一种节能型耐磨透水砖及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种节能型耐磨透水砖及其制备方法。
背景技术
城市道路多为柏油、水泥和彩砖路面，这些地表的透水性较差，一旦遇到暴雨，路面的雨水无法快速渗透，排水设施又往往不够通畅，很容易造成局部内涝。而透水砖是一种可以透水的新型环保建材，因其具有较高的强度、良好的透水性一直被看作海绵型城市建设的重要基础材料之一。目前市场透水砖的原料主要来自陶瓷废料、耐火材料废料、钢渣、尾矿、废玻璃等固体废弃物，但现有透水砖存在透水排水性差，砖体强度低、不耐磨，使用一段时间后表面就会破损或掉渣等问题。
中国专利CN109338838A公开了一种高强耐磨型环保透水砖，包括耐磨层、透水表层、透水结构层、钢纤维混凝土加强层和透水基层，透水基层的顶端设置有钢纤维混凝土加强层，且钢纤维混凝土加强层的内部设置有第二透水孔，钢纤维混凝土加强层的顶端设置有透水结构层，且透水结构层的内部设置有第一透水孔，所述透水结构层的顶端设置有透水表层，且透水表层的顶端设置有耐磨层，所述耐磨层的顶端均匀设置有第二渗水孔，且第二渗水孔的底端与透水管的顶端连接，所述透水管竖向贯穿耐磨层、透水表层、透水结构层、钢纤维混凝土加强层和透水基层。但是该专利高强耐磨型环保透水砖的结构复杂，加工生产困难。
中国专利CN107746286A公开了一种高透水率陶瓷透水砖，包括以下重量份数的原料：骨料颗粒50-70份、矿物掺合料5-10份、无机粘结剂3-6份、膨胀剂0.1-1份、颜填料0.1-1份，骨料颗粒包括陶瓷颗粒和页岩颗粒，陶瓷颗粒和页岩颗粒的重量比为7-8:2-3。但是该专利制备的高透水率陶瓷透水砖的表面强度不佳，影响使用寿命。
发明内容
本发明针对上述问题，提供一种节能型耐磨透水砖及其制备方法。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种节能型耐磨透水砖，节能型耐磨透水砖自上而下依次包括耐磨吸水层、透水基层和节能层；制备耐磨吸水层的原料按其重量份包括：改性粘土3份～7份、陶瓷颗粒5份～10份、玄武岩纤维0.2份～1.2份、水泥3份～9份；制备透水基层的原料按其重量份包括：页岩30份、膨胀蛭石20份～35份、秸秆粉5份～15份、羟乙基甲基纤维素5份～12份、水泥8份～16份；制备节能层的原料按其重量份包括：粉煤灰10份～20份、煤渣5份～10份、粘结剂0.5份～1.5份。
其中，耐磨吸水层采用陶瓷颗粒和改性粘土为主要原料，并通过添加玄武岩纤维来提高砖体表层的强度；膨胀蛭石和秸秆粉具有丰富的比表面积，吸水透水性强，可及时将水吸附、排送，提高砖体的透水效果，秸秆粉经高温煅烧会在透水基层形成较多、较大的孔隙结构，提高了排水、导水能力。
进一步的，粘结剂为膨润土、脱硫石膏、羟丙基甲基纤维素醚以重量比2:2.5～4:1～3混合。
进一步的，改性粘土的制备方法包括：将粘土粉碎至20目～40目，加入三磷酸钠，搅拌均匀，再置于250℃～265℃的环境下加热15分钟～25分钟，得到改性粘土。
其中，在粘土中加入三磷酸钠，既可以保持粘土的粘度，又能增加粘土的孔隙度和强度，进而提高砖体的强度。
更进一步的，三磷酸钠的加入量为粘土重量的1.2％～2.0％。
进一步的，陶瓷颗粒包括10％粒径在5目～10目的陶瓷颗粒，50％粒径在10目～20目的陶瓷颗粒和40％粒径在20目～40目的陶瓷颗粒。
进一步的，制备耐磨吸水层的原料按其重量份包括：改性粘土5份、陶瓷颗粒7.5份、玄武岩纤维0.7份、水泥6份。
