CN113121262A - 一种绿色屋顶铺装微孔生态砖及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种绿色屋顶铺装微孔生态砖，包括原料和添加料；原料包括花岗岩废料、硅酸盐水泥、粘土，花岗岩废料、硅酸盐水泥、粘土的质量组份比为78~88：5~12：6~15，添加料包括分散剂、促凝剂、速硬剂、发泡剂、聚乙烯醇溶液。本发明还公开了一种绿色屋顶铺装微孔生态砖的制备方法。本发明中的微孔生态砖发泡时采用常温发泡，孔径可控；且粘土可以降低浆料中气泡的表面能，提高其稳定性，使其呈现规则球形结构；聚乙烯醇的加入提高了浆料的粘度，高速搅拌时减少了空气的进入，气泡孔径不易变大，最终制得了规则的、孔径较小的微孔生态砖，丰富的孔隙结构和巨大的比表面积使其质量轻且具备较强活性和吸附性，可以显著简化绿色屋顶的结构***。

Description

一种绿色屋顶铺装微孔生态砖及其制备方法

技术领域

本发明涉及生态砖领域，尤其涉及一种绿色屋顶铺装微孔生态砖及其制备方法。

背景技术

每年的六七月份全国雨水降水量骤增，尤其是南方城市内涝严重。我们需要反思水与城市的关系：城市快速发展，水资源紧缺，薄弱的基础建设和之后的城市设施维护工作都在影响城市的安全。“海绵城市”的出现是否能够缓和水与城市的关系。海绵城市，是新一代城市雨洪管理概念，是指城市在适应环境变化和应对雨水带来的自然灾害等方面具有良好的“弹性”，即下雨时吸水、蓄水、渗水、净水，需要时将蓄存的水“释放”并加以利用。城市逢雨必涝已经成为国内各大城市普遍问题，大家都在声讨城市排水***的功能。这个时候“海绵城市”更是成为大家给予解决城市内涝的希望，海绵城市六字方针：“渗”：能把更多的雨水渗透到城市的地下储存起来，“滞”：不能让雨水很快流走，也是要把它更多的留在城市里，“蓄”：就是采取多种措施蓄水，“净”：把水净化，跟污水处理一样，雨水也需要处理，“用”：有水了就要合理利用，“排”：将多余的雨水通过地下管网排出城市。

绿色屋顶作为海绵城市建设实施措施之一，其结构***通常包括一个根阻层、排水层、滤水垫层、蓄水层、栽培基质层和植被层。绿色屋顶可以有效降低雨水峰值流量，为雨水利用创造条件。由于屋面需要保证不会被植被根系穿透，且要耐旱，所有对植被有特殊要求，考虑房屋的承重能力，其结构也很特殊，很多时候采用一些轻质材料，构造复杂，且成本较高。所以目前需要引进一种新型建材，它可以减轻绿色屋顶的整体质量和提高防水层的性能。现有研究多以材料的强度、透水性为重点，对既渗水又蓄水的功能性建筑材料研究则相对较少。

发明内容

本发明的目的是提供一种绿色屋顶铺装微孔生态砖。

本发明还提供了一种绿色屋顶铺装微孔生态砖的制备方法。

本发明的创新点在于本发明中的微孔生态砖发泡时采用常温发泡，孔径可控；且粘土可以降低浆料中气泡的表面能，提高其稳定性，使其呈现规则球形结构；聚乙烯醇的加入提高了浆料的粘度，高速搅拌时减少了空气的进入，气泡孔径不易变大，最终制得了规则的、孔径较小的微孔生态砖，丰富的孔隙结构和巨大的比表面积使其质量轻且具备较强活性和吸附性，在具备渗蓄水功能的同时还能起到净化雨水的作用，一层材料即可作为绿色屋顶的蓄水层、过滤层和排水层，可以显著简化绿色屋顶的结构***。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：

一种绿色屋顶铺装微孔生态砖，包括原料和添加料；所述原料包括花岗岩废料、硅酸盐水泥、粘土，所述花岗岩废料、硅酸盐水泥、粘土的质量组份比为78~88：5~12：6~15，所述添加料包括分散剂、促凝剂、速硬剂、发泡剂、聚乙烯醇溶液，所述分散剂为原料质量的0.3~0.5%，促凝剂为原料质量的0.35~1.2%，速硬剂为原料质量的0.05~0.15%，发泡剂为原料质量的0.2~1.5%，聚乙烯醇溶液浓度为2~8%，聚乙烯醇为原料质量的1.5~6%。

