一種專用於公園步道的彈性地磚及其製作方法與流程

2024-02-19 10:30:15

本發明涉及到道路施工領域的人行道地磚，具體的說是一種專用於公園步道的彈性地磚及其製作方法。

背景技術：

地磚是一種地面裝飾材料，也叫地板磚，絕大多數的地磚是用黏土燒制而成，其尺寸規格和形狀也多種多樣，具有質堅、耐壓耐磨、能防潮等優點，而有的經上釉處理後具有裝飾作用，多用於公共建築和民用建築的地面和樓面。

現實生活中，公園的草地上鋪設通行的步道時一般都採用地磚來鋪設，但是由於地磚表面十分堅硬，老人和小孩摔倒時很容易導致擦傷，而且地磚鋪設時間長之後，由於鋪設的問題，可能會有部分地磚產生翹起等問題，更加容易導致安全事故。

技術實現要素：

為解決公園中鋪設步道的地磚在人們摔倒時容易導致擦傷的問題，本發明提供了一種專用於公園步道的彈性地磚及其製作方法，該彈性地磚通過在地磚表面設置一層橡膠彈性體，從而在人們摔倒時防止擦傷，而且由於設置了橡膠彈性體，也可以提高人們行走時的舒適度；同時，可以選用合適的橡膠彈性體的顏色，從而使其與周邊環境完美搭配。

本發明為解決上述技術問題所採用的技術方案為：一種專用於公園步道的彈性地磚，在地磚的表面設置一層橡膠彈性體，所述地磚由基料、外加劑、填充劑與水混合製成泥漿後成型、燒制而成，其中，按照重量比，基料由14-16份的粉煤灰、8-10份的電石灰、34-38份的粘土和5-7份的煤矸石粉混合而成，外加劑由9-10份細度不超過30微米的碳化矽微粉、2-3份細度不超過30微米的藍晶石粉和0.8-1份的蛭石粉混合而成，填充劑由4-6份的鐵礦廢渣、3-4份的爐渣和2-3份的赤泥混合後在1650-1700℃的溫度下燒結2h後粉磨至細度不超過30微米得到。

所述外加劑中還含有1-2份細度不超過100微米的滑石粉末。

所述填充劑中還含有1-2份的白雲石粉末。

所述填充劑在製備過程中，燒結完成後以600-700℃/min的降溫速率急速冷卻後再進行粉磨。

上述專用於公園步道的彈性地磚的製作方法，首先製備填充劑粉末，然後上述比例稱取各物料進行混合併加入水製成含水率為18-20%的泥料，該泥料在陳化6-8天後製成地磚坯體，而後經烘乾、燒結和自然冷卻即得到地磚，最後在地磚的表面鋪設橡膠彈性體即得到產品，所述填充劑粉末的製備方法為：按照上述的比例稱取鐵礦廢渣、爐渣和赤泥，混合後粉磨至細度不超過300微米的細粉，然後在1650-1700℃的溫度下燒結2h後冷卻並粉磨至細度不超過30微米即得到填充劑。

所述泥料在陳化6-8天後，向其中加入泥料總重2%的地溝油，再次拌合均勻後再進行擠壓成型製成地磚坯體。

所述烘乾溫度為100-120℃。

所述燒結分為預熱段、升溫段和焙燒段三部分，其中，預熱段是指使爐內溫度從常溫在2h均勻升高到200℃，並保持該溫度1-2h，在此過程中，保持爐內氧氣含量不高於4%；

所述升溫段是指，使爐內溫度從200℃在4h均勻升高到800℃，在此過程中，保持爐內氧氣含量不低於45%；

所述焙燒段是指，使爐內溫度從800℃在2h均勻升高到1650℃，並保持該溫度3h，在此過程中，保持爐內氧氣含量不低於45%。

本發明中，在製作地磚時，為防止地磚燒結過程中出現裂紋等缺陷，在將各物料混合製成泥料陳化後，可以向其中加入基料總重8%的水泥進行拌合，拌合均勻後再進行烘乾、燒結和冷卻，從而最終得到地磚。

本發明中，所述橡膠彈性體可以由以下材質製成：按照重量比，所述橡膠彈性體由26～28份的丁腈橡膠、10～12份的聚酯纖維、3～4份的硫化劑、3～4份的改性空心玻璃微珠、2～3份的二氧化矽微粉、0.8～1份的改性四鈦酸鉀晶須和4～6份的補強劑在60～80℃條件下混煉而成，所述補強劑由8～10份海泡石絨、1～2份的改性納米二氧化鈦、10～12份正矽酸乙酯製成；所述改性空心玻璃微球和改性四鈦酸鉀晶須分別是將市售的空心玻璃微球和市售的四鈦酸鉀晶須與其重量3-5%的表面改性劑混合後靜置1-2h後過濾晾乾得到，所用表面改性劑由KH550、乙醇、丙酮和氫氧化鋇按照重量比3-4:80:2-3:1-2的比例混合而成；

