基本信息
- 项目名称：
- 自胶结碎玻璃透水砖的制备
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 部分一、将废弃玻璃回收进行破碎球磨分级，再进行控温烧制，通过高温使玻璃表面熔融从而胶连。 部分二、玻璃回收粉碎为粉末，添加矿物纤维粉末混合造粒，使颗粒内部增强，以提高透水砖整体的强度。或添加核前驱体玻璃粉混合造粒，加热使玻璃熔融并析晶。通过微晶化使颗粒增强，从而提高透水砖整体强度。
- 详细介绍：
- 1、首先查找以及阅读相关参考文献，收集整理国内外透水砖制备方面的相关资料，以及透水砖的性能达标要求。对所收集的资料进行学习，思考与运用，与指导教师进行初步实验方案及流程的讨论与拟定，得到较为合理、清晰、具体、可操作性强的实验方案。 2、本实验采用碎玻璃自胶结制备透水砖。收集工业用和生活用的废弃玻璃，将玻璃按类别分类后，进行破碎，球磨，过筛，之后按颗粒大小分级。 3、透水砖的烧结。首先制备模具，在烧结过程中通过控制烧成温度制度以及玻璃颗粒大小，来平衡透水性能及其强度的关系，通过对比实验，得出玻璃烧结的最佳温度制度、颗粒最佳粒径。实验主要通过对颗粒大小探讨、加热温度的探讨、保温时间的探讨、透水能力的测试以及产品强度的测试，这五大方面确定最终制备方案并制备出性能较好的透水砖。 4、将制作好的透水砖进行性能测试，检测其透水性、抗压强度，并整理数据。 5、实验改进，在已制得的透水砖基础上，我们小组成员将实验进行改进，制备高强度的透水砖。 改进的方案： 方案一：考虑从降低玻璃颗粒的粒径与增加玻璃颗粒间的接触来提高玻璃砖的抗压强度。 方案二：若不依靠玻璃颗粒胶结形成的空隙来实现透水，可考虑在碎玻璃烧结体中人为的制造规则透水通道使其具有良好的透水性，此时碎玻璃烧结体因致密化而力学强度增加。 方案三：突破单一的玻璃相体系，使用微晶增强。通过向玻璃粉中添加适量核前驱体玻璃粉，使其在烧制过程中析出大量微小晶体，同时保留部分玻璃相。这样既可以达到微晶增强的作用以提高透水砖的抗压强度以及韧性又可以保证颗粒间较好的胶结。此种方案需要将碎玻璃粉碎为粉末，同时将它与核前驱体玻璃粉充分混合后再造粒烧结。这也是我们小组着重研究的一个方面，并取得明显的效果。 方案四：通过向玻璃粉中添加纤维矿物，从而达到纤维增强。在玻璃粉中添加适量的纤维状矿物粉末，在玻璃粉末熔融后，液相玻璃体包裹住交错排布的矿物纤维。冷却固化后颗粒类似钢筋混泥土结构，交错排布的矿物纤维类似钢筋起骨架作用，玻璃类似水泥起胶连作用。此方案同样需要玻璃粉碎后与矿物粉末混合再进行造粒烧结。小组也正着力实践该方案，取得较大进步。 6、总结试验，整理资料，结题。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- （1）实验目的：增加废玻璃的回收利用率，实现资源的再生利用。同时运用其制备环保型的透水砖，有利于改善路面积水状况以及及时补充地下水等。 （2）基本思路：玻璃软化温度较低，因而可以在相对较低的温度下将玻璃颗粒胶连在一起形成透水砖。同时颗粒与颗粒间具有一定空隙有利于雨水的下渗。 （3）创新点：烧制温度低，能耗小；透水砖颗粒间隙光滑，不易被杂质堵塞；对废弃物进行利用，有利于环保；玻璃透水砖具有玻璃透明的性质因而美观。 （4）技术关键指标：抗压强度与透水系数。
科学性、先进性
