一种低温陶瓷透水砖及其生产方法

1.一种用固体废渣制成的低温陶瓷透水砖，其特征在于:透水砖中各原料的组分为废渣胶凝材料、废渣骨料、致孔剂、活化剂、助剂、颜料和水；各组分按质量比配合，其比例为废渣胶凝材料:废渣骨料:致孔剂:活化剂:助剂:颜料:水=100:200～800:0.1～40:13～
50:0.2～3.0:0.1～7.0:1～20；
1.1废渣胶凝材料，采用以下物料的一种或两种以上混合，黄磷渣、金属冶炼渣、化工废石膏制酸渣、粉煤灰、煅烧尾矿、煅烧煤矸石、煅烧赤泥，这些废渣在产生过程中经过了高温煅烧或熔融，且物料中的CaO含量应大于10%，SiO2+Al2O3>50%；
1.2废渣骨料，采用以下物料的一种或两种以上混合，城市垃圾焚化渣、污泥焚化渣、燃煤炉渣、黄磷渣、金属冶炼渣、冶金和铸造废砂、废混凝土、废石；
1.3致孔剂，采用以下物料的一种或两种以上混合，城市污水处理厂脱水污泥、自来水浮渣、富营养湖泊底泥和悬浮物，且物料中固体物质的烧失量含量应大于30%；
1.4活化剂由水玻璃、纯碱、烧碱、消石灰、电石渣、硅酸盐水泥熟料、化工废石膏两种以上混合组成，各物料搭配后所含成分的质量比为:Na2O:SiO2:CaO =1:0.5～4.2:0.1～
10.5；
1.5助剂中减水剂使用木质素磺酸盐、萘磺酸盐的一种或两种；助剂中缓凝剂使用腐植酸钠、糖蜜、硼砂、磷酸钠、氟化钙、氟化钠、氟硅酸钙、氟硅酸钠一种或两种以上混合；减水剂和缓凝剂的比例为1:0.1～1.5；
1.6颜料由铁红、铁黑、铁黄、铬黄、铁蓝一种或两种以上混合组成；
1.7水可采用普通自来水、城市生活污水、造纸废水、赤泥附液、含碱废水、含盐废水、冷凝水、中水中的一种或两种以上混合。
2.按权利要求1所述的低温陶瓷透水砖，其特征在于: 废渣胶凝材料的细度为0.08mm方孔筛筛余小于10%；废渣骨料的细度为0.5mm方孔筛筛余大于90%，20mm方孔筛筛余小于
10%。
3.一种权利要求1所述的低温陶瓷透水砖的生产方法，由原料处理、混和料制备、成型、养护工序组成，其特征在于:
3.1原料处理:
废渣胶凝材料粉体制备:工业废渣包括黄磷渣、金属冶炼渣、化工废石膏制酸渣、粉煤灰、煅烧尾矿、煅烧煤矸石、煅烧赤泥一种或两种以上，经过干燥、计量后混合粉磨，粉磨时还需将活化剂中的水不溶性物质消石灰、电石渣、硅酸盐水泥熟料、化工废石膏计量后混合粉磨，粉磨成细度为0.08mm方孔筛筛余小于10%；
废渣骨料制备: 城市垃圾焚化渣、污泥焚化渣、燃煤炉渣、黄磷渣、金属冶炼渣、冶金和铸造废砂、废混凝土、废石的一种或两种以上，使用前需要通过破碎、筛分处理成为0.5mm方孔筛筛余大于90%，20mm方孔筛筛余小于10%的颗粒状；
致孔剂处理:包括城市污水处理厂脱水污泥、自来水浮渣、富营养湖泊底泥和悬浮物，在使用前需要与活化剂中的水玻璃、纯碱、烧碱两种以上以及助剂中的水溶性物质混合打成浆体；
3.2混合料制备:
胶凝材料粉体、废渣骨料、致孔剂、添加剂水溶液依次加入搅拌机中，搅拌时间为3 min～5min；
3.3成型
将搅拌好的混合料加入模腔中，先振动，再压制成型，振动时间为5秒～25秒；
3.4养护和加工
成型坯体连同托板先在无对流风环境中养护12 h～24h，然后重新码坯，送入温度为
85°C～180°C的饱和蒸汽养护窑中继续养护8 h～24h，待温度低于60°C出窑成为产品。
4.按权利要求3所述的低温陶瓷透水砖的生产方法，其特征在于: 对出窑的产品采用了切割、表面凿毛、拉条纹或抛磨加工的二次加工处理。

