-50s使其混合拌匀，再加入配合比中一半的用水量搅拌40-60s，当拌合物达到均匀湿润状态后，加入剩下一半的用水量搅拌2-4min即可得到混凝土透水砖混合料；

步骤二：成型：将配置好的混合料，放入圆盘造球机上，进行造球处理，将造好的球放在室温下自然风干，然后进行养护变成陶粒，之后用水泥为粘接剂，将陶粒放入模具中采用加压成型，将陶粒和水泥一次性装入模具内，在设定压力28-32kn下一次性加压成型，制备成透水砖；

步骤三：养护：将试件送入标准养护室，标准养护条件为温度18-22℃，湿度95-99%RH ，养护时间为28-30d。

2.根据权利要求1所述的一种利用免烧骨料制备透水砖的方法，其特征在于：步骤（1）中再生骨料、水泥和水玻璃与用水量的配比是再生骨料：水泥：水玻璃：水=50-70:30-20:10-20:10-15。

3.根据权利要求1所述的一种利用免烧骨料制备透水砖的方法，其特征在于：步骤二中水泥的配比为水：水泥=1:3.6-4.2。

4.根据权利要求1所述的一种利用免烧骨料制备透水砖的方法，其特征在于：步骤二中养护条件为温度18-22℃，湿度95-99%RH ，养护时间为28-30d。

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