- (1) 玻璃的软化温度低，因而颗粒胶连时所需温度仅为700℃左右，较目前市场上的烧结透水砖低400-500℃。 (2) 经测试玻璃透水砖的透水性能较市售透水砖更高，透水速率能达到10mm/s，远超过了透水砖的国家标准。 (3) 虽然玻璃透水砖具有不少的优点但玻璃毕竟为脆性材料，因而玻璃透水砖的强度值得商榷。在保证玻璃透水砖的透水性能的基础上，我们将玻璃砖进行了纤维增强与微晶增强。即将废玻璃粉碎为玻璃粉再向其中添加适当比例的纤维状粉末（如透辉石等）进行造粒烧结，这便是纤维增强，此种方法是通过纤维的交错排列起到增韧的效果。向玻璃粉中添加适当的核前驱体玻璃粉让其在一定温度制度下烧成，使透水砖颗粒内部析晶，颗粒间胶连，这便是微晶增强，此种方法是通过类似细晶强化的原理进行增强。
获奖情况及鉴定结果
- （1）该课题获得“‘挑战杯’华侨大学学生创新项目”立项并获1000元项目资金。 （2）在华侨大学第18届“挑战杯”学生课外学术科技作品竞赛中获得一等奖。 （3）同时该课题获得“福建省大学生创新性实验计划项目”立项并获得5000元项目资金。
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 待定
作品可展示的形式
- 样品现场展示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- （1）使用说明与技术优势：使用方法与普通透水砖一样，铺装方便。其烧制温度低，设备要求低，能耗小。制作流程简单，可操作性强。流程可简化为收集原料、破碎、球磨、分级、烧成。若控制好破碎步骤可略去球磨与分级。 （2）适用范围及推广前景：此种透水砖由于其高透水率、美观大方的特性，且经增强后的透水砖具有高强度，而且不存在掉渣的问题，能够极大地延长使用寿命。最适用于游泳馆中游泳池四周的铺设、家庭浴室地面的铺设、居民小区、公园、人行道、广场、园林绿化的地面等领域的铺设。 （3）市场分析与效益预测：目前市场上的透水砖追求低成本，但性能与使用实效却不能很好保证。低成本、高性能的透水砖必定拥有广阔的市场前景，而我们的增强透水砖能够满足要求。
同类课题研究水平概述
- （1）目前市场上的透水砖主要分为烧结透水砖与免烧结透水砖，免烧结透水砖存在易掉渣的问题，而烧结透水砖则烧结温度较高。 （2）透水砖作为一种环保型的材料，然而在运用上却受到较大的限制，原因在于透水砖的抗压强度与透水系数存在相互制约的关系，性能上没有较大的突破，而且目前投入使用的透水砖其使用寿命都较短。 （3）目前对于透水砖的研制，重点主要还是在固体废弃物回收利用方面，但较少有人将目光投向它的性能突破方面。性能上不去，透水砖的推广使用便受到较大的限制。 （4）将纤维增强与微晶增强的方法运用于透水砖的制备目前并没有人提出（在我们所查阅的所有资料中）。这方面应该是处在该领域的前沿。通过初步的测试我们可以肯定，纤维增强与微晶增强运用于透水砖中能使其强度有较大提升，而透水性能方面可通过造粒烧结工艺来提高透水性能。 （5）在使用微晶增强中，需要使用核前驱体粉末。通过实验证实了核前驱体可以用70%左右的玻璃粉以及较少量的CaCO3与MgCO3进行制备且析晶效果良好。运用微晶增强的透水砖烧制只需要900℃，仍旧比市场的烧结透水砖温度低。因而可以看出微晶增强投资成本较小，具有较大的利润空间。 （6）纤维增强这方面我们研究较浅，我们仅仅是简单地将矿物纤维按一定比例添加到玻璃粉里面。其实运用纤维增强最佳的方法是添加少量其他成分使颗粒内部生长出纤维状的晶体，这样微晶增强也同样能在此发挥较好的作用。
