一种大掺量高炉重矿渣复合砂基透水砖及其高效制备方法与流程

本发明涉及一种大掺量高炉重矿渣复合砂基透水砖及其全自动生产的高效制备方法。

背景技术：

围绕海绵城市建设的新需要，透水路面砖的研究和应用正如火如荼。目前市场上的透水砖产品主要集中为水泥基透水砖、陶瓷烧结透水砖、砂基透水砖等。陶瓷透水砖生产工艺较为复杂，经压制完成的生料砖需要在1200℃高温条件下烧制6-12小时，耗费大量的能源，生产效率低，投资和环保投入大，产品成本高；水泥基透水砖生产成本低，但存在抗折强度不高，表观质感不好，面层颜料容易褪色和返碱等问题，限制了其使用。同时，上述两种砖体面层多采用10-20目大小的骨料，颗粒间孔隙较大，服役期间容易被泥沙等杂物堵塞，透水性能衰减较快且不易维护。砂基透水砖通常采用0.1mm-0.3mm特细砂为骨料，形成了极细小的孔隙结构，将日常杂物过滤在了砖体表面，易于透水砖服役期间的清理和恢复。但由于多采用树脂等有机原料，部分需要采用微波加热的加速固化方式，对生产设备也有特殊的要求，工艺复杂，费用较高，大规模应用受到限制。面层采用树脂砂基、基层采用水泥基结构的复合透水砖的研制，大大降低了生产成本，解决了其他透水砖观感粗糙和易堵塞的缺陷，具有广阔的应用前景。

北京仁创科技集团开展砂基透水砖研究较早，其主要以沙漠中的风积沙(石英砂，主要成分sio2)为主要骨料，面层以亲水性树脂胶为粘接剂，基层以普通水泥为粘接剂，制作出砂基透水砖。其专利cn200610140628.7和cn200780039199.7中介绍了其以石英砂为骨料制备复合透水砖及其特征面层混合料的相关技术。

中国专利cn201010295615.3针对现有生产技术在制作表层为高分子材料复合透水砖时存在压头粘料、布料不均匀、压实程度不均等问题，设计采用底模和上模结构倒置成型的生产工艺。底模具有多个底模型腔，各底模型腔之间以底模隔板分隔开，上模设有与底模隔板相对应的上模隔板以及与底模型腔相对应的上模型腔。该方法一定程度上解决了树脂基复合透水砖的生产问题，但存在对周转底模的需求数量过大，底模长期使用易变形，塑料模具重复使用率有限等问题。

中国专利cn201610116207.4公开了一种复合砖，采用一种铁尾矿作为基本原料，制备过程中没有考虑到环氧树脂面层与水泥基层的湿粘接方面的问题；此外，该方法采用的是浇筑成型，利用木棒倒实，采用修刀抹面，配上配重盖板，振动成型，静置24小时，脱模取出试样标准养护的生产方法。该生产方法基本是靠人力生产作业，效率太低，木棒倒实和修刀抹面受到人为的影响过大，产品质量无法保证。

此外，中国专利cn201010616641.1公开了一种砂基透水砖的制作方法，该方法制作通体砂基透水砖，原料成本很高；该技术考虑到了利用微波加速树脂固化的技术，但对生产设备的要求和投入较高，不利于该技术的推广应用。而且由于透水砖通体设计为砂基结构，砖体整体孔隙率较低，水体渗透通路过长，不利于雨水的快排。

中国专利cn201210325211.3公开了对生产砂基透水砖采用一种预覆膜新沙技术，并采用预覆膜新沙和面料粘接剂制作面层材料。预覆膜新沙的制作过程较为复杂，需要对原沙加热搅拌以完成沙料的改色和裹胶过程，成本较高。后面的粘接剂采用专用的树脂材料，原料来源较为局限。

