砂粒烧结彩色透水砖及其制造方法与流程

本发明涉及砖及制造方法领域，尤其涉及一种砂粒烧结彩色透水砖及其制造方法。

背景技术：

1、透水砖按合成方式不同分为陶瓷透水砖和非陶瓷透水砖两大类。陶瓷透水砖主要是利用固体废物为主要合成原料，通过破碎、成型、高温焙烧而制成。非陶瓷透水砖以无机非金属材料为主要原料，通过粘结剂成型和固化，制备出具有透水砖性能，符合透水砖标准的建筑材料。由于其无需烧制，所以被称为非陶瓷透水砖。透水砖具有以下特性：(1)高孔隙率：透水砖具有较高的孔隙率，雨水通过其渗水路径渗入下部土壤，对于地下水资源的补充具有重要的作用；高空隙率能够保证大气与地面之间的热能和水蒸气的交换，从而有效的降低城市的热岛效应。(2)生态性：透水砖及下部土壤中丰富的微生物可以针对雨水中的有机杂质进行生物净化，可以保证渗透雨水的清洁要求，使地下动植物及微生物的生存空间得到有效保护，体现了自然生物环境可持续发展的要求，很好地体现“与环境共生”的可持续发展理念；透水砖能通过自身性能接近天然草坪和土壤地面的生态优势，减轻城市硬化地面对大自然的破坏程度，可以提高土壤的透水、透气性，改善地面植物的生长环境，调整生态平衡。

2、透水砖制备工艺按其合成方法分为烧结法和非烧结法。烧结法透水砖优点是原料为固体废弃物，生产周期较短，在高温煅烧的情况下会除去大多数有害物质，减少对环境的污染，还可以将重金属离子固化在透水砖中，防止其流入土壤和城市地下水中，其本身通过高温烧结后瓷化，具有较好的抗冻性，可以有效提高在寒冷地区的使用寿命。缺点是烧结过程中需要使用天然气或电力等能源。非烧结法透水砖使用的原料本身不能含有重金属离子等其他有害物质。因为养护型透水砖在雨水长期的冲蚀过程中，有害物质会随顺雨水流入土壤和城市地下水中，对城市和环境造成污染。主要缺点是在原料选取上有一定的局限性，而且生产的周期比较长，其本身是通过粘结剂固化在一起，由于水的热缩冷胀的原因，在北方寒冷地区抗冻性较差，使用寿命大大缩短。优点是其制备过程中能源消耗较低，生产过程基本是零能耗，从经济角度考虑对企业十分有利。

3、专利cn107032670 a解决了现有透水砖透水性差、透气性差、颜色单一的问题，包括相互连接的透水基料层和透水面料层；所述透水基料层由粗骨料63～65重量份，细骨料25～27重量份，10～12重量份的水泥，0.6～0.8重量份的早强剂，4～5重量份的水；所述透水面料层由48～52重量份的水泥、1.3～1.7重量份的早强剂，4～5重量份的水以及两种以上具有天然光泽的彩色骨料混合而成。其生产方法包括成型、养护、表面加工。该发明透水砖颜色种类多样并且不褪色老化，抗折、抗压强度高，耐磨性能优越，色彩千变万化。

4、专利cn109503069a公开了一种基于uhpc的水泥基的彩色透水砖的制备方法。这种基于uhpc的水泥基彩色透水砖是由透水基层和透水面层两部分组成，其中透水基层中由水泥15-25％，粗骨料75-85％组成，透水面层中由uhpc10-20％，细骨料80-90％组成；该发明还提供了水泥基彩色透水砖的制备方法，具体包括以下步骤：1)、分别称取透水基层和透水面层的原料，搅拌成浆料备用；2)、将搅拌好的浆料分别放到成砖机的底层布料箱和面层布料箱中；3)、成砖；4)、养护。该发明所述方法制备的基于uhpc的水泥基彩色透水砖，耐磨性好，透水性好，孔隙率高且透水基层和透水面层不易分离，寿命长。

