貫通孔陶粒及其生產方法與流程

本發明屬于環境保護技術領域，具體說，屬于一種應用于海綿城市透水蓄水用的貫通孔陶粒及其生產方法。

背景技術：

海綿城市是指城市能夠像海綿一樣，在適應環境變化和應對自然災害等方面具有良好的"彈性"，下雨時吸水、蓄水、滲水、凈水，需要時將蓄存的水釋放并加以利用。海綿城市具有面對洪澇或者干旱時能靈活應對和適應各種水環境危機的韌力，體現了彈性城市應對自然災害的思想和對水環境及雨水資源可持續的綜合管理思想。

海綿城市建設應遵循生態優先等原則，將自然途徑與人工措施相結合，在確保城市排水防澇安全的前提下，將雨水的滲透、滯留、集蓄、凈化、循環使用及排水密切結合，最大限度地實現雨水在城市區域的積存、滲透和凈化，促進雨水資源的利用和生態環境保護。

目前海綿城市的典型結構自地面向下包括透水面層、透水混凝土層、鵝卵石蓄水層、灰土層、素土層，以及相關配套的蓄水池、管道、抽水泵等設施。下雨后，雨水通過兩層透水層進入鵝卵石蓄水層，多余的水再通過管道進入蓄水池，在干旱的時候將蓄水池里的水用抽水泵噴灑在需要的地方。陶粒是陶質的顆粒，外觀特征大部分呈圓形或橢圓形球體，它的表面是一層堅硬的外殼，這層外殼呈陶質或釉質，具有隔水保氣作用，并且賦予陶粒較高的強度。陶粒的內部呈細密蜂窩狀氣孔，這些氣孔都是封閉在堅硬的外殼中與外部不相通的閉口氣孔，它是由于氣體被包裹進殼內而形成的。因而陶粒外殼堅硬且質量較輕，經常用于海綿城市鵝卵石蓄水層的建設。目前的海綿城市典型結構存在的問題是：1)鵝卵石蓄水層的鵝卵石之間空隙貯存一部分水，而鵝卵石本身并不能蓄水，故整體蓄水層貯存量小；2)貯存在蓄水池中的水必須通過抽水泵再利用，增加設備投資、耗費能源。

技術實現要素：

本發明的目的是要針對現有技術的不足，提供一種貫通孔陶粒，該貫通孔陶粒用于海綿城市建設中代替鵝卵石，能更好用于貯水、排水。

為實現上述目的，本發明的貫通孔陶粒，包括陶粒外殼和位于其內部的氣孔，其特殊之處在于，所述氣孔為開口氣孔或貫通氣孔。

優選地，所述貫通氣孔上連接有連通氣孔。

進一步地，所述氣孔孔徑為0.3～3.0mm。因為如果孔徑太小，蓄水量小，孔徑太大，水容易流出而不宜儲存在陶粒內。

再進一步地，所述貫通孔陶粒的耐壓強度≥10MPa，此處耐壓強度S＝P/A，式中：S耐壓強度，單位MPa；P試樣破碎時的最大載荷，單位N；A試樣面積，單位為mm²。

還進一步地，所述貫通孔陶粒的體積密度為p＝0.6～1.0g/cm³，此處體積密度p＝m/V，式中：m為單個陶粒質量的，單位g，V為單個陶粒表觀體積，單位為cm³。

還進一步地，所述貫通孔陶粒的吸水率為30～60％，其中吸水率W＝(M₂-M₁)/M₁×100％，即將干燥的陶粒放進水中30秒取出，滴盡水珠稱重，陶粒增加重量的百分比。

由于現有普通的陶粒中的氣孔絕大部分是閉口氣孔或僅有少量的開口氣孔，沒有貫通氣孔和連通氣孔，所以具有隔水保氣作用。而本發明的貫通孔陶粒中主要氣孔是貫通氣孔和連通氣孔，少量的開口氣孔和盡量少的閉口氣孔。氣孔內由于存在大量毛細管作用，水可以很容易進入陶粒的氣孔內，并且在外加壓強低的情況下氣孔內水不容易流出。在下一般量的雨水時，貫通孔陶粒可利用其體內存在的大量氣孔貯存大量的水，減小蓄水池的容積，減少蓄水池投資；當雨量過大時，陶粒外部水壓增大，陶粒體內的氣孔也可作為水流的通道，使多余的雨水通過貫通孔和陶粒間空隙流走，加快水流速度。在干旱時，陶粒氣孔中貯存的水份受熱蒸發放出，供植被吸收。所以，采用本發明的貫通孔陶粒建筑的鵝卵石蓄水層其貯水量比傳統的鵝卵石層更大，而且能在一定范圍內不需要使用抽水泵、噴頭供水，減少灌溉次數，因而減少能源消耗。本發明的貫通孔陶粒外殼以Al₂O₃、CaO、MgO、SiO₂、Fe₂O₃以及這些成分在高溫下形成的各種化合物這些成分在高溫下形成的各種化合物，其外殼質地堅硬，能夠長期存在于空氣、水中而不會軟化、粉化，保持原始形狀。

