CN105924201A - 一种透水材料及其制备方法和用途 - Google Patents

一种透水材料及其制备方法和用途 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种透水材料及其制备方法和用途。本发明透水材料主要由粗骨料、粘合材料、胶凝剂、净水功能材料、水制备得到。受粗骨料本身自然形状的影响，本发明透水材料内部具有多个空隙，空隙率大，空隙可以使水体通过，通过净水功能材料可以过滤水体；本发明透水材料抗压强度高、抗折强度高，同时具备调蓄渗透、调蓄净化功能，可以通过简单的搭积木方式构建各种地下分散雨水净化蓄水空间。本发明透水材料的制备方法工艺简单，成本低，适于大规模生产。本发明透水材料同时具备调蓄渗透、调蓄净化功能，可用于构建各种地下净水装置、地下蓄水池，还可以用于构建泥石流防护坡。

Description

一种透水材料及其制备方法和用途
技术领域
本发明涉及雨水处理技术领域，具体而言，涉及一种透水材料及其制备方法和用途。
背景技术
雨水作为一种非传统水源，曾被作为灾害加以防治，现在雨水已经成为一种重要的可用水资源，成为缓解水资源紧张状况的重要水源之一，雨水利用是一种资源的开发和节约，以整个城市生态环境的改善有着极其重要的意义。
a)收集利用雨水，可直接节约水资源，缓解城市供水紧张。
b)建设渗透设施，使雨水下渗，可涵养地下水。
c)减轻城区雨洪负荷，减少接纳水体下游洪峰流量和洪涝威胁。
d)增加浅层土壤的含水量，调节气候，遏制城市热岛效应。
e)可以减轻城区径流导致的面源污染，减少扬尘污染，降低噪音。
利用雨水的方式有三种主要方式：调蓄渗透、调蓄净化后利用，利用人工或者天然水池调蓄雨水。目前雨水收集利用还存在不少问题：
1、雨水溶解了空气污染气体如硫氧化物，氮氧化物，碳氧化物等酸性气体而显弱酸性。雨水会将灰尘空气中的浮游物，如PM2.5等，路面的砂土，汽车轮胎和路面摩擦屑粉等固体污染物，泄露的燃料汽油，机油等液体污染物冲积到排水沟中，进流入公共水域，可以说这是公共水域水质污染的原因之一。
2、土壤本身对雨水有一定的净化能，有天然调蓄渗透功能，利用土壤毛细管浸润扩散原理，污水经过土壤的物理、化学作用和微生物的生化作用，以及表层土壤种植物的吸收利用后，得到净化和除臭，净化后的水通过收集***后直接回用或排放。但一方面土壤在净化雨水的过程中，本身也会被污染，被污染土壤的收集净化处理费用也较大。另一方面雨水不能被高效收集利用。
3、目前的公用道路多为不透水铺装，初期集水槽没有净化能力，而初期的雨水前2mm-5mm一般污染严重，流量也比较小，酸性较大。
4、增加人工水池调蓄雨水的方法，不能简省土地，占用路面空间。
5、集中蓄水，对排管***要求较高，易在***雨时发生路面积水。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种透水材料，所述的透水材料具有空隙率大、抗压强度高、抗折强度高等优点，同时具备调蓄渗透、调蓄净化功能，可以通过简单的搭积木方式构建各种地下分散雨水净化蓄水空间。
本发明的第二目的在于提供一种所述的透水材料的制备方法，该方法工艺简单，成本低，适于大规模生产。
本发明的第三目的在于提供一种所述的透水材料的用途，所述的透水材料同时具备调蓄渗透、调蓄净化功能，可用于构建各种地下净水装置、地下蓄水池，还可以用于构建泥石流防护坡。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
一种透水材料，所述透水材料主要由以下体积分数的成分制备得到：
粗骨料40％-60％、粘合材料10％-20％、胶凝剂0.2％-0.8％、净水功能材料10％-20％、水10％-20％；
所述透水材料优选主要由以下体积分数的成分制备得到：
