一种耐污水侵蚀轻质高强滤板的制作方法

本发明涉及水处理技术领域，更具体地，涉及一种耐污水侵蚀轻质高强滤板。

背景技术：

污水处理设备能有效处理城区的生活污水，工业废水等，避免污水及污染物直接流入水域，对改善生态环境、提升城市品位和促进经济发展具有重要意义。在水处理工艺中，过滤是保证水质的重要措施，而反冲洗是使滤池滤料恢复其洁净程度，从而使滤池得以持续运行的最关键环节，配水布气系统则是完成这一关键的核心部分。在常规的水处理工艺中，原水先经过混凝反应-沉淀工序以去除大部分的颗粒物质，再进入过滤池(水质条件好的也有直接过滤)，使滤层不致迅速阻塞；水过滤时，悬浮物和胶态物多留在滤层表面或滤层中；所以需要每工作一段时间后，采用反冲洗的方法使滤层再生，保证滤池的正常运行；反冲洗方式有水反冲和气水反冲等形式；在气水反冲时，压力空气和水不断地通过每一个滤头，冲刷滤料，将在过滤过程中截留、附着在石英砂等滤料上的杂质剥离冲洗干净；因而反冲洗质量的好坏，直接影响到滤池滤料洁净度的恢复率，也就是滤池的工作效率，从而影响自来水的水质和水厂的运行成本；其中滤板是滤池内与冲洗效果好差直接相关的重要构件。从前反冲洗工艺中滤池的滤板大多都是采用混凝土浇筑而成的滤板，传统混凝土滤板在使用过程中存在着以下缺陷：

(1)传统混凝土滤板承受过滤和反冲的双重压力，由于混凝土为脆性材料，抗反复冲击力较差，很容易出现疲劳裂纹；

(2)在污水中存在着大量的酸、碱腐蚀介质，传统混凝土滤板易腐蚀，极易影响过滤后的水质；

(3)在爆氧状态下，高氧含量加速腐蚀滤板内部结构的钢筋，缩短滤板的使用寿命；

(4)传统混凝土滤板厚度为160～200mm，自重较大，施工需要机器吊装，更换维护不方便。

针对以上现状，可以开发一种具有自重轻、力学性能好、抗反复冲击性好、耐久性能好、耐腐蚀性能好的污水处理用滤板。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明为克服上述现有技术所述的至少一种不足，提供一种自重轻、力学性能好、抗反复冲击性好、耐久性能好、耐腐蚀性能好的污水处理用耐污水侵蚀轻质高强滤板。

为了解决上述存在的技术问题，本发明采用下述技术方案：

一种耐污水侵蚀轻质高强滤板，所述滤板埋设有滤头预埋件，由抗压强度大于100兆帕、抗弯曲强度大于16兆帕的无机高性能纤维复合材料配筋预制而成，所述无机高性能纤维复合材料包括如下重量份的各组分：

粒径0.15～4.75mm的细骨料70～120份；

强度不低于32.5mpa的水泥40～80份；

平均粒径5～30μm的掺合料20～40份；

长度10～20mm的金属纤维7～20份；

高性能外加剂1.5～3份；

水胶比0.16～0.22；

二氧化硅1～3份；

憎水剂1～2份。

优选地，无机高性能纤维复合材料包括如下重量份的各组分：

粒径0.15～4.75mm的细骨料80～110份；

强度不低于32.5mpa的水泥50～70份；

平均粒径5～30μm的掺合料25～35份；

长度10～20mm的金属纤维10～17份；

高性能外加剂1.9～2.6份；

水胶比0.18～0.2；

二氧化硅1.5～2.5份；

憎水剂1.25～1.75份。

更优选地，无机高性能纤维复合材料包括如下重量份的各组分：

粒径0.15～4.75mm的细骨料95份；

强度不低于32.5mpa的水泥60份；

平均粒径5～30μm的掺合料30份；

长度10～20mm的金属纤维13.5份；

高性能外加剂2.25份；

水胶比0.19；

二氧化硅2份；

憎水剂1.5份。

优选地，所述配筋为玻纤网格布、玻纤棒、玄武岩纤维网格布、玄武岩纤维棒、碳纤维棒中的一种或多种组合，此时，配筋表面与滤板表面之间的距离大于配筋直径的1倍，配筋上贴有应变片，可随时观察滤板运行压力及运行状态，能更有效对滤板进行维护。所述配筋也可为pc钢棒、高强钢丝、热轧光圆钢筋、冷轧带肋钢筋中的一种或多种组合，此时，配筋表面与滤板表面之间的距离大于配筋直径的1.5倍或大于15mm，配筋上贴有应变片，可随时观察滤板运行压力及运行状态，能更有效对滤板进行维护。