一种低温陶瓷透水砖及其生产方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种用固体废弃物生产低温陶瓷透水砖方法，属建筑材料技术领域。\n背景技术\n[0002] 众所周知，城镇街道路面大都采用水泥混凝土、柏油、石材、陶瓷砖等不透水的材质铺设而成，这种硬化路面已经不适应城市保持良好生态环境的要求。其理由为：\n[0003] (1)硬化路面会造成严重的环境污染：下暴雨时，雨水经由硬化路面带走大量的城市污染物，如油污、垃圾、沙砾、淤泥、城市草地和公园喷洒的农药等，因无法得到任何处理而造成接受暴雨的河流、湖泊污染。\n[0004] (2)硬化路面造成地下水位下降：地下水是维持城市发展的重要资源，由于硬化路面的影响，地下水得不到必要的补充，水位持续下降，进而导致地基下沉，房屋坍塌。\n[0005] (3)硬化路面导致城市环境恶化：由于硬化地面对降水不能吸收，雨水被白白浪费，当降雨季节过后，当地又会出现干旱缺水的问题，陷入恶性循环。由于缺少水的涵养，城市热岛现象日趋突出。\n[0006] 透水砖具有良好的透水性及保湿性能，能很好地缓解城市由于硬化路面所带来的“城市荒漠化”及“热岛效应”问题，有利于保持城市水平衡；自然降水能够迅速被透水砖吸收，并透过地表渗入地下，适时补充地下水位；透水砖能消除或减少地面积水，在产生防洪效益的同时，众多城市污染物不通过流水迁移而造成更大面积的环境污染；降雨结束后，透水砖中的水分又逐渐释放到空气中，调节地表温度和湿度，减轻城市“热岛效应”，维护地表生态平衡；透水砖具有吸音和防滑功能，可改善行走的安全性与舒适性，吸收车辆行驶所产生的噪音，创造安静舒适的交通环境。因此，透水砖可广泛用于住宅、庭院、公园、广场、植物园、园林、工厂区域、停车场、树坑、花房、人行道及轻量交通公路等路面的铺设，能产生良好的社会、环境和生态效应。\n[0007] 生产透水砖的传统技术主要有三类：以硅酸盐水泥为结合剂的混凝土透水砖；以高温烧结产生的陶瓷为结合剂的陶瓷透水砖；以高分子聚合物为结合剂的聚合物复合材料透水砖。\n[0008] 中国专利文献公开的有关透水砖的技术方案有，CN200610159648.9、CN200610140628.7、CN200710004919.8、200310115501.6、CN01127813.7、CN200510115396.5、CN03126168.X等，上述这类技术，烧结透水砖的透水是利用高温不熔颗粒的级配和可燃有机物的烧失所形成的连通孔道达到透水目的，而颗粒之间产生连接的根本在于烧结产生的陶瓷体；混凝土透水砖的透水是利用诸如石子、钢渣、陶粒等骨料颗粒的级配以及骨料与胶凝材料的配合不完整性形成孔隙达到渗水透水目的，颗粒之间产生结合强度的根本来源是水泥水化产生的水化硅酸盐凝胶矿物；聚合物透水砖的透水是利用无机颗粒的级配以及聚合物的亲水达到吸水和透水目的，而强度来源于高分子聚合物。不用水泥、高分子聚合物为粘接材料，不用高温烧结工艺，而用工业废渣为主要原料，在接近常温条件下生产低温陶瓷透水砖尚未见文献报道。\n[0009] 工业废渣的主要成分一般由二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化铁、氧化镁、氧化钠组成，通过适当的方法进行处理，其原来的硅酸盐结构能解聚，并能在以水为介质条件下再度聚合形成新的硅酸盐网络，具有陶瓷材料的性能，但由于陶瓷体形成的过程没有传统陶瓷的高温烧结，因此称为低温陶瓷。由低温陶瓷衍生的复合材料已有所报道，如中国专利文献公开的200610010688.7、200510010946.7、200710137584.7、03135919.1等。