一種大摻量高爐重礦渣復合砂基透水磚及其高效制備方法與流程

本發明涉及一種大摻量高爐重礦渣復合砂基透水磚及其全自動生產的高效制備方法。

背景技術：

圍繞海綿城市建設的新需要，透水路面磚的研究和應用正如火如荼。目前市場上的透水磚產品主要集中為水泥基透水磚、陶瓷燒結透水磚、砂基透水磚等。陶瓷透水磚生產工藝較為復雜，經壓制完成的生料磚需要在1200℃高溫條件下燒制6-12小時，耗費大量的能源，生產效率低，投資和環保投入大，產品成本高；水泥基透水磚生產成本低，但存在抗折強度不高，表觀質感不好，面層顏料容易褪色和返堿等問題，限制了其使用。同時，上述兩種磚體面層多采用10-20目大小的骨料，顆粒間孔隙較大，服役期間容易被泥沙等雜物堵塞，透水性能衰減較快且不易維護。砂基透水磚通常采用0.1mm-0.3mm特細砂為骨料，形成了極細小的孔隙結構，將日常雜物過濾在了磚體表面，易于透水磚服役期間的清理和恢復。但由于多采用樹脂等有機原料，部分需要采用微波加熱的加速固化方式，對生產設備也有特殊的要求，工藝復雜，費用較高，大規模應用受到限制。面層采用樹脂砂基、基層采用水泥基結構的復合透水磚的研制，大大降低了生產成本，解決了其他透水磚觀感粗糙和易堵塞的缺陷，具有廣闊的應用前景。

北京仁創科技集團開展砂基透水磚研究較早，其主要以沙漠中的風積沙(石英砂，主要成分sio2)為主要骨料，面層以親水性樹脂膠為粘接劑，基層以普通水泥為粘接劑，制作出砂基透水磚。其專利cn200610140628.7和cn200780039199.7中介紹了其以石英砂為骨料制備復合透水磚及其特征面層混合料的相關技術。

中國專利cn201010295615.3針對現有生產技術在制作表層為高分子材料復合透水磚時存在壓頭粘料、布料不均勻、壓實程度不均等問題，設計采用底模和上模結構倒置成型的生產工藝。底模具有多個底模型腔，各底模型腔之間以底模隔板分隔開，上模設有與底模隔板相對應的上模隔板以及與底模型腔相對應的上模型腔。該方法一定程度上解決了樹脂基復合透水磚的生產問題，但存在對周轉底模的需求數量過大，底模長期使用易變形，塑料模具重復使用率有限等問題。

中國專利cn201610116207.4公開了一種復合磚，采用一種鐵尾礦作為基本原料，制備過程中沒有考慮到環氧樹脂面層與水泥基層的濕粘接方面的問題；此外，該方法采用的是澆筑成型，利用木棒倒實，采用修刀抹面，配上配重蓋板，振動成型，靜置24小時，脫模取出試樣標準養護的生產方法。該生產方法基本是靠人力生產作業，效率太低，木棒倒實和修刀抹面受到人為的影響過大，產品質量無法保證。

此外，中國專利cn201010616641.1公開了一種砂基透水磚的制作方法，該方法制作通體砂基透水磚，原料成本很高；該技術考慮到了利用微波加速樹脂固化的技術，但對生產設備的要求和投入較高，不利于該技術的推廣應用。而且由于透水磚通體設計為砂基結構，磚體整體孔隙率較低，水體滲透通路過長，不利于雨水的快排。

中國專利cn201210325211.3公開了對生產砂基透水磚采用一種預覆膜新沙技術，并采用預覆膜新沙和面料粘接劑制作面層材料。預覆膜新沙的制作過程較為復雜，需要對原沙加熱攪拌以完成沙料的改色和裹膠過程，成本較高。后面的粘接劑采用專用的樹脂材料，原料來源較為局限。