优选地，所述细骨料为石英砂、河砂或机制砂中的一种。

优选地，所述掺合料为硅粉、矿粉、玻璃微珠、沸石粉中的一种或几种的组合。

优选地，所述金属纤维为直线型钢纤维或端钩钢纤维或波纹型钢纤维中的一种或多种组合，提高滤板的韧性及抗疲劳性能。

优选地，所述憎水剂为聚硅氧烷或有机硅，在本发明中起防水作用，提高耐冲刷防水无机涂料的防水性能。

优选地，所述二氧化硅为粒径10～1000nm的纳米二氧化硅，在本发明中起增加滤板的致密性及憎水性能，并对微裂纹有一定自修复功能。

优选地，所述滤板的长度为500-1500mm，宽度为500-1500mm，厚度为50～100mm，自重轻，施工方便。

所述滤板具有相对的模板面和浇筑面以及围绕模板面与浇筑面四周的侧面，所述滤板的侧面设为阶梯结构，相邻俩滤板拼接时所述阶梯结构共同形成开口朝向模板面的灌浆槽。本发明的滤板是一种混凝土预制件，使用时若干滤板阵列铺设于滤池中作为滤池的滤层，为使滤板铺设后能够形成表面平坦的滤层，降低铺设难度，本发明将滤板的侧面设为阶梯结构，使得两块滤板平铺相接时不同滤板相对的两侧面之间形成一用于灌注浆料的灌浆槽，灌注于灌浆槽的浆料凝固后便形成一长条状结构，对两侧滤板形成连接、在垂直方向上形成准确定位，从而降低施工难度。铺设时可以有意地在相邻两块滤板之间留下一缝隙，如此一来，灌注浆料后，灌浆槽与夹缝中都将被浆料填满，浆料凝固后便形成一横截面类似铆钉的长条状结构，使得滤板能够被稳定地固定在滤池中。

为了使相邻的两块滤板得到更为准确的定位，所述灌浆槽的横截面呈等腰梯形，等腰梯形的上底位于模板面所在平面上。等腰梯形的两腰具有斜度，灌注浆料凝固后形成于灌浆槽中的长条状结构便成为一楔紧块，对两侧的滤板构成楔紧作用；由于斜度的存在，灌注浆料的过程中倾斜的两腰对浆料形成压实作用，确保浆料的密实度，提高其成型后的连接稳定性。当相邻俩滤板之间不留缝隙时灌注浆料凝固后形成的长条状结构的横截面为梯形，当相邻俩滤板之间留有缝隙时灌注浆料凝固后形成的长条状结构的横截面为梯形头的铆钉形状。

灌浆槽高度过小不利于浆料的受力，高度太大又很难保证灌浆槽之上或之下的滤板的受力，为保证灌注后浆料形成的结构对滤板有足够强度的固定作用，所述灌浆槽的高度是滤板厚度的2/5～3/4。

所述滤板埋设有滤头预埋件，所述滤头预埋件穿透模板面与浇筑面且部分凸出于浇筑面。所述滤板中设有纵横交错设置形成若干方格的配筋，所述滤头预埋件呈矩形阵列分布，所述配筋形成的每个方格中设有一个滤头预埋件。本发明在滤板中配设配筋并使其围绕于每一滤头预埋件设置，大大提高滤板的强度。优选地，所述滤头预埋件的中部设有埋设于滤板中的凸沿，所述配筋布置于凸沿与浇筑面之间。

所述滤板中部的配筋上贴有应变片，以便随时观察滤板运行压力及运行状态，能更有效对滤板进行维护。

本发明还提供了一种应用上述耐污水侵蚀轻质高强滤板的装配结构，相邻俩上述滤板拼接时相距设置使得相对的俩侧面之间形成一铆钉状缝隙，所述缝隙与滤池的支撑结构相对，缝隙中设有使滤板与滤池的支撑结构连接的连接结构。本发明中连接结构相当于一根绳子将滤板与滤池支撑结构勒紧，提高滤板与滤池的结合强度。具体地，所述连接结构的一端穿过浇筑面所在平面与滤池的支撑结构连接，另一端穿过模板面所在平面使盖设于灌浆槽开口的压板得到固定。

