用于轻型屋顶绿化的粘土陶粒及其制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种用于轻型屋顶绿化的粘土陶粒及其制作方法，粘土陶粒的原料如下：天然粘土、白云石、水、工业草酸和表面活性剂，其制作方法包括如下步骤：原料预处理：将天然粘土进行破碎，将白云石研磨成为白云石粉；将天然粘土与水混合得到粘土泥浆，静置；将粘土泥浆与工业草酸混合得到草酸混料；将草酸混料、白云石粉与表面活性剂混合得到白云石混料；高温煅烧白云石混料得到粘土陶块；将粘土陶块进行破碎并筛选分档得到粘土陶粒。该粘土陶粒容重小，抗压性能和吸水性能好，并且能够反复利用同时多孔结构不受破坏；制作方法步骤简单，可操作性强，制备成本低，无有毒有害物质添加，对环境无污染。
【专利说明】用于轻型屋顶绿化的粘土陶粒及其制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于轻型屋顶绿化的粘土陶粒及其制作方法，特别涉及一种以天 然粘土、白云石为原料的用于轻型屋顶绿化的粘土陶粒及其制作方法，属于屋顶绿化领域。
【背景技术】
[0002] 屋顶绿化作为一种不同于地面绿化的环境美化绿化形式，其环境、生态和美学效 益已经逐渐被更多的人所认可，相比地面绿化，屋顶绿化最突出的特征在于屋顶绿化属于 人工绿化，受楼顶承重能力、楼顶自然条件（包括光照、水分、风力、气温等）、养护水平以及 其它相关技术水平的制约。屋顶绿化形式繁多，传统的屋顶绿化，基本上只是将地面的绿化 模式照搬到屋顶上，仅能适应极少数承重良好的楼顶和无逆境的生长条件，限制了屋顶绿 化的普及；现代普及型的屋顶绿化，重点是研究如何克服楼顶承重能力小、植物生长环境恶 劣等条件，尽可能地降低建设、养护成本和养护难度，将屋顶绿化最大限度地普及，并朝向 轻型屋顶绿化的方向发展。与重型屋顶绿化相比，制约轻型屋顶绿化发展的两大主要问题 是合适的生长介质和适宜生长的植物，轻型屋顶绿化要求尽可能地减轻楼顶承载力，因此 对占全系统重量比重最大、对植物生长影响最大的生长介质提出了更高的要求。
[0003] 当前国内外用于屋顶绿化中植物生长介质的材料按其来源可概括分为三类，即自 然土壤、经添加调理剂的改良土壤和栽培基质。栽培基质有时也称无土栽培基质、人工土壤 或营养基质，一般是指利用天然矿物、工农业有机无机废弃物单质或混合/复合体，基本具 备了水、肥、气、热等类似于自然土壤可供植物生长的肥力特性，但大多数植物生长介质都 存在着不同的问题，如易破碎、吸水率差、经济性差等，以下为常见的屋顶绿化中使用的植 物生长介质及其材料性能：
[0004] ①园艺泥炭，屋顶绿化使用的主要有机栽培基质，其中泥炭、纤维质含量大于 80 %，饱和水条件下容重在500kg/m3左右，pH值为5. 5?6. 0,园艺泥炭在酷寒、酷暑的环 境中易分解，雨水冲淋后泥炭易流失。
[0005] ②园艺蛭石，无机矿物质，富含Mg等矿物质营养元素，主要用作添加剂，宜与酸 性有机基质混合使用，可起到肥效缓释、保水、保肥的作用，饱和水条件下容重为330? 450kg/m 3,呈中性至碱性，pH值为7. 0?9. 0,孔隙率达95%，制成的材料易破碎，不宜受重 压。
[0006] ③珍珠岩，由灰色火山岩经高温加热膨胀而成，宜用做基质辅料，饱和水条件下容 重为0. 03?0. 16kg/m3,孔隙度约为93%，珍珠岩对养分无吸收能力，重压下易破碎。
[0007] ④浮石，火山喷出岩，材料质轻、多孔，宜用于基质排水层和土壤疏松剂，饱和水条 件下颗粒容重为450kg/m 3,吸水率50?60%，保水能力较差。
