用于輕型屋頂綠化的粘土陶粒及其制作方法
【專利摘要】本發明提供了一種用于輕型屋頂綠化的粘土陶粒及其制作方法，粘土陶粒的原料如下：天然粘土、白云石、水、工業草酸和表面活性劑，其制作方法包括如下步驟：原料預處理：將天然粘土進行破碎，將白云石研磨成為白云石粉；將天然粘土與水混合得到粘土泥漿，靜置；將粘土泥漿與工業草酸混合得到草酸混料；將草酸混料、白云石粉與表面活性劑混合得到白云石混料；高溫煅燒白云石混料得到粘土陶塊；將粘土陶塊進行破碎并篩選分檔得到粘土陶粒。該粘土陶粒容重小，抗壓性能和吸水性能好，并且能夠反復利用同時多孔結構不受破壞；制作方法步驟簡單，可操作性強，制備成本低，無有毒有害物質添加，對環境無污染。
【專利說明】用于輕型屋頂綠化的粘土陶粒及其制作方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種用于輕型屋頂綠化的粘土陶粒及其制作方法，特別涉及一種以天 然粘土、白云石為原料的用于輕型屋頂綠化的粘土陶粒及其制作方法，屬于屋頂綠化領域。

【背景技術】
[0002] 屋頂綠化作為一種不同于地面綠化的環境美化綠化形式，其環境、生態和美學效 益已經逐漸被更多的人所認可，相比地面綠化，屋頂綠化最突出的特征在于屋頂綠化屬于 人工綠化，受樓頂承重能力、樓頂自然條件（包括光照、水分、風力、氣溫等）、養護水平以及 其它相關技術水平的制約。屋頂綠化形式繁多，傳統的屋頂綠化，基本上只是將地面的綠化 模式照搬到屋頂上，僅能適應極少數承重良好的樓頂和無逆境的生長條件，限制了屋頂綠 化的普及；現代普及型的屋頂綠化，重點是研究如何克服樓頂承重能力小、植物生長環境惡 劣等條件，盡可能地降低建設、養護成本和養護難度，將屋頂綠化最大限度地普及，并朝向 輕型屋頂綠化的方向發展。與重型屋頂綠化相比，制約輕型屋頂綠化發展的兩大主要問題 是合適的生長介質和適宜生長的植物，輕型屋頂綠化要求盡可能地減輕樓頂承載力，因此 對占全系統重量比重最大、對植物生長影響最大的生長介質提出了更高的要求。
[0003] 當前國內外用于屋頂綠化中植物生長介質的材料按其來源可概括分為三類，即自 然土壤、經添加調理劑的改良土壤和栽培基質。栽培基質有時也稱無土栽培基質、人工土壤 或營養基質，一般是指利用天然礦物、工農業有機無機廢棄物單質或混合/復合體，基本具 備了水、肥、氣、熱等類似于自然土壤可供植物生長的肥力特性，但大多數植物生長介質都 存在著不同的問題，如易破碎、吸水率差、經濟性差等，以下為常見的屋頂綠化中使用的植 物生長介質及其材料性能：
[0004] ①園藝泥炭，屋頂綠化使用的主要有機栽培基質，其中泥炭、纖維質含量大于 80 %，飽和水條件下容重在500kg/m3左右，pH值為5. 5?6. 0,園藝泥炭在酷寒、酷暑的環 境中易分解，雨水沖淋后泥炭易流失。
[0005] ②園藝蛭石，無機礦物質，富含Mg等礦物質營養元素，主要用作添加劑，宜與酸 性有機基質混合使用，可起到肥效緩釋、保水、保肥的作用，飽和水條件下容重為330? 450kg/m 3,呈中性至堿性，pH值為7. 0?9. 0,孔隙率達95%，制成的材料易破碎，不宜受重 壓。
[0006] ③珍珠巖，由灰色火山巖經高溫加熱膨脹而成，宜用做基質輔料，飽和水條件下容 重為0. 03?0. 16kg/m3,孔隙度約為93%，珍珠巖對養分無吸收能力，重壓下易破碎。
[0007] ④浮石，火山噴出巖，材料質輕、多孔，宜用于基質排水層和土壤疏松劑，飽和水條 件下顆粒容重為450kg/m 3,吸水率50?60%，保水能力較差。