所述连接结构穿过浇筑面所在平面的一端设有环/钩，所述环/钩勾住埋设于滤池的支撑结构中的钢筋；连接结构穿过模板面所在平面的一端设有螺纹，穿过压板后与螺母连接使压板得到固定。一端为环/钩的连接结构可以与滤池的支撑结构中的钢筋勾连，提高连接结构与滤池的结合强度。施工时，将连接结构设有环/钩的一端预埋于滤池中并使滤池支撑结构中钢筋穿过其环/钩，然后在连接结构两侧铺设滤板使连接结构位于两滤板之间形成的缝隙及灌浆槽中，再往缝隙和灌浆槽中灌注浆料，最后在灌浆槽开口上盖设压板使连接结构设有螺纹的一端穿过压板并通过螺母与螺纹连接使压板得到紧固。

所述连接结构可以是羊眼钉，包括羊眼圈、羊眼杯钩，优选采用羊眼圈。

本发明与现有技术相比较有如下有益效果：

1、本发明耐污水侵蚀轻质高强滤板具有自重轻、耐久性能好、抗反复冲击性好、耐腐蚀性能好、抗压强度大于100兆帕、抗弯曲强度大于16兆帕、断裂能为20000～3000j/m2等特点，断裂能是传统混凝土的100～200倍，解决传统混凝土滤板脆性大、耐腐蚀性能差的问题。

2、本发明耐污水侵蚀轻质高强滤板自重是传统混凝土滤板的1/3～1/2，施工方便，降低施工成本。

3、本发明耐污水侵蚀轻质高强滤板承载力高，具有自修复功能，由于其结构引入大量纤维，提高滤板的抗疲劳性能，提高滤板的使用寿命，降低滤板的综合使用成本。

4、本发明耐污水侵蚀轻质高强滤板可预埋压应变片，可随时观察滤板的运行状态，维护更便利。

附图说明

图1是耐污水侵蚀轻质高强滤板的俯视图。

图2是a-a剖视图。

图3是滤板拼接(不留缝隙)示意图。

图4是滤板拼接(留有缝隙)示意图。

图5是滤板装配结构示意图。

附图标记说明：滤板100，模板面101，浇筑面102，侧面103，阶梯结构110，灌浆槽111，缝隙112，滤头预埋件120，凸沿121，配筋130，滤池支撑结构200，连接结构300，环/钩310，螺纹320，压板400。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的；附图中描述位置关系的用于仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。下面以70mm厚滤板为例，结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。

实施例1

一种耐污水侵蚀轻质高强滤板，所述滤板埋设有滤头预埋件，长度为960mm、宽度为960mm、厚度为70mm，由抗压强度大于100兆帕、抗弯曲强度大于16兆帕的无机高性能纤维复合材料配筋预制而成，所述无机高性能纤维复合材料包括如下重量份的各组分：

粒径0.15～4.75mm的细骨料70份；

强度不低于32.5mpa的水泥40份；

平均粒径5～30μm的掺合料20份；

长度10～20mm的金属纤维7份；

高性能外加剂1.5份；

水胶比0.16；

二氧化硅1份；

憎水剂1份。

其中，所述配筋为玻纤网格布、玻纤棒、玄武岩纤维网格布、玄武岩纤维棒、碳纤维棒中的一种或多种组合，此时，配筋表面与滤板表面之间的距离大于配筋直径的1倍，配筋上贴有应变片，可随时观察滤板运行压力及运行状态，能更有效对滤板进行维护。所述配筋也可为pc钢棒、高强钢丝、热轧光圆钢筋、冷轧带肋钢筋中的一种或多种组合，此时，配筋表面与滤板表面之间的距离大于配筋直径的1.5倍或大于15mm，配筋上贴有应变片，可随时观察滤板运行压力及运行状态，能更有效对滤板进行维护。所述细骨料为石英砂、河砂或机制砂中的一种。所述掺合料为硅粉、矿粉、玻璃微珠、沸石粉中的一种或几种的组合。所述金属纤维为直线型钢纤维或端钩钢纤维或波纹型钢纤维中的一种或多种组合，提高滤板的韧性及抗疲劳性能。所述憎水剂为聚硅氧烷或有机硅，在本发明中起防水作用，提高耐冲刷防水无机涂料的防水性能。所述二氧化硅为粒径10～1000nm的纳米二氧化硅，在本发明中起增加滤板的致密性及憎水性能，并对微裂纹有一定自修复功能。