粗骨料45％-55％、粘合材料12％-18％、胶凝剂0.4％-0.6％、净水功能材料12％-18％、水15％-20％；
进一步地，所述透水材料优选主要由以下体积分数的成分制备得到：
粗骨料50％、粘合材料15％、胶凝剂0.5％、净水功能材料15％、水19.5％。
本发明透水材料采用特定的成分和用量的原料制备得到，受粗骨料本身自然形状的影响，本发明透水材料内部具有多个空隙，空隙率大，空隙可以使水体通过，通过净水功能材料可以过滤水体；本发明透水材料抗压强度高、抗折强度高，同时具备调蓄渗透、调蓄净化功能，可以通过简单的搭积木方式构建各种地下分散雨水净化蓄水空间。
优选地，所述粗骨料包括粒径为6-18mm的骨材或实积率不大于50％的骨材，优选包括沙石、粉煤渣、瓦片回收材料、陶片回收材料和砖块回收材料中的一种或多种，进一步优选包括沙石。
采用特定的粗骨料，有助于构建本发明透水材料内部的空隙，保证空隙率以及抗压强度和抗折强度，使本发明透水材料同时具备调蓄渗透、调蓄净化功能。
优选地，所述沙石包括方解石。
优选地，所述粘合材料包括无机粘合材料、天然有机粘合材料、合成有机粘合材料和合成高分子聚合物粘合材料中的一种或多种，优选包括无机粘合材料、合成有机粘合材料和合成高分子聚合物粘合材料中的一种或多种，进一步优选包括无机粘合材料。
进一步优选地，所述无机粘合材料包括水泥、水玻璃和无机絮凝剂中的一种或多种，优选包括水泥；所述天然有机粘合材料包括沥青材料；所述合成有机粘合材料包括水性丙烯酸酯乳液；所述合成高分子聚合物粘合材料包括环氧树脂和水性聚氨酯乳液中的一种或多种。
采用特定的粘合材料，有助于使粗骨料形成稳定的内部具有多个空隙的透水材料，能够有效提高抗压强度和抗折强度，使本发明透水材料同时具备调蓄渗透、调蓄净化功能。
优选地，所述胶凝剂包括水泥胶凝剂中的一种或多种，优选无机胶凝剂和有机胶凝剂中的一种或多种，优选为无机胶凝剂中的一种或多种。
所述无剂胶凝剂包括氯盐类胶凝剂、硫酸盐类胶凝剂、硝酸盐类胶凝剂中的一种或两种；所述有机胶凝剂包括三乙醇胺、甲酸钙、乙酸和乙酸盐中的一种或多种。
所述氯盐类胶凝剂包括氯化钙、氯化钠、氯化铝中的一种或多种；所述硫酸盐类胶凝剂包括硫酸钠、硫酸钾和硫酸钙中的一种或多种；所述硝酸盐类胶凝剂包括硝酸钙、亚硝酸钙、亚硝酸钠中的一种或多种。
采用特定的胶凝剂，可以使乳胶体系逐渐转变成均匀的半刚性固体凝胶、并保持原有形状，有助于使本发明透水材料内部多空隙保持原有形状，提高抗压强度和抗折强度，使本发明透水材料同时具备调蓄渗透、调蓄净化功能。
优选地，所述净水功能材料包括天然纤维、合成纤维、过滤材料、pH中和剂、多孔载体材料中的一种或多种，优选包括天然纤维、过滤材料、pH中和剂、多孔载体材料中的一种或多种，进一步优选包括过滤材料、pH中和剂、多孔载体材料中的一种或多种。
进一步优选地，所述天然纤维包括秸秆、竹丝中的一种或多种；所述合成纤维包括聚乙烯醇纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯纤维中的一种或多种；所述过滤材料包括活性炭、石英砂中的一种或两种；所述pH中和剂包括无机强碱弱酸盐中的一种或多种，优选为石灰石；所述多孔载体材料包括贝壳、硅藻土、多孔人造石中的一种或多种。
所述多孔人造石包括由江湖底泥制备的多孔人造石和分子筛中的一种或多种。
采用特定净水功能材料，有助于提高本发明透水材料的抗压强度和抗折强度，有效过滤水体中的污染物，调节水体pH，净水后的水体可以采集利用。
优选地，所述透水材料的透水系数不小于2.5mm/s，抗压强度不小于30KN/m2。
本发明透水材料由于内部具有多个空隙，水体可以通过空隙流出，使本发明透水材料同时具备调蓄渗透、调蓄净化功能，同时还具有一定的抗压强度和抗折强度。