[0008] ⑤煤渣，煤炭燃烧后的粒状或粉末状残渣，饱和水条件下容重为500- 1000kg/m3， 容重较大，前处理成本高。
[0009] ⑥建筑碎渣，用建筑垃圾破碎而成，主要用作基质辅料，价格便宜，取料容易，具有 较高的抗压强度，但材料本身容重较大，吸水率差。
[0010] ⑦陶粒，陶瓷破碎所得颗粒，含有一定矿物质营养元素，饱和水条件下容重为 600?1000kg/m3,价格便宜，具有较高的抗压强度，但容重较大，保水能力差。
[0011] ⑧锯木屑，木材加工废料，新鲜木屑含大量有害物质，且C/N高，用前需堆怄腐熟， 堆肥后风干容重350?500kg/m3,湿容重700?850kg/m3,使用未腐熟木屑为植物危害大。
【发明内容】
[0012] 本发明的目的在于克服现有技术的不足并提供一种用于轻型屋顶绿化的粘土陶 粒及其制作方法，该粘土陶粒结构稳定、容重小、吸水性和锁肥性强，制作方法步骤简单，可 操作性强，制作成本低。
[0013] 实现本发明目的所采用的技术方案为：
[0014] 一种用于轻型屋顶绿化的粘土陶粒，该粘土陶粒包括按重量百分比添加的如下原 料：
[0015] 天然粘土 67?71 % 白云石 1.3?1.5% 水 25?30% 工业草酸 1.3?2.1 % 表面活性剂 0.3?0.4% 。
[0016] 所述天然粘土为红土、黄土、黑土或高岭土的一种或二种以上以任意比例混合的 混合粘土。
[0017] 所述表面活性剂为K12或AES钠盐中的一种或以K12 :AES钠盐=1 :0. 5?1 :2的 质量百分比混合的混合表面活性剂。
[0018] 本发明还提供了一种用于轻型屋顶绿化的粘土陶粒的制作方法，包括如下步骤：
[0019] (1)原料预处理：选取天然粘土，将成块的天然粘土进行破碎至天然粘土粒径在 20mm以下；选取白云石，将白云石进行破碎并研磨得到白云石粉，研磨得到的白云石粉粒 径在1200目以上；
[0020] (2)将破碎后的天然粘土与水按天然粘土：水=100 :35?100 :45的重量比混合 并搅拌均匀得到粘土泥浆，将粘土泥浆搅拌后静置10?12小时；
[0021] (3)将静置后的粘土泥浆与工业草酸按粘土泥浆：工业草酸=30 :1?50 :1的重 量比进行混合并搅拌均匀得到草酸混料；
[0022] (4)将草酸混料、研磨后的白云石粉与表面活性剂按草酸混料：白云石粉：表面活 性剂=100 :2 :0. 5?120 :2 :0. 5的重量比混合，搅拌均匀后得到白云石混料；
[0023] (5)将白云石混料置于工业窑炉中，在1000?1KKTC的温度下煅烧60?90分钟， 得到粘土陶块；
[0024] (6)将粘土陶块进行破碎至粘土陶块分崩为棱角状的粘土陶粒，粘土陶粒的尺寸 为0. 1?20_，用标准筛对粘土陶粒进行筛选分档，得到不同档位的粘土陶粒。
[0025] 所述工业窑炉为隧道电阻炉、真空炉、气体保护炉、超高温管式推板炉、钨钥粉焙 烧炉、天然气陶瓷窑炉或还原炉。
[0026] 步骤（6)中根据粘土陶粒的尺寸大小进行分档，分档标准为：第一档，0. 1?1mm ; 第二档，1?3mm ;第三档，3?5mm ;第四档，5?8mm ;第五档，8?10mm ;第六档，10?15mm ; 第七档，15?20臟。
[0027] 由上述技术方案可知，本发明提供的用于轻型屋顶绿化的粘土陶粒，以经济实惠 并且来源广的天然粘土和白云石为原料，以添加的工业草酸、表面活性剂为组合发泡剂；制 作粘土陶粒时，首先对天然粘土进行破碎，同时对白云石进行研磨，研磨成为白云石粉，随 后将破碎后的天然粘土与水、工业草酸混合搅拌均匀制得草酸混料，将白云石粉、表面活性 剂与草酸混料混合成为白z?石混料，再将白z?石混料商温锻烧成为粘土陶块，最后将粘土 陶块破碎并筛选分档，得到粘土陶粒。