上述耐污水侵蚀轻质高强滤板按照以下步骤制得：

s1按照上述材料配比计算各原材料用量，将全部水泥、掺合料先预混2～4分钟；

s2将全部细骨料、金属纤维、二氧化硅和40％重量的水加入步骤s1所得干混料中搅拌1～2分钟；

s3将全部高性能外加剂、憎水剂和剩余的60％水加入到步骤s2所得预湿的混合料中，充分搅拌7～9分钟，得到无机高性能纤维复合材料拌合物；

s4将步骤s3得到的无机高性能纤维复合材料拌合物浇筑到耐污水侵蚀轻质高强滤板模具中，浇筑到厚度的1/4～1/3时，铺上配筋，继续浇筑到设计厚度，振动5～10秒，表面收平；

s5将步骤s4制得的滤板覆膜养护8～16小时脱模，然后放入80～95℃的干热养护窑中养护36～48小时，即得所述耐污水侵蚀轻质高强滤板。

实施例2

本实施例除无机高性能纤维复合材料的配方不同外，其他条件同实施例1。所述无机高性能纤维复合材料包括如下重量份的各组分：

粒径0.15～4.75mm的细骨料120份；

强度不低于32.5mpa的水泥80份；

平均粒径5～30μm的掺合料40份；

长度10～20mm的金属纤维20份；

高性能外加剂3份；

水胶比0.22；

二氧化硅3份；

憎水剂2份。

实施例3

本实施例除无机高性能纤维复合材料的配方不同外，其他条件同实施例1。所述无机高性能纤维复合材料包括如下重量份的各组分：

粒径0.15～4.75mm的细骨料80份；

强度不低于32.5mpa的水泥50份；

平均粒径5～30μm的掺合料25份；

长度10～20mm的金属纤维10份；

高性能外加剂1.9份；

水胶比0.18；

二氧化硅1.5份；

憎水剂1.25份。

实施例4

本实施例除无机高性能纤维复合材料的配方不同外，其他条件同实施例1。所述无机高性能纤维复合材料包括如下重量份的各组分：

粒径0.15～4.75mm的细骨料110份；

强度不低于32.5mpa的水泥70份；

平均粒径5～30μm的掺合料35份；

长度10～20mm的金属纤维17份；

高性能外加剂2.6份；

水胶比0.2；

二氧化硅2.5份；

憎水剂1.75份。

实施例5

本实施例除无机高性能纤维复合材料的配方不同外，其他条件同实施例1。所述无机高性能纤维复合材料包括如下重量份的各组分：

粒径0.15～4.75mm的细骨料95份；

强度不低于32.5mpa的水泥60份；

平均粒径5～30μm的掺合料30份；

长度10～20mm的金属纤维13.5份；

高性能外加剂2.25份；

水胶比0.19；

二氧化硅2份；

憎水剂1.5份。

对比例1

除了水泥25份外，其他条件同实施例1。

对比例2

除了金属纤维5份外，其他条件同实施例1。

对比例3

除了憎水剂0份外，其他条件同实施例1。

对比例4

除了二氧化硅0份外，其他条件同实施例1。

对实施例1～5、对比例1～4所制备的耐污水侵蚀轻质高强滤板制作成标准试件进行性能测试，测试结果如表1所示。

表1耐污水侵蚀轻质高强滤板性能检测结果

从表1来看，对比例水泥25份，与实施例1对比，抗压强度、抗弯强度、滤板承受设计荷载(90kn/m²)时的开裂情况、滤板初裂荷载均下降较多，憎水性下降较少；对比例2金属纤维5份，与实施例1对比，抗压强度、抗弯强度、滤板承受设计荷载(90kn/m²)时的开裂情况、滤板初裂荷载均下降较多，憎水性下降较少；对比例3憎水剂0份，与实施例1对比，抗压强度、抗弯强度、滤板承受设计荷载(90kn/m²)时的开裂情况基本无变化，板初裂荷载下降较少，憎水性下降较多；对比例4二氧化硅0份，与实施例1对比，抗压强度、抗弯强度、滤板承受设计荷载(90kn/m²)时的开裂情况基本无变化，板初裂荷载下降较少，憎水性下降较多。通过大量试验，在本发明所选取的水泥、金属纤维、憎水剂、二氧化硅为最优。

