CN116553904A - 一种硫氧镁水泥透水砖及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种硫氧镁水泥透水砖及制备方法。所述硫氧镁水泥透水砖，包括轻烧氧化镁、饱和硫酸镁溶液、硅灰、一级粉煤灰、羟丙基甲基纤维素醚、碎石、标准砂。本发明采用硫酸氧镁水泥替代传统的硅酸盐水泥，制备得到的透水砖性能优良，既兼顾了强度和透水率两方面性能，又比传统透水砖具有更好的耐久性，显著提高了透水砖的使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种硫氧镁水泥透水砖及其制备方法。
背景技术
近年来，随着城市化进程，以混凝土或沥青等非透水材料铺装的城市硬化路面面积不断增加，由于非透水材料的使用减弱了地面的渗透能力，导致雨水不能及时渗入地下，造成城市热岛现象、城市内涝和水污染等严重问题。为了解决上述问题，我国近几十年来大力发展海绵城市建设。透水砖作为一种高效的透水路面材料，具有优良的透水、降噪、抗压、防滑、耐磨、美观等优点，目前已广泛运用于公园、人行路、停车场等露天公共场所，让雨水通过砖的孔隙直接流入地下，以解决城市内涝问题。
目前，我国采用的透水砖主要有水泥基透水砖、高分子透水砖和烧结透水砖三种。与其他两种透水砖相比，水泥基透水砖制作工艺简单，成本低廉且性能稳定，已被大规模推广应用。传统的水泥基透水砖是由骨料、硅酸盐水泥、水、外加剂、外掺料等按一定比例混合均匀后用模具压制而成的，存在密度大、强度低的问题，只能应用于步行街、公园等轻交通场景，限制了水泥基透水砖的大范围推广应用。为了改善水泥基透水砖的强度，人们尝试增加水泥的用量，但又导致了透水效果不佳。此外，由于硅酸盐水泥抗腐蚀性较差，当透水砖在露天环境使用时，其耐久性能也不佳，常常使用几年后就需要重新铺设，造成各方面资源的浪费。
申请号为202211395966.0的发明专利公开了一种透水砖，包括如下组分：骨料、硅酸盐水泥、聚丙烯纤维和外加剂。所述透水砖是利用聚丙烯纤维具有的耐腐性好、弹性模量高、易施工等优点，通过对聚丙烯纤维改性，在保证基本透水系数的前提下，提高透水砖的强度。但纤维的添加会降低整体的流动性，而且纤维的占比低，对于整个体系的增强作用甚微，同时硅酸盐水泥的大量使用也不利于透水砖耐久性能的提升。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种硫氧镁水泥透水砖。本发明采用硫酸氧镁水泥替代传统的硅酸盐水泥来制备透水砖，不仅可以兼顾强度和透水率两方面性能，而且硫酸氧镁水泥优异的抗腐蚀性也为透水砖提供了比传统透水砖更好的耐久性。
为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种硫酸氧镁水泥透水砖，按照质量份，包括80～120份轻烧氧化镁、80～150份饱和硫酸镁溶液、4～7份硅灰、5～15份粉煤灰、0.1～0.2份羟丙基甲基纤维素醚、250～300份碎石、40～60份标准砂。
作为上述技术方案的优选，所述轻烧氧化镁中的活性氧化镁质量占比不小于85％。
作为上述技术方案的优选，所述碎石的粒径3～8mm。
上述技术方案中，硅灰，比表面积大、活性高，能够填充在轻烧氧化镁颗粒之间的孔隙中，同时与水化产物生成凝胶体，与氧化镁等碱性材料反应生成凝胶体。在水泥基混凝土中掺入适量的硅灰，可起到显著提高抗压、抗折、抗渗、防腐、抗冲击及耐磨性能。添加硅灰这种活性掺合料能够增加骨料之间的接触面积，从而有利于透水砖强度的提高。在硫氧镁水泥中掺入粉煤灰能够充分发挥颗粒形态效应、微集料填充效应和成核效应，改变水化产物组成，增加微观结构密实性改善其抗水性，从而有利于透水砖的耐久性能的提升。羟丙基甲基纤维素醚主要起到保水性的作用，1)羟基亲水，与水分子结合后将游离水变为结合水，2)高分子聚合物形成的空间网状结构，可以把水化产物和聚合物交织在一起，改善水泥的结构形态，3)能够减缓水化过程，从而减少水分的消耗。
