新型透水砖设计及制备方法研究★

韩葳蕤 孟昭博 张 辉 王 鑫 么传杰 华雷广

(1.聊城大学建筑工程学院，山东 聊城 252000； 2.山东聊建集团有限公司，山东 聊城 252000)

新型透水砖设计及制备方法研究★

韩葳蕤1孟昭博1*张 辉1王 鑫1么传杰2华雷广2

(1.聊城大学建筑工程学院，山东 聊城 252000； 2.山东聊建集团有限公司，山东 聊城 252000)

基于对国内外透水砖的研究现状和应用情况的认识，对透水砖不耐磨和透水性能降低幅度大的缺点进行了分析，设计了一种新型透水砖，提出了新型透水砖的组成、配合比及相应制备方法，研究了透水砖各层结构构造及组分，研究结果表明：该新型透水砖具有透水率变化小、耐磨性高的优点。

透水砖，透水率，制备方法，结构设计

0 引言

城市洪涝成为常见的灾害之一，据统计，2016年因洪涝灾害造成62%以上的城市受灾，直接损失超138亿元。然而中国的水资源人均占有量仅为2 240 m3，约为世界人均的1/4[1]。中国水资源质量不断下降，水环境持续恶化，据统计，我国平均每年浪费水资源102亿t，24%的人口饮用受到污染的水，水资源的质量安全问题迫在眉睫。“2012低碳城市与区域发展科技论坛”首次提出“海绵城市”的概念，透水砖成为建造“海绵城市”的不可或缺的一部分。透水砖(Water Permeable Brick)是将无机非金属材料按照一定的比例进行配料、搅拌、压模成型等工艺制作而成的，根据其原材料的不同，可以分为普通透水砖、聚合物纤维混凝土、彩石复合混凝土、生态沙基透水砖等。透水砖的工作原理是增大砖体的透水性能，将雨水渗透到地下，减少地面水分蒸发。目前，国内外专家学者对透水砖的研究日渐增多，也取得一定的成果。日本北海道和东京的人行道路路面铺设的透水砖的透水率分别为30%,40%[2]。德国长期致力于不透水路面的改造，2010年全国城市90%的路面已改造为透水路面。同时，国际上相应的展览会和学术交流会也非常活跃，如美国2012国际混凝土博览会、德国GALAUBA展、第11届国际混凝土路面砖大会等。20世纪90年代初期，中国从欧美、日本等发达国家引进了混凝土砌块生产线，用于香港、深圳、北京等正在迅速发展的区域和城市[3]。研究的各种材质的透水砖已经取得了许多成果[4-12]。许多城市都在努力发展成为“海绵城市”，青岛、厦门、无锡等城市的广场、人行道正在改为铺设透水砖。

基于对国内外透水砖的研究现状和应用情况的认识，针对现有透水砖存在透水率小、易损坏及耐久性差等问题，研制了一种新型透水砖，提出了新型透水砖的组成、配合比及相应制备方法，着力提高透水砖随着时间推移透水性能稳定性，研究成果对我国“海绵城市”的建设具有重要的推动作用。

1 透水砖的优势

1.1透水与保水性能

透水砖的孔隙率高达20 mm/s，具有较高的微孔透水效果，可使雨水迅速渗入地下，路面雨水载流量可达45%，能应付60 mm/h的降雨量。不仅可以缓解甚至解决城市雨天内涝的问题，减轻城市排水和防洪压力，还可以将蓄积在砖体中的水分减少蒸发，保持土壤湿度，平衡地表温度，缓解温室效应。透水砖具有良好的透水性能，可以减少水资源的浪费，补充日趋紧缺的地下水资源。

1.2垃圾废料的利用

透水砖采用矿渣废料、废陶瓷等工业废料为原料加工制作，对于节约能源资源、保护自然环境、改善经济增长方式、实现资源优化配置和可持续发展都具有重要的意义。现在已经研制出利用各种建筑废料、工业垃圾、废弃钢渣等制备的透水砖[13-15]。透水砖产品遵循国家环保政策，能够适应社会发展的需要，符合材料发展的主要趋势。

1.3应用优势

透水砖透水性好，防老化功能强；防止路面积水，表面呈微小凹凸防止路面反光；降低车辆行驶时产生的噪声，创造安静舒适的环境；抗冻性能和抗碱性能高；颜色形状多样，与四周环境相映衬，自然美观。