优选地，实际使用时，可使用一块所需形状的本发明透水材料模块，或将多块本发明透水材料模块堆积成所需尺寸和形状；优选地，本发明透水材料模块自身含有的空隙和由堆积产生的模块间空隙的总空隙率不小于30％(体积分数)；进一步优选地，在本发明透水材料模块上设置中空通道，中空通道部分的体积不小于本发明透水材料模块总体积的50％；进一步优选地，本发明透水材料模块中空部分、自身含有的空隙和由堆积产生的模块间空隙的总空隙率不小于80％。特定的空隙率是水体能够顺利通过，并被本发明透水材料所净化，也有利于本发明透水材料的维护，失效材料可通过水洗的方式进行修复。
上述的一种透水材料的制备方法，按比例将粗骨料、粘合材料、净水功能材料搅拌均匀，然后加入胶凝剂和水，充分混合搅拌；制备成所需尺寸和形状的透水材料模块后，脱模晾晒干燥，养护成型。
本发明透水材料的制备方法采用分步加料的方式，所需的透水材料内部多个空隙结构直接反应得到，工艺简单，成本低，适于大规模生产。
优选地，本发明透水材料为长方体或圆柱体形状，其内部可设置为中空形状，用于铺设集水管等管材。
上述的一种透水材料的用途，所述透水材料用于净水、蓄水和坡面加固。
本发明透水材料同时具备调蓄渗透、调蓄净化功能，可用于构建各种地下净水装置、地下蓄水池，还可以用于构建泥石流防护坡。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明透水材料采用特定的成分和用量的原料制备得到，受粗骨料本身自然形状的影响，本发明透水材料内部具有多个空隙，空隙率大，空隙可以使水体通过，通过净水功能材料可以过滤水体；本发明透水材料抗压强度高、抗折强度高，同时具备调蓄渗透、调蓄净化功能，可以通过简单的搭积木方式构建各种地下分散雨水净化蓄水空间。
本发明透水材料的制备方法采用分步加料的方式，所需的透水材料内部多个空隙结构直接反应得到，工艺简单，成本低，适于大规模生产。
本发明透水材料同时具备调蓄渗透、调蓄净化功能，可用于构建各种地下净水装置、地下蓄水池，还可以用于构建泥石流防护坡。
1.简省土地，不占用路面空间。本发明透水材料模块可以叠加成不同形状，使蓄水池的建造可以更加分散，灵活，比如可以在道路沿线两侧或中央绿化隔离带建造蓄水池，也可以用作大面积的场地蓄水排水；
2.施工、安装简单、可以大大减少工期，提高效率；
3.同时具备调蓄渗透、调蓄净化功能；
4.合理利用固体废物，节约社会资源；
5.***设置反冲洗功能便于维护，失效材料可简单更换；废材处理能耗小，不会造成二次污染。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明透水材料的内部结构示意图；
图2为本发明中空透水材料的结构示意图；
图3为图1本发明应用例1所述路面排水初期净化装置结构示意图；
图4为本发明应用例2所述分散式净水蓄水设施结构示意图；
附图标记：
1-粗骨料； 2-空隙； 3-粘合材料；
4-中空结构； 5-透水材料模块； 6-溢流排水管；
7-雨水管； 8-集水槽； 9-初期雨水分流溢流槽；
10-路基； 11-装饰铺装； 12-不透水铺装；
13-车道； 14-人行道。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。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。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
一种透水材料的制备方法，以体积分数计，将40％粒径为6-18mm的沙石、20％的P.P42.5水泥、20％的活性炭搅拌均匀，然后加入0.2％的氯化钙和19.8％的水，充分混合搅拌；制备成所需尺寸和形状的透水材料模块后，脱模晾晒干燥，养护成型。
实施例2
一种透水材料的制备方法，以体积分数计，将60％粒径为6-18mm的粉煤渣、15％的沥青、10％的秸秆搅拌均匀，然后加入0.8％的硫酸钠和14.2％的水，充分混合搅拌；制备成所需尺寸和形状的透水材料模块后，脱模晾晒干燥，养护成型。