5、透水砖作为一种有利于生态和环保的材料，它有利于地表水的渗入，提高地表的透气、透水性，具有调节城市地表温度和湿度，减轻市政排水设施负担等优点。普通透水砖(非彩色)的缺点是表面颜色灰暗，加上表面有孔洞，给人不舒适的感觉。而彩色透水砖除具备普通透水砖的优点外，还具有表面颜色鲜艳，色彩丰富，以及光洁性好等特点。彩色透水砖既满足现代人对保持生态和环保的愿望，也满足现代都市对色彩和文化气息的渴求。可以说，彩色透水砖既具有内在的韵致，又具有漂亮的外表，做到了实用性与欣赏性并重。然而，现有技术所公开的透水彩色砖，大多是采用水泥为粘结剂、普通无机颜料为着色剂，且未经烧结工艺而得到的成品，虽然具有透水的功能和彩色色彩的表层，但是随着使用过程中其结构中水泥的老化脱落，结构中的渗透通道会被脱落的水泥碎屑堵塞而透水的功能下降减少；其彩色表层的色彩也会在2-3年的烈日烤晒和雨水冲刷下日渐褪去。因此，研发一种透水功能长久良好，表层色彩持久鲜艳的彩色透水砖及其制造方法是必要的。

技术实现思路

1、有鉴于现有技术中的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题制备是一种透水功能长久良好，表层色彩持久鲜艳的彩色透水砖及其制造方法。

2、本发明的技术方案：

3、一种砂粒烧结彩色透水砖，由基层和基层之上的面层经烧结而成，所述基层由天然玄武岩砂粒、陶瓷熔剂粉料、水玻璃、仿生材料按比例混合后倒入砖模，所述面层由天然玄武岩砂粒、无机颜料、陶瓷熔剂粉料、水玻璃、仿生材料按比例混合后倒入砖模中的基层混合料之上，经轻压成型后，再经高温烧结而成。

4、一种砂粒烧结彩色透水砖的制造方法，由如下工序组成：

5、s1备料：对天然玄武岩砂粒吹风清洁去尘，或水洗清洁去尘；对陶瓷熔剂粉料进行熔化、研磨处理；

6、s2混合：将1000～1200重量份步骤s1处理后的天然玄武岩砂粒以及5～20重量份陶瓷熔剂粉料混合，再加入2～18重量份的无机颜料、1～5重量份的仿生材料，机械干搅拌3～15min，然后加入4～20重量份的水玻璃再搅拌3～15min得到面层原料；再制备基层原料；

7、s3模压成型：选用通常规格的砖模，先倒入步骤s2中得到的基层原料，然后倒入厚度1～3cm的步骤s2中得到的面层原料，再经压力600～2500kn的静压成型得到砖坯；

8、s4高温烧结：将步骤s3中得到的砖坯置入炉窑内高温烧结后自然冷却，经检验合格得到成品。

9、具体的，砂粒烧结彩色透水砖的制造方法，由如下工序组成：

10、s1备料：对天然玄武岩砂粒吹风清洁去尘，或水洗清洁去尘；按重量份称取石英18～30份、长石19～39份、无水硼砂24～30份、锆英砂5～14份、氧化锌6～12份、萤石2～5份得到混合料，在760～800℃的坩埚内熔化4～5h后，倒入冷水中淬冷得到熔块，然后按质量配比熔块100～120份、高岭4～8份、水100～120份在球磨机中研磨至细度250～300目得到陶瓷熔剂粉料；

11、s2混合：将1000～1200重量份步骤s1处理后的天然玄武岩砂粒以及5～20重量份陶瓷熔剂粉料混合，再加入2～18重量份的无机颜料、1～5份重量的仿生材料，机械干搅拌3～15min，然后加入4～20重量份的水玻璃再搅拌3～15min得到面层原料；再制备基层原料；

12、s3模压成型：选用尺寸为20×20cm规格的砖模，先倒入步骤s2中得到的基层原料，然后倒入厚度1～3cm的步骤s2中得到的面层原料，再经压力600～2500kn的静压成型得到砖坯；

13、s4高温烧结：将步骤s3中得到的砖坯置入炉窑内900～1160℃下高温烧结2～3h，自然冷却，经检验合格得到成品。

14、进一步的，所述水玻璃为na2sio3水解液。

15、进一步的，所述基层原料与面层原料制备工艺相同，区别仅在于原料中不添加无机颜料。

16、进一步的，所述仿生材料经由玻璃纤维与聚合物混合而成。

17、具体的，所述仿生材料采用如下方法制备得到：

18、s1称取玻璃纤维2～4重量份，分散于100～120重量份的水中，加入1～2重量份的3-(三甲氧基甲硅基)甲基丙烯酸丙酯进行分散改性，得到表面功能化的玻璃纤维；