进一步的，制备透水基层的原料按其重量份包括：页岩30份、膨胀蛭石28份、秸秆粉10份、羟乙基甲基纤维素8.5份、水泥12份。
进一步的，制备节能层的原料按其重量份包括：粉煤灰15份、煤渣7.5份、粘结剂1.0份。
本发明的另一发明目的在于提供一种节能型耐磨透水砖的制备方法，包括如下步骤：
步骤S10，按上述重量份称取制备耐磨吸水层的原料，向上述重量份的改性粘土中加水，搅拌混合均匀后加入上述重量份的陶瓷颗粒、玄武岩纤维和水泥，利用搅拌机混合均匀，得到耐磨吸水层浆料；
步骤S20，按上述重量份称取制备透水基层的原料，将上述重量份的页岩和膨胀蛭石放到振捣机中震碎，再加入上述重量份的秸秆粉、羟乙基甲基纤维素和水泥，搅拌混合均匀，加入水后，利用搅拌机进行搅拌均匀，得到透水基层浆料；
步骤S30，按上述重量份称取制备节能层的原料，将粉煤灰、煤渣和粘结剂混合搅拌均匀后加入水，得到节能层浆料；
步骤S40，依次将节能层浆料、透水基层浆料和耐磨吸水层浆料倒入到模具中，使用加热设备在40℃～60℃下压制6分钟～10分钟，得到半成品；
步骤S50，将步骤S40得到的半成品置于阴凉处自然晾干，再置于烧结炉中，烧结成型，得到节能型耐磨透水砖。
其中，依次将三层浆料倒入到模具中，一次压制成型，不仅节约了加工成本和加工时间，还可以提高三层浆料间的粘结性，让两个连接面自然的重合在一起，牢固性更佳，砖体不易分层断裂。
进一步的，步骤S50中，烧结成型的温度为1300℃～1400℃，烧结时间为3小时～5小时。
本发明的优点是：
(1)本发明制备的节能型耐磨透水砖自上而下依次包括耐磨吸水层、透水基层和节能层，在透水基层上部设有耐磨吸水层，增加了砖体的表面强度，延长了透水砖的使用寿命；在透水基层下方设置有节能层，节能层因在最下方，直接与土地接触，直接采用廉价的粉煤灰和煤渣为原料，通过粘结剂将粘结成型，起到降低加工成本的作用；
(2)本发明制备的节能型耐磨透水砖的透水基层采用页岩、膨胀蛭石和秸秆粉为主要原料，并配以羟乙基甲基纤维素和水泥来提高原料间的结合力和强度，大大提高了透水基层的吸水排水性，将耐磨吸水层吸收的水及时往下排送，提高了透水砖的透水效率，透水效果好；
(3)本发明制备的节能型耐磨透水砖的磨坑长度小于24mm，透水系数在0.46mm/s～0.56mm/s之间，经50次冻融循环后，外观质量符合规定，且抗压强度损失率小于15％，并且制备工艺简单，制备原料以固体废弃物为主，实现了工业废物的回收循环利用，减少了资源消耗，具有良好的经济效益。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将对本发明作进一步详细的说明。
具体实施方式
以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例1
一种节能型耐磨透水砖及其制备方法
节能型耐磨透水砖自上而下依次包括耐磨吸水层、透水基层和节能层；制备耐磨吸水层的原料包括：改性粘土5kg、陶瓷颗粒7.5kg、玄武岩纤维0.7kg、水泥6kg；制备透水基层的原料包括：页岩30kg、膨胀蛭石28kg、秸秆粉10kg、羟乙基甲基纤维素8.5kg、水泥12kg；制备节能层的原料包括：粉煤灰15kg、煤渣7.5kg、粘结剂1.0kg；其中，粘结剂为膨润土、脱硫石膏、羟丙基甲基纤维素醚以重量比2:3:2混合；陶瓷颗粒包括10％粒径在5目～10目的陶瓷颗粒，50％粒径在10目～20目的陶瓷颗粒和40％粒径在20目～40目的陶瓷颗粒。