实施例6

作为实施例1～5的改进方案，本实施例对滤板的结构进行了改进，并提供一种滤板装配结构。

如图2所示，一种耐污水侵蚀轻质高强滤板100，具有相对的模板面101和浇筑面102以及围绕模板面101与浇筑面102四周的侧面103，所述滤板100的侧面103设为阶梯结构110，相邻俩滤板100拼接时所述阶梯结构110共同形成开口朝向模板面101的灌浆槽111。本实施例的滤板100是一种混凝土预制件，使用时若干滤板100阵列铺设于滤池中作为滤池的滤层，为使滤板100铺设后能够形成表面平坦的滤层，降低铺设难度，本实施例将滤板100的侧面103设为阶梯结构110，使得两块滤板100平铺相接时不同滤板100相对的两侧面103之间形成一用于灌注浆料的灌浆槽111(如图3所示)，灌注于灌浆槽111的浆料凝固后便形成一长条状结构，对两侧滤板100形成连接、在垂直方向上形成准确定位，从而降低施工难度。如图4所示，铺设时可以有意地在相邻两块滤板100之间留下一缝隙112，如此一来，灌注浆料后，灌浆槽111与夹缝中都将被浆料填满，浆料凝固后便形成一横截面类似铆钉的长条状结构，使得滤板100能够被稳定地固定在滤池中。

为了使相邻的两块滤板100得到更为准确的定位，所述灌浆槽111的横截面呈等腰梯形，等腰梯形的上底位于模板面101所在平面上。等腰梯形的两腰具有斜度，灌注浆料凝固后形成于灌浆槽111中的长条状结构便成为一楔紧块，对两侧的滤板100构成楔紧作用；由于斜度的存在，灌注浆料的过程中倾斜的两腰对浆料形成压实作用，确保浆料的密实度，提高其成型后的连接稳定性。当相邻俩滤板100之间不留缝隙时灌注浆料凝固后形成的长条状结构的横截面为梯形，当相邻俩滤板100之间留有缝隙时灌注浆料凝固后形成的长条状结构的横截面为梯形头的铆钉形状。

灌浆槽111高度过小不利于浆料的受力，高度太大又很难保证灌浆槽111之上或之下的滤板100的受力，为保证灌注后浆料形成的结构对滤板100有足够强度的固定作用，所述灌浆槽111的高度是滤板100厚度的2/5～3/4。

所述滤板100埋设有滤头预埋件120，所述滤头预埋件120穿透模板面101与浇筑面102且部分凸出于浇筑面102。如图1所示，所述滤板100中设有纵横交错设置形成若干方格的配筋130，所述滤头预埋件120呈矩形阵列分布，所述配筋130形成的每个方格中设有一个滤头预埋件120。本实施例在滤板100中配设配筋130并使其围绕于每一滤头预埋件120设置，大大提高滤板100的强度。优选地，所述滤头预埋件120的中部设有埋设于滤板100中的凸沿121，所述配筋130布置于凸沿121与浇筑面102之间。

所述滤板100中部的配筋130上贴有应变片，以便随时观察滤板100运行压力及运行状态，能更有效对滤板100进行维护。

本实施例还提供了一种应用上述耐污水侵蚀轻质高强滤板100的装配结构，如图5所示，相邻俩上述滤板100拼接时相距设置使得相对的俩侧面103之间形成一铆钉状缝隙112，所述缝隙112与滤池支撑结构200相对，缝隙112中设有使滤板100与滤池支撑结构200连接的连接结构300。本实施例中连接结构300相当于一根绳子将滤板100与滤池支撑结构200勒紧，提高滤板100与滤池的结合强度。具体地，所述连接结构300的一端穿过浇筑面102所在平面与滤池支撑结构200连接，另一端穿过模板面101所在平面使盖设于灌浆槽111开口的压板400得到固定。

所述连接结构300穿过浇筑面102所在平面的一端设有环/钩310，所述环/钩310勾住埋设于滤池支撑结构200中的钢筋；连接结构300穿过模板面101所在平面的一端设有螺纹320，穿过压板400后与螺母连接使压板400得到固定。一端为环/钩310的连接结构300可以与滤池支撑结构200中的钢筋勾连，提高连接结构300与滤池的结合强度。施工时，将连接结构300设有环/钩310的一端预埋于滤池中并使滤池支撑结构200中钢筋穿过其环/钩310，然后在连接结构300两侧铺设滤板100使连接结构300位于两滤板100之间形成的缝隙112及灌浆槽111中，再往缝隙112和灌浆槽111中灌注浆料，最后在灌浆槽111开口上盖设压板400使连接结构300设有螺纹320的一端穿过压板400并通过螺母与螺纹320连接使压板400得到紧固。

所述连接结构300可以是羊眼钉，包括羊眼圈、羊眼杯钩，优选采用羊眼圈。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。