2 新型透水砖原材料

新型透水砖原材料主要包括水泥、骨料、染色剂、添加剂和水组成，各组成成分的具体性能参数为：

1)水泥，选用山东山水水泥股份有限公司生产的普通硅酸盐水泥425号，其质量符合GB 175—1999硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥要求。

2)骨料，该新型透水砖骨料主要选择天然碎石或建筑垃圾，透水表层粒径范围为1.25 mm～5 mm，透水结构层粒径范围是2.5 mm～10 mm。当现有的碎石或建筑垃圾粒径过大时，需采用颚式破碎机对其进行破碎和筛选。

3)添加剂，新型透水砖所需添加剂主要包括材料专用激发剂和减水剂。透水砖选用的材料不同，激发剂也不同，激发剂一般与减水剂搭配使用，主要是由高分散性的β-萘磺酸甲醛高浓缩物组成，可以增强减水剂的减水性能，提高减水剂对材料的适应性；减水剂主要起到分散、润滑、空间位阻及缓释效果，作用机理为：材料与水按照一定比例混合后，水分会被材料包裹，从而降低了水分与其他材料混合程度，减水剂的组成分子可以定向吸附于材料颗粒表面，使材料颗粒表面带有相同电荷，形成静电排斥作用，促使水泥颗粒相互分散，释放出被包裹部分水，从而有效地增加混凝土拌合物的流动性；另一方面，减水剂可以使材料颗粒表面形成吸附层，增加颗粒的空间度。减水剂可以增强减水效果，缩短材料的终凝时间。

4)染色剂，主要成分为无机材料，其溶于水后能迅速分散到材料中，可以很好的着色材料。

5)水，山东省聊城市日常饮用自来水。

3 新型透水砖制备方法和构造

3.1透水砖构造

透水表层包括表层颗粒，表层颗粒的粒径在1 mm～4 mm之间。透水结构层包括结构颗粒，结构颗粒的粒径在5 mm～10 mm之间。各表层颗粒和各结构颗粒分别包含若干的透水孔，在制作的过程中，表层颗粒和结构颗粒选用黏土陶粒、粉煤灰陶粒或煤矸石陶粒中的一种或几种，密度350 kg/m3～450 kg/m3，筒压强度不小于1.5 MPa，陶粒的内部都具有封闭的孔，可作为透水孔。

透水表层、透水结构层和耐磨层叠加后的总厚度在6 cm～12 cm之间。透水表层与透水结构层的厚度比为1∶2。透水表层的上侧固定连接有耐磨层，耐磨层包括耐磨颗粒，粒径在0.22 mm～0.38 mm之间，耐磨颗粒优选石英砂颗粒，并采用透水水泥进行固定连接。作为一种进一步优化结构，耐磨层的厚度为0.5 cm～1 cm，透水表层与透水结构层的厚度比为1∶2。新型透水砖组成结构及其A、B处放大如图1～图3所示。

3.2制备步骤

新型透水砖制备步骤包括破碎、称量、材料质量强化、搅拌成浆、成型及养护六个步骤，工艺流程如图4所示。

1)破碎。将天然碎石块或建筑垃圾按照粒径范围1.25 mm～5 mm和2.5 mm～10 mm进行筛分，然后将粒径大于10 mm的碎石或建筑垃圾进行鄂式破碎机破碎，然后筛分、归类、养护。

2)称量。按照配比分别称量透水砖表层和透水砖结构层所需水泥、碎石(已破碎)、添加剂、染色剂和水的质量。

3)材料质量强化。为了减少材料受物理摩擦产生的性质影响，一般采用材料质量强化技术，具体操作过程是把破碎后的骨料(粒径为2 mm～10 mm)放入滚筒中滚动5 min，这样可以振落骨料表面的泥沙和充分消除含裂纹颗粒。

4)搅拌成浆。首先将称好的骨料、水泥、添加剂进行和匀，然后将染色剂与水混合后加入和好的材料内，最后放入搅拌机进行搅拌，搅拌20 min左右形成浆体。搅拌过程中的注意事项包括：搅拌前检查搅拌舱是否干净，用湿布抹一遍搅拌舱内壁，保证舱内无杂质；加水应在材料和匀之后，防止出现泥团现象；加水要分三个阶段加入，目的是增加水泥的水化反应时间，保证材料的性能；搅拌完成后，要在10 min内完成对浆体的保护和入模，防止出现板结、水分流失等现象。