其中，改性粘土的制备方法包括：将粘土粉碎至20目～40目，加入粘土重量1.6％的三磷酸钠，搅拌均匀，再置于260℃的环境下加热20分钟，得到改性粘土。
节能型耐磨透水砖，通过以下方法制备：
步骤S10，按上述重量份称取制备耐磨吸水层的原料，向上述重量份的改性粘土中加水，搅拌混合均匀后加入上述重量份的陶瓷颗粒、玄武岩纤维和水泥，利用搅拌机混合均匀，得到耐磨吸水层浆料；
步骤S20，按上述重量份称取制备透水基层的原料，将上述重量份的页岩和膨胀蛭石放到振捣机中震碎，再加入上述重量份的秸秆粉、羟乙基甲基纤维素和水泥，搅拌混合均匀，加入水后，利用搅拌机进行搅拌均匀，得到透水基层浆料；
步骤S30，按上述重量份称取制备节能层的原料，将粉煤灰、煤渣和粘结剂混合搅拌均匀后加入水，得到节能层浆料；
步骤S40，依次将节能层浆料、透水基层浆料和耐磨吸水层浆料倒入到模具中，使用加热设备在50℃下压制8分钟，得到半成品；
步骤S50，将步骤S40得到的半成品置于阴凉处自然晾干，再置于烧结炉中，烧结成型，烧结成型的温度为1350℃，烧结时间为4小时，得到节能型耐磨透水砖。
实施例2
一种节能型耐磨透水砖及其制备方法
节能型耐磨透水砖自上而下依次包括耐磨吸水层、透水基层和节能层；制备耐磨吸水层的原料包括：改性粘土3kg、陶瓷颗粒6kg、玄武岩纤维1.0kg、水泥3kg；制备透水基层的原料包括：页岩30kg、膨胀蛭石20kg、秸秆粉15kg、羟乙基甲基纤维素7kg、水泥16kg；制备节能层的原料包括：粉煤灰10kg、煤渣10kg、粘结剂0.5kg，其中，粘结剂为膨润土、脱硫石膏、羟丙基甲基纤维素醚以重量比2:4:1混合；陶瓷颗粒包括10％粒径在5目～10目的陶瓷颗粒，50％粒径在10目～20目的陶瓷颗粒和40％粒径在20目～40目的陶瓷颗粒。
其中，改性粘土的制备方法包括：将粘土粉碎至20目～40目，加入粘土重量1.2％的三磷酸钠，搅拌均匀，再置于250℃的环境下加热25分钟，得到改性粘土。
节能型耐磨透水砖，通过以下方法制备：
步骤S10，按上述重量份称取制备耐磨吸水层的原料，向上述重量份的改性粘土中加水，搅拌混合均匀后加入上述重量份的陶瓷颗粒、玄武岩纤维和水泥，利用搅拌机混合均匀，得到耐磨吸水层浆料；
步骤S20，按上述重量份称取制备透水基层的原料，将上述重量份的页岩和膨胀蛭石放到振捣机中震碎，再加入上述重量份的秸秆粉、羟乙基甲基纤维素和水泥，搅拌混合均匀，加入水后，利用搅拌机进行搅拌均匀，得到透水基层浆料；
步骤S30，按上述重量份称取制备节能层的原料，将粉煤灰、煤渣和粘结剂混合搅拌均匀后加入水，得到节能层浆料；
步骤S40，依次将节能层浆料、透水基层浆料和耐磨吸水层浆料倒入到模具中，使用加热设备在40℃下压制10分钟，得到半成品；
步骤S50，将步骤S40得到的半成品置于阴凉处自然晾干，再置于烧结炉中，烧结成型，烧结成型的温度为1300℃，烧结时间为5小时，得到节能型耐磨透水砖。
实施例3
一种节能型耐磨透水砖及其制备方法
节能型耐磨透水砖自上而下依次包括耐磨吸水层、透水基层和节能层；制备耐磨吸水层的原料包括：改性粘土4kg、陶瓷颗粒9kg、玄武岩纤维1.2kg、水泥9kg；制备透水基层的原料包括：页岩30kg、膨胀蛭石25kg、秸秆粉12kg、羟乙基甲基纤维素5kg、水泥8kg；制备节能层的原料包括：粉煤灰12kg、煤渣9kg、粘结剂0.7kg，其中，粘结剂为膨润土、脱硫石膏、羟丙基甲基纤维素醚以重量比2:2.5:3混合；陶瓷颗粒包括10％粒径在5目～10目的陶瓷颗粒，50％粒径在10目～20目的陶瓷颗粒和40％粒径在20目～40目的陶瓷颗粒。