[0028] 同现有技术相比，本发明的有益效果为：
[0029] 本发明提供的粘土陶粒采用天然粘土作为主要原材料，天然粘土中含有植物所需 的Fe、Mg、Zn等矿物质营养元素，制得的粘土陶粒与土壤营养结构最为接近，有利于植物生 长；白云石、工业草酸、表面活性剂三者配合使用起到发泡剂的效果，增大粘土陶粒的孔隙 率，使得粘土陶粒呈多孔结构，干容重为380?570kg/m 3,吸水性和锁肥性强，单体体积吸水 率78. 4 %?91 %，堆积后体积吸水率91 %?119 %，同时可为微生物提供良好的生长环境， 有利于微生物生长形成多样化的生物系统，适合植物根系的生长；该粘土陶粒结构稳定，干 燥和饱和水浸润条件下都具有很强的抗压性，抗压强度为0. 40-0. 69MPa，在任何严苛的自 然环境下都能保持其原有结构。
[0030] 本发明提供的制作方法采用高温煅烧制备粘土陶粒，高温煅烧有效消灭粘土中的 病虫虫卵，抑制植物病虫害；对制成的粘土陶粒根据粘土陶粒的粒径尺寸进行分档，方便粘 土陶粒的包装，使用时可根据植物根系形态的不同选用不同档位的粘土陶粒，有利于植物 根系对生长介质中的水分和营养物质进行最大限度的吸收。
[0031] 本发明提供的粘土陶粒容重小，抗压性能和吸水性能好，并且能够反复利用同时 多孔结构不受破坏，该粘土陶粒可在轻型屋顶绿化中大面积使用方法；其制备方法步骤简 单，可操作性强，制备成本低，制备过程中添加的物质均为环保无毒物质，并且生产过程中 不会产生有毒有害物质，对环境无污染。
【具体实施方式】
[0032] 下面结合实施例对本发明做详细具体说明。
[0033] 实施例1 :
[0034] 原材料天然粘土采用红土，将成块红土进行破碎至红土粒径在20mm以下，将白云 石进行破碎，随后对破碎的白云石进行研磨得到粒径在1200目以上的白云石粉；将破碎后 的红土与水按红土：水=100 :40的重量比混合并搅拌均匀得到粘土泥浆，将粘土泥浆搅拌 后静置12小时，将静置后的粘土泥浆与工业草酸按粘土泥浆：工业草酸=40 :1的重量比 进行混合并搅拌均匀得到草酸混料；将草酸混料、研磨后的白云石粉与表面活性剂K12按 草酸混料：白云石粉：K12 = 110 :2 :0. 5的重量比混合，搅拌均匀后得到白云石混料。
[0035] 将白云石混料置于天然气陶瓷窑炉中，在1000°C的温度下煅烧90分钟，得到粘 土陶块；将粘土陶块进行破碎，破碎至粘土陶块分崩为棱角状的粘土陶粒，粘土陶粒的尺寸 为0. 1?20_，用标准筛进行对粘土陶粒进行筛选分档，得到不同档位的粘土陶粒，分档标 准为：第一档，1mm以下；第二档，1?3mm ;第三档，3?5mm ;第四档，5?8mm ;第五档，8? 10mm ;第六档，10?15mm ;第七档，15?20mm。
[0036] 实施例1制备的粘土陶粒的具体性能参数如下：
[0037] A、颜色为砖红色
[0038] B、气孔率为 41. 50-51. 10%，
[0039] C、体积吸水率为 80. 50-112. 8% ;
[0040] D、体积密度为 400_570kg/m3 ;
[0041] E、堆积密度为 320-550kg/m3 ;
[0042] F、饱和含水和干燥状态时的抗压强度为0. 523?0. 685MPa ;
[0043] G、具备陶瓷材料的共性；
