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基本信息

項(xiàng)目名稱：
自膠結(jié)碎玻璃透水磚的制備
小類：
能源化工
簡(jiǎn)介：
部分一、將廢棄玻璃回收進(jìn)行破碎球磨分級(jí)，再進(jìn)行控溫?zé)?，通過高溫使玻璃表面熔融從而膠連。 部分二、玻璃回收粉碎為粉末，添加礦物纖維粉末混合造粒，使顆粒內(nèi)部增強(qiáng)，以提高透水磚整體的強(qiáng)度?；蛱砑雍饲膀?qū)體玻璃粉混合造粒，加熱使玻璃熔融并析晶。通過微晶化使顆粒增強(qiáng)，從而提高透水磚整體強(qiáng)度。
詳細(xì)介紹：
1、首先查找以及閱讀相關(guān)參考文獻(xiàn)，收集整理國(guó)內(nèi)外透水磚制備方面的相關(guān)資料，以及透水磚的性能達(dá)標(biāo)要求。對(duì)所收集的資料進(jìn)行學(xué)習(xí)，思考與運(yùn)用，與指導(dǎo)教師進(jìn)行初步實(shí)驗(yàn)方案及流程的討論與擬定，得到較為合理、清晰、具體、可操作性強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)方案。 2、本實(shí)驗(yàn)采用碎玻璃自膠結(jié)制備透水磚。收集工業(yè)用和生活用的廢棄玻璃，將玻璃按類別分類后，進(jìn)行破碎，球磨，過篩，之后按顆粒大小分級(jí)。 3、透水磚的燒結(jié)。首先制備模具，在燒結(jié)過程中通過控制燒成溫度制度以及玻璃顆粒大小，來(lái)平衡透水性能及其強(qiáng)度的關(guān)系，通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)，得出玻璃燒結(jié)的最佳溫度制度、顆粒最佳粒徑。實(shí)驗(yàn)主要通過對(duì)顆粒大小探討、加熱溫度的探討、保溫時(shí)間的探討、透水能力的測(cè)試以及產(chǎn)品強(qiáng)度的測(cè)試，這五大方面確定最終制備方案并制備出性能較好的透水磚。 4、將制作好的透水磚進(jìn)行性能測(cè)試，檢測(cè)其透水性、抗壓強(qiáng)度，并整理數(shù)據(jù)。 5、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)，在已制得的透水磚基礎(chǔ)上，我們小組成員將實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，制備高強(qiáng)度的透水磚。 改進(jìn)的方案： 方案一：考慮從降低玻璃顆粒的粒徑與增加玻璃顆粒間的接觸來(lái)提高玻璃磚的抗壓強(qiáng)度。 方案二：若不依靠玻璃顆粒膠結(jié)形成的空隙來(lái)實(shí)現(xiàn)透水，可考慮在碎玻璃燒結(jié)體中人為的制造規(guī)則透水通道使其具有良好的透水性，此時(shí)碎玻璃燒結(jié)體因致密化而力學(xué)強(qiáng)度增加。 方案三：突破單一的玻璃相體系，使用微晶增強(qiáng)。通過向玻璃粉中添加適量核前驅(qū)體玻璃粉，使其在燒制過程中析出大量微小晶體，同時(shí)保留部分玻璃相。這樣既可以達(dá)到微晶增強(qiáng)的作用以提高透水磚的抗壓強(qiáng)度以及韌性又可以保證顆粒間較好的膠結(jié)。此種方案需要將碎玻璃粉碎為粉末，同時(shí)將它與核前驅(qū)體玻璃粉充分混合后再造粒燒結(jié)。這也是我們小組著重研究的一個(gè)方面，并取得明顯的效果。 方案四：通過向玻璃粉中添加纖維礦物，從而達(dá)到纖維增強(qiáng)。在玻璃粉中添加適量的纖維狀礦物粉末，在玻璃粉末熔融后，液相玻璃體包裹住交錯(cuò)排布的礦物纖維。冷卻固化后顆粒類似鋼筋混泥土結(jié)構(gòu)，交錯(cuò)排布的礦物纖維類似鋼筋起骨架作用，玻璃類似水泥起膠連作用。此方案同樣需要玻璃粉碎后與礦物粉末混合再進(jìn)行造粒燒結(jié)。小組也正著力實(shí)踐該方案，取得較大進(jìn)步。 6、總結(jié)試驗(yàn)，整理資料，結(jié)題。

作品圖片

  • 自膠結(jié)碎玻璃透水磚的制備
  • 自膠結(jié)碎玻璃透水磚的制備
  • 自膠結(jié)碎玻璃透水磚的制備
  • 自膠結(jié)碎玻璃透水磚的制備

作品專業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

（1）實(shí)驗(yàn)?zāi)康模涸黾訌U玻璃的回收利用率，實(shí)現(xiàn)資源的再生利用。同時(shí)運(yùn)用其制備環(huán)保型的透水磚，有利于改善路面積水狀況以及及時(shí)補(bǔ)充地下水等。 （2）基本思路：玻璃軟化溫度較低，因而可以在相對(duì)較低的溫度下將玻璃顆粒膠連在一起形成透水磚。同時(shí)顆粒與顆粒間具有一定空隙有利于雨水的下滲。 （3）創(chuàng)新點(diǎn)：燒制溫度低，能耗小；透水磚顆粒間隙光滑，不易被雜質(zhì)堵塞；對(duì)廢棄物進(jìn)行利用，有利于環(huán)保；玻璃透水磚具有玻璃透明的性質(zhì)因而美觀。 （4）技術(shù)關(guān)鍵指標(biāo)：抗壓強(qiáng)度與透水系數(shù)。