高炉重矿渣是高炉冶炼生铁过程中所产生的固体废渣在空气中慢慢冷却或淋适量水冷却形成较致密的块状硬矿渣。较大尺寸的矿渣可以经过热熔拉丝制备矿棉；其他的经加工破碎、筛分成不同粒径，可代替碎石作建筑材料使用。重矿渣骨料硬度高且表面比一般石材粗糙，部分颗粒还有孔洞，可以形成较大的内比表面积，用于制备透水砖具有更好的耐磨性、渗透性和力学性能。工业废渣综合利用，不仅可以把废渣变成资源，创造一定的经济效益，而且可以减少排渣占地，确保炼铁生产的持续发展，节能环保，符合低碳经济。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的不足，目的在于提供一种大掺量高炉重矿渣复合砂基透水砖及其全自动生产的高效制备方法。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种大掺量高炉重矿渣复合砂基透水砖，由透水面层和透水基层组成；所述透水面层的原料按质量份数计为：重矿渣特细砂150～200份、环氧树脂7～14份、固化剂2～4份、促硬剂0.02～0.4份、硅烷偶联剂0.1～0.3份、色浆0.02～0.1份；所述透水基层的原料按质量份数计为：普通硅酸盐水泥190～450份，硫铝酸盐水泥14～200份，重矿渣1250～1650份，减水剂0.1～0.6份，水90～160份。

上述方案中，所述透水面层的骨料为重矿渣特细砂，其细度为20～40目。

上述方案中，所述环氧树脂为e-44型环氧树脂或128型环氧树脂。

上述方案中，所述固化剂为脂肪胺类固化剂t31和/或脂肪胺类固化剂531。

上述方案中，促硬剂为促硬剂dmp-30，所述硅烷偶联剂为硅烷基偶联剂kh550。

上述方案中，所述透水基层的骨料为重矿渣，由粒径1mm～2mm和粒径3mm～5mm的重矿渣按质量比为1:7～1:4的比例混合而成。

上述方案中，所述普硅水泥为42.5级或52.5级普通硅酸盐水泥，所述硫铝酸盐水泥为42.5级快硬型硫铝酸盐水泥。

上述方案中，所述减水剂为聚羧酸盐减水剂、氨基磺酸盐减水剂、脂肪族减水剂和萘系减水剂中的一种或几种。

一种大掺量高炉重矿渣复合砂基透水砖的制备方法，包括如下步骤：

(1)基料制备：按配比自动称量水泥和重矿渣原料，经由皮带机和喂料螺旋输送至强制式搅拌机混合均匀，根据设定配比自动加入一定比例的拌合用水和减水剂，搅拌均匀，搅拌好的基料经由传动皮带进入基料喂料斗，待用；混合过程中切忌用水过量，拌合好的基料应以用手紧握成团，表面浆体不流挂为宜；

(2)面层材料制备：面层树脂基材的混合应采用固定的砂浆搅拌机搅拌，不得与其他搅拌机混用，且每次生产前应仔细清理搅拌机内杂物，以保持面层材料的均一性；首先按比例投入环氧树脂和固化剂，注意环境温度低于10℃时，应先对环氧树脂进行加温，以保障胶液的流动性和混合的均匀性，再按配比投入重矿渣特细砂，继续搅拌直到砂体表面均匀包裹一层树脂浆液，搅拌完成的面料投入面料喂料斗，待用；

(3)基料喂料斗作水平往复运动完成基料布料，压头下行完成第一次初压；

(4)横向刮板对压头底板和模箱顶面基料进行清理；

(5)面料喂料斗作水平往复运动完成面料布料；

(6)向压头喷涂隔离剂，压头下行完成二次压振，成砖；

(7)盛砖托盘下降到传动链条上，水平移动到码放位置层叠放置，待达到规定层数经由叉车堆放到养护室，进行标准养护，达到规定龄期后，人工打捆包装。

上述方案中，所述压头上喷涂的隔离剂为甲基硅油、聚乙烯醇或脂肪醇聚氧乙烯醚溶液。

复合型砂基透水砖分为基层和面料层，先将混合好的透水基层原料加入到模箱中，经过加压振捣过程压制到一定厚度，再将混合好的透水面层物料布料于模箱上部，加压振捣制备所述的透水砖。由于是一体化成型，水泥基基层与树脂基面层材料在压制过程中，接触面是润湿的，上下层材料间会形成一层水膜隔层，对于传统的环氧树脂材料，无法完成对潮湿基面的粘接或粘接不完全，进而影响层间的复合效果。同时，考虑到为了缩短砖体的硬化周期，对面层的树脂材料添加了促硬剂组分；对基层胶凝材料采用了普硅-硫铝的复合体系，并添加减水剂组分，从而加速了固化和硬化过程，提高了生产效率。