花岗岩废料包括70~75wt%的SiO2，12~15wt%的Al2O3，1~3wt%的Fe2O3，2~3wt%的CaO，0.2~0.6wt%的MgO，3~5wt%的K2O，2~4wt%的Na2O，1.5~3wt%的烧失。

进一步地，所述分散剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠中的一种或两种。

进一步地，所述促凝剂为铝酸钙、偏铝酸钠、碳酸钠的混合物。

进一步地，所述速硬剂为水泥速硬剂。

进一步地，所述发泡剂为液体发泡剂。

一种绿色屋顶铺装微孔生态砖的制备方法，包括以下步骤：

（1）制浆：按配方取原料，将原料混合后在原料内加入分散剂、促凝剂、速硬剂混合均匀后加入25~45℃的水，搅拌2~4min后得到含水率为24~26%的糊状浆体；

（2）混合发泡：将发泡剂、聚乙烯醇溶液混合搅拌均匀倒入步骤（1）制得的糊状浆体中，高速搅拌、常温发泡4~6min得到发泡料浆；

（3）固化烧结：直接将步骤（2）中的发泡浆料进行浇注成型，窑内余热干燥2~6h，脱模后再于60~80℃干燥4~6h；最后在1000~1050℃的条件下保温0.5~1.5h，即得成品。

由于原材料主物相为β-石英，在各SiO2变体的高低温型转变中，方石英之间的体积变化最为剧烈，鳞石英之间的体积变化最小。为获得稳定的制品，需要制品中尽可能多的鳞石英，而方石英晶体越少越好。在生产烧成时，β-石英加热至573℃时会很快转变为α-石英，但在870℃时并不转变为α-鳞石英，而往往过热到1200-1350℃时直接从α-石英转变为偏方石英。为避免产生过多的方石英相而造成制品较大体积变化，生产上往往加入少量矿化剂，如Fe、Mn、Ca的氧化物，使之在1000℃左右先产生一定量的液相，以促进α-石英转变为α-鳞石英。而花岗岩废料本身含有Fe、Ca等的氧化物杂质，充当了矿化剂的作用，在烧成过程中可生成部分液相，加上较低的升温速率进一步促进了α-石英转变为α-鳞石英，从而在烧结过程中体积变化小，基本不存在烧成膨胀炸裂的问题，成品率高。

进一步地，所述步骤（2）中加入发泡剂的添加量为原料质量的0.8~1%，聚乙烯醇溶液浓度为8%，发泡剂、聚乙烯醇溶液的质量比为1:2。

本发明的有益效果是 ：

1、本发明中的微孔生态砖发泡时采用常温发泡，孔径可控；且粘土可以降低浆料中气泡的表面能，提高其稳定性，使其呈现规则球形结构；聚乙烯醇的加入提高了浆料的粘度，高速搅拌时减少了空气的进入，气泡孔径不易变大，最终制得了规则的、孔径较小的微孔生态砖，丰富的孔隙结构和巨大的比表面积使其质量轻且具备较强活性和吸附性，在具备渗蓄水功能的同时还能起到净化雨水的作用，一层材料即可作为绿色屋顶的蓄水层、过滤层和排水层，可以显著简化绿色屋顶的结构***。

2、本发明中最高烧成温度不超过1050℃，不足以生成α-方石英。同时原料本身含有Fe、Ca等的氧化物杂质，充当了矿化剂的作用，在烧成过程中可生成部分液相，加上较低的升温速率进一步促进了α-石英转变为α-鳞石英，极少转变为方石英，从而在烧结过程中体积变化小，基本不存在烧成膨胀炸裂的问题，成品率高。

3、本发明中原料主要采用花岗岩废料，花岗岩废料主要成分为SiO2和Al2O3，SiO2提供材料骨架，Al2O3改善材料强度。原料成本不过百元每吨，相比原矿有巨大的成本优势,且固含量占比超过70%，为大宗废弃物的处理提供解决途径。

4、本发明中硅酸盐水泥将自身与其他固体物料胶结成整体，经过自身一系列物理作用、化学作用，使浆体变成具有一定机械强度的物质，且少量添加在高温烧结过程中，可以提高材料通孔气孔率。