实施例3
一种透水材料的制备方法，以体积分数计，将45％粒径为6-18mm的砖块、18％的环氧树脂、18％的聚乙烯醇纤维搅拌均匀，然后加入0.4％的硝酸钙和18.6％的水，充分混合搅拌；制备成所需尺寸和形状的透水材料模块后，脱模晾晒干燥，养护成型。
实施例4
一种透水材料的制备方法，以体积分数计，将55％粒径为6-18mm的沙石、15％的P.S42.5水泥、15％的石英砂搅拌均匀，然后加入0.6％的氯化钠和14.4％的水，充分混合搅拌；制备成所需尺寸和形状的透水材料模块后，脱模晾晒干燥，养护成型。
实施例5
一种透水材料的制备方法，以体积分数计，将50％粒径为6-18mm的沙石、15％的P.O42.5水泥、15％的活性炭搅拌均匀，然后加入0.5％的亚硝酸钠和19.5％的水，充分混合搅拌；制备成所需尺寸和形状的透水材料模块后，脱模晾晒干燥，养护成型。
将本发明实施例1-5所得透水材料进行性能检测，所得结果如下：
表1本发明实施例1-5透水材料性能检测结果
通过表1可以看出，本发明透水材料内部空隙率为30％以上，透水系数不小于2.5mm/s，在其内部空隙率不小于30％的基础上，抗压强度不小于30MPa，抗折强度不小于3.6MPa；本发明透水材料采用特定的成分和用量的原料制备得到，受粗骨料本身自然形状的影响，本发明透水材料内部具有多个空隙，空隙率大，空隙可以使水体通过，通过净水功能材料可以过滤水体；本发明透水材料抗压强度高、抗折强度高，同时具备调蓄渗透、调蓄净化功能，可以通过简单的搭积木方式构建各种地下分散雨水净化蓄水空间。
本发明透水材料的制备方法采用分步加料的方式，所需的透水材料内部多个空隙结构直接反应得到，工艺简单，成本低，适于大规模生产。
本发明透水材料同时具备调蓄渗透、调蓄净化功能，可用于构建各种地下净水装置、地下蓄水池，还可以用于构建泥石流防护坡。
应用例1
将采用本发明实施例5所述方法制备得到的透水材料模块用于路面排水初期净化装置：
目前的公用道路多为不透水铺装，初期集水槽没有净化能力，而初期的雨水前2mm-5mm一般污染严重，流量也比较小，酸性较大。在现有集水槽边设置由上述模块材料构成如图3所示的透水材料模块，如图3所示污染较严重的初期雨水经分流槽首先进入透水材料模块，经过滤中和的净化环节，净化水从底部排入城市雨水***。如遇暴雨，如图3所示透水材料模块可发挥其蓄水能力，减少对城市雨水***的排水压力。
应用例2
将采用本发明实施例4所述方法制备得到的中空透水材料模块用于分散式净水蓄水设施：
在车道二侧(如图4所示)，或中央隔离绿化带、公园、停车场、校园空地等公共用地处建设地埋式分散式净水蓄水设施，减少暴雨时发生水灾几率。构建纯蓄水设施透水设施，通过调整倒流空流向调整雨水滞留时间。***使用单面不透水模块，构建纯蓄水设施。净化雨水可用于绿化，道路及公用卫生设备冲洗等。
应用例3
将本发明实施例1所得透水材料用于易发生泥石流坡面的加固：
泥石流发生的一个主要原因是土壤含水量过高。本发明透水材料可以用于加固易发生泥石流坡面，其透水性，有利于山体水份的排除，降低因土壤含水量过高而发生泥石流。
本发明透水材料同时具备调蓄渗透、调蓄净化功能，可用于构建各种地下净水装置、地下蓄水池，还可以用于构建泥石流防护坡。
1.简省土地，不占用路面空间。本发明透水材料模块可以叠加成不同形状，使蓄水池的建造可以更加分散，灵活，比如可以在道路沿线两侧或中央绿化隔离带建造蓄水池，也可以用作大面积的场地蓄水排水；
2.施工、安装简单、可以大大减少工期，提高效率；
3.同时具备调蓄渗透、调蓄净化功能；
4.合理利用固体废物，节约社会资源；