高爐重礦渣是高爐冶煉生鐵過程中所產生的固體廢渣在空氣中慢慢冷卻或淋適量水冷卻形成較致密的塊狀硬礦渣。較大尺寸的礦渣可以經過熱熔拉絲制備礦棉；其他的經加工破碎、篩分成不同粒徑，可代替碎石作建筑材料使用。重礦渣骨料硬度高且表面比一般石材粗糙，部分顆粒還有孔洞，可以形成較大的內比表面積，用于制備透水磚具有更好的耐磨性、滲透性和力學性能。工業廢渣綜合利用，不僅可以把廢渣變成資源，創造一定的經濟效益，而且可以減少排渣占地，確保煉鐵生產的持續發展，節能環保，符合低碳經濟。

技術實現要素：

本發明針對現有技術的不足，目的在于提供一種大摻量高爐重礦渣復合砂基透水磚及其全自動生產的高效制備方法。

為實現上述發明目的，本發明采用的技術方案為：

一種大摻量高爐重礦渣復合砂基透水磚，由透水面層和透水基層組成；所述透水面層的原料按質量份數計為：重礦渣特細砂150～200份、環氧樹脂7～14份、固化劑2～4份、促硬劑0.02～0.4份、硅烷偶聯劑0.1～0.3份、色漿0.02～0.1份；所述透水基層的原料按質量份數計為：普通硅酸鹽水泥190～450份，硫鋁酸鹽水泥14～200份，重礦渣1250～1650份，減水劑0.1～0.6份，水90～160份。

上述方案中，所述透水面層的骨料為重礦渣特細砂，其細度為20～40目。

上述方案中，所述環氧樹脂為e-44型環氧樹脂或128型環氧樹脂。

上述方案中，所述固化劑為脂肪胺類固化劑t31和/或脂肪胺類固化劑531。

上述方案中，促硬劑為促硬劑dmp-30，所述硅烷偶聯劑為硅烷基偶聯劑kh550。

上述方案中，所述透水基層的骨料為重礦渣，由粒徑1mm～2mm和粒徑3mm～5mm的重礦渣按質量比為1:7～1:4的比例混合而成。

上述方案中，所述普硅水泥為42.5級或52.5級普通硅酸鹽水泥，所述硫鋁酸鹽水泥為42.5級快硬型硫鋁酸鹽水泥。

上述方案中，所述減水劑為聚羧酸鹽減水劑、氨基磺酸鹽減水劑、脂肪族減水劑和萘系減水劑中的一種或幾種。

一種大摻量高爐重礦渣復合砂基透水磚的制備方法，包括如下步驟：

(1)基料制備：按配比自動稱量水泥和重礦渣原料，經由皮帶機和喂料螺旋輸送至強制式攪拌機混合均勻，根據設定配比自動加入一定比例的拌合用水和減水劑，攪拌均勻，攪拌好的基料經由傳動皮帶進入基料喂料斗，待用；混合過程中切忌用水過量，拌合好的基料應以用手緊握成團，表面漿體不流掛為宜；

(2)面層材料制備：面層樹脂基材的混合應采用固定的砂漿攪拌機攪拌，不得與其他攪拌機混用，且每次生產前應仔細清理攪拌機內雜物，以保持面層材料的均一性；首先按比例投入環氧樹脂和固化劑，注意環境溫度低于10℃時，應先對環氧樹脂進行加溫，以保障膠液的流動性和混合的均勻性，再按配比投入重礦渣特細砂，繼續攪拌直到砂體表面均勻包裹一層樹脂漿液，攪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復運動完成基料布料，壓頭下行完成第一次初壓；

(4)橫向刮板對壓頭底板和模箱頂面基料進行清理；

(5)面料喂料斗作水平往復運動完成面料布料；

(6)向壓頭噴涂隔離劑，壓頭下行完成二次壓振，成磚；

(7)盛磚托盤下降到傳動鏈條上，水平移動到碼放位置層疊放置，待達到規定層數經由叉車堆放到養護室，進行標準養護，達到規定齡期后，人工打捆包裝。

上述方案中，所述壓頭上噴涂的隔離劑為甲基硅油、聚乙烯醇或脂肪醇聚氧乙烯醚溶液。

復合型砂基透水磚分為基層和面料層，先將混合好的透水基層原料加入到模箱中，經過加壓振搗過程壓制到一定厚度，再將混合好的透水面層物料布料于模箱上部，加壓振搗制備所述的透水磚。由于是一體化成型，水泥基基層與樹脂基面層材料在壓制過程中，接觸面是潤濕的，上下層材料間會形成一層水膜隔層，對于傳統的環氧樹脂材料，無法完成對潮濕基面的粘接或粘接不完全，進而影響層間的復合效果。同時，考慮到為了縮短磚體的硬化周期，對面層的樹脂材料添加了促硬劑組分；對基層膠凝材料采用了普硅-硫鋁的復合體系，并添加減水劑組分，從而加速了固化和硬化過程，提高了生產效率。