此外，由于所要制备的复合透水砖中透水表层树脂砂浆的粘度较大，砂粒尺寸很小，颗粒间堆积锁嵌力较小，当压头模压透水表层时，该透水表层极易粘结于压头之上造成砂基面层与基层的脱落或剥离；同时，当压头初压底层基料时不可避免会粘起底料，布面料时布料斗上部设计的硬毛刷会将压头上粘起的骨料清理到开放的料斗之中，进而混杂到面层里面，进而影响表观质量；此外，由于树脂材料价格很高，原有的一体化敞开式面料仓设计会带来很大的材料浪费损失。

本发明对生产工艺方面做了改进和改善，具体包括：

(1)设计面层进料漏斗为可调式分仓结构，可根据所生产砖的尺寸需求，精细化布料，减少面层树脂材料的用量，有效节约生产成本；

(2)增加一道清理工艺，在面层布料前对压头底面和模箱顶面进行清理，具体可布置一垂直于喂料斗的往复运动的带毛刷的刮板进行清理，避免基料混入面料中，影响表观质量；

(3)增加一道界面处理的喷涂工艺，在每次压制面层之前，对压头喷涂一层隔离剂，使得在压头处形成一层隔膜，从而将胶液与压头隔离开，可有效克服压制过程中因胶体富集粘接到压头而影响成型质量。

(4)设计砖体盛放托盘为“四方桌”结构，避免堆放时由于上层砖体自重的影响，导致未固化的面层材料受力垮塌。

本发明的有益效果：

(1)本发明大量应用了冶金行业的工业废渣(利用率达到80％以上)；采用了特定的可适用于潮湿基面固化的改性环氧树脂胶结材料，保证了一体化成型过程中环氧面层与水泥基层材料的粘接性和整体性；本发明在面层环氧树脂中加入了适当比例的促硬剂，加速环氧树脂固化；同时，基层胶凝材料采用硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥的复合体系并加入一定量的减水剂，使得用水量更少，凝结硬化时间进一步缩短，缩短了复合砖整体的硬化周期，增强了力学强度，提高了生产效率；

(2)本发明有效利用了工业废弃物等资源，有利于缓解环境污染，具有巨大的社会和经济价值，采用改性的环氧树脂胶以及复合胶凝体系制备的重矿渣复合砂基透水砖，具有粘接强度高，硬化时间短，耐磨，服役时间长等技术特点；同时，采用合理的制备工艺，实际实现了树脂基透水砖的规模化生产，工艺简单，生产效率高。

(3)本发明所制备的砂基透水砖是以冶金行业中废弃的高炉重矿渣为骨料，硅酸盐及硫铝酸盐水泥为基层胶凝材料，面层胶结材料为可满足湿粘接要求的改性环氧树脂；采用全自动标砖生产线，并对关键生产部位进行了改进和重新构造研究，经改良过的复合砂基透水砖的生产与普通水泥基透水砖能力一致，生产效率大大提高。

附图说明

图1为本发明所述制备方法的工艺流程图。

图2为可调式分仓结构图。

图3为喷涂隔离剂前压头粘面料(a)和喷涂隔离剂后不粘面料(b)效果对比图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