其中補強劑的製備方法為：按照重量比，取10～12份正矽酸乙酯與去離子水按照1:8-10的比例混合，再向其中依次加入正矽酸乙酯重量10%的冰醋酸、正矽酸乙酯重量5%的碳粉、8～10份海泡石絨和1～2份的改性納米二氧化鈦混合均勻進行反應，反應過程中，每隔20min向反應體系內施加頻率350-370kHz的超聲波1min，待反應結束後對反應體系進行超濾得到固體粉末，最後將固體粉末在有氧條件下充分灼燒除去碳粉即得到補強劑；所述改性納米二氧化鈦是市售的納米二氧化鈦與其重量3-5%的表面改性劑混合得到，該表面改性劑由氫氧化鋇、碳酸鈉和KH550按照重量比3-4:1-2:30的比例混合而成。

上述特殊成分的橡膠彈性體中，含有改性空心玻璃微珠，一方面能夠均勻分散在丁腈橡膠和聚酯纖維形成的基體中，另一方面是改性過程中使空心玻璃微珠表面接枝大量的矽羥基，這些基團通過化學反應將空心玻璃微珠與基體連接起來，保證二者具有良好的界面結合力，材料在受到外力時，空心玻璃微珠粒子在材料中受到應力發生形變、破壞等，從而吸收衝擊能量，提高衝擊性能，同時還可以引發銀紋，終止裂縫擴展，在一定形態結構下引發基體的剪切屈服，從而消耗大量的衝擊能量，又能較好地傳遞所承受的外力，提高橡膠彈性體的壓縮強度、彎曲強度、衝擊強度；含有的海泡石絨也具有微孔結構，具有很大的比表面積，分散到橡膠彈性體中也能吸收震動和衝擊；

利用氫氧化鋇和碳酸鈉混合作為催化劑讓納米級的 SiO2粒子的表面能夠受到羥基的作用，從而含有一定數量的含氧官能團，增加了納米級SiO2粒子的有關表面相容性，在納米級SiO2粒子作為填充料與其餘原料充分混合時，因為SiO2顆粒很小，且比表面積大，細微化的結構使得其餘物料與其的接觸面積增大，使SiO2粒子可以在物料中均勻分散，從而便於SiO2與其餘物質在高溫下發生化學鍵合或者物理結合。此外，均勻分散的納米級SiO2相當於「錨點」，其能夠使高溫環境下生成的強化基體與其結合，在受到外力衝擊作用下，能夠產生 「應力集中」的效應，使得其周圍的一些基體「屈服」並吸收較多的變形功，此外也能夠產生 「釘扎-攀越」效應，增大裂紋在擴展時所受到的阻力，消耗變形功，從而使其韌性增加。

本發明以粉煤灰、電石灰、粘土和煤矸石粉來作為燒制地磚的基料，不僅解決了粉煤灰、電石灰和煤矸石等廢棄物的再利用，而且也提高了燒制後地磚的強度（含有的氧化鋁、氧化矽等與氧化鈣在地磚燒結時的高溫環境中形成陶瓷顆粒增強體結構），通過加入由碳化矽作為外加劑，可以使得燒成的地磚表面含有一些開放型氣孔（或稱開口氣孔），這些氣孔能夠保證地磚與橡膠彈性體結合的緊密性，而且也不會影響地磚的強度；碳化矽在高溫氧化氣氛中容易發生氧化反應：SiC+2O2→CO2+SiO2，該反應開始溫度較高，1000℃開始明顯氧化，顆粒越細，則氧化速度越快，反應產物CO2的逸出容易造成坯體表面形成開口氣孔，而反應產物SiO2具有較高活性，與氧化鋁反應生成莫來石，從而在地磚內形成莫來石增強體；同時，高溫下外加劑中的藍晶石細粉分解，既可確保生成較多的莫來石相，保證製品的力學強度，藍晶石從1100℃左右開始分解、生成莫來石和SiO2，1300℃以後顯著分解轉化，由於該莫來石化反應伴隨有16-18%的體積膨脹，因此還可填充由於碳化矽氧化產生的孔隙，使單個孔隙變小，整體孔隙率降低，並且會改變地磚內孔隙的形狀和分布；由於地磚中含有大量的微孔，也能夠吸收並削弱震動的傳遞；