19、s2将步骤s1的表面功能化的玻璃纤维进行压缩，在560～700℃下进行烧结1～2h，得到致密化的改性玻璃纤维；

20、s3称取甲基丙烯酸羟乙酯8～9重量份，高聚物聚酯聚氨酯丙烯酸酯10～12重量份，混合搅拌20～24h，得到混合物a；称取丙烯酸异冰片酯6～7重量份，丙烯酸异癸酯6～7重量份，低聚物聚酯聚氨酯丙烯酸酯10～12重量份混合得到混合物b；将混合物a，混合物b进行混合，加入0.5～1重量份偶氮二异庚腈进行引发，在50～60℃下搅拌90～120min后，加入步骤s2中的改性玻璃纤维，升温至80～90℃下搅拌120～150min，得到仿生材料。

21、当前透水砖作为能够改善城市的道路环境的重要手段之一，尽管在透水性能能满足渗透性的要求，但是强度是限制它使用范围的一个重要因素。透水砖材用于铺筑轻型交通路面、人行道、公园路面或者停车场等，道路设计时为保证足够的强度，无法选择当前低强的透水混凝土作为路面铺材，这限制其使用范围。作为路面铺设，要求透水砖具备较高的抗压强度及抗折强度，这样才能保证材料的耐磨及耐久性。

22、复合材料作为一种具有优越机械性能的材料近年来成为许多行业的首选材料，天然生物材料长期以来一直是工程材料的主要灵感来源，伴随着先进的纳米科学现代化工具的开发，对材料进行分子尺度的检测和操控变成可能，因而仿生材料的研究领域也正在迅速扩大。从生物材料上往往能够得到很大的启发，例如，珍珠贝母和骨骼通过多级结构设计从而达到优异的强度和韧性，这得益于软性基元和硬性物质的组合形成了具有宏观优异机构性能的复杂结构体。受到这种结构的启发，本发明人发现将柔性树脂和硬质玻璃结合形成的仿生材料添加到砂基透水砖中能够帮助其形成刚性和柔性交替的结构，进而形成良好的韧性骨架，达到增强、增韧的效果，这种网状结构也使得颜料的分散更佳，在经历风吹日晒的情况下不易被破坏或者氧化，从而能够减少褪色，所制备的透水砖透水性佳、耐磨性好，且耐久性强，不易发生磨损及褪色。

23、与现有技术相比，本发明的有益效果：

24、(1)透水性长久良好，由于采用了天然玄武岩砂粒、无机颜料、陶瓷熔剂粉料、水玻璃、仿生材料按比例混合，经轻压成型后，再经高温烧结而成，与现有技术相比不仅未采用易于老化脱落的水泥作粘结剂，而且经高温烧结后其结构中各砂粒间的渗水通道，即使在长久的使用过程中也不会有其他老化脱落的微粒填充，因此透水的功能长久通畅良好；

25、(2)表层色彩持久鲜艳，正由于采用了天然玄武岩砂粒、陶瓷无机颜料、陶瓷熔剂粉料、水玻璃粘结剂、仿生材料按比例混合，经轻压成型后，再经高温烧结而成，玄武岩砂粒吸附性好、膨胀系数微小的天然特性，决定了陶瓷颜料在陶瓷熔剂粉料、水玻璃粘结剂的共同作用下与玄武岩砂粒结合牢度高。与现有技术的采用水泥为粘结剂、普通无机颜料为着色剂，且未经烧结工艺而得到的成品相比，本发明的砂粒烧结彩色透水砖色彩鲜艳、亮丽持久，不会因烈日烤晒和雨水冲刷而日渐褪去；

26、(3)在面层及基层材料中都添加了仿生材料，在透水砖中形成了刚性层和柔性层交替排列的结构，这种交织结构使得材料韧性增强，因此抗折性能更佳，交替排列的结构也使得在经历磨损时能够更好地抵御破坏，耐磨性增强，而颜料包裹在这种交织结构中也不易被磨损或氧化，因而可以达到长久不褪色的效果。