科學(xué)性、先進(jìn)性

(1) 玻璃的軟化溫度低，因而顆粒膠連時(shí)所需溫度僅為700℃左右，較目前市場(chǎng)上的燒結(jié)透水磚低400-500℃。 (2) 經(jīng)測(cè)試玻璃透水磚的透水性能較市售透水磚更高，透水速率能達(dá)到10mm/s，遠(yuǎn)超過了透水磚的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。 (3) 雖然玻璃透水磚具有不少的優(yōu)點(diǎn)但玻璃畢竟為脆性材料，因而玻璃透水磚的強(qiáng)度值得商榷。在保證玻璃透水磚的透水性能的基礎(chǔ)上，我們將玻璃磚進(jìn)行了纖維增強(qiáng)與微晶增強(qiáng)。即將廢玻璃粉碎為玻璃粉再向其中添加適當(dāng)比例的纖維狀粉末（如透輝石等）進(jìn)行造粒燒結(jié)，這便是纖維增強(qiáng)，此種方法是通過纖維的交錯(cuò)排列起到增韌的效果。向玻璃粉中添加適當(dāng)?shù)暮饲膀?qū)體玻璃粉讓其在一定溫度制度下燒成，使透水磚顆粒內(nèi)部析晶，顆粒間膠連，這便是微晶增強(qiáng)，此種方法是通過類似細(xì)晶強(qiáng)化的原理進(jìn)行增強(qiáng)。

獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果

（1）該課題獲得“‘挑戰(zhàn)杯’華僑大學(xué)學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目”立項(xiàng)并獲1000元項(xiàng)目資金。 （2）在華僑大學(xué)第18屆“挑戰(zhàn)杯”學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽中獲得一等獎(jiǎng)。 （3）同時(shí)該課題獲得“福建省大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目”立項(xiàng)并獲得5000元項(xiàng)目資金。

作品所處階段

實(shí)驗(yàn)室階段

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

待定

作品可展示的形式

樣品現(xiàn)場(chǎng)展示

使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)

（1）使用說(shuō)明與技術(shù)優(yōu)勢(shì)：使用方法與普通透水磚一樣，鋪裝方便。其燒制溫度低，設(shè)備要求低，能耗小。制作流程簡(jiǎn)單，可操作性強(qiáng)。流程可簡(jiǎn)化為收集原料、破碎、球磨、分級(jí)、燒成。若控制好破碎步驟可略去球磨與分級(jí)。 （2）適用范圍及推廣前景：此種透水磚由于其高透水率、美觀大方的特性，且經(jīng)增強(qiáng)后的透水磚具有高強(qiáng)度，而且不存在掉渣的問題，能夠極大地延長(zhǎng)使用壽命。最適用于游泳館中游泳池四周的鋪設(shè)、家庭浴室地面的鋪設(shè)、居民小區(qū)、公園、人行道、廣場(chǎng)、園林綠化的地面等領(lǐng)域的鋪設(shè)。 （3）市場(chǎng)分析與效益預(yù)測(cè)：目前市場(chǎng)上的透水磚追求低成本，但性能與使用實(shí)效卻不能很好保證。低成本、高性能的透水磚必定擁有廣闊的市場(chǎng)前景，而我們的增強(qiáng)透水磚能夠滿足要求。

同類課題研究水平概述

（1）目前市場(chǎng)上的透水磚主要分為燒結(jié)透水磚與免燒結(jié)透水磚，免燒結(jié)透水磚存在易掉渣的問題，而燒結(jié)透水磚則燒結(jié)溫度較高。 （2）透水磚作為一種環(huán)保型的材料，然而在運(yùn)用上卻受到較大的限制，原因在于透水磚的抗壓強(qiáng)度與透水系數(shù)存在相互制約的關(guān)系，性能上沒有較大的突破，而且目前投入使用的透水磚其使用壽命都較短。 （3）目前對(duì)于透水磚的研制，重點(diǎn)主要還是在固體廢棄物回收利用方面，但較少有人將目光投向它的性能突破方面。性能上不去，透水磚的推廣使用便受到較大的限制。 （4）將纖維增強(qiáng)與微晶增強(qiáng)的方法運(yùn)用于透水磚的制備目前并沒有人提出（在我們所查閱的所有資料中）。這方面應(yīng)該是處在該領(lǐng)域的前沿。通過初步的測(cè)試我們可以肯定，纖維增強(qiáng)與微晶增強(qiáng)運(yùn)用于透水磚中能使其強(qiáng)度有較大提升，而透水性能方面可通過造粒燒結(jié)工藝來(lái)提高透水性能。 （5）在使用微晶增強(qiáng)中，需要使用核前驅(qū)體粉末。通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了核前驅(qū)體可以用70%左右的玻璃粉以及較少量的CaCO3與MgCO3進(jìn)行制備且析晶效果良好。運(yùn)用微晶增強(qiáng)的透水磚燒制只需要900℃，仍舊比市場(chǎng)的燒結(jié)透水磚溫度低。因而可以看出微晶增強(qiáng)投資成本較小，具有較大的利潤(rùn)空間。 （6）纖維增強(qiáng)這方面我們研究較淺，我們僅僅是簡(jiǎn)單地將礦物纖維按一定比例添加到玻璃粉里面。其實(shí)運(yùn)用纖維增強(qiáng)最佳的方法是添加少量其他成分使顆粒內(nèi)部生長(zhǎng)出纖維狀的晶體，這樣微晶增強(qiáng)也同樣能在此發(fā)揮較好的作用。
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