[0044] H、物相稳定，无毒无味、无污染，并能在饱和含水状态和干燥状态无形变物理强 度；
[0045] J、化学性质等长期稳定，符合我国建筑材料的基本要求；
[0046] 实施例2 :
[0047] 原材料天然粘土采用高岭土，将成块高岭土进行破碎至高岭土粒径在20mm以下， 将白云石进行破碎，随后对破碎的白云石进行研磨得到粒径在1200目以上的白云石粉；将 破碎后的高岭土与水按高岭土：水=100 :45的重量比混合并搅拌均匀得到粘土泥浆，将粘 土泥浆搅拌后静置10小时，将静置后的粘土泥浆与工业草酸按粘土泥浆：工业草酸=30 :1 的重量比进行混合并搅拌均匀得到草酸混料；将草酸混料、研磨后的白云石粉与表面活性 剂AES钠盐按草酸混料：白云石粉：AES钠盐=100 :2 :0. 5的重量比混合，搅拌均匀后得到 白云石混料。
[0048] 将白云石混料置于超高温管式推板炉（碳管炉）中，在1KKTC的温度下煅烧70分 钟，得到粘土陶块；将粘土陶块进行破碎，破碎至粘土陶块分崩为棱角状的粘土陶粒，粘土 陶粒的尺寸为〇. 1?20_，用标准筛进行对粘土陶粒进行筛选分档，得到不同档位的粘土 陶粒，分档标准为：第一档，1mm以下；第二档，1?3mm ;第三档，3?5mm ;第四档，5?8mm ; 第五档，8?10mm ;第六档，10?15mm ;第七档，15?20mm。
[0049] 实施例2制备的粘土陶粒的具体性能参数如下：
[0050] A、颜色为白色
[0051] B、气孔率为 48. 50-62. 60%，
[0052] C、体积吸水率为 94. 50-128. 6% ;
[0053] D、体积密度为 380_450kg/m3 ;
[0054] E、堆积密度为 300-450kg/m3 ;
[0055] F、饱和含水和干燥状态时的抗压强度为0. 396?0. 575MPa ;
[0056] G、具备陶瓷材料的共性；
[0057] H、物相稳定，无毒无味、无污染，并能在饱和含水状态和干燥状态无形变物理强 度；
[0058] J、化学性质等长期稳定，符合我国建筑材料的基本要求；
[0059] 实施例3 :
[0060] 原材料天然粘土采用黄土，将成块黄土进行破碎至黄土粒径在20mm以下，将白云 石进行破碎，随后对破碎的白云石进行研磨得到粒径在1200目以上的白云石粉；将破碎后 的黄土与水按黄土：水=100 :35的重量比混合并搅拌均匀得到粘土泥浆，将粘土泥浆搅拌 后静置12小时，将静置后的粘土泥浆与工业草酸按粘土泥浆：工业草酸=45 :1的重量比 进行混合并搅拌均匀得到草酸混料；将草酸混料、研磨后的白云石粉与表面活性剂AES钠 盐按草酸混料：白云石粉：AES钠盐=120 :2 :0. 5的重量比混合，搅拌均匀后得到白云石混 料。
[0061] 将白云石混料置于推板式隧道电阻炉中，在1000°C的温度下煅烧80分钟，得到粘 土陶块；将粘土陶块进行破碎，破碎至粘土陶块分崩为棱角状的粘土陶粒，粘土陶粒的尺寸 为0. 1?20_，用标准筛进行对粘土陶粒进行筛选分档，得到不同档位的粘土陶粒，分档标 准为：第一档，1mm以下；第二档，1?3mm ;第三档，3?5mm ;第四档，5?8mm ;第五档，8? 10mm ;第六档，10?15mm ;第七档，15?20mm。
[0062] 实施例3制备的粘土陶粒的具体性能参数如下：
[0063] A、颜色为黄褐色
[0064] B、气孔率为 41. 50-52. 80%，
[0065] C、体积吸水率为 86. 50-108. 6% ;
[0066] D、体积密度为 400-500kg/m3 ;