\n[0010] 上述低温陶瓷复合材料的共同之处在于：复合材料的基体相是用工业废渣为主要原料经过粉磨后在以碱为主体的活化剂或改性剂配合下，通过蒸汽加热，使废渣粉体原来的硅酸盐结构解离，并重组聚合成新的硅酸盐矿物，不同处在于：复合材料的增强相分别是植物剩余物、废塑料、原状工业废渣、高分子材料。正是由于增强材料的改变，就完全改变了复合材料的性能，分别具有木材、高分子聚合物、石材的性能。这些复合材料都以高强度、高韧性和低吸水率为特征，而不具备透水特征。即用工业废渣为主要原料生产低温陶瓷透水砖未见报道。\n发明内容\n[0011] 本发明所要解决的技术问题是提供一种以工业废渣为主要原料，不用高温烧结，不用水泥和昂贵的高分子聚合物粘接剂，在接近常温条件下生产出强度高，耐磨性好，透水速度快，保水性好的新型透水砖，通过替代城市建设中广泛使用的传统混凝土和石材等硬化路面材料，达到改善城市生态环境的目的。\n[0012] 解决本发明的技术问题所采用的方案是：\n[0013] 透水砖中各原料的组分为废渣胶凝材料、废渣骨料、致孔剂、活化剂、助剂、颜料和水；各组分按质量比配合，其比例为废渣胶凝材料∶废渣骨料∶致孔剂∶活化剂∶助剂∶颜料∶水＝100∶200～800∶0.1～40∶13～50∶0.2～3.0∶0.1～7.0∶1～\n20；\n[0014] 废渣胶凝材料，采用以下物料的一种或两种以上混合，即黄磷渣、金属冶炼渣、化工废石膏制酸渣、粉煤灰、煅烧尾矿、煅烧煤矸石、煅烧赤泥，这些物料在产生过程中经过了高温煅烧或熔融的工业废渣，且物料中的CaO含量应大于10％，SiO2+Al2O3＞50％；\n[0015] 废渣骨料，采用以下物料的一种或两种以上混合，即城市垃圾焚化渣、污泥焚化渣、燃煤炉渣、黄磷渣、金属冶炼渣、冶金和铸造废砂、废混凝土、废石；\n[0016] 致孔剂，采用以下物料的一种或两种以上混合，即城市污水处理厂脱水污泥、自来水浮渣、富营养湖泊底泥和悬浮物，且物料中固体物质的烧失量含量应大于30％；\n[0017] 活化剂由水玻璃、纯碱、烧碱、消石灰、电石渣、硅酸盐水泥熟料、化工废石膏两种以上混合组成，各物料搭配后所含成分的质量比为：Na2O∶SiO2∶CaO＝1∶0.5～\n4.2∶0.1～10.5；\n[0018] 助剂中减水剂使用木质素磺酸盐、萘磺酸盐的一种或两种；助剂中缓凝剂使用腐植酸钠、糖蜜、硼砂、磷酸钠、氟化钙、氟化钠、氟硅酸钙、氟硅酸钠一种或两种以上混合；减水剂和缓凝剂的比例为1∶0.1～1.5；\n[0019] 颜料由铁红、铁黑、铁黄、铬黄、铁蓝一种或两种以上混合组成；\n[0020] 水可采用普通自来水、城市生活污水、造纸废水、赤泥附液、含碱废水、含盐废水、冷凝水、中水中的一种或两种以上混合。\n[0021] 废渣胶凝材料的细度为0.08mm方孔筛筛余小于10％；废渣骨料的细度为0.5mm方孔筛筛余大于90％，20mm方孔筛筛余小于10％。\n[0022] 本发明的工艺方法如下：\n[0023] (1)原料处理：\n[0024] 废渣胶凝材料粉体制备：工业废渣包括黄磷渣、金属冶炼渣、化工废石膏制酸渣、粉煤灰、煅烧尾矿、煅烧煤矸石、煅烧赤泥一种或两种以上，经过干燥、计量后混合粉磨，粉磨时还需将活化剂中的水不溶性物质消石灰、电石渣、硅酸盐水泥熟料、化工废石膏计量后混合粉磨，粉磨成细度为0.08mm方孔筛筛余小于10％；\n[0025] 废渣骨料制备：城市垃圾焚化渣、污泥焚化渣、燃煤炉渣、黄磷渣、金属冶炼渣、冶金和铸造废砂、废混凝土、废石的一种或两种以上，使用前需要通过破碎、筛分处理成为\n0.5mm方孔筛筛余大于90％，20mm方孔筛筛余小于10％的颗粒状；\n[0026] 致孔剂处理：包括城市污水处理厂脱水污泥、自来水浮渣、富营养湖泊底泥和悬浮物，在使用前需要与活化剂中的水玻璃、纯碱、烧碱两种以上以及助剂中的水溶性物质混合打成浆体；\n[0027] 活化剂和助剂中的水溶性固体物质除了可按上述方法与胶凝材料共混粉磨、与致孔材料混合打浆外，还可以计量后共同溶解在水溶液中使用。