以下实施例中，大掺量高炉重矿渣复合砂基透水砖的制备方法(工艺流程如图1所示)，具体包括如下步骤：

(1)基料制备：按配比自动称量水泥和重矿渣原料，经由皮带机和喂料螺旋输送至强制式搅拌机混合均匀，根据设定配比自动加入一定比例的拌合用水和减水剂，搅拌均匀，搅拌好的基料经由传动皮带进入基料喂料斗，待用；混合过程中切忌用水过量，拌合好的基料应以用手紧握成团，表面浆体不流挂为宜；

(2)面层材料制备：面层树脂基材的混合应采用固定的砂浆搅拌机搅拌，不得与其他搅拌机混用，且每次生产前应仔细清理搅拌机内杂物，以保持面层材料的均一性；首先按比例投入环氧树脂和固化剂，注意环境温度低于10℃时，应先对环氧树脂进行加温，以保障胶液的流动性和混合的均匀性，再按配比投入重矿渣特细砂，继续搅拌直到砂体表面均匀包裹一层树脂浆液，搅拌完成的面料投入面料喂料斗，待用；

(3)基料喂料斗作水平往复运动完成基料布料，压头下行完成第一次初压；

(4)横向刮板对压头底板和模箱顶面基料进行清理；

(5)面料喂料斗作水平往复运动完成面料布料；

(6)向压头喷涂隔离剂，所述隔离剂为甲基硅油、聚乙烯醇或脂肪醇聚氧乙烯醚溶液；

(7)压头下行完成二次压振，成砖；

(8)盛砖托盘下降到传动链条上，水平移动到码放位置层叠放置，待达到规定层数经由叉车堆放到养护室，进行标准养护，达到规定龄期后，人工打捆包装。

实施例1

一种大掺量重矿渣砂基透水砖，包括砂基面层和水泥基基层。砂基面层材料为20-40目重矿渣特细砂200g，128环氧树脂10.4g，脂肪族多元胺固化剂5312.6g，偶联剂kh5500.22g，促硬剂dmp-300.2g，红色色浆0.1g；水泥基基层材料为1mm-2mm重矿渣200g，3-5mm重矿渣800g，p·o42.5水泥174g，sac42.5水泥44g，聚羧酸减水剂0.11g，水74g。制得面层和基层材料后按照所述生产工艺完成自动振压成砖，制备的成品透水砖的表层厚度和基层厚度的比为0.2:1，性能参数表征结果如表1所示。

实施例2

一种大掺量重矿渣砂基透水砖，包括砂基面层和水泥基基层。砂基面层材料为20-40目重矿渣特细砂200g，128环氧树脂13.3g，脂肪族多元胺固化剂5313.3g，偶联剂kh5500.13g，促硬剂dmp-300.1g，红色色浆0.1g；水泥基基层材料为1mm-2mm重矿渣200g，3mm-5mm重矿渣800g，p·o52.5水泥190g，sac42.5水泥48g，聚羧酸减水剂0.13g，水79g。制得面层和基层材料后按照所述生产工艺完成自动振压成砖，制备的成品透水砖的表层厚度和基层厚度的比为0.2:1，性能参数表征结果如表1所示。

实施例3

一种大掺量重矿渣砂基透水砖，包括砂基面层和水泥基基层。砂基面层材料为20-40目重矿渣特细砂200g，128环氧树脂10.4g，脂肪族多元胺固化剂5932.6g，偶联剂kh5500.2g，促硬剂dmp-300.4g，红色色浆0.1g；水泥基基层材料为1mm-2mm重矿渣150g，3mm-5mm重矿渣950g，p·o42.5水泥153g，sac42.5水泥65g，聚羧酸减水剂0.11g，水74g。制得面层和基层材料后按照所述生产工艺完成自动振压成砖，制备的成品透水砖的表层厚度和基层厚度的比为0.15:1，性能参数表征结果如表1所示。

对比例：市售砂基透水砖。

表1大掺量重矿渣砂基透水砖的性能结果

表1结果显示：与对比例相比，本发明实施例1～3制备所得大掺量重矿渣砂基透水砖的固化时间短，抗压强度、抗拉强度高，耐磨，服役时间长。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的实例，而并非对实施方式的限制。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。而因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。