5)砖体成型。首先进行底料生产，然后生产面料。将已经搅拌均匀的材料浆体装入透水砖成型模具后进行振动、捣实、成型。装料时须用振动棒沿模具内壁振捣，再经过机械振动消除浆体内部气泡，最后用抹刀沿模具上端抹平砖体表面，静压成型。在过程中需要注意同类型的砖块成型时其振动时间和静压压力应保证相同。

6)养护。将砖体放置恒温恒湿养护室，24 h后将砖体脱模，并用塑料薄膜覆盖，每天浇水一次，7 d后抽样进行强度检测，若强度检测合格后，该批次砖体即可使用。

该透水砖表层与透水结构层相固结，表层颗粒粒径在1 mm～5 mm之间，结构层粒径在2.5 mm～10 mm之间，表层颗粒和各结构颗粒分别包含若干透水孔，透水表层可以对雨水进行初步过滤，避免颗粒较大的泥土进入砖体内部，封堵透水孔。

4 结语

1)新型透水砖提高了透水率和透水性能的稳定性，在2年～3年透水性下降仅为5%～10%；新型透水砖的总厚度为6 cm～12 cm，保证使用强度和良好的透水性，耐磨层可以提高新型透水砖表面的耐磨程度；

2)耐磨层的厚度为0.5 cm～1 cm，透水表层与透水结构层的厚度比为1∶2，在保证新型透水砖的结构强度的基础上使其透水性处于最佳的状态。

[1] 胡 漪.海绵城市建设与混凝土透水砖制品工艺及装备[J].砖瓦，2017(1)：45-49.

[2] 张 栋，齐 敏.透水砖的优势及市场前景分析[J].砖瓦，2014(1)：38-40.

[3] 袁 涛，杨继东，李 烁.混凝土透水砖的研制[J].河北冶金，2017,25(1)：32-34.

[4] 饶玲丽，曹建新，张洪波.粉煤灰透水砖的制备研究[J].新型建筑材料，2006(9)：48-50.

[5] 周超群，曾令可，程小苏.疏浚泥透水砖制备及性能研究[J].陶瓷，2017(2)：12-16.

[6] 李国昌，王 萍.赤泥透水砖的制备及性能研究[J].金属矿山，2009，39(12)：154-157.

[7] 赵 训，李国忠，曹笃霞.建筑垃圾混凝土砌筑用砖工艺与性能研究[J].砖瓦，2016(11)：17-19.

[8] 李 瑜.变废为宝利用建筑垃圾生产再生透水砖[J].砖瓦，2016(5)：64.

[9] 李德忠，倪 文，刘 杰.铁尾矿制备高强高性能透水砖[J].新型建筑材料，2016(11)：52-54.

[10] 郑克勤，徐 雷.利用重矿渣制造透水砖的生产实践[J].建材与装饰，2016(42)：105-106.

[11] 么传杰，常秀丽，李云峰.一种透水砖，ZL201620678203.0[P].

[12] 杨和平.无细集料混凝土路面应用的进展[J].中外公路，1997(2)：17-21.

[13] 赵亚兵，张新朋，吴 楠，等.环保免烧结煤矸石透水砖的制备方法及其透水性能[J].硅酸盐通报，2014，33(12)：3255-3260.

[14] 李利方，孙国梁，余剑峰，等.环保釉面陶瓷透水砖的研制[J].中国陶瓷工业，2011，18(1)：9-12.

[15] 吕淑珍，顾幸勇.利用萤石尾砂和珍珠岩废矿粉研制陶瓷透水砖[J].新型建筑材料，2009，36(8)：31-34.

Studyondesignandpreparationmethodofnewpermeablebrick★

HanWeirui1MengZhaobo1*ZhangHui1WangXin1YaoChuanjie2HuaLeiguang2

(1.SchoolofArchitectureandCivilEngineering,LiaochengUniversity,Liaocheng252000,China; 2.ShandongLiaojianGroupCo.,Ltd,Liaocheng252000,China)

Based on the understanding of the research status and application of the permeable bricks at home and abroad, the shortcomings of large abrasion resistance and low water permeability of permeable brick are analyzed, a new