一种基于废旧石粉的自清洁微孔透水砖及其制备方法与流程

本发明涉及透水砖领域，具体涉及一种基于废旧石粉的自清洁微孔透水砖及其制备方法。
背景技术：
：大理石是一种应用非常广泛的建筑材料，中国福建省的泉州以及广东省的云浮为全国最大的两个石材加工集聚区，其年生产加工能力2亿多平方米，而加工过程产生的大量边角料及粉尘废渣，对于生产剩余边角料和成型材料再开发后产生的大量大理石粉废渣通常采用填埋堆放或任其流入江河、大海等方法处理，这种处理方式不仅会造成严重的土地板结和水质恶化，而且在排放堆弃过程中产生的微粒和粉尘，也会造成严重的空气污染及人体呼吸道危害。而透水砖是指其砖体孔隙率较高、雨水能透过砖体渗入地面的一类地面铺装材料。作为海绵城市建设的重要组成部分，透水砖能够有效地吸收、渗透雨水，可以有效减缓城市泄洪压力，降低雨天漫流现象，对改善局部环境和气候具有重要意义。然而目前透水砖经过长期使用，表面以及孔隙很容易落入各种污物形成堵塞而不能自动清除，削弱了透水效果，生态效果较差，并且使用中对排水设施的要求较高，如遇到雨后排水不畅的情况发生，则易产生积水问题，既不利于卫生，损害环境，又给人们出行造成障碍。自清洁透水砖是将光触媒技术应用在透水地砖中，光触媒在光的照射下，会产生类似光合作用的光催化反应，产生出氧化能力极强的自由氢氧基和活性氧，具有很强的光氧化还原功能。可氧化分解各种有机化合物和部分无机物，把有机污染物分解成无污染的水（h2o）和二氧化碳（co2），因而具有极强的防污自洁、净化空气与水的功能，从而有效解决了透水地砖的孔隙容易堵塞和对城市土壤污染的问题。自清洁透水砖在构建生态城市中对城市水环境的改善作用也是颇为显著的，由于城市中的不透水路面不能及时地将雨水渗入地下，因此，城市中常常出现雨水蓄积和漫流现象，而自清洁透水性铺装地面由于自身良好的透水性能，能有效地缓解城市排水系统的泄洪压力。目前，市面上也有很多自清洁透水砖，其中公开号cn109704726a的中国专利提供了一种自清洁瓷砖，该发明由锂基蒙脱土52~54、改性膨润土33~35、滑石粉24~26、废旧陶瓷15~17、轻钙粉10~12、纳米二氧化钛1.7~1.9、纳米负离子粉1.2~1.4、表面处理剂1.1~1.3。但该透水砖仍存在着透水率低、原料成本高、强度低、污染环境等一些问题，而考虑到目前大量大理石粉废渣污染问题也日趋严重，可以利用其量多且廉价的优势将其应用在城市建设中让其发挥更大的价值作用。因此，提供一种兼具廉价环保和废物利用的透水自净化效果的透水砖，是本领域亟待解决的一项技术问题。技术实现要素：本发明的目的在于避免现有技术中的不足之处而提供一种基于废旧石粉的自清洁透水砖。本发明的目的通过以下技术方案实现：一种基于废旧石粉的自清洁微孔透水砖，包括有基料和面料，面料包裹于基料的表面，制备所述基料的原料包括有以下重量份的组成：大理石废旧石粉30~55份，聚丙烯酸钠3~6份，固化剂5~12份，成孔剂4~12份，水8~23份；制备所述面料的原料包括有以下重量份的组成：纳米碳酸钙10~15份，成孔剂4~12份，固化剂5~12份，萜烯树脂粉13~15份，分散剂6~11份，柠檬酸8~23份，纳米级二氧化钛4~9份，乙醇12~20份；其中，乙醇为浓度大于等于95%的乙醇溶液；固化剂由26%~39%磺化丙酮的甲醛缩合物、8%~13%水玻璃、6%~12%三乙醇胺、10%~14%羟甲基纤维素、20%~30%氟硅酸钠、10%~15%硫酸钠、5%~10%聚丙烯酰胺和2%~5%木质素磺酸钙组成，前述百分含量为质量百分数；成孔剂为200oc温度以下容易挥发的化合物；分散剂由4%~22%二甲苯、10%~38%高分子梭酸聚合物、9%~26%聚醚改性聚硅氧烷和14%~42%醋酸乙酯组成，前述百分含量为质量百分数。优选的，所述的成孔剂为三甲基苯酚、环十二烷、水杨酸乙酯、萘、莰烯化合物中的一种或者多种混合物。本发明的另一目的在于避免现有技术中的不足之处而提供一种基于废旧石粉的自清洁透水砖的制备方法。