\n[0028] (2)混合料制备：\n[0029] 把计量好的胶凝材料粉体、骨料、添加剂水溶液依次加入搅拌机中，搅拌时间为\n3min～5min；\n[0030] (3)成型：\n[0031] 混合料加入模腔中，先振动，再压制成型，振动时间为5秒～25秒；成型坯体放在托板上；\n[0032] (4)养护和加工：\n[0033] 成型坯体连同托板先在无对流风环境中养护12h～24h，然后重新码坯，送入温度为85℃～180℃的饱和蒸汽养护窑中继续养护8h～24h，待温度低于60℃出窑成为产品；\n还可根据需要采用切割、表面凿毛、拉条纹或抛磨加工等手段对产品进行二次加工，以改善制品的美观性。\n[0034] 本实用新型的有益效果是：\n[0035] 1)与高分子聚合物生产的透水砖相比，本发明属无机材料范畴，完全避免了有机材料降解、添加剂释放、残留物挥发(如甲醛)造成的有毒物污染问题，具有成本低，耐久性好的优点。\n[0036] 2)与高温烧结陶瓷透水砖相比，本发明的主要生产过程在几乎接近常温条件下完成，生产效率高、能耗低、投资省、无环境污染。\n[0037] 3)与混凝土透水砖相比，本发明以工业废渣为胶凝材料和骨料的主要原料，水处理废弃物为致孔剂，具有废弃物利用率高、绿色环保的优势。\n附图说明\n[0038] 图1是本发明的工艺流程图。\n具体实施方式\n[0039] 实施例1：\n[0040] 1)配方组成(物质计量单位均为质量份)：\n[0041] (1)胶凝材料：黄磷渣70份，粉煤灰20份，高炉渣10份；\n[0042] (2)骨料组成：黄磷渣150份，水玻璃废砂50份，；\n[0043] (3)致孔剂：脱水污泥12份，滇池底泥10份；\n[0044] (4)活化剂：水玻璃7份，碳酸钠0.5份，烧碱0.5份，脱硫石膏2份，熟料3份；\n[0045] (5)助剂：木质素磺酸钙1.0份，腐植酸钠0.4份、硼砂0.5份、磷酸钠0.3份、氟化钙0.5份、氟化钠0.1份、氟硅酸钙0.2份；\n[0046] (6)颜料：铁红5份；\n[0047] (7)水：赤泥附液20份。\n[0048] 2)工艺：\n[0049] 按配方计量黄磷渣、粉煤灰、碳酸钠、脱硫石膏、熟料、木质素磺酸钙、腐植酸钠、硼砂、磷酸钠、氟化钙、氟化钠、氟硅酸钙，共混粉磨成粒度小于0.08mm占96％的粉体；\n[0050] 骨料制备：黄磷渣、铸造废砂首先进行破碎、筛分处理成为0.5mm方孔筛筛余大于\n91％，20mm方孔筛筛余小于9％的颗粒状。\n[0051] 水溶液制备：首先把水玻璃、烧碱溶解在赤泥附液中，在搅拌状态下加入计量好的脱水污泥和滇池底泥，强制搅拌成浆。\n[0052] 把计量好的胶凝材料粉体、骨料、添加剂水溶液依次加入搅拌机中，搅拌时间为\n5min，把混合料加入振动压砖机模腔中，先振动5秒，再在继续振动条件下压制5秒，成型坯体放在托板上，用塑料薄膜遮盖养护12h，然后重新码坯，送入温度为85℃的饱和蒸汽养护窑中继续养护24h成为产品；测试性能为：抗压强度35MPa、抗折强度6.5MPa、保水性1.1g/\n2 -2\ncm、透水系数1.8×10 cm/s，25次冻融循环抗压强度损失8.2％。