此外，由于所要制備的復合透水磚中透水表層樹脂砂漿的粘度較大，砂粒尺寸很小，顆粒間堆積鎖嵌力較小，當壓頭模壓透水表層時，該透水表層極易粘結于壓頭之上造成砂基面層與基層的脫落或剝離；同時，當壓頭初壓底層基料時不可避免會粘起底料，布面料時布料斗上部設計的硬毛刷會將壓頭上粘起的骨料清理到開放的料斗之中，進而混雜到面層里面，進而影響表觀質量；此外，由于樹脂材料價格很高，原有的一體化敞開式面料倉設計會帶來很大的材料浪費損失。

本發明對生產工藝方面做了改進和改善，具體包括：

(1)設計面層進料漏斗為可調式分倉結構，可根據所生產磚的尺寸需求，精細化布料，減少面層樹脂材料的用量，有效節約生產成本；

(2)增加一道清理工藝，在面層布料前對壓頭底面和模箱頂面進行清理，具體可布置一垂直于喂料斗的往復運動的帶毛刷的刮板進行清理，避免基料混入面料中，影響表觀質量；

(3)增加一道界面處理的噴涂工藝，在每次壓制面層之前，對壓頭噴涂一層隔離劑，使得在壓頭處形成一層隔膜，從而將膠液與壓頭隔離開，可有效克服壓制過程中因膠體富集粘接到壓頭而影響成型質量。

(4)設計磚體盛放托盤為“四方桌”結構，避免堆放時由于上層磚體自重的影響，導致未固化的面層材料受力垮塌。

本發明的有益效果：

(1)本發明大量應用了冶金行業的工業廢渣(利用率達到80％以上)；采用了特定的可適用于潮濕基面固化的改性環氧樹脂膠結材料，保證了一體化成型過程中環氧面層與水泥基層材料的粘接性和整體性；本發明在面層環氧樹脂中加入了適當比例的促硬劑，加速環氧樹脂固化；同時，基層膠凝材料采用硅酸鹽水泥和硫鋁酸鹽水泥的復合體系并加入一定量的減水劑，使得用水量更少，凝結硬化時間進一步縮短，縮短了復合磚整體的硬化周期，增強了力學強度，提高了生產效率；

(2)本發明有效利用了工業廢棄物等資源，有利于緩解環境污染，具有巨大的社會和經濟價值，采用改性的環氧樹脂膠以及復合膠凝體系制備的重礦渣復合砂基透水磚，具有粘接強度高，硬化時間短，耐磨，服役時間長等技術特點；同時，采用合理的制備工藝，實際實現了樹脂基透水磚的規模化生產，工藝簡單，生產效率高。

(3)本發明所制備的砂基透水磚是以冶金行業中廢棄的高爐重礦渣為骨料，硅酸鹽及硫鋁酸鹽水泥為基層膠凝材料，面層膠結材料為可滿足濕粘接要求的改性環氧樹脂；采用全自動標磚生產線，并對關鍵生產部位進行了改進和重新構造研究，經改良過的復合砂基透水磚的生產與普通水泥基透水磚能力一致，生產效率大大提高。

附圖說明

圖1為本發明所述制備方法的工藝流程圖。

圖2為可調式分倉結構圖。

圖3為噴涂隔離劑前壓頭粘面料(a)和噴涂隔離劑后不粘面料(b)效果對比圖。

具體實施方式

為了更好地理解本發明，下面結合實施例進一步闡明本發明的內容，但本發明的內容不僅僅局限于下面的實施例。

以下實施例中，大摻量高爐重礦渣復合砂基透水磚的制備方法(工藝流程如圖1所示)，具體包括如下步驟：

(1)基料制備：按配比自動稱量水泥和重礦渣原料，經由皮帶機和喂料螺旋輸送至強制式攪拌機混合均勻，根據設定配比自動加入一定比例的拌合用水和減水劑，攪拌均勻，攪拌好的基料經由傳動皮帶進入基料喂料斗，待用；混合過程中切忌用水過量，拌合好的基料應以用手緊握成團，表面漿體不流掛為宜；