硫氧镁水泥是由活性MgO与一定浓度的MgSO4溶液组成的MgO-MgSO4-H2O三元胶凝体系，凝结硬化后生成四种含氧硫酸盐产物，仅有3·1·8相在35℃下为稳定相，造成硫氧镁水泥强度较低，因此，作为本发明的优选，还包括10～15份缓凝剂。在硫氧镁水泥中加入缓凝剂凝结硬化后，可以生成一种晶相为5·1·7相的含氧硫酸盐产物，在改善力学性能的同时，还能提高抗酸碱腐蚀性能。所述缓凝剂为蔗糖、酒石酸、柠檬酸、磷酸、硼酸、苹果酸中的一种或多种。优选地，所述缓凝剂为柠檬酸和苹果酸组成的混合物，其中柠檬酸和苹果酸的质量比为1:1。
上述技术方案中，采用柠檬酸和苹果酸二者共同作为缓凝剂使用，主要是由于柠檬酸为三尺配位配体，可与镁离子形成多齿配位体，在水化的第一阶段能够与表层MgO发生反应，形成稳定的三核配合物，然后吸附在MgO颗粒表面形成一层水化膜并释放出OH-，降低水分子与MgO的接触面积，促进5·1·7相的生成；苹果酸能够促进Mg2+与α-羟基氧和α-羧基氧配位，将水化第一阶段生成的[Mg(H2O)x(OH)]+转化为更稳定的螯合物，通过b-羧基氧桥联，形成5·1·7相。柠檬酸和苹果酸二者协同，更有利于5·1·7相的生成，从而有效提高了透水砖的强度和耐久性。
硫氧镁水泥在水化过程中，会不可避免的遗留少量未反应的氧化镁，这些氧化镁会随着时间的推移慢慢水化，通过形成的氢氧化镁引起体积膨胀导致材料结构破坏，所以，需要对材料的疏水性能进行强化，因此，作为本发明的优选，还包括0.5～1.5份憎水剂。所述憎水剂为硬脂酸类憎水剂或有机硅类憎水剂。
所述硬脂酸类憎水剂为油酸钠、硬脂酸钙、硬脂酸锌、乙酸钠中的一种或多种。
优选地，所述憎水剂为有机硅类憎水剂。主要是由于：有机硅类憎水剂中还有较多的烷基憎水基团，其定向排列的硅烷醇基团能够与氧化镁表面的羟基交联，形成一层致密的防水膜，阻碍外界水分的毛细作用和渗透作用，从而达到防水的目的。
减水剂，减少水的用量，改变透水混凝土的和易性，使浆体均匀包裹在骨料表面，有利于透水砖强度的提高，因此，作为本发明的优选，透水砖还包括0.5～1.5份减水剂。减水剂可选用SM减水剂、聚羧酸减水剂、萘系减水剂中的一种或多种。
优选地，所述减水剂为萘系减水剂。主要是由于萘系减水剂具有一定固液界面活性作用，吸附到轻烧氧化镁颗粒表面，增大了颗粒的ζ电位绝对值，使颗粒之间的静电斥力增大，减少硫氧镁水泥的用水量，使硬化后的结构更为密实，从而提高透水砖的强度与稳定性。
另一方面，本发明还提供了一种硫氧镁水泥透水砖的制备方法，包括如下步骤：
(1)将轻烧氧化镁、硅灰、粉煤灰、羟丙基甲基纤维素醚、憎水剂、减水剂搅拌均匀，得到混料1；
(2)将缓凝剂加入饱和硫酸镁溶液至完全溶解，得到混料2；
(3)将混料2加入混料1中，得到混料3；
(4)将碎石、标准砂、颜料依次加入混料3中，搅拌均匀，得到混料4；
(5)将混料4加入砖形模具并压制成型；
(6)养护，即制得硫氧镁水泥透水砖。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)在混料2全部加入后，还要继续搅拌30～90s。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(6)的养护条件为：温度25～30℃，湿度50～65％。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
本发明采用硫酸氧镁水泥替代传统的硅酸盐水泥，制备得到的透水砖性能优良，既兼顾了强度和透水率两方面性能，又比传统透水砖具有更好的耐久性，显著提高了透水砖的使用寿命。
具体实施方式
下面以具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明，但是实施例具体细节仅为了说明本发明，并不代表本发明构思下全部技术方法。因此不应理解为对本发明总的技术方案限定。
实施例1