本發明還提供一種貫通孔陶粒的生產方法，其特殊之處在于：它包括以下步驟：

1)將無機非金屬材料粉末、長條狀有機物纖維、粘結劑加水攪拌均勻成混合陶泥料；

2)將混合陶泥料制成條狀，預干燥后剪切成段，得到陶粒坯料；

3)待陶粒坯料干燥后進行高溫燒結，無機非金屬材料形成堅硬的骨架，長條狀植物纖維氧化形成氣孔；

其中所述無機非金屬材料為：工業粘土、成化淤泥、鋼渣、粉煤灰中的一種或幾種；所述粘結劑為有機粘接劑和/或無機粘接劑，所述有機粘接劑為CMC或糊精中的一種或兩種，所述無機粘接劑為水玻璃、膨潤土、硅藻土中的一種或多種。優選地，所述有機粘結劑用量為所述無機非金屬材料總重量的2～8％，所述無機粘結劑用量為所述無機非金屬材料總重量的10～22％。粘接劑主要作用是在陶粒生產中增加泥料的可塑性，強化陶粒坯料的初始強度，使其不易破碎。

再優選地，所述長條狀植物纖維為麥稈、稻桿、天然草葉以及經過處理后的樹枝、竹枝、藤蔓中的一種或幾種。在陶粒燒結過程中這些長條狀植物纖維被氧化燒盡后形成氣孔。

還進一步地，步驟3)中，高溫燒結的溫度為1000～1300℃，燒結時間為10～50min。

本發明貫通孔陶粒的生產方法，通過將工業粘土、成化淤泥、鋼渣、粉煤灰作為陶粒外殼的骨架材料，將有機長條狀植物纖維材料混合在陶泥料中，作為氣孔材料，待陶粒坯料干燥后再剪切成段狀，大量長條狀植物纖維露出坯料表面，在高溫下，將陶坯料燒結，有機物植物纖維燃燒去除形成毛細管氣孔，氣孔多為開口氣孔或貫通氣孔，開口氣孔和貫通氣孔上連接連通氣孔等多種形式的氣孔。貫通孔陶粒內存在的大量貫通于圓柱體陶粒兩端的毛細孔，圓柱體側面也存在與毛細孔相通的氣孔，相鄰毛細孔之間也可以存在連通孔。連通孔存在的意義是生產中所有的毛細孔不可能保證完全貫通柱體兩端，形成只是較深的開口氣孔；也有短的植物纖維在陶粒中形成閉口氣孔，連通孔就是將這些開口氣孔、閉口氣孔與其它貫通氣孔、開口氣孔連通，也成為貫通氣孔。而普通陶粒的生產時是將材料燒至半熔態，其中的結晶水氣化，或者發生某種化學反應產生氣體聚集，形成氣孔，故其氣孔多位閉口氣孔。

由于本發明的貫通孔陶粒的毛細孔是由有機纖維燒盡后所得到，不同于普通陶粒是原料中產生氣體而得。本發明陶粒制備時原材料易得，來源廣泛，價格低廉，燒結溫度很容易控制，而且燒結過程中長條狀植物纖維燃燒所產生的熱可以減少生產能源消耗，降低生產成本。另外，本發明的貫通孔陶粒即使因受外力破碎，內部大量氣孔外漏顯現，也不影響其作為鵝卵石蓄水層的使用效果。

附圖說明

圖1為本發明貫通孔陶粒內部氣孔的結構示意圖。

圖中1、開口氣孔，2、閉口氣孔，3、貫通氣孔，4、連通氣孔。

具體實施方式

以下結合具體實施例對本發明的貫通孔陶粒及其制備方法做進一步詳細說明。

實施例1

一種貫通孔陶粒的生產方法，它包括以下步驟：

1)將工業粘土加適量水，調成泥狀(如橡皮泥一樣，有一定的強度，又可以塑成任意形狀)，再加入草坪草，經揉、擠、搓，使泥土充分粘接在草坪草上，形成混合陶泥料；

2)將混合陶泥料搓揉制成圓柱狀料坯，預干燥后再剪切成直徑30mm、高40mm的圓柱體陶泥段，即成貫通陶粒坯料；

3)將陶粒坯料靜置24h，使粘土顆粒充分分散，再于120～150℃下烘烤1～2h后放入燒結爐內，緩慢升溫至1200～1300℃，保溫燒結15min后冷卻，即成貫通孔陶粒。

