本發(fā)明屬于透水鋪裝材料領(lǐng)域，具體為一種燒結(jié)粉煤灰膨脹珍珠巖透水磚及其制備方法。由該方法制備的燒結(jié)粉煤灰膨脹珍珠巖透水磚適用于人行道、廣場、小區(qū)道路等需要透水的鋪裝結(jié)構(gòu)和路面。
背景技術(shù)：
透水性鋪裝結(jié)構(gòu)和路面具有緩解城市內(nèi)澇，調(diào)節(jié)城市水資源和生態(tài)系統(tǒng)的功能，是“海綿城市”建設(shè)的重要組成部分。透水磚作為透水性鋪裝結(jié)構(gòu)的組成單元，其透水性來源于磚體所包含的孔隙及其形成的透水通道。透水磚的孔隙率越高，透水通道越豐富，透水性能越好。
工業(yè)固體廢棄物粉煤灰在水泥混合料、混凝土摻合料、燒結(jié)粉煤灰磚中應(yīng)用廣泛。但是對于高含碳量粉煤灰（燒失量≥15%的粉煤灰）由于含碳量高，燒失量大，無法直接應(yīng)用于水泥和混凝土。此外，高含碳量粉煤灰應(yīng)用于普通燒結(jié)粉煤灰磚，導(dǎo)致燒結(jié)時間變長，燒結(jié)困難，磚體出現(xiàn)黑心，強(qiáng)度過低等問題，這在一定程度上限制了高含碳量粉煤灰的資源化利用效率。
但是，從透水磚的生產(chǎn)角度看，高含碳量粉煤灰中所含的碳不僅能夠作為內(nèi)燃料提供一部分熱量之外，還能夠為透水磚提供豐富的孔隙結(jié)構(gòu)。碳在高溫下燃燒氧化產(chǎn)生CO2和CO，隨著這些氣體在高溫?zé)Y(jié)過程中的逸出或者被高溫?zé)Y(jié)過程中產(chǎn)生的液相所包裹，在燒結(jié)制品中形成大量的孔隙和氣泡。因此，高含碳量粉煤灰中所含的碳還是一種天然的高溫發(fā)泡劑，并且碳含量越高，燒結(jié)制品的孔隙率越高。因此，利用高含碳量粉煤灰為原料制作透水磚，可以少用或不用外加發(fā)泡劑就可使透水磚制品具有一定的吸水、保水和透水性，同時也可降低透水磚的生產(chǎn)成本。
但是，利用高含碳量粉煤灰中的碳做高溫發(fā)泡劑，由于磚坯燒結(jié)過程中產(chǎn)生的液相包裹部分氣體，導(dǎo)致這部分氣孔封閉而無法與外界連通，影響透水磚透水性能。膨脹珍珠巖是珍珠巖礦砂高溫焙燒膨脹后制成的一種玻璃質(zhì)白色顆粒狀多孔材料，在較低焙燒溫度下即發(fā)生熔融生成液相，并在其所在位置留下孔洞。因此，膨脹珍珠巖可作為透水磚的造孔劑，并通過改變其粒徑大小和級配來調(diào)整透水磚孔隙結(jié)構(gòu)，以此增加透水磚的孔隙率和通孔數(shù)量。此外，由于膨脹珍珠巖的主要化學(xué)成分為SiO2、Al2O3，所以這也增加了透水磚的燒結(jié)強(qiáng)度。
為了促進(jìn)加入透水磚中的膨脹珍珠巖在燒制過程中充分熔融并獲得最佳的造孔效果，將高含碳量粉煤灰包裹于膨脹珍珠巖表面，焙燒過程中高含碳量粉煤灰中碳的燃燒可以提供很大一部分熱量，加速膨脹珍珠巖熔化，具有助熔劑的效果。同時由于磚體中液相的增多可以進(jìn)一步提高透水磚的強(qiáng)度。