5.***设置反冲洗功能便于维护，失效材料可简单更换；废材处理能耗小，不会造成二次污染。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；本领域的普通技术人员应当理解：在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围；因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些替换和修改。

Claims (10)

1.一种透水材料，其特征在于，所述透水材料主要由以下体积分数的成分制备得到：
粗骨料40％-60％、粘合材料10％-20％、胶凝剂0.2％-0.8％、净水功能材料10％-20％、水10％-20％；
所述透水材料优选主要由以下体积分数的成分制备得到：
粗骨料45％-55％、粘合材料12％-18％、胶凝剂0.4％-0.6％、净水功能材料12％-18％、水15％-20％；
进一步地，所述透水材料优选主要由以下体积分数的成分制备得到：粗骨料50％、粘合材料15％、胶凝剂0.5％、净水功能材料15％、水19.5％。
2.根据权利要求1所述的一种透水材料，其特征在于，所述粗骨料包括粒径为6-18mm的骨材或实积率不大于50％的骨材，优选包括沙石、粉煤渣、瓦片回收材料、陶片回收材料和砖块回收材料中的一种或多种，进一步优选包括沙石。
3.根据权利要求1所述的一种透水材料，其特征在于，所述粘合材料包括无机粘合材料、天然有机粘合材料、合成有机粘合材料和合成高分子聚合物粘合材料中的一种或多种，优选包括无机粘合材料、合成有机粘合材料和合成高分子聚合物粘合材料中的一种或多种，进一步优选包括无机粘合材料。
4.根据权利要求3所述的一种透水材料，其特征在于，所述无机粘合材料包括水泥、水玻璃和无机絮凝剂中的一种或多种，优选包括水泥；所述天然有机粘合材料包括沥青材料；所述合成有机粘合材料包括水性丙烯酸酯乳液；所述合成高分子聚合物粘合材料包括环氧树脂和水性聚氨酯乳液中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种透水材料，其特征在于，所述胶凝剂包括水泥胶凝剂中的一种或多种，优选包括无机胶凝剂和有机胶凝剂中的一种或多种，优选为无机胶凝剂中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种透水材料，其特征在于，所述净水功能材料包括天然纤维、合成纤维、过滤材料、pH中和剂、多孔载体材料中的一种或多种，优选包括天然纤维、过滤材料、pH中和剂、多孔载体材料中的一种或多种，进一步优选包括过滤材料、pH中和剂、多孔载体材料中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的一种透水材料，其特征在于，所述天然纤维包括秸秆、竹丝中的一种或多种；所述合成纤维包括聚乙烯醇纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯纤维中的一种或多种；所述过滤材料包括活性炭、石英砂中的一种或两种；所述pH中和剂包括无机强碱弱酸盐中的一种或多种，优选为石灰石；所述多孔载体材料包括贝壳、硅藻土、多孔人造石中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的一种透水材料，其特征在于，所述透水材料的透水系数不小于2.5mm/s，抗压强度不小于30KN/m2。
9.如权利要求1-8任一所述的一种透水材料的制备方法，其特征在于，按比例将粗骨料、粘合材料、净水功能材料搅拌均匀，然后加入胶凝剂和水，充分混合搅拌；制备成所需尺寸和形状的透水材料模块后，脱模晾晒干燥，养护成型。
10.如权利要求1-8任一所述的一种透水材料的用途，其特征在于，所述透水材料用于净水、蓄水和坡面加固。
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