[0067] E、堆积密度为 320_500kg/m3 ;
[0068] F、饱和含水和干燥状态时的抗压强度为0. 453?0. 635MPa ;
[0069] G、具备陶瓷材料的共性；
[0070] H、物相稳定，无毒无味、无污染，并能在饱和含水状态和干燥状态无形变物理强 度；
[0071] J、化学性质等长期稳定，符合我国建筑材料的基本要求；
[0072] 实际使用时，可根据种植植物的根系形态选择合适档位的粘土陶粒，第六档铺设 在屋顶绿化栽培基质的底层，第七档铺设在屋顶绿化栽培基质的表面，第一档、第二档、第 三档、第四档、第五档用于栽培基质的中间铺设；其中，轴根系的植物多选用第四档和第五 档的粘土陶粒作为生长介质，须根系的植物多选用第一档、第二档或第三档粘土陶粒作为 生长介质。
【权利要求】
1. 一种用于轻型屋顶绿化的粘土陶粒，其特征在于，该粘土陶粒包括按重量百分比添 加的如下原料： 天然粘土 67?71 % 白云石 1.3?1.5% 水 25?30% 工业草酸 1.3?2.1 % 表面活性剂 0.3?0.4% 。
2. 根据权利要求1所述的用于轻型屋顶绿化的粘土陶粒，其特征在于：所述天然粘土 为红土、黄土、黑土或高岭土的一种或二种以上以任意比例混合的混合粘土。
3. 根据权利要求1所述的用于轻型屋顶绿化的粘土陶粒，其特征在于：所述表面活性 剂为K12或AES钠盐中的一种或以K12 :AES钠盐=1 :0. 5?1 :2的质量百分比混合的混 合表面活性剂。
4. 一种权利要求1所述的用于轻型屋顶绿化的粘土陶粒的制作方法，其特征在于包括 如下步骤： (1) 原料预处理：选取天然粘土，将成块的天然粘土进行破碎至天然粘土粒径在20mm 以下；选取白云石，将白云石进行破碎并研磨得到白云石粉，研磨得到的白云石粉粒径在 1200目以上； (2) 将破碎后的天然粘土与水按天然粘土：水=100 :35?100 :45的重量比混合并搅 拌均匀得到粘土泥浆，将粘土泥浆搅拌后静置10?12小时； (3) 将静置后的粘土泥浆与工业草酸按粘土泥浆：工业草酸=30 :1?50 :1的重量比 进行混合并搅拌均匀得到草酸混料； (4) 将草酸混料、研磨后的白云石粉与表面活性剂按草酸混料：白云石粉：表面活性剂 =100 :2 :0. 5?120 :2 :0. 5的重量比混合，搅拌均匀后得到白云石混料； (5) 将白云石混料置于工业窑炉中，在1000?1KKTC的温度下煅烧60?90分钟，得 到粘土陶块； (6) 将粘土陶块进行破碎至粘土陶块分崩为棱角状的粘土陶粒，粘土陶粒的尺寸为 0. 1?20_，用标准筛对粘土陶粒进行筛选分档，得到不同档位的粘土陶粒。
5. 根据权利要求4所述的用于轻型屋顶绿化的粘土陶粒的制作方法，其特征在于：所 述工业窑炉为隧道电阻炉、真空炉、气体保护炉、超高温管式推板炉、钨钥粉焙烧炉、天燃气 陶瓷窑炉或还原炉。
6. 根据权利要求4所述的用于轻型屋顶绿化的粘土陶粒的制作方法，其特征在于：步 骤（6)中根据粘土陶粒的尺寸大小进行分档，分档标准为：第一档，0. 1?1mm ;第二档，1? 3mm ;第三档，3?5mm ;第四档，5?8mm ;第五档，8?10mm ;第六档，10?15mm ;第七档， 15 ?20mm〇
【文档编号】C04B33/22GK104193302SQ201410409355
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月20日 优先权日:2014年8月20日
【发明者】孙晨旭, 车军杰 申请人:武汉橄石代环境资源科技有限公司