有益效果：本發明與現有技術相比，具有以下優點：

1）本發明通過在地磚的表面預先設置一層橡膠彈性體，不僅在人們摔倒時防止擦傷，而且由於設置了橡膠彈性體，可以提高人們行走時的舒適度，同時，由於預先設置橡膠彈性體，使得地磚鋪設好之後直接在人行道地面上形成一層橡膠彈性體，與現有的先整理地面、然後在地面上鋪塑膠材料或橡膠材料的方法相比，大幅度提高了鋪設的效率，節省了施工工期；同時，可以根據周圍公園的環境來調整橡膠彈性體的顏色，從而使其與周邊環境更加搭配和協調；

2）本發明以粉煤灰、電石灰、粘土和煤矸石粉來作為燒制地磚的基料，不僅解決了粉煤灰、電石灰和煤矸石等廢棄物的再利用，而且也提高了燒制後地磚的強度（含有的氧化鋁、氧化矽等與氧化鈣在地磚燒結時的高溫環境中形成陶瓷顆粒增強體結構），通過加入由碳化矽作為外加劑，可以使得燒成的地磚表面含有一些開放型氣孔（或稱開口氣孔），這些氣孔能夠保證地磚與橡膠彈性體結合的緊密性，而且也不會影響地磚的強度；

3）本發明外加劑中的藍晶石細粉在高溫下分解，既可確保生成較多的莫來石相，保證製品的力學強度，藍晶石從1100℃左右開始分解、生成莫來石和SiO2，1300℃以後顯著分解轉化，由於該莫來石化反應伴隨有16-18%的體積膨脹，因此還可填充由於碳化矽氧化產生的孔隙，使單個孔隙變小，整體孔隙率降低，並且會改變地磚內孔隙的形狀和分布；

4）本發明在泥料陳化後向其中加入地溝油進行拌合，不僅充分利用了廢棄的地溝油，而且由於加入地溝油，使得泥料的黏性和塑形得到了增強，這樣使得外加劑在高溫下分解形成氣孔的過程中，大幅度降低由於氣孔及藍晶石粉膨脹所導致的裂紋等缺陷。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發明的技術方案做進一步的闡述。

實施例1

一種專用於公園步道的彈性地磚，在地磚的表面設置一層橡膠彈性體，所述地磚由基料、外加劑、填充劑與水混合製成泥漿後成型、燒制而成，其中，按照重量比，基料由14份的粉煤灰、8份的電石灰、34份的粘土和5份的煤矸石粉混合而成，外加劑由9份細度不超過30微米的碳化矽微粉、2份細度不超過30微米的藍晶石粉和0.8份的蛭石粉混合而成，填充劑由4份的鐵礦廢渣、3份的爐渣和2份的赤泥混合後在1650℃的溫度下燒結2h後粉磨至細度不超過30微米得到；

上述專用於公園步道的彈性地磚的製作方法，首先製備填充劑粉末，然後上述比例稱取各物料進行混合併加入水製成含水率為18%的泥料，該泥料在陳化6天後製成地磚坯體，而後經烘乾、燒結和自然冷卻即得到地磚，最後在地磚的表面鋪設橡膠彈性體即得到產品，所述填充劑粉末的製備方法為：按照上述的比例稱取鐵礦廢渣、爐渣和赤泥，混合後粉磨至細度不超過300微米的細粉，然後在1650℃的溫度下燒結2h後冷卻並粉磨至細度不超過30微米即得到填充劑。

以上為本實施例的基本實施方式，可在以上基礎上做進一步的改進、優化和限定：

如，所述外加劑中還含有1份細度不超過100微米的滑石粉末；

又如，所述填充劑中還含有1份的白雲石粉末；

又如，所述填充劑在製備過程中，燒結完成後以600℃/min的降溫速率急速冷卻後再進行粉磨；

再如，所述泥料在陳化6天後，向其中加入泥料總重2%的地溝油，再次拌合均勻後再進行擠壓成型製成地磚坯體；

又再如，所述烘乾溫度為100℃，而且在烘乾過程中充分利用軸流風機，以使受熱均勻；

最後，所述燒結分為預熱段、升溫段和焙燒段三部分，其中，預熱段是指使爐內溫度從常溫在2h均勻升高到200℃，並保持該溫度1h，在此過程中，保持爐內氧氣含量不高於4%；

所述升溫段是指，使爐內溫度從200℃在4h均勻升高到800℃，在此過程中，保持爐內氧氣含量不低於45%；

所述焙燒段是指，使爐內溫度從800℃在2h均勻升高到1650℃，並保持該溫度3h，在此過程中，保持爐內氧氣含量不低於45%。

實施例2

一種專用於公園步道的彈性地磚，在地磚的表面設置一層橡膠彈性體，所述地磚由基料、外加劑、填充劑與水混合製成泥漿後成型、燒制而成，其中，按照重量比，基料由16份的粉煤灰、10份的電石灰、38份的粘土和7份的煤矸石粉混合而成，外加劑由10份細度不超過30微米的碳化矽微粉、3份細度不超過30微米的藍晶石粉和1份的蛭石粉混合而成，填充劑由6份的鐵礦廢渣、4份的爐渣和3份的赤泥混合後在1700℃的溫度下燒結2h後粉磨至細度不超過30微米得到；

