贯通孔陶粒及其生产方法与流程

文档序号:11100630阅读:571来源:国知局
贯通孔陶粒及其生产方法与制造工艺

本发明属于环境保护技术领域,具体说,属于一种应用于海绵城市透水蓄水用的贯通孔陶粒及其生产方法。



背景技术:

海绵城市是指城市能够像海绵一样,在适应环境变化和应对自然灾害等方面具有良好的"弹性",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。海绵城市具有面对洪涝或者干旱时能灵活应对和适应各种水环境危机的韧力,体现了弹性城市应对自然灾害的思想和对水环境及雨水资源可持续的综合管理思想。

海绵城市建设应遵循生态优先等原则,将自然途径与人工措施相结合,在确保城市排水防涝安全的前提下,将雨水的渗透、滞留、集蓄、净化、循环使用及排水密切结合,最大限度地实现雨水在城市区域的积存、渗透和净化,促进雨水资源的利用和生态环境保护。

目前海绵城市的典型结构自地面向下包括透水面层、透水混凝土层、鹅卵石蓄水层、灰土层、素土层,以及相关配套的蓄水池、管道、抽水泵等设施。下雨后,雨水通过两层透水层进入鹅卵石蓄水层,多余的水再通过管道进入蓄水池,在干旱的时候将蓄水池里的水用抽水泵喷洒在需要的地方。陶粒是陶质的颗粒,外观特征大部分呈圆形或椭圆形球体,它的表面是一层坚硬的外壳,这层外壳呈陶质或釉质,具有隔水保气作用,并且赋予陶粒较高的强度。陶粒的内部呈细密蜂窝状气孔,这些气孔都是封闭在坚硬的外壳中与外部不相通的闭口气孔,它是由于气体被包裹进壳内而形成的。因而陶粒外壳坚硬且质量较轻,经常用于海绵城市鹅卵石蓄水层的建设。目前的海绵城市典型结构存在的问题是:1)鹅卵石蓄水层的鹅卵石之间空隙贮存一部分水,而鹅卵石本身并不能蓄水,故整体蓄水层贮存量小;2)贮存在蓄水池中的水必须通过抽水泵再利用,增加设备投资、耗费能源。



技术实现要素:

本发明的目的是要针对现有技术的不足,提供一种贯通孔陶粒,该贯通孔陶粒用于海绵城市建设中代替鹅卵石,能更好用于贮水、排水。

为实现上述目的,本发明的贯通孔陶粒,包括陶粒外壳和位于其内部的气孔,其特殊之处在于,所述气孔为开口气孔或贯通气孔。

优选地,所述贯通气孔上连接有连通气孔。

进一步地,所述气孔孔径为0.3~3.0mm。因为如果孔径太小,蓄水量小,孔径太大,水容易流出而不宜储存在陶粒内。

再进一步地,所述贯通孔陶粒的耐压强度≥10MPa,此处耐压强度S=P/A,式中:S耐压强度,单位MPa;P试样破碎时的最大载荷,单位N;A试样面积,单位为mm2

还进一步地,所述贯通孔陶粒的体积密度为p=0.6~1.0g/cm3,此处体积密度p=m/V,式中:m为单个陶粒质量的,单位g,V为单个陶粒表观体积,单位为cm3

还进一步地,所述贯通孔陶粒的吸水率为30~60%,其中吸水率W=(M2-M1)/M1×100%,即将干燥的陶粒放进水中30秒取出,滴尽水珠称重,陶粒增加重量的百分比。

由于现有普通的陶粒中的气孔绝大部分是闭口气孔或仅有少量的开口气孔,没有贯通气孔和连通气孔,所以具有隔水保气作用。而本发明的贯通孔陶粒中主要气孔是贯通气孔和连通气孔,少量的开口气孔和尽量少的闭口气孔。气孔内由于存在大量毛细管作用,水可以很容易进入陶粒的气孔内,并且在外加压强低的情况下气孔内水不容易流出。在下一般量的雨水时,贯通孔陶粒可利用其体内存在的大量气孔贮存大量的水,减小蓄水池的容积,减少蓄水池投资;当雨量过大时,陶粒外部水压增大,陶粒体内的气孔也可作为水流的通道,使多余的雨水通过贯通孔和陶粒间空隙流走,加快水流速度。在干旱时,陶粒气孔中贮存的水份受热蒸发放出,供植被吸收。所以,采用本发明的贯通孔陶粒建筑的鹅卵石蓄水层其贮水量比传统的鹅卵石层更大,而且能在一定范围内不需要使用抽水泵、喷头供水,减少灌溉次数,因而减少能源消耗。本发明的贯通孔陶粒外壳以Al2O3、CaO、MgO、SiO2、Fe2O3以及这些成分在高温下形成的各种化合物这些成分在高温下形成的各种化合物,其外壳质地坚硬,能够长期存在于空气、水中而不会软化、粉化,保持原始形状。