其中，改性粘土的制备方法包括：将粘土粉碎至20目～40目，加入粘土重量2.0％的三磷酸钠，搅拌均匀，再置于265℃的环境下加热15分钟，得到改性粘土。
节能型耐磨透水砖，通过以下方法制备：
步骤S10，按上述重量份称取制备耐磨吸水层的原料，向上述重量份的改性粘土中加水，搅拌混合均匀后加入上述重量份的陶瓷颗粒、玄武岩纤维和水泥，利用搅拌机混合均匀，得到耐磨吸水层浆料；
步骤S20，按上述重量份称取制备透水基层的原料，将上述重量份的页岩和膨胀蛭石放到振捣机中震碎，再加入上述重量份的秸秆粉、羟乙基甲基纤维素和水泥，搅拌混合均匀，加入水后，利用搅拌机进行搅拌均匀，得到透水基层浆料；
步骤S30，按上述重量份称取制备节能层的原料，将粉煤灰、煤渣和粘结剂混合搅拌均匀后加入水，得到节能层浆料；
步骤S40，依次将节能层浆料、透水基层浆料和耐磨吸水层浆料倒入到模具中，使用加热设备在60℃下压制6分钟，得到半成品；
步骤S50，将步骤S40得到的半成品置于阴凉处自然晾干，再置于烧结炉中，烧结成型，烧结成型的温度为1400℃，烧结时间为3小时，得到节能型耐磨透水砖。
实施例4
一种节能型耐磨透水砖及其制备方法
节能型耐磨透水砖自上而下依次包括耐磨吸水层、透水基层和节能层；制备耐磨吸水层的原料包括：改性粘土6kg、陶瓷颗粒10kg、玄武岩纤维0.2kg、水泥5kg；制备透水基层的原料包括：页岩30kg、膨胀蛭石30kg、秸秆粉7kg、羟乙基甲基纤维素12kg、水泥12kg；制备节能层的原料包括：粉煤灰18kg、煤渣6kg、粘结剂1.5kg，其中，粘结剂为膨润土、脱硫石膏、羟丙基甲基纤维素醚以重量比2:4:3混合；陶瓷颗粒包括10％粒径在5目～10目的陶瓷颗粒，50％粒径在10目～20目的陶瓷颗粒和40％粒径在20目～40目的陶瓷颗粒。
其中，改性粘土的制备方法包括：将粘土粉碎至20目～40目，加入粘土重量1.5％的三磷酸钠，搅拌均匀，再置于255℃的环境下加热20分钟，得到改性粘土。
节能型耐磨透水砖，通过以下方法制备：
步骤S10，按上述重量份称取制备耐磨吸水层的原料，向上述重量份的改性粘土中加水，搅拌混合均匀后加入上述重量份的陶瓷颗粒、玄武岩纤维和水泥，利用搅拌机混合均匀，得到耐磨吸水层浆料；
步骤S20，按上述重量份称取制备透水基层的原料，将上述重量份的页岩和膨胀蛭石放到振捣机中震碎，再加入上述重量份的秸秆粉、羟乙基甲基纤维素和水泥，搅拌混合均匀，加入水后，利用搅拌机进行搅拌均匀，得到透水基层浆料；
步骤S30，按上述重量份称取制备节能层的原料，将粉煤灰、煤渣和粘结剂混合搅拌均匀后加入水，得到节能层浆料；
步骤S40，依次将节能层浆料、透水基层浆料和耐磨吸水层浆料倒入到模具中，使用加热设备在45℃下压制8分钟，得到半成品；
步骤S50，将步骤S40得到的半成品置于阴凉处自然晾干，再置于烧结炉中，烧结成型，烧结成型的温度为135℃，烧结时间为3小时，得到节能型耐磨透水砖。
实施例5
一种节能型耐磨透水砖及其制备方法
节能型耐磨透水砖自上而下依次包括耐磨吸水层、透水基层和节能层；制备耐磨吸水层的原料包括：改性粘土7kg、陶瓷颗粒5kg、玄武岩纤维0.5kg、水泥7kg；制备透水基层的原料包括：页岩30kg、膨胀蛭石35kg、秸秆粉5kg、羟乙基甲基纤维素10kg、水泥10kg；制备节能层的原料包括：粉煤灰20kg、煤渣5kg、粘结剂1.2kg，其中，粘结剂为膨润土、脱硫石膏、羟丙基甲基纤维素醚以重量比2:2.5:1混合；陶瓷颗粒包括10％粒径在5目～10目的陶瓷颗粒，50％粒径在10目～20目的陶瓷颗粒和40％粒径在20目～40目的陶瓷颗粒。