[0008] ⑤煤渣，煤炭燃燒后的粒狀或粉末狀殘渣，飽和水條件下容重為500- 1000kg/m3， 容重較大，前處理成本高。
[0009] ⑥建筑碎渣，用建筑垃圾破碎而成，主要用作基質輔料，價格便宜，取料容易，具有 較高的抗壓強度，但材料本身容重較大，吸水率差。
[0010] ⑦陶粒，陶瓷破碎所得顆粒，含有一定礦物質營養元素，飽和水條件下容重為 600?1000kg/m3,價格便宜，具有較高的抗壓強度，但容重較大，保水能力差。
[0011] ⑧鋸木屑，木材加工廢料，新鮮木屑含大量有害物質，且C/N高，用前需堆慪腐熟， 堆肥后風干容重350?500kg/m3,濕容重700?850kg/m3,使用未腐熟木屑為植物危害大。


【發明內容】

[0012] 本發明的目的在于克服現有技術的不足并提供一種用于輕型屋頂綠化的粘土陶 粒及其制作方法，該粘土陶粒結構穩定、容重小、吸水性和鎖肥性強，制作方法步驟簡單，可 操作性強，制作成本低。
[0013] 實現本發明目的所采用的技術方案為：
[0014] 一種用于輕型屋頂綠化的粘土陶粒，該粘土陶粒包括按重量百分比添加的如下原 料：
[0015] 天然粘土 67?71 % 白云石 1.3?1.5% 水 25?30% 工業草酸 1.3?2.1 % 表面活性劑 0.3?0.4% 。
[0016] 所述天然粘土為紅土、黃土、黑土或高嶺土的一種或二種以上以任意比例混合的 混合粘土。
[0017] 所述表面活性劑為K12或AES鈉鹽中的一種或以K12 :AES鈉鹽=1 :0. 5?1 :2的 質量百分比混合的混合表面活性劑。
[0018] 本發明還提供了一種用于輕型屋頂綠化的粘土陶粒的制作方法，包括如下步驟：
[0019] (1)原料預處理：選取天然粘土，將成塊的天然粘土進行破碎至天然粘土粒徑在 20mm以下；選取白云石，將白云石進行破碎并研磨得到白云石粉，研磨得到的白云石粉粒 徑在1200目以上；
[0020] (2)將破碎后的天然粘土與水按天然粘土：水=100 :35?100 :45的重量比混合 并攪拌均勻得到粘土泥漿，將粘土泥漿攪拌后靜置10?12小時；
[0021] (3)將靜置后的粘土泥漿與工業草酸按粘土泥漿：工業草酸=30 :1?50 :1的重 量比進行混合并攪拌均勻得到草酸混料；
[0022] (4)將草酸混料、研磨后的白云石粉與表面活性劑按草酸混料：白云石粉：表面活 性劑=100 :2 :0. 5?120 :2 :0. 5的重量比混合，攪拌均勻后得到白云石混料；
[0023] (5)將白云石混料置于工業窯爐中，在1000?1KKTC的溫度下煅燒60?90分鐘， 得到粘土陶塊；
[0024] (6)將粘土陶塊進行破碎至粘土陶塊分崩為棱角狀的粘土陶粒，粘土陶粒的尺寸 為0. 1?20_，用標準篩對粘土陶粒進行篩選分檔，得到不同檔位的粘土陶粒。
[0025] 所述工業窯爐為隧道電阻爐、真空爐、氣體保護爐、超高溫管式推板爐、鎢鑰粉焙 燒爐、天然氣陶瓷窯爐或還原爐。
[0026] 步驟（6)中根據粘土陶粒的尺寸大小進行分檔，分檔標準為：第一檔，0. 1?1mm ; 第二檔，1?3mm ;第三檔，3?5mm ;第四檔，5?8mm ;第五檔，8?10mm ;第六檔，10?15mm ; 第七檔，15?20臟。
[0027] 由上述技術方案可知，本發明提供的用于輕型屋頂綠化的粘土陶粒，以經濟實惠 并且來源廣的天然粘土和白云石為原料，以添加的工業草酸、表面活性劑為組合發泡劑；制 作粘土陶粒時，首先對天然粘土進行破碎，同時對白云石進行研磨，研磨成為白云石粉，隨 后將破碎后的天然粘土與水、工業草酸混合攪拌均勻制得草酸混料，將白云石粉、表面活性 劑與草酸混料混合成為白z?石混料，再將白z?石混料商溫鍛燒成為粘土陶塊，最后將粘土 陶塊破碎并篩選分檔，得到粘土陶粒。