專利申請《利用城市污泥和濕排粉煤灰生產(chǎn)燒結(jié)透水磚的方法》（申請?zhí)?00810106946.0）公開了一種利用城市污泥和濕排粉煤灰生產(chǎn)燒結(jié)透水磚的方法。該專利申請采用了較多有機(jī)質(zhì)造孔劑，如稻殼、稻糠、鋸末、紙漿廢液、啤酒渣的等，在燒結(jié)過程中有機(jī)質(zhì)材料會排放大量煙氣，污染環(huán)境。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明目的是提供一種燒結(jié)粉煤灰膨脹珍珠巖透水磚及其制備方法，該方法充分利用高含碳量粉煤灰中的碳作為高溫發(fā)泡劑、膨脹珍珠巖的助熔劑和內(nèi)燃料功能，使得該透水磚具有透水性能好、強(qiáng)度高、節(jié)能環(huán)保的突出特點。
本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
一種燒結(jié)粉煤灰膨脹珍珠巖透水磚，以高含碳量粉煤灰、黏土、硅微粉、鋁礬土、膨脹珍珠巖為原料，按以下配方燒制而成：
高含碳量粉煤灰 30%~50%，
黏土 50%~70%，
硅微粉 0~5%，
鋁礬土 0~5%；
膨脹珍珠巖 50%~120%；
上述配方中，所述高含碳量粉煤灰、黏土、硅微粉、鋁礬土為質(zhì)量百分比，四種原料質(zhì)量總計為100%；
所述膨脹珍珠巖為體積百分比，即膨脹珍珠巖體積占高含碳量粉煤灰、黏土、硅微粉、鋁礬土混合料體積的百分比。
其中，所述高含碳量粉煤灰為燒失量≥15%的粉煤灰。
所述黏土還可以是高嶺土、膨潤土、頁巖、巖漿土中的一種。
所述膨脹珍珠巖的粒徑范圍5目~200目。
上述的燒結(jié)粉煤灰膨脹珍珠巖透水磚的制備方法如下：
（1）、將高含碳量粉煤灰與黏土、硅微粉、鋁礬土進(jìn)行混合，待混合均勻后加水?dāng)嚢?，水的用量為混合料總質(zhì)量的10%~20%；
（2）、將膨脹珍珠巖按相應(yīng)體積比加入到步驟（1）獲得的混合料中，并攪拌均勻；
（3）、將步驟（2）獲得的混合料陳化24h~72h，然后按規(guī)定尺寸擠壓成型，成型壓力15MPa~30MPa，獲得磚坯；
（4）、磚坯干燥，干燥溫度110℃，干燥至磚坯殘余水分≤6%；
（5）、將干燥后的磚坯入窯爐進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度1000℃~1100℃，燒結(jié)時間1h~3h，然后爐內(nèi)自然降溫至常溫。
優(yōu)選的，所述膨脹珍珠巖可以由外表包裹高含碳量粉煤灰的膨脹珍珠巖替換。
外表包裹高含碳量粉煤灰的膨脹珍珠巖的制備方法如下：
將膨脹珍珠巖噴水預(yù)濕，使膨脹珍珠巖處于飽和但不泌水的狀態(tài)，然后將高含碳量粉煤灰與預(yù)濕之后的膨脹珍珠巖進(jìn)行均勻混合，其中高含碳量碳粉煤灰的用量為預(yù)濕之前的膨脹珍珠巖質(zhì)量的1.1~1.5倍，確保膨脹珍珠巖能夠被高含碳量粉煤灰所完全包裹。
本發(fā)明燒結(jié)粉煤灰膨脹珍珠巖透水磚及其制備方法的有益之處主要表現(xiàn)在以下幾方面：
第一、不用外加高溫發(fā)泡劑，直接將高含碳量粉煤灰中所含的碳作為高溫發(fā)泡劑，充分利用燒結(jié)過程中碳燃燒、氧化產(chǎn)生的孔隙和氣泡，增加透水磚的孔隙率，提高了透水磚的吸水、保水和透水性，同時降低了透水磚的生產(chǎn)成本。
第二、膨脹珍珠巖成本低，易獲得，通過改變其粒徑大小和級配來調(diào)整透水磚孔隙結(jié)構(gòu)，可以有效增加透水磚的孔隙率和通孔數(shù)量，提高透水磚的透水性能。
第三、將高含碳量粉煤灰包裹于膨脹珍珠巖表面，焙燒過程中粉煤灰中碳的燃燒可以提供很大一部分熱量，加速膨脹珍珠巖熔化，豐富透水磚的孔結(jié)構(gòu)和透水通道，透水磚透水性能大幅提高，同時由于膨脹珍珠巖產(chǎn)生的液相進(jìn)一步提高了透水磚的強(qiáng)度。