(2)面層材料制備：面層樹脂基材的混合應采用固定的砂漿攪拌機攪拌，不得與其他攪拌機混用，且每次生產前應仔細清理攪拌機內雜物，以保持面層材料的均一性；首先按比例投入環氧樹脂和固化劑，注意環境溫度低于10℃時，應先對環氧樹脂進行加溫，以保障膠液的流動性和混合的均勻性，再按配比投入重礦渣特細砂，繼續攪拌直到砂體表面均勻包裹一層樹脂漿液，攪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復運動完成基料布料，壓頭下行完成第一次初壓；

(4)橫向刮板對壓頭底板和模箱頂面基料進行清理；

(5)面料喂料斗作水平往復運動完成面料布料；

(6)向壓頭噴涂隔離劑，所述隔離劑為甲基硅油、聚乙烯醇或脂肪醇聚氧乙烯醚溶液；

(7)壓頭下行完成二次壓振，成磚；

(8)盛磚托盤下降到傳動鏈條上，水平移動到碼放位置層疊放置，待達到規定層數經由叉車堆放到養護室，進行標準養護，達到規定齡期后，人工打捆包裝。

實施例1

一種大摻量重礦渣砂基透水磚，包括砂基面層和水泥基基層。砂基面層材料為20-40目重礦渣特細砂200g，128環氧樹脂10.4g，脂肪族多元胺固化劑5312.6g，偶聯劑kh5500.22g，促硬劑dmp-300.2g，紅色色漿0.1g；水泥基基層材料為1mm-2mm重礦渣200g，3-5mm重礦渣800g，p·o42.5水泥174g，sac42.5水泥44g，聚羧酸減水劑0.11g，水74g。制得面層和基層材料后按照所述生產工藝完成自動振壓成磚，制備的成品透水磚的表層厚度和基層厚度的比為0.2:1，性能參數表征結果如表1所示。

實施例2

一種大摻量重礦渣砂基透水磚，包括砂基面層和水泥基基層。砂基面層材料為20-40目重礦渣特細砂200g，128環氧樹脂13.3g，脂肪族多元胺固化劑5313.3g，偶聯劑kh5500.13g，促硬劑dmp-300.1g，紅色色漿0.1g；水泥基基層材料為1mm-2mm重礦渣200g，3mm-5mm重礦渣800g，p·o52.5水泥190g，sac42.5水泥48g，聚羧酸減水劑0.13g，水79g。制得面層和基層材料后按照所述生產工藝完成自動振壓成磚，制備的成品透水磚的表層厚度和基層厚度的比為0.2:1，性能參數表征結果如表1所示。

實施例3

一種大摻量重礦渣砂基透水磚，包括砂基面層和水泥基基層。砂基面層材料為20-40目重礦渣特細砂200g，128環氧樹脂10.4g，脂肪族多元胺固化劑5932.6g，偶聯劑kh5500.2g，促硬劑dmp-300.4g，紅色色漿0.1g；水泥基基層材料為1mm-2mm重礦渣150g，3mm-5mm重礦渣950g，p·o42.5水泥153g，sac42.5水泥65g，聚羧酸減水劑0.11g，水74g。制得面層和基層材料后按照所述生產工藝完成自動振壓成磚，制備的成品透水磚的表層厚度和基層厚度的比為0.15:1，性能參數表征結果如表1所示。

對比例：市售砂基透水磚。

表1大摻量重礦渣砂基透水磚的性能結果

表1結果顯示：與對比例相比，本發明實施例1～3制備所得大摻量重礦渣砂基透水磚的固化時間短，抗壓強度、抗拉強度高，耐磨，服役時間長。

顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的實例，而并非對實施方式的限制。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而因此所引申的顯而易見的變化或變動仍處于本發明創造的保護范圍之內。