本发明还提供一种贯通孔陶粒的生产方法,其特殊之处在于:它包括以下步骤:

1)将无机非金属材料粉末、长条状有机物纤维、粘结剂加水搅拌均匀成混合陶泥料;

2)将混合陶泥料制成条状,预干燥后剪切成段,得到陶粒坯料;

3)待陶粒坯料干燥后进行高温烧结,无机非金属材料形成坚硬的骨架,长条状植物纤维氧化形成气孔;

其中所述无机非金属材料为:工业粘土、成化淤泥、钢渣、粉煤灰中的一种或几种;所述粘结剂为有机粘接剂和/或无机粘接剂,所述有机粘接剂为CMC或糊精中的一种或两种,所述无机粘接剂为水玻璃、膨润土、硅藻土中的一种或多种。优选地,所述有机粘结剂用量为所述无机非金属材料总重量的2~8%,所述无机粘结剂用量为所述无机非金属材料总重量的10~22%。粘接剂主要作用是在陶粒生产中增加泥料的可塑性,强化陶粒坯料的初始强度,使其不易破碎。

再优选地,所述长条状植物纤维为麦秆、稻杆、天然草叶以及经过处理后的树枝、竹枝、藤蔓中的一种或几种。在陶粒烧结过程中这些长条状植物纤维被氧化烧尽后形成气孔。

还进一步地,步骤3)中,高温烧结的温度为1000~1300℃,烧结时间为10~50min。

本发明贯通孔陶粒的生产方法,通过将工业粘土、成化淤泥、钢渣、粉煤灰作为陶粒外壳的骨架材料,将有机长条状植物纤维材料混合在陶泥料中,作为气孔材料,待陶粒坯料干燥后再剪切成段状,大量长条状植物纤维露出坯料表面,在高温下,将陶坯料烧结,有机物植物纤维燃烧去除形成毛细管气孔,气孔多为开口气孔或贯通气孔,开口气孔和贯通气孔上连接连通气孔等多种形式的气孔。贯通孔陶粒内存在的大量贯通于圆柱体陶粒两端的毛细孔,圆柱体侧面也存在与毛细孔相通的气孔,相邻毛细孔之间也可以存在连通孔。连通孔存在的意义是生产中所有的毛细孔不可能保证完全贯通柱体两端,形成只是较深的开口气孔;也有短的植物纤维在陶粒中形成闭口气孔,连通孔就是将这些开口气孔、闭口气孔与其它贯通气孔、开口气孔连通,也成为贯通气孔。而普通陶粒的生产时是将材料烧至半熔态,其中的结晶水气化,或者发生某种化学反应产生气体聚集,形成气孔,故其气孔多位闭口气孔。

由于本发明的贯通孔陶粒的毛细孔是由有机纤维烧尽后所得到,不同于普通陶粒是原料中产生气体而得。本发明陶粒制备时原材料易得,来源广泛,价格低廉,烧结温度很容易控制,而且烧结过程中长条状植物纤维燃烧所产生的热可以减少生产能源消耗,降低生产成本。另外,本发明的贯通孔陶粒即使因受外力破碎,内部大量气孔外漏显现,也不影响其作为鹅卵石蓄水层的使用效果。

附图说明

图1为本发明贯通孔陶粒内部气孔的结构示意图。

图中1、开口气孔,2、闭口气孔,3、贯通气孔,4、连通气孔。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明的贯通孔陶粒及其制备方法做进一步详细说明。

实施例1

一种贯通孔陶粒的生产方法,它包括以下步骤:

1)将工业粘土加适量水,调成泥状(如橡皮泥一样,有一定的强度,又可以塑成任意形状),再加入草坪草,经揉、挤、搓,使泥土充分粘接在草坪草上,形成混合陶泥料;

2)将混合陶泥料搓揉制成圆柱状料坯,预干燥后再剪切成直径30mm、高40mm的圆柱体陶泥段,即成贯通陶粒坯料;

3)将陶粒坯料静置24h,使粘土颗粒充分分散,再于120~150℃下烘烤1~2h后放入烧结炉内,缓慢升温至1200~1300℃,保温烧结15min后冷却,即成贯通孔陶粒。