第四、通過加入適量的硅微粉、鋁礬土，調(diào)整燒結(jié)透水磚中SiO2、Al2O3化學(xué)成分的比例，進(jìn)一步提高了透水磚的強(qiáng)度、韌性和耐磨性。
本發(fā)明設(shè)計合理，以高含碳量粉煤灰和膨脹珍珠巖為主要原材料，充分利用高含碳量粉煤灰中所含的碳作為高溫發(fā)泡劑、膨脹珍珠巖的助熔劑及燒制過程的內(nèi)燃料，通過膨脹珍珠巖粒徑的大小和級配來調(diào)整透水磚孔隙結(jié)構(gòu)，制備的透水磚透水性能好，強(qiáng)度高，環(huán)保節(jié)能，適用于人行道路、小區(qū)、廣場、停車場等的透水鋪裝結(jié)構(gòu)和路面。
具體實施方式
下面對本發(fā)明的具體實施例進(jìn)行詳細(xì)說明。
實施例1
燒結(jié)粉煤灰膨脹珍珠巖透水磚按以下配方燒制而成：
高含碳量粉煤灰 30%，
黏土 70%，
硅微粉 0%，
鋁礬土 0%，
外表包裹高含碳量粉煤灰的膨脹珍珠巖 50%；
上述配方所述高含碳量粉煤灰、黏土為質(zhì)量百分比，共計100%。
膨脹珍珠巖為體積百分比，即膨脹珍珠巖體積占高含碳量粉煤灰、黏土混合料體積的百分比。
燒結(jié)粉煤灰膨脹珍珠巖透水磚制備方法，具體步驟如下：
（1）、對粒徑為5~10目的膨脹珍珠巖進(jìn)行噴水預(yù)濕，使膨脹珍珠巖處于飽和但不泌水的狀態(tài)，然后將高含碳量粉煤灰與預(yù)濕之后的膨脹珍珠巖進(jìn)行均勻混合，其中高含碳量碳粉煤灰的用量為預(yù)濕之前的膨脹珍珠巖質(zhì)量的1.1倍，確保膨脹珍珠巖能夠被高含碳量粉煤灰所完全包裹，獲得外表包裹高含碳量粉煤灰的膨脹珍珠巖；
（2）、按照質(zhì)量百分比高含碳量粉煤灰30%，黏土70%進(jìn)行混合，待混合均勻后加水?dāng)嚢?，水的用量為混合料總質(zhì)量的10%；；
（3）、將步驟（1）獲得的外表包裹高含碳量粉煤灰的膨脹珍珠巖按體積比50%加入到步驟（2）獲得的混合料中，并攪拌均勻；
（4）、將步驟（3）獲得的混合料陳化24h，然后按規(guī)定尺寸擠壓成型，成型壓力30MPa，獲得磚坯；
（5）、將磚坯進(jìn)行干燥，干燥溫度110℃，干燥至磚坯殘余水分≤6%；
（6）、將干燥后的磚坯入窯爐進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度1000℃，燒結(jié)時間1h，然后爐內(nèi)自然降溫至常溫。
由以上配方和制備方法制得的燒結(jié)粉煤灰膨脹珍珠巖透水磚，透水系數(shù)≥1.3×10-2cm/s，劈裂抗拉強(qiáng)度≥3.0MPa，抗凍性、耐磨性和防滑性均滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。
注：本實施例中，步驟（1）可以省略，直接將粒徑為5~10目的膨脹珍珠巖加入到粉煤灰和黏土的混合料中，其它步驟參數(shù)相同，制備的燒結(jié)粉煤灰膨脹珍珠巖透水磚，透水系數(shù)≥1.0×10-2cm/s，劈裂抗拉強(qiáng)度≥3.0MPa，抗凍性、耐磨性和防滑性均滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。
實施例2
燒結(jié)粉煤灰膨脹珍珠巖透水磚按以下配方燒制而成：
高含碳量粉煤灰 50%，