5、本发明中粘土的添加还有助于液相烧结，促进材料的致密化并增强材料的强度。

6、本发明中由于浇注浆料含水率超过25%，且在浇注时浆料已完成发泡，浆料体积密度低，此时浆料可近似看做低水泥泡沫混凝土体系，需快速固化防止浆料分层离析泌水，速硬剂的加入使大量游离水被结合,使浆体失去流动性。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例1：一种绿色屋顶铺装微孔生态砖，包括原料和添加料；原料包括花岗岩废料、硅酸盐水泥、粘土，花岗岩废料、硅酸盐水泥、粘土的质量组份比为78：5：6，花岗岩废料包括70wt%的SiO2，12wt%的Al2O3， 3wt%的Fe2O3， 3wt%的CaO， 0.6wt%的MgO， 5wt%的K2O，4wt%的Na2O， 2.4wt%的烧失。添加料包括分散剂、促凝剂、速硬剂、发泡剂、聚乙烯醇溶液，分散剂为原料质量的0.3%，促凝剂为原料质量的0.35%，速硬剂为原料质量的0.05%，发泡剂为原料质量的0.2%，聚乙烯醇溶液浓度为2%，聚乙烯醇为原料质量的1.5%。分散剂为三聚磷酸钠。促凝剂为铝酸钙、偏铝酸钠、碳酸钠的混合物。速硬剂为水泥速硬剂。发泡剂为液体发泡剂。

实施例2：一种绿色屋顶铺装微孔生态砖，包括原料和添加料；原料包括花岗岩废料、硅酸盐水泥、粘土，花岗岩废料、硅酸盐水泥、粘土的质量组份比为80：8：10，花岗岩废料包括75wt%的SiO2，15wt%的Al2O3，1wt%的Fe2O3，2wt%的CaO，0.5wt%的MgO，3wt%的K2O，2wt%的Na2O， 1.5wt%的烧失。添加料包括分散剂、促凝剂、速硬剂、发泡剂、聚乙烯醇溶液，分散剂为原料质量的0.4%，促凝剂为原料质量的0.8%，速硬剂为原料质量的0.1%，发泡剂为原料质量的1%，聚乙烯醇溶液浓度为5%，聚乙烯醇为原料质量的3.5%。分散剂为六偏磷酸钠。促凝剂为铝酸钙、偏铝酸钠、碳酸钠的混合物。速硬剂为水泥速硬剂。发泡剂为液体发泡剂。

实施例3：一种绿色屋顶铺装微孔生态砖，包括原料和添加料；原料包括花岗岩废料、硅酸盐水泥、粘土，花岗岩废料、硅酸盐水泥、粘土的质量组份比为88：12：15，花岗岩废料包括72.3wt%的SiO2，13wt%的Al2O3，2wt%的Fe2O3，2.5wt%的CaO，0.2wt%的MgO，4wt%的K2O，3wt%的Na2O， 3wt%的烧失。添加料包括分散剂、促凝剂、速硬剂、发泡剂、聚乙烯醇溶液，分散剂为原料质量的0.5%，促凝剂为原料质量的1.2%，速硬剂为原料质量的0.15%，发泡剂为原料质量的1.5%，聚乙烯醇溶液浓度为8%，聚乙烯醇为原料质量的6%。分散剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠的混合物。促凝剂为铝酸钙、偏铝酸钠、碳酸钠的混合物。速硬剂为水泥速硬剂。发泡剂为液体发泡剂。

实施例4：一种绿色屋顶铺装微孔生态砖的制备方法，包括以下步骤：

（1）制浆：按实施例1的配方取原料，将原料混合后在原料内加入分散剂、促凝剂、速硬剂混合均匀后加入25℃的水，搅拌2min后得到含水率为24%的糊状浆体；

（2）混合发泡：将发泡剂、聚乙烯醇溶液混合搅拌均匀倒入步骤（1）制得的糊状浆体中，高速搅拌、常温发泡4min得到发泡料浆；发泡剂的添加量为原料质量的0.8%，聚乙烯醇溶液浓度为8%，发泡剂、聚乙烯醇溶液的质量比为1:2。