[0028] 同現有技術相比，本發明的有益效果為：
[0029] 本發明提供的粘土陶粒采用天然粘土作為主要原材料，天然粘土中含有植物所需 的Fe、Mg、Zn等礦物質營養元素，制得的粘土陶粒與土壤營養結構最為接近，有利于植物生 長；白云石、工業草酸、表面活性劑三者配合使用起到發泡劑的效果，增大粘土陶粒的孔隙 率，使得粘土陶粒呈多孔結構，干容重為380?570kg/m 3,吸水性和鎖肥性強，單體體積吸水 率78. 4 %?91 %，堆積后體積吸水率91 %?119 %，同時可為微生物提供良好的生長環境， 有利于微生物生長形成多樣化的生物系統，適合植物根系的生長；該粘土陶粒結構穩定，干 燥和飽和水浸潤條件下都具有很強的抗壓性，抗壓強度為0. 40-0. 69MPa，在任何嚴苛的自 然環境下都能保持其原有結構。
[0030] 本發明提供的制作方法采用高溫煅燒制備粘土陶粒，高溫煅燒有效消滅粘土中的 病蟲蟲卵，抑制植物病蟲害；對制成的粘土陶粒根據粘土陶粒的粒徑尺寸進行分檔，方便粘 土陶粒的包裝，使用時可根據植物根系形態的不同選用不同檔位的粘土陶粒，有利于植物 根系對生長介質中的水分和營養物質進行最大限度的吸收。
[0031] 本發明提供的粘土陶粒容重小，抗壓性能和吸水性能好，并且能夠反復利用同時 多孔結構不受破壞，該粘土陶粒可在輕型屋頂綠化中大面積使用方法；其制備方法步驟簡 單，可操作性強，制備成本低，制備過程中添加的物質均為環保無毒物質，并且生產過程中 不會產生有毒有害物質，對環境無污染。

【具體實施方式】
[0032] 下面結合實施例對本發明做詳細具體說明。
[0033] 實施例1 :
[0034] 原材料天然粘土采用紅土，將成塊紅土進行破碎至紅土粒徑在20mm以下，將白云 石進行破碎，隨后對破碎的白云石進行研磨得到粒徑在1200目以上的白云石粉；將破碎后 的紅土與水按紅土：水=100 :40的重量比混合并攪拌均勻得到粘土泥漿，將粘土泥漿攪拌 后靜置12小時，將靜置后的粘土泥漿與工業草酸按粘土泥漿：工業草酸=40 :1的重量比 進行混合并攪拌均勻得到草酸混料；將草酸混料、研磨后的白云石粉與表面活性劑K12按 草酸混料：白云石粉：K12 = 110 :2 :0. 5的重量比混合，攪拌均勻后得到白云石混料。
[0035] 將白云石混料置于天然氣陶瓷窯爐中，在1000°C的溫度下煅燒90分鐘，得到粘 土陶塊；將粘土陶塊進行破碎，破碎至粘土陶塊分崩為棱角狀的粘土陶粒，粘土陶粒的尺寸 為0. 1?20_，用標準篩進行對粘土陶粒進行篩選分檔，得到不同檔位的粘土陶粒，分檔標 準為：第一檔，1mm以下；第二檔，1?3mm ;第三檔，3?5mm ;第四檔，5?8mm ;第五檔，8? 10mm ;第六檔，10?15mm ;第七檔，15?20mm。
[0036] 實施例1制備的粘土陶粒的具體性能參數如下：
[0037] A、顏色為磚紅色
[0038] B、氣孔率為 41. 50-51. 10%，
[0039] C、體積吸水率為 80. 50-112. 8% ;
[0040] D、體積密度為 400_570kg/m3 ;
[0041] E、堆積密度為 320-550kg/m3 ;
[0042] F、飽和含水和干燥狀態時的抗壓強度為0. 523?0. 685MPa ;
[0043] G、具備陶瓷材料的共性；