一种硫氧镁水泥透水砖，包括如下组分：
10kg轻烧氧化镁(产自辽宁海城永振氧化镁厂)、10kg饱和硫酸镁溶液、0.5kg硅灰(上海天恺公司)、1kg一级粉煤灰、0.1kg聚羧酸减水剂、0.1kg有机硅类憎水剂、0.01kg羟丙基甲基纤维素醚、1kg缓凝剂、28kg碎石、5kg标准砂。
所述缓凝剂为柠檬酸和苹果酸组成的混合物，其中柠檬酸和苹果酸的质量比为1:1。
所述硫氧镁水泥透水砖的制备方法，包括如下步骤：
(1)将轻烧氧化镁、硅灰、一级粉煤灰、羟丙基甲基纤维素醚、憎水剂、减水剂加入混料机搅拌均匀，得到混料1；
(2)将缓凝剂加入饱和硫酸镁溶液至完全溶解，得到混料2；
(3)将混料1加入强制式混凝土搅拌机，边搅拌边加入混料2，待混料2全部加入后继续搅拌60s，得到混料3；
(4)将碎石、标准砂、颜料依次加入混料3中，搅拌均匀，得到混料4；
(5)将混料4加入尺寸为200mm*100mm*60mm的砖型模具，用液压压砖机压制成型；
(6)将砖置于25℃，湿度55％的恒温恒湿室内养护七天，即制得硫氧镁水泥透水砖。
实施例2
与实施例1基本相同，其不同之处仅在于：
一种硫氧镁水泥透水砖，包括如下组分：
10kg轻烧氧化镁(产自辽宁海城永振氧化镁厂)、10kg饱和硫酸镁溶液、0.5kg硅灰(上海天恺公司)、1kg一级粉煤灰、0.15kg聚羧酸减水剂、0.1kg有机硅类憎水剂、0.015kg羟丙基甲基纤维素醚、1.3kg缓凝剂、28kg碎石、5kg标准砂。
实施例3
与实施例1基本相同，其不同之处仅在于：
一种硫氧镁水泥透水砖，包括如下组分：
12kg轻烧氧化镁(产自辽宁海城永振氧化镁厂)、15kg饱和硫酸镁溶液、0.4kg硅灰(上海天恺公司)、1.5kg一级粉煤灰、0.05kg聚羧酸减水剂、0.15kg有机硅类憎水剂、0.01kg羟丙基甲基纤维素醚、1.5kg缓凝剂、30kg碎石、6kg标准砂。
实施例4
与实施例1基本相同，其不同之处仅在于：
一种硫氧镁水泥透水砖，包括如下组分：
8kg轻烧氧化镁(产自辽宁海城永振氧化镁厂)、12kg饱和硫酸镁溶液、0.7kg硅灰(上海天恺公司)、0.5kg一级粉煤灰、0.1kg聚羧酸减水剂、0.05kg有机硅类憎水剂、0.02kg羟丙基甲基纤维素醚、1kg缓凝剂、25kg碎石、4kg标准砂。
实施例5
与实施例1基本相同，其不同之处仅在于：缓凝剂仅使用柠檬酸。
一种硫氧镁水泥透水砖，包括如下组分：
10kg轻烧氧化镁(产自辽宁海城永振氧化镁厂)、10kg饱和硫酸镁溶液、0.5kg硅灰(上海天恺公司)、1kg一级粉煤灰、0.1kg聚羧酸减水剂、0.1kg有机硅类憎水剂、0.01kg羟丙基甲基纤维素醚、1kg柠檬酸、28kg碎石、5kg标准砂。
实施例6
与实施例1基本相同，其不同之处仅在于：缓凝剂仅使用苹果酸。
一种硫氧镁水泥透水砖，包括如下组分：
10kg轻烧氧化镁(产自辽宁海城永振氧化镁厂)、10kg饱和硫酸镁溶液、0.5kg硅灰(上海天恺公司)、1kg一级粉煤灰、0.1kg聚羧酸减水剂、0.1kg有机硅类憎水剂、0.01kg羟丙基甲基纤维素醚、1kg苹果酸、28kg碎石、5kg标准砂。
实施例7
与实施例1基本相同，其不同之处仅在于：不使用有机硅憎水剂将有机硅憎水剂替换为硬脂酸类憎水剂。
一种硫氧镁水泥透水砖，包括如下组分：
10kg轻烧氧化镁(产自辽宁海城永振氧化镁厂)、10kg饱和硫酸镁溶液、0.5kg硅灰(上海天恺公司)、1kg一级粉煤灰、0.1kg聚羧酸减水剂、0.1kg硬脂酸类憎水剂、0.01kg羟丙基甲基纤维素醚、1kg缓凝剂、28kg碎石、5kg标准砂。
实施例8
与实施例1基本相同，其不同之处仅在于：不使用聚羧酸减水剂，将聚羧酸减水剂替换为萘系减水剂。
一种硫氧镁水泥透水砖，包括如下组分：
10kg轻烧氧化镁(产自辽宁海城永振氧化镁厂)、10kg饱和硫酸镁溶液、0.5kg硅灰(上海天恺公司)、1kg一级粉煤灰、0.1kg萘系减水剂、0.1kg有机硅类憎水剂、0.01kg羟丙基甲基纤维素醚、1kg缓凝剂、28kg碎石、5kg标准砂。