黏土 50%，
硅微粉 0%，
鋁礬土 0%，
外表包裹高含碳量粉煤灰的膨脹珍珠巖 120%；
上述配方所述高含碳量粉煤灰、黏土為質(zhì)量百分比，共計100%。
膨脹珍珠巖為體積百分比，即膨脹珍珠巖體積占高含碳量粉煤灰、黏土混合料體積的百分比。
燒結(jié)粉煤灰膨脹珍珠巖透水磚制備方法，具體步驟如下：
（1）、對粒徑為150目~200目的膨脹珍珠巖進(jìn)行噴水預(yù)濕，使膨脹珍珠巖處于飽和但不泌水的狀態(tài)，然后將高含碳量粉煤灰與預(yù)濕之后的膨脹珍珠巖進(jìn)行均勻混合，其中高含碳量碳粉煤灰的用量為預(yù)濕之前的膨脹珍珠巖質(zhì)量的1.5倍，確保膨脹珍珠巖能夠被高含碳量粉煤灰所完全包裹，獲得外表包裹高含碳量粉煤灰的膨脹珍珠巖；
（2）、按照質(zhì)量百分比高含碳量粉煤灰50%，黏土50%進(jìn)行混合，待混合均勻后加水?dāng)嚢瑁挠昧繛榛旌狭峡傎|(zhì)量的20%；
（3）將步驟（1）獲得的包裹高含碳量粉煤灰的膨脹珍珠巖按體積比120%加入到步驟（2）獲得的混合料中，并攪拌均勻；
（4）、將步驟（3）獲得的混合料陳化72h，然后按規(guī)定尺寸擠壓成型，成型壓力20MPa，獲得磚坯；
（5）、將磚坯進(jìn)行干燥，干燥溫度110℃，干燥至磚坯殘余水分低于6%；
（6）、將干燥后的磚坯入窯爐進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度1050℃，燒結(jié)時間2h，然后爐內(nèi)自然降溫至常溫。
由以上配方和制備方法制得的燒結(jié)粉煤灰膨脹珍珠巖透水磚，透水系數(shù)≥1.5×10-2cm/s，劈裂抗拉強(qiáng)度≥3MPa，抗凍性、耐磨性和防滑性均滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。
實施例3
燒結(jié)粉煤灰膨脹珍珠巖透水磚按以下配方燒制而成：
高含碳量粉煤灰 30%，
黏土 60%，
硅微粉 5%，
鋁礬土 5%，
外表包裹高含碳量粉煤灰的膨脹珍珠巖 80%；
上述配方所述高含碳量粉煤灰、黏土、硅微粉、鋁礬土為質(zhì)量百分比，共計100%。
膨脹珍珠巖為體積百分比，即膨脹珍珠巖堆積體積占高含碳量粉煤灰、黏土、硅微粉、鋁礬土混合料松散堆積體積的百分比。
燒結(jié)高含碳量粉煤灰膨脹珍珠巖透水磚制備方法，具體步驟如下：
（1）、對膨脹珍珠巖粒徑體積比為，（30目~40目）：（40目~60目）：（60目~120目）：（120目~200目）=10%：15%：20%：25%：15%：15%級配的膨脹珍珠巖進(jìn)行噴水預(yù)濕，使膨脹珍珠巖處于飽和但不泌水的狀態(tài)，然后將高含碳量粉煤灰與預(yù)濕之后的膨脹珍珠巖進(jìn)行均勻混合，其中高含碳量碳粉煤灰的用量為預(yù)濕之前的膨脹珍珠巖質(zhì)量的1.4倍，確保膨脹珍珠巖能夠被高含碳量粉煤灰所完全包裹，獲得外表包裹高含碳量粉煤灰的膨脹珍珠巖；
（2）、按照質(zhì)量百分比高含碳量粉煤灰30%，黏土60%，硅微粉 5%，鋁礬土5%進(jìn)行混合，待混合均勻后加水?dāng)嚢瑁挠昧繛榛旌狭峡傎|(zhì)量的15%；
（3）、將步驟（1）獲得的包裹高含碳量粉煤灰的膨脹珍珠巖按體積比80%加入到步驟（2）獲得的混合料中，并攪拌均勻；
（4）、將步驟（3）獲得的混合料陳化36h，然后按規(guī)定尺寸擠壓成型，成型壓力15MPa，獲得磚坯；