[0044] H、物相穩定，無毒無味、無污染，并能在飽和含水狀態和干燥狀態無形變物理強 度；
[0045] J、化學性質等長期穩定，符合我國建筑材料的基本要求；
[0046] 實施例2 :
[0047] 原材料天然粘土采用高嶺土，將成塊高嶺土進行破碎至高嶺土粒徑在20mm以下， 將白云石進行破碎，隨后對破碎的白云石進行研磨得到粒徑在1200目以上的白云石粉；將 破碎后的高嶺土與水按高嶺土：水=100 :45的重量比混合并攪拌均勻得到粘土泥漿，將粘 土泥漿攪拌后靜置10小時，將靜置后的粘土泥漿與工業草酸按粘土泥漿：工業草酸=30 :1 的重量比進行混合并攪拌均勻得到草酸混料；將草酸混料、研磨后的白云石粉與表面活性 劑AES鈉鹽按草酸混料：白云石粉：AES鈉鹽=100 :2 :0. 5的重量比混合，攪拌均勻后得到 白云石混料。
[0048] 將白云石混料置于超高溫管式推板爐（碳管爐）中，在1KKTC的溫度下煅燒70分 鐘，得到粘土陶塊；將粘土陶塊進行破碎，破碎至粘土陶塊分崩為棱角狀的粘土陶粒，粘土 陶粒的尺寸為〇. 1?20_，用標準篩進行對粘土陶粒進行篩選分檔，得到不同檔位的粘土 陶粒，分檔標準為：第一檔，1mm以下；第二檔，1?3mm ;第三檔，3?5mm ;第四檔，5?8mm ; 第五檔，8?10mm ;第六檔，10?15mm ;第七檔，15?20mm。
[0049] 實施例2制備的粘土陶粒的具體性能參數如下：
[0050] A、顏色為白色
[0051] B、氣孔率為 48. 50-62. 60%，
[0052] C、體積吸水率為 94. 50-128. 6% ;
[0053] D、體積密度為 380_450kg/m3 ;
[0054] E、堆積密度為 300-450kg/m3 ;
[0055] F、飽和含水和干燥狀態時的抗壓強度為0. 396?0. 575MPa ;
[0056] G、具備陶瓷材料的共性；
[0057] H、物相穩定，無毒無味、無污染，并能在飽和含水狀態和干燥狀態無形變物理強 度；
[0058] J、化學性質等長期穩定，符合我國建筑材料的基本要求；
[0059] 實施例3 :
[0060] 原材料天然粘土采用黃土，將成塊黃土進行破碎至黃土粒徑在20mm以下，將白云 石進行破碎，隨后對破碎的白云石進行研磨得到粒徑在1200目以上的白云石粉；將破碎后 的黃土與水按黃土：水=100 :35的重量比混合并攪拌均勻得到粘土泥漿，將粘土泥漿攪拌 后靜置12小時，將靜置后的粘土泥漿與工業草酸按粘土泥漿：工業草酸=45 :1的重量比 進行混合并攪拌均勻得到草酸混料；將草酸混料、研磨后的白云石粉與表面活性劑AES鈉 鹽按草酸混料：白云石粉：AES鈉鹽=120 :2 :0. 5的重量比混合，攪拌均勻后得到白云石混 料。
[0061] 將白云石混料置于推板式隧道電阻爐中，在1000°C的溫度下煅燒80分鐘，得到粘 土陶塊；將粘土陶塊進行破碎，破碎至粘土陶塊分崩為棱角狀的粘土陶粒，粘土陶粒的尺寸 為0. 1?20_，用標準篩進行對粘土陶粒進行篩選分檔，得到不同檔位的粘土陶粒，分檔標 準為：第一檔，1mm以下；第二檔，1?3mm ;第三檔，3?5mm ;第四檔，5?8mm ;第五檔，8? 10mm ;第六檔，10?15mm ;第七檔，15?20mm。
[0062] 實施例3制備的粘土陶粒的具體性能參數如下：
[0063] A、顏色為黃褐色
[0064] B、氣孔率為 41. 50-52. 80%，
[0065] C、體積吸水率為 86. 50-108. 6% ;
[0066] D、體積密度為 400-500kg/m3 ;