本发明的另一目的通过以下技术方案实现：一种基于废旧石粉的自清洁微孔透水砖的制备方法，其特征在于，用于制备如上述的基于废旧石粉的自清洁微孔透水砖，各组分按照上述比例投放，包括有以下步骤：（1）制备砖块基料半成品：步骤1：将聚丙烯酸钠和水按照比例混合制备成聚丙烯酸钠水溶液，在废旧大理石粉和氧化锆珠的混合物中加入所述聚丙烯酸钠水溶液，搅拌混合至形成均匀的浆液；步骤2：再步骤1浆液装入球磨罐并置于球磨机中搅拌5~7h；经5~7h后补充氧化锆珠，继续搅拌4~6h。步骤3：使用重力筛分法分离获得分散均匀的大理石石粉浆料，往大理石石粉浆料加入固化剂和成孔剂并在常温下充分混合后注入到模具中，以8~15mpa的压力加压得到砖块基料半成品；（2）制备砖块面料半成品：步骤4：将纳米碳酸钙、萜烯树脂粉、柠檬酸和分散剂的混合物充分搅拌使之混和均匀；然后将所得混合料中加入固化剂和成孔剂在常温下充分混合后注入到模具中，以8~15mpa的压力加压得到砖块面料半成品；（3）制备自清洁微孔透水砖：步骤5：将纳米二氧化钛（tio2）粉末加入到乙醇中，并对其超声分散25~40min使其分散均匀获得二氧化钛分散液；将二氧化钛分散液喷涂在面料的六个板面，再将面料叠加到基料表面，自然烘干后把所得的面料和基料放置在透水砖模具中将两者压固为一整体或者砖块半成品；步骤6：将砖块半成品放入马弗炉中在300~400oc高温下反应3~5h后缓慢冷却至室温，得到自清洁透水砖。优选的，步骤2中补充氧化锆珠的量为步骤1的氧化锆珠的三分之一。优选的，步骤3和4中的加压设备为常规压砖压力机。本发明的有益效果：本发明的一种基于废旧石粉的自清洁微孔透水砖由面料和基料组成，与现有技术相比，本发明采用特定组成的分散剂，分散效果优异可使得基料和面料中的粉末颗粒凝聚而保持整个分散体系稳定均匀，制备的砖块质量及性能效果均匀，而且本发明使用的聚丙烯酸钠可有力的增强废旧石粉之间的粘合力从而形成致密光滑的产品，并且具有一定的保水功效，同时，本发明独特的固化剂配合成孔剂可使制得的透水砖块牢固耐用程度高而且透气性能优异，而在本发明中使用的萜烯树脂粉可使砖块的面料更加耐热、耐侯、耐老化性，并且具有较高的附着力和较高的硬度，从而能有效的延长砖块使用寿命。而且本发明采用柠檬酸作助洗剂，不仅可改善透水砖的性能，还可以迅速沉淀金属离子以及有效防止污染物附着在砖块上，使污垢和灰尘分散和悬浮有利于除去，从而提高透水砖的性能，是一种优良的鳌合剂，其次柠檬酸可有效杀灭体系中污染的细菌，再加上柠檬的清香气味，可以有效改善局部大气环境。与所有原料直接混合制备成砖块的现有技术相比，本发明的自清洁透水砖分成基料和面料，基料牢固耐用且透水性强，充分利用废旧石粉使之变废为宝从而显著降低了成本，并采用纳米碳酸钙、萜烯树脂粉、分散剂和柠檬酸可制得高档次的面料，最终基料和面料的有效结合获得了可处理废旧石粉、环境友好、成本低廉且外在档次高的自洁透水砖，本发明以废旧大理石石粉作为原料，来源广泛价格便宜，解决了废旧石粉的污染环境和回收利用问题，而且本发明工艺流程简单，设备投资较少，产品具有无毒无害绿色环保的特点。而本发明在面料中喷涂有二氧化钛分散液，即通过采用光触媒技术，在孔隙结构透水砖的面料中掺杂纳米级二氧化钛（tio2），在光的照射下，产生类似光合作用的光催化反应，可将覆盖在透水砖表面和孔隙处的污物分解成无污染的水和二氧化碳，因而具有极强的防污自洁功能，用此自清洁透水砖铺设的路面既保证了砖的长期良好的透水性能，降低了使用中对排水设施的要求，又净化了空气和水，同时污染物对城市土壤的污染，也改变了传统透水砖的孔隙和底部成为病菌及微生物的繁衍生息地，对改善局部环境和气候具有重要意义。附图说明利用附图对本发明做进一步说明，但附图中的内容不构成对本发明的任何限制。图1为本发明实施例1制备的纳米tio2掺杂大理石石粉自清微孔洁透水砖的示意图。图2为本发明实施例1制备的纳米tio2掺杂大理石石粉自清洁微孔透水砖的sem图。具体实施方式结合以下实施例对本发明作进一步说明。