对比例1
与实施例1基本相同，其不同之处仅在于：不使用硅灰，将硅灰替换为一级粉煤灰。
一种硫氧镁水泥透水砖，包括如下组分：
10kg轻烧氧化镁(产自辽宁海城永振氧化镁厂)、10kg饱和硫酸镁溶液、1.5kg一级粉煤灰、0.1kg聚羧酸减水剂、0.1kg有机硅类憎水剂、0.01kg羟丙基甲基纤维素醚、1kg缓凝剂、28kg碎石、5kg标准砂。
对比例2
与实施例1基本相同，其不同之处仅在于：不使用一级粉煤灰，将一级粉煤灰替换为硅灰。
一种硫氧镁水泥透水砖，包括如下组分：
10kg轻烧氧化镁(产自辽宁海城永振氧化镁厂)、10kg饱和硫酸镁溶液、1.5kg硅灰(上海天恺公司)、0.1kg聚羧酸减水剂、0.1kg有机硅类憎水剂、0.01kg羟丙基甲基纤维素醚、1kg缓凝剂、28kg碎石、5kg标准砂。
按照标准JG/T376-2012《砂基透水砖》的技术要求对上述制备的硫氧镁水泥透水砖的力学性能及透水性能进行测试，结果如表1所示。
表1
| 抗压强度(MPa) | 透水系数(mm/s) | |
| 实施例1 | 44.8 | 2.13 |
| 实施例2 | 43.5 | 2.25 |
| 实施例3 | 45.3 | 2.20 |
| 实施例4 | 44.4 | 2.08 |
| 实施例5 | 42.1 | 2.13 |
| 实施例6 | 41.9 | 2.06 |
| 实施例7 | 39.6 | 1.51 |
| 实施例8 | 46.7 | 2.17 |
| 对比例1 | 40.2 | 2.22 |
| 对比例2 | 45.3 | 1.54 |
为了测试混凝土的耐腐蚀性能，将透水砖(大小为12cm×20cm×6cm)在盐水中进行浸泡实验(盐水的浓度为5wt％，并且使用盐酸调节其pH值为3.0)，浸泡的时间分别为180d和360d，然后测试其抗压强度，结果如表2所示。
表2
Claims (10)
1.一种硫氧镁水泥透水砖，其特征在于，包括轻烧氧化镁、饱和硫酸镁溶液、硅灰、一级粉煤灰、羟丙基甲基纤维素醚、碎石、标准砂。
2.根据权利要求1所述的一种硫氧镁水泥透水砖，其特征在于，按照质量份，包括80～120份轻烧氧化镁、80～150份饱和硫酸镁溶液、4～7份硅灰、5～15份粉煤灰、0.1～0.2份羟丙基甲基纤维素醚、250～300份碎石、40～60份标准砂。
3.根据权利要求2所述的一种硫氧镁水泥透水砖，其特征在于，还包括10～15份缓凝剂。
4.根据权利要求3所述的一种硫氧镁水泥透水砖，其特征在于，所述缓凝剂为蔗糖、酒石酸、柠檬酸、磷酸、硼酸、苹果酸中的一种或多种。
5.根据权利要求2所述的一种硫氧镁水泥透水砖，其特征在于，还包括0.5～1.5份憎水剂。
6.根据权利要求5所述的一种硫氧镁水泥透水砖，其特征在于，所述憎水剂为硬脂酸类憎水剂或有机硅类憎水剂。
7.根据权利要求2所述的一种硫氧镁水泥透水砖，其特征在于，还包括0.5～1.5份减水剂。
8.根据权利要求7所述的一种硫氧镁水泥透水砖，其特征在于，所述减水剂可选用SM减水剂、聚羧酸减水剂、萘系减水剂中的一种或多种。
9.如权利要求1～8任一项所述的硫氧镁水泥透水砖的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将轻烧氧化镁、硅灰、粉煤灰、羟丙基甲基纤维素醚、憎水剂、减水剂搅拌均匀，得到混料1；
(2)将缓凝剂加入饱和硫酸镁溶液至完全溶解，得到混料2；
(3)将混料2加入混料1中，得到混料3；
(4)将碎石、标准砂、颜料依次加入混料3中，搅拌均匀，得到混料4；
(5)将混料4加入砖形模具并压制成型；
(6)养护，即制得硫氧镁水泥透水砖。
10.如权利要求9所述的硫氧镁水泥透水砖的制备方法，其特征在于，所述步骤(6)的养护条件为：温度25～30℃，湿度50～65％。
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