[0067] E、堆積密度為 320_500kg/m3 ;
[0068] F、飽和含水和干燥狀態時的抗壓強度為0. 453?0. 635MPa ;
[0069] G、具備陶瓷材料的共性；
[0070] H、物相穩定，無毒無味、無污染，并能在飽和含水狀態和干燥狀態無形變物理強 度；
[0071] J、化學性質等長期穩定，符合我國建筑材料的基本要求；
[0072] 實際使用時，可根據種植植物的根系形態選擇合適檔位的粘土陶粒，第六檔鋪設 在屋頂綠化栽培基質的底層，第七檔鋪設在屋頂綠化栽培基質的表面，第一檔、第二檔、第 三檔、第四檔、第五檔用于栽培基質的中間鋪設；其中，軸根系的植物多選用第四檔和第五 檔的粘土陶粒作為生長介質，須根系的植物多選用第一檔、第二檔或第三檔粘土陶粒作為 生長介質。
【權利要求】
1. 一種用于輕型屋頂綠化的粘土陶粒，其特征在于，該粘土陶粒包括按重量百分比添 加的如下原料： 天然粘土 67?71 % 白云石 1.3?1.5% 水 25?30% 工業草酸 1.3?2.1 % 表面活性劑 0.3?0.4% 。
2. 根據權利要求1所述的用于輕型屋頂綠化的粘土陶粒，其特征在于：所述天然粘土 為紅土、黃土、黑土或高嶺土的一種或二種以上以任意比例混合的混合粘土。
3. 根據權利要求1所述的用于輕型屋頂綠化的粘土陶粒，其特征在于：所述表面活性 劑為K12或AES鈉鹽中的一種或以K12 :AES鈉鹽=1 :0. 5?1 :2的質量百分比混合的混 合表面活性劑。
4. 一種權利要求1所述的用于輕型屋頂綠化的粘土陶粒的制作方法，其特征在于包括 如下步驟： (1) 原料預處理：選取天然粘土，將成塊的天然粘土進行破碎至天然粘土粒徑在20mm 以下；選取白云石，將白云石進行破碎并研磨得到白云石粉，研磨得到的白云石粉粒徑在 1200目以上； (2) 將破碎后的天然粘土與水按天然粘土：水=100 :35?100 :45的重量比混合并攪 拌均勻得到粘土泥漿，將粘土泥漿攪拌后靜置10?12小時； (3) 將靜置后的粘土泥漿與工業草酸按粘土泥漿：工業草酸=30 :1?50 :1的重量比 進行混合并攪拌均勻得到草酸混料； (4) 將草酸混料、研磨后的白云石粉與表面活性劑按草酸混料：白云石粉：表面活性劑 =100 :2 :0. 5?120 :2 :0. 5的重量比混合，攪拌均勻后得到白云石混料； (5) 將白云石混料置于工業窯爐中，在1000?1KKTC的溫度下煅燒60?90分鐘，得 到粘土陶塊； (6) 將粘土陶塊進行破碎至粘土陶塊分崩為棱角狀的粘土陶粒，粘土陶粒的尺寸為 0. 1?20_，用標準篩對粘土陶粒進行篩選分檔，得到不同檔位的粘土陶粒。
5. 根據權利要求4所述的用于輕型屋頂綠化的粘土陶粒的制作方法，其特征在于：所 述工業窯爐為隧道電阻爐、真空爐、氣體保護爐、超高溫管式推板爐、鎢鑰粉焙燒爐、天燃氣 陶瓷窯爐或還原爐。
6. 根據權利要求4所述的用于輕型屋頂綠化的粘土陶粒的制作方法，其特征在于：步 驟（6)中根據粘土陶粒的尺寸大小進行分檔，分檔標準為：第一檔，0. 1?1mm ;第二檔，1? 3mm ;第三檔，3?5mm ;第四檔，5?8mm ;第五檔，8?10mm ;第六檔，10?15mm ;第七檔， 15 ?20mm〇
【文檔編號】C04B33/22GK104193302SQ201410409355
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月20日 優先權日:2014年8月20日
【發明者】孫晨旭, 車軍杰 申請人:武漢橄石代環境資源科技有限公司