实施例1本实施例的一种基于废旧石粉的自清洁微孔透水砖包括有基料和面料，面料包裹于基料的表面，制备所述基料的原料包括有以下重量份的组成：大理石废旧石粉4500g，聚丙烯酸钠150g，固化剂250g，成孔剂200g，水400g；制备所述面料的原料包括有以下重量份的组成：纳米碳酸钙10g，成孔剂4g，固化剂5g，萜烯树脂粉13g，分散剂6g，柠檬酸8g，纳米级二氧化钛4g，乙醇12g；其中，乙醇为浓度大于等于95%的乙醇溶液；固化剂由39%磺化丙酮的甲醛缩合物、8%水玻璃、6%三乙醇胺、10%羟甲基纤维素、20%氟硅酸钠、10%硫酸钠、5%聚丙烯酰胺和2%木质素磺酸钙组成，前述百分含量为质量百分数；成孔剂为200oc温度以下容易挥发的化合物；分散剂由20%二甲苯、38%高分子梭酸聚合物、9%聚醚改性聚硅氧烷和42%醋酸乙酯组成，前述百分含量为质量百分数。本实施例的一种基于废旧石粉的自清洁透水砖的制备方法包括以下步骤：（1）制备砖块基料半成品：步骤1：首先取150g的聚丙烯酸钠溶于800g的60oc的恒温去离子水中配成聚丙烯酸钠水溶液，充分搅拌使之混合均匀；然后在2l的球磨罐中加入4.5kg废旧大理石粉和4mm直径的氧化锆珠，使废大理石粉和氧化锆珠的总体积占据球磨罐1/2的体积，最后加入聚丙烯酸钠水溶液使整个溶液占总体积的3/4，再以转速800r/min下搅拌使氧化锆珠与废旧大理石粉混合均匀，直至形成均匀的浆液；步骤2：将2l的球磨罐置于相匹配的球磨机中，在1000~3000r/min下搅拌4h；在搅拌经过一段时间后，需补充一部分（约步骤1中氧化锆珠的三分之一）氧化锆珠，补充时先使用筛网将破碎氧化锆珠筛出，然后加入与破碎的氧化锆珠等重的新氧化锆珠，继续搅拌4h。步骤3：最后使用重力筛分法将氧化锆珠从大理石粉泥浆中分离出来，得到分散均匀的大理石石粉浆料，将氧化锆珠放在一定粘度的树脂和溶剂浆料里磨30min后清洗干净以备后用；在所得浆料中加入固化剂和成孔剂并在常温下充分混合，再注入到模具中，在8mpa下加压反应1h，得到砖块基料半成品；（2）制备砖块面料半成品步骤4：之后将纳米碳酸钙10g、萜烯树脂粉13g、柠檬酸8g份和分散剂6g份的混合物充分搅拌使之混和均匀，并将所得混合料在所得浆料中加入固化剂5g和成孔剂4g并在常温下充分混合后，再注入到模具中，在8mpa下加压反应3h，得到砖块面料半成品；（3）制备自清洁微孔透水砖步骤5：将4g的纳米二氧化钛（tio2）粉末加入到12g的浓度大于等于95%乙醇（通常称作为“无水乙醇”）中，使用超声分散仪对其超声分散30min获得分散均匀的纳米二氧化钛分散液，所得溶液喷涂在面料的上下、左右、前后六个板面，再将涂好的面料叠加到基料上，自然烘干3h后把所得的面料和基料放置在透水砖模具中将两者压固为一整体；步骤6：将步骤5得到的砖块半成品放入300oc的马弗炉中反应3h，之后缓慢冷却至室温，得到自清洁微孔透水砖。其中，成孔剂是三甲基苯酚。实施例2本实施例的主要技术方案与实施例1基本相同，在本实施例中未作解释的特征，采用实施例1中的解释，在此不再进行赘述。本实施例的基于废旧石粉的自清洁透水砖的制备方法与实施例1的不同之处在于：取200g的聚丙烯酸钠溶于1l的60oc的恒温去离子水中；步骤2中将2l的球磨罐置于相相匹配的球磨机中，在2000~4000r/min下搅拌6h；在搅拌经过一段时间后，需补充一部分氧化锆珠，补充时先使用筛网将破碎氧化锆珠筛出，然后加入与破碎的氧化锆珠等重的新氧化锆珠，继续搅拌6h；步骤3和4是在12mpa下加压反应2h。将3.0g的纳米二氧化钛（tio2）粉末加入到40g的乙醇中，使用超声分散器对其超声分散40min；步骤6得到的砖块半成品放入350oc的马弗炉中反应4。成孔剂是环十二烷化合物。本实施例的成孔剂是三甲基苯酚。实施例3本实施例的主要技术方案与实施例1基本相同，在本实施例中未作解释的特征，采用实施例1中的解释，在此不再进行赘述。