所得贯通孔陶粒为纯粘土质贯通孔陶粒,由陶粒外壳和位于其内部的气孔,内部气孔结构如图1所示,位于贯通孔陶粒5内,气孔多为开口气孔1和贯通气孔3,贯通气孔3上连接有连通气孔4,还有少量闭口气孔2。

经检测,本实施例所得的贯通孔陶粒的体积密度:0.7g/cm3,耐压强度:21.2Mpa,吸水率:41.5%。

实施例2

一种贯通孔陶粒的生产方法,它包括以下步骤:

1)取工业粘土120kg,磨细至小于100目的钢渣80kg,水玻璃40kg(因钢渣量较多,粘土的粘接性不够),加适量水,调成泥状,再加入稻草杆适量,搅拌,使粉状物充分粘接在稻草上,形成混合陶泥料;

2)将混合陶泥料制成圆柱状料坯,再剪切成直径25mm、高30mm的圆柱体陶泥段,即成贯通陶粒坯料;

3)将陶粒坯料放置24h,使其中钢渣中CaO充分水化,粘土颗粒充分分散,再于120~150℃下烘烤1~2h,放入烧结炉内,缓慢升温至1050~1100℃,保温烧结20min后冷却,即成贯通孔陶粒。

所得贯通孔粘土钢渣贯通孔陶粒,由陶粒外壳和位于其内部的气孔,气孔主要为开口气孔和贯通气孔,气孔之间连接有连通气孔。

经检测,0.72g/cm3,耐压强度:13.8Mpa,吸水率:55.5%。

实施例3

一种贯通孔陶粒的生产方法,它包括以下步骤:

1)将种植泥土、粉煤灰等量混合物80kg加入适量水,加入4kg糊精调成泥状,再加入稻草适量,经揉、挤、搓,使泥土充分粘接在稻草上,形成混合陶泥料;

2)将混合陶泥料搓揉制成圆柱状料坯,再将料坯切成直径35mm、高20mm的圆柱体陶泥段,即成贯通陶粒坯料;

3)将陶粒坯困料静置24h后,在110~130℃下烘烤1~2h后,放入烧结炉内,缓慢升温至1100~1150℃,保温烧结20min后冷却,即成贯通孔陶粒。

所得泥土贯通孔陶粒由陶粒外壳和位于其内部的气孔,气孔为开口气孔或贯通气孔,贯通气孔上连接有连通气孔。

经检测,本实施例所的贯通孔陶粒的体积密度0.71g/cm3,耐压强度:28.7Mpa,吸水率:39.3%。

实施例4

一种贯通孔陶粒的生产方法,它包括以下步骤:

1)取干燥的成化塘泥50kg,,硅藻土10kg,加适量水,调成泥状(如橡皮泥一样,有一定的强度,又可以塑成任意形状),再加入草坪草,经揉、挤、搓,使泥土充分粘接在草坪草上,形成混合陶泥料;

2)将混合陶泥料搓揉制成圆柱状料坯,再将料坯切成直径40mm、高30mm的圆柱体陶泥段,即成贯通陶粒坯料;

3)将陶粒坯料静置20h,再于110~120℃下烘烤1~2h后,放入烧结炉内,缓慢升温至1100~1200℃,保温烧结15min后冷却,即成贯通孔陶粒。

所得贯通孔陶粒为塘泥贯通孔陶粒,由陶粒外壳和位于其内部的气孔,气孔为开口气孔或贯通气孔,贯通气孔上连接有连通气孔。

经检测,本实施例所的贯通孔陶粒的体积密度0.71g/cm3,耐压强度:15.9Mpa,吸水率:34.9%。

实施例5

一种贯通孔陶粒的生产方法,它包括以下步骤:

1)取塘泥140kg,粉煤灰60kg,水玻璃20kg,调成泥状,再加入经处理成长条状的竹枝条,经揉、挤、搓,使泥土充分粘接在麦秆上,形成混合陶泥料;

2)将混合陶泥料搓揉制成圆柱状料坯,再将料坯切成直径20mm、高35mm的圆柱体陶泥段,即成贯通陶粒坯料;

3)将陶粒坯料静置18h,使粘土颗粒充分分散,再于120~130℃下烘烤2~3h后,放入烧结炉内,缓慢升温至1100~1150℃,保温烧结20min后冷却,即成贯通孔陶粒。

所得贯通孔陶粒为塘泥粉煤灰贯通孔陶粒,由陶粒外壳和位于其内部的气孔,气孔主要为开口气孔和贯通气孔,贯通气孔上连接有连通气孔。

经检测,本实施例所得的贯通孔陶粒的体积密度0.68(g/cm3),耐压强度:13.7Mpa,吸水率:43.7%。

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