所得貫通孔陶粒為純粘土質貫通孔陶粒，由陶粒外殼和位于其內部的氣孔，內部氣孔結構如圖1所示，位于貫通孔陶粒5內，氣孔多為開口氣孔1和貫通氣孔3，貫通氣孔3上連接有連通氣孔4，還有少量閉口氣孔2。

經檢測，本實施例所得的貫通孔陶粒的體積密度：0.7g/cm3,耐壓強度：21.2Mpa，吸水率：41.5％。

實施例2

一種貫通孔陶粒的生產方法，它包括以下步驟：

1)取工業粘土120kg，磨細至小于100目的鋼渣80kg，水玻璃40kg(因鋼渣量較多，粘土的粘接性不夠)，加適量水，調成泥狀，再加入稻草桿適量，攪拌，使粉狀物充分粘接在稻草上，形成混合陶泥料；

2)將混合陶泥料制成圓柱狀料坯，再剪切成直徑25mm、高30mm的圓柱體陶泥段，即成貫通陶粒坯料；

3)將陶粒坯料放置24h，使其中鋼渣中CaO充分水化，粘土顆粒充分分散，再于120～150℃下烘烤1～2h，放入燒結爐內，緩慢升溫至1050～1100℃，保溫燒結20min后冷卻，即成貫通孔陶粒。

所得貫通孔粘土鋼渣貫通孔陶粒，由陶粒外殼和位于其內部的氣孔，氣孔主要為開口氣孔和貫通氣孔，氣孔之間連接有連通氣孔。

經檢測，0.72g/cm3，耐壓強度：13.8Mpa，吸水率：55.5％。

實施例3

一種貫通孔陶粒的生產方法，它包括以下步驟：

1)將種植泥土、粉煤灰等量混合物80kg加入適量水，加入4kg糊精調成泥狀，再加入稻草適量，經揉、擠、搓，使泥土充分粘接在稻草上，形成混合陶泥料；

2)將混合陶泥料搓揉制成圓柱狀料坯，再將料坯切成直徑35mm、高20mm的圓柱體陶泥段，即成貫通陶粒坯料；

3)將陶粒坯困料靜置24h后，在110～130℃下烘烤1～2h后，放入燒結爐內，緩慢升溫至1100～1150℃，保溫燒結20min后冷卻，即成貫通孔陶粒。

所得泥土貫通孔陶粒由陶粒外殼和位于其內部的氣孔，氣孔為開口氣孔或貫通氣孔，貫通氣孔上連接有連通氣孔。

經檢測，本實施例所的貫通孔陶粒的體積密度0.71g/cm3，耐壓強度：28.7Mpa，吸水率：39.3％。

實施例4

一種貫通孔陶粒的生產方法，它包括以下步驟：

1)取干燥的成化塘泥50kg,，硅藻土10kg，加適量水，調成泥狀(如橡皮泥一樣，有一定的強度，又可以塑成任意形狀)，再加入草坪草，經揉、擠、搓，使泥土充分粘接在草坪草上，形成混合陶泥料；

2)將混合陶泥料搓揉制成圓柱狀料坯，再將料坯切成直徑40mm、高30mm的圓柱體陶泥段，即成貫通陶粒坯料；

3)將陶粒坯料靜置20h，再于110～120℃下烘烤1～2h后，放入燒結爐內，緩慢升溫至1100～1200℃，保溫燒結15min后冷卻，即成貫通孔陶粒。

所得貫通孔陶粒為塘泥貫通孔陶粒，由陶粒外殼和位于其內部的氣孔，氣孔為開口氣孔或貫通氣孔，貫通氣孔上連接有連通氣孔。

經檢測，本實施例所的貫通孔陶粒的體積密度0.71g/cm3,耐壓強度：15.9Mpa，吸水率：34.9％。

實施例5

一種貫通孔陶粒的生產方法，它包括以下步驟：

1)取塘泥140kg，粉煤灰60kg，水玻璃20kg，調成泥狀，再加入經處理成長條狀的竹枝條，經揉、擠、搓，使泥土充分粘接在麥稈上，形成混合陶泥料；

2)將混合陶泥料搓揉制成圓柱狀料坯，再將料坯切成直徑20mm、高35mm的圓柱體陶泥段，即成貫通陶粒坯料；

3)將陶粒坯料靜置18h，使粘土顆粒充分分散，再于120～130℃下烘烤2～3h后，放入燒結爐內，緩慢升溫至1100～1150℃，保溫燒結20min后冷卻，即成貫通孔陶粒。

所得貫通孔陶粒為塘泥粉煤灰貫通孔陶粒，由陶粒外殼和位于其內部的氣孔，氣孔主要為開口氣孔和貫通氣孔，貫通氣孔上連接有連通氣孔。

經檢測，本實施例所得的貫通孔陶粒的體積密度0.68(g/cm3),耐壓強度：13.7Mpa，吸水率：43.7％。