本实施例的基于废旧石粉的自清洁透水砖的制备方法与实施例1的不同之处在于：取250g的聚丙烯酸钠溶于1l的60oc的恒温去离子水中；步骤2中将2l的球磨罐置于相相匹配的球磨机中，在3500~5000r/min下搅拌6h；在搅拌经过一段时间后，需补充一部分氧化锆珠，补充时先使用筛网将破碎氧化锆珠筛出，然后加入与破碎的氧化锆珠等重的新氧化锆珠，继续搅拌5h；实施例1中的步骤3和4是在15mpa下加压反应1h。将3.0g的纳米二氧化钛（tio2）粉末加入到50g的乙醇中，使用超声分散器对其超声分散50min获得分散均匀的纳米二氧化钛分散液；步骤6得到的砖块半成品放入400oc的马弗炉中反应5h。实施例4本实施例的主要技术方案与实施例1基本相同，在本实施例中未作解释的特征，采用实施例1中的解释，在此不再进行赘述。与实施例1对比，本实施例制备所述基料的原料包括有以下重量份的组成：大理石废旧石粉5500g，聚丙烯酸钠600g，固化剂120g，成孔剂120g，水2300g；制备所述面料的原料包括有以下重量份的组成：纳米碳酸钙15g，固化剂13g，成孔剂12g，萜烯树脂粉15g，分散剂11g，柠檬酸23g，纳米级二氧化钛5g，乙醇20g，其中，固化剂由26%磺化丙酮的甲醛缩合物、13%水玻璃、12%三乙醇胺、10%羟甲基纤维素、20%氟硅酸钠、10%硫酸钠、5%聚丙烯酰胺和4%木质素磺酸钙组成，前述百分含量为质量百分数；分散剂由22二甲苯、38%高分子梭酸聚合物、26%聚醚改性聚硅氧烷和14%醋酸乙酯组成。成孔剂是水杨酸乙酯实施例5本实施例的主要技术方案与实施例1基本相同，在本实施例中未作解释的特征，采用实施例1中的解释，在此不再进行赘述。与实施例1对比，本实施例制备所述基料的原料包括有以下重量份的组成：大理石废旧石粉4000g，聚丙烯酸钠350g，固化剂76g，成孔剂80g，水1500g；制备所述面料的原料包括有以下重量份的组成：纳米碳酸钙12g，固化剂8，成孔剂8g，萜烯树脂粉13.5g，分散剂8g，柠檬酸16g，纳米级二氧化钛6g，乙醇180g，其中，固化剂由26%磺化丙酮的甲醛缩合物、8%水玻璃、6%三乙醇胺、14%羟甲基纤维素、20%%氟硅酸钠、15%硫酸钠、6%聚丙烯酰胺和5%木质素磺酸钙组成，前述百分含量为质量百分数；分散剂由22二甲苯、38%高分子梭酸聚合物、26%聚醚改性聚硅氧烷和14%醋酸乙酯组成。分散剂由14%二甲苯、33%高分子梭酸聚合物、18%聚醚改性聚硅氧烷和30%醋酸乙酯组成。成孔剂是萘。实施例6本实施例的主要技术方案与实施例1基本相同，在本实施例中未作解释的特征，采用实施例1中的解释，在此不再进行赘述。与实施例1对比，本实施例制备所述基料的原料包括有以下重量份的组成：其中固化剂由26%磺化丙酮的甲醛缩合物、8%水玻璃、6%三乙醇胺、10%羟甲基纤维素、20%氟硅酸钠、10%硫酸钠、10%聚丙烯酰胺和2%木质素磺酸钙组成，前述百分含量为质量百分数。成孔剂是莰烯化合物或者成孔剂是三甲基苯酚、环十二烷、水杨酸乙酯、萘和莰烯化合物中混合溶液。将实施例1-6中制得的透水砖进行性能测试，结果如表1所示。表1透水砖性能测试结果除菌率%透水系数mm/s抗压强度mpa实施例199.515.843.9实施例299.315.243.6实施例399.616.143.0实施例499.315.843.7实施例599.816.343.2实施例699.415.644.5由表1可知，本发明制得的透水砖，具有良好的透水效果，透水系数在15.2-16.1mm/s之间，同时抗压强度高，达到43mpa以上，且通过添加纳米二氧化钛，增加了透水砖的杀菌、防污、除臭、自洁能力，除菌率达99%以上，提高了透水砖的环保性，以及考虑到其生产成本较低使得本发明的自清洁微孔透水砖适宜大规模推广应用。最后应当说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案说明而非对权利要求保护范围的限制。本领域的普通技术人员参照较佳实施例应当理解，并可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，但属于本发明技术方案的实质相同和保护范围。当前第1页12