其中，改性粘土的制备方法包括：将粘土粉碎至20目～40目，加入粘土重量18％的三磷酸钠，搅拌均匀，再置于260℃的环境下加热20分钟，得到改性粘土。
节能型耐磨透水砖，通过以下方法制备：
步骤S10，按上述重量份称取制备耐磨吸水层的原料，向上述重量份的改性粘土中加水，搅拌混合均匀后加入上述重量份的陶瓷颗粒、玄武岩纤维和水泥，利用搅拌机混合均匀，得到耐磨吸水层浆料；
步骤S20，按上述重量份称取制备透水基层的原料，将上述重量份的页岩和膨胀蛭石放到振捣机中震碎，再加入上述重量份的秸秆粉、羟乙基甲基纤维素和水泥，搅拌混合均匀，加入水后，利用搅拌机进行搅拌均匀，得到透水基层浆料；
步骤S30，按上述重量份称取制备节能层的原料，将粉煤灰、煤渣和粘结剂混合搅拌均匀后加入水，得到节能层浆料；
步骤S40，依次将节能层浆料、透水基层浆料和耐磨吸水层浆料倒入到模具中，使用加热设备在55℃下压制8分钟，得到半成品；
步骤S50，将步骤S40得到的半成品置于阴凉处自然晾干，再置于烧结炉中，烧结成型，烧结成型的温度为1400℃，烧结时间为5小时，得到节能型耐磨透水砖。
对比例
一种节能型耐磨透水砖及其制备方法
节能型耐磨透水砖自上而下依次包括耐磨吸水层、透水基层和节能层；制备耐磨吸水层的原料包括：粘土5kg、陶瓷颗粒7.5kg、玄武岩纤维0.7kg、水泥6kg；制备透水基层的原料包括：页岩30kg、膨胀蛭石28kg、秸秆粉10kg、羟乙基甲基纤维素8.5kg、水泥12kg；制备节能层的原料包括：粉煤灰15kg、煤渣7.5kg、粘结剂1.0kg；其中，粘结剂为膨润土、脱硫石膏、羟丙基甲基纤维素醚以重量比2:3:2混合；陶瓷颗粒的粒径在20目～40目的陶瓷颗粒。
节能型耐磨透水砖，通过以下方法制备：
步骤S10，按上述重量份称取制备耐磨吸水层的原料，向上述重量份的改性粘土中加水，搅拌混合均匀后加入上述重量份的陶瓷颗粒、玄武岩纤维和水泥，利用搅拌机混合均匀，得到耐磨吸水层浆料；
步骤S20，按上述重量份称取制备透水基层的原料，将上述重量份的页岩和膨胀蛭石放到振捣机中震碎，再加入上述重量份的秸秆粉、羟乙基甲基纤维素和水泥，搅拌混合均匀，加入水后，利用搅拌机进行搅拌均匀，得到透水基层浆料；
步骤S30，按上述重量份称取制备节能层的原料，将粉煤灰、煤渣和粘结剂混合搅拌均匀后加入水，得到节能层浆料；
步骤S40，依次将节能层浆料、透水基层浆料和耐磨吸水层浆料倒入到模具中，使用加热设备在50℃下压制8分钟，得到半成品；
步骤S50，将步骤S40得到的半成品置于阴凉处自然晾干，再置于烧结炉中，烧结成型，烧结成型的温度为1350℃，烧结时间为4小时，得到节能型耐磨透水砖。
实验例
为了进一步说明本发明的技术进步性，现采用实验进一步说明。
实验方法：采用本发明实施例制备得到的节能型耐磨透水砖的长宽高均为40×30×30，按照JC/T945-2005的要求进行性能测定，检测结果如表1所示。
表1.本发明制备的节能型耐磨透水砖的性能测定结果
实验结果表明，本发明实施例1～5制备的节能型耐磨透水砖的抗拉强度大于16MPa，磨坑长度小于24mm，透水系数在0.46mm/s～0.56mm/s之间，经50次冻融循环后，外观质量符合规定，且抗压强度损失率小于15％。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