\n[0053] 实施例2：\n[0054] 1)配方组成(物质计量单位均为质量份)：\n[0055] (1)胶凝材料：高炉渣40份，粉煤灰20份，煅烧赤泥20份，煅烧氧化铝尾矿20；\n[0056] (2)骨料组成：煤渣100份，废石700份，；\n[0057] (3)致孔剂：自来水浮渣40份(含水率80％)；\n[0058] (4)活化剂：水玻璃30份，烧碱6份，熟料5份；\n[0059] (5)助剂：萘磺酸盐1.0份、磷酸钠0.1份；\n[0060] (6)颜料：铁红0.1份；\n[0061] (7)水：无外加。\n[0062] 2)工艺：\n[0063] 按配方计量高炉渣、粉煤灰、煅烧赤泥、煅烧氧化铝尾矿、熟料、萘磺酸盐、磷酸钠、铁红，共混粉磨成粒度小于0.08mm占92％的粉体；\n[0064] 骨料制备：煤渣、废石首先进行破碎、筛分处理成为0.5mm方孔筛筛余93％，20mm方孔筛筛余7％的颗粒状。\n[0065] 水溶液制备：首先把水玻璃、烧碱溶解混合，在搅拌状态下加入自来水浮渣，强制搅拌成浆。\n[0066] 把计量好的胶凝材料粉体、骨料、添加剂水溶液依次加入搅拌机中，搅拌时间为\n5min，把混合料加入振动压砖机模腔中，先振动10秒，再在继续振动条件下压制5秒，成型坯体放在托板上，送入预养室中养护12h，然后重新码坯，送入温度为180℃的饱和蒸汽养护窑中继续养护8h成为产品；测试性能为：抗压强度55MPa、抗折强度7.8MPa、保水性\n2 -2\n1.4g/cm、透水系数2.38×10 cm/s，25次冻融循环抗压强度损失4.2％。\n[0067] 实施例3：\n[0068] 1)配方组成(物质计量单位均为质量份)：\n[0069] (1)胶凝材料：热法锰渣40份，磷石膏制酸渣20份，煅烧煤矸石20份，钢渣20份；\n[0070] (2)骨料组成：城市垃圾焚化渣50份、污泥焚化渣50份、铜渣100份、废混凝土100份、废砖100份；\n[0071] (3)致孔剂：滇池蓝藻渣40份(含水率95％)；\n[0072] (4)活化剂：纯碱5份、消石灰15份、电石渣10份、硅酸盐水泥熟料3份、磷石膏3份；\n[0073] (5)助剂：萘磺酸盐0.5份、磷酸钠0.75份；\n[0074] (6)颜料：铁黑1.5份、铁黄3.0份、铬黄2.0份、铁蓝0.5份；\n[0075] (7)水：含碱蒸养冷凝水1份。\n[0076] 2)工艺：\n[0077] 按配方计量热法锰渣、磷石膏制酸渣、煅烧煤矸石、钢渣、纯碱、消石灰、电石渣、硅酸盐水泥熟料、磷石膏、萘磺酸盐、磷酸钠、铁黑、铁黄、铁蓝，共混粉磨成粒度小于0.08mm占97％的粉体；\n[0078] 骨料制备：城市垃圾焚化渣、污泥焚化渣、铜渣、废混凝土、废砖首先进行破碎、筛分处理成为0.5mm方孔筛筛余95％，20mm方孔筛筛余5％的颗粒状。\n[0079] 水溶液制备：在搅拌状态下把滇池蓝藻渣加入水中，强制搅拌成浆。\n[0080] 把计量好的胶凝材料粉体、骨料、添加剂水溶液依次加入搅拌机中，搅拌时间为\n3min，把混合料加入振动压砖机模腔中，先振动10秒，再在继续振动条件下压制15秒，成型坯体放在托板上，自然阴干10小时，再送入80℃预养室中养护12h，然后重新码坯，送入温度为180℃的饱和蒸汽养护窑中继续养护12h成为产品；测试性能为：抗压强度48MPa、抗\n2 -2\n折强度6.2MPa、保水性1.35g/cm、透水系数2.67×10 cm/s，25次冻融循环抗压强度损失\n9.2％。