上述專用於公園步道的彈性地磚的製作方法，首先製備填充劑粉末，然後上述比例稱取各物料進行混合併加入水製成含水率為20%的泥料，該泥料在陳化8天後製成地磚坯體，而後經烘乾、燒結和自然冷卻即得到地磚，最後在地磚的表面鋪設橡膠彈性體即得到產品，所述填充劑粉末的製備方法為：按照上述的比例稱取鐵礦廢渣、爐渣和赤泥，混合後粉磨至細度不超過300微米的細粉，然後在1700℃的溫度下燒結2h後冷卻並粉磨至細度不超過30微米即得到填充劑。

以上為本實施例的基本實施方式，可在以上基礎上做進一步的改進、優化和限定：

如，所述外加劑中還含有2份細度不超過100微米的滑石粉末；

又如，所述填充劑中還含有2份的白雲石粉末；

又如，所述填充劑在製備過程中，燒結完成後以700℃/min的降溫速率急速冷卻後再進行粉磨；

再如，所述泥料在陳化8天後，向其中加入泥料總重2%的地溝油，再次拌合均勻後再進行擠壓成型製成地磚坯體；

又再如，所述烘乾溫度為120℃，而且在烘乾過程中充分利用軸流風機，以使受熱均勻；

最後，所述燒結分為預熱段、升溫段和焙燒段三部分，其中，預熱段是指使爐內溫度從常溫在2h均勻升高到200℃，並保持該溫度2h，在此過程中，保持爐內氧氣含量不高於4%；

所述升溫段是指，使爐內溫度從200℃在4h均勻升高到800℃，在此過程中，保持爐內氧氣含量不低於45%；

所述焙燒段是指，使爐內溫度從800℃在2h均勻升高到1650℃，並保持該溫度3h，在此過程中，保持爐內氧氣含量不低於45%。

實施例3

一種專用於公園步道的彈性地磚，在地磚的表面設置一層橡膠彈性體，所述地磚由基料、外加劑、填充劑與水混合製成泥漿後成型、燒制而成，其中，按照重量比，基料由15份的粉煤灰、9份的電石灰、36份的粘土和6份的煤矸石粉混合而成，外加劑由9.5份細度不超過30微米的碳化矽微粉、2.5份細度不超過30微米的藍晶石粉和0.9份的蛭石粉混合而成，填充劑由5份的鐵礦廢渣、3.5份的爐渣和2.5份的赤泥混合後在1675℃的溫度下燒結2h後粉磨至細度不超過30微米得到；

上述專用於公園步道的彈性地磚的製作方法，首先製備填充劑粉末，然後上述比例稱取各物料進行混合併加入水製成含水率為19%的泥料，該泥料在陳化6-8天後製成地磚坯體，而後經烘乾、燒結和自然冷卻即得到地磚，最後在地磚的表面鋪設橡膠彈性體即得到產品，所述填充劑粉末的製備方法為：按照上述的比例稱取鐵礦廢渣、爐渣和赤泥，混合後粉磨至細度不超過300微米的細粉，然後在1675℃的溫度下燒結2h後冷卻並粉磨至細度不超過30微米即得到填充劑。

以上為本實施例的基本實施方式，可在以上基礎上做進一步的改進、優化和限定：

如，所述外加劑中還含有1.5份細度不超過100微米的滑石粉末；

又如，所述填充劑中還含有1.5份的白雲石粉末；

又如，所述填充劑在製備過程中，燒結完成後以650℃/min的降溫速率急速冷卻後再進行粉磨；

再如，所述泥料在陳化7天後，向其中加入泥料總重2%的地溝油，再次拌合均勻後再進行擠壓成型製成地磚坯體；

又再如，所述烘乾溫度為110℃，而且在烘乾過程中充分利用軸流風機，以使受熱均勻；

最後，所述燒結分為預熱段、升溫段和焙燒段三部分，其中，預熱段是指使爐內溫度從常溫在2h均勻升高到200℃，並保持該溫度1.5h，在此過程中，保持爐內氧氣含量不高於4%；

所述升溫段是指，使爐內溫度從200℃在4h均勻升高到800℃，在此過程中，保持爐內氧氣含量不低於45%；

所述焙燒段是指，使爐內溫度從800℃在2h均勻升高到1650℃，並保持該溫度3h，在此過程中，保持爐內氧氣含量不低於45%。