（3）固化烧结：直接将步骤（2）中的发泡浆料进行浇注成型，窑内余热干燥2h，脱模后再于60℃干燥4h；最后在1000℃的条件下保温0.5h，即得成品。

实施例5：一种绿色屋顶铺装微孔生态砖的制备方法，包括以下步骤：

（1）制浆：按实施例2的配方取原料，将原料混合后在原料内加入分散剂、促凝剂、速硬剂混合均匀后加入35℃的水，搅拌3min后得到含水率为25%的糊状浆体；

（2）混合发泡：将发泡剂、聚乙烯醇溶液混合搅拌均匀倒入步骤（1）制得的糊状浆体中，高速搅拌、常温发泡5min得到发泡料浆；发泡剂的添加量为原料质量的0.9%。

（3）固化烧结：直接将步骤（2）中的发泡浆料进行浇注成型，窑内余热干燥4h，脱模后再于70℃干燥5h；最后在1020℃的条件下保温1h，即得成品。

实施例6：一种绿色屋顶铺装微孔生态砖的制备方法，包括以下步骤：

（1）制浆：按实施例3的配方取原料，将原料混合后在原料内加入分散剂、促凝剂、速硬剂混合均匀后加入45℃的水，搅拌4min后得到含水率为26%的糊状浆体；

（2）混合发泡：将发泡剂、聚乙烯醇溶液混合搅拌均匀倒入步骤（1）制得的糊状浆体中，高速搅拌、常温发泡6min得到发泡料浆；发泡剂的添加量为原料质量的1%。

（3）固化烧结：直接将步骤（2）中的发泡浆料进行浇注成型，窑内余热干燥6h，脱模后再于80℃干燥6h；最后在1050℃的条件下保温1.5h，即得成品。

实施例4制得的产品的检测指标为：体积密度为0.6~1.0g/cm3；常温耐压强度为1~16MPa；质量吸水率为38~150%，体积吸水率为38~75%，1吨本产品可有效蓄水1.38~2.5吨。以一场降雨量50mm的暴雨为例，只需20~37mm厚的本产品即可全部吸蓄，显著缓解下水压力。

实施例5制得的产品的检测指标为：体积密度为0.6~1.0g/cm3；常温耐压强度为1~16MPa；质量吸水率为40~150%，体积吸水率为40~75%，1吨本产品可有效蓄水1.4~2.5吨。以一场降雨量50mm的暴雨为例，只需20~36mm厚的本产品即可全部吸蓄，显著缓解下水压力。

实施例6制得的产品的检测指标为：体积密度为0.6~1.0g/cm3；常温耐压强度为1~16MPa；质量吸水率为35~146%，体积吸水率为35~73%，1吨本产品可有效蓄水1.35~2.46吨。以一场降雨量50mm的暴雨为例，只需20~37mm厚的本产品即可全部吸蓄，显著缓解下水压力。

所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。

Claims (8)

1.一种绿色屋顶铺装微孔生态砖，其特征在于，包括原料和添加料；所述原料包括花岗岩废料、硅酸盐水泥、粘土，所述花岗岩废料、硅酸盐水泥、粘土的质量组份比为78~88：5~12：6~15，所述添加料包括分散剂、促凝剂、速硬剂、发泡剂、聚乙烯醇溶液，所述分散剂为原料质量的0.3~0.5%，促凝剂为原料质量的0.35~1.2%，速硬剂为原料质量的0.05~0.15%，发泡剂为原料质量的0.2~1.5%，聚乙烯醇溶液浓度为2~8%，聚乙烯醇溶液为原料质量的1.5~6%。

2.根据权利要求1所述的绿色屋顶铺装微孔生态砖，其特征在于，所述花岗岩废料包括70~75wt%的SiO2，12~15wt%的Al2O3，1~3wt%的Fe2O3，2~3wt%的CaO，0.2~0.6wt%的MgO，3~5wt%的K2O，2~4wt%的Na2O，1.5~3wt%的烧失。

3.根据权利要求1所述的绿色屋顶铺装微孔生态砖，其特征在于，所述分散剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠中的一种或两种。

4.根据权利要求1所述的绿色屋顶铺装微孔生态砖，其特征在于，所述促凝剂为铝酸钙、偏铝酸钠、碳酸钠的混合物。

5.根据权利要求1所述的绿色屋顶铺装微孔生态砖，其特征在于，所述速硬剂为水泥速硬剂。

6.根据权利要求1所述的绿色屋顶铺装微孔生态砖，其特征在于，所述发泡剂为液体发泡剂。

7.一种如权利要求1所述的绿色屋顶铺装微孔生态砖的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）制浆：按配方取原料，将原料混合后在原料内加入分散剂、促凝剂、速硬剂混合均匀后加入25~45℃的水，搅拌2~4min后得到含水率为24~26%的糊状浆体；

（2）混合发泡：将发泡剂、聚乙烯醇溶液混合搅拌均匀倒入步骤（1）制得的糊状浆体中，高速搅拌、常温发泡4~6min得到发泡料浆；

（3）固化烧结：直接将步骤（2）中的发泡浆料进行浇注成型，窑内余热干燥2~6h，脱模后再于60~80℃干燥4~6h；最后在1000~1050℃的条件下保温0.5~1.5h，即得成品。

8.根据权利要求7所述的绿色屋顶铺装微孔生态砖的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中加入发泡剂的添加量为原料质量的0.8~1%，聚乙烯醇溶液浓度为8%，发泡剂、聚乙烯醇溶液的质量比为1:2。