（5）、將磚坯進(jìn)行干燥，干燥溫度110℃，干燥至磚坯殘余水分低于6%；
（6）、將干燥后的磚坯入窯爐進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度1100℃，燒結(jié)時間2h，然后爐內(nèi)自然降溫至常溫。
由以上配方和制備方法制得的燒結(jié)粉煤灰膨脹珍珠巖透水磚，透水系數(shù)≥2.5×10-2cm/s，劈裂抗拉強(qiáng)度≥3MPa，抗凍性、耐磨性和防滑性均滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。
本實施例中，通過改變膨脹珍珠巖粒徑大小和級配來調(diào)整透水磚孔隙結(jié)構(gòu)，有效增加透水磚的孔隙率和通孔數(shù)量，提高透水磚的透水性能。
實施例4
燒結(jié)粉煤灰膨脹珍珠巖透水磚按以下配方燒制而成：
高含碳量粉煤灰 35%，
黏土 60%，
硅微粉 2.5%，
鋁礬土 2.5%，
外表包裹高含碳量粉煤灰的膨脹珍珠巖 100%；
上述配方所述高含碳量粉煤灰、黏土、硅微粉、鋁礬土為質(zhì)量百分，共計100%。
膨脹珍珠巖為體積百分比，即膨脹珍珠巖堆積體積占高含碳量粉煤灰、黏土、硅微粉、鋁礬土混合料松散堆積體積的百分比。
燒結(jié)高含碳量粉煤灰膨脹珍珠巖透水磚制備方法，具體步驟如下：
（1）、對粒徑為30目~40目的膨脹珍珠巖進(jìn)行噴水預(yù)濕，使膨脹珍珠巖處于飽和但不泌水的狀態(tài)，然后將高含碳量粉煤灰與預(yù)濕之后的膨脹珍珠巖進(jìn)行均勻混合，其中高含碳量碳粉煤灰的用量為預(yù)濕之前的膨脹珍珠巖質(zhì)量的1.2倍，確保膨脹珍珠巖能夠被高含碳量粉煤灰所完全包裹，獲得外表包裹高含碳量粉煤灰的膨脹珍珠巖；
（2）、按照質(zhì)量百分比高含碳量粉煤灰35%，黏土60%，硅微粉 2.5%，鋁礬土2.5%進(jìn)行混合，待混合均勻后加水?dāng)嚢?，水的用量為混合料總質(zhì)量的16%；
（3）、將步驟（1）獲得的包裹高含碳量粉煤灰的膨脹珍珠巖按體積比100%加入到步驟（2）獲得的混合料中，并攪拌均勻；
（4）、將步驟（3）獲得的混合料陳化36h，然后按規(guī)定尺寸擠壓成型，成型壓力30MPa，獲得磚坯；
（5）、將磚坯進(jìn)行干燥，干燥溫度110℃，干燥至磚坯殘余水分低于6%；
（6）、將干燥后的磚坯入窯爐進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度1080℃，燒結(jié)時間1.5h，然后爐內(nèi)自然降溫至常溫。
由以上配方和制備方法制得的燒結(jié)粉煤灰膨脹珍珠巖透水磚，透水系數(shù)≥2.0×10-2cm/s，劈裂抗拉強(qiáng)度≥3MPa，抗凍性、耐磨性和防滑性均滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。
最后所應(yīng)說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照本發(fā)明實施例進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明的技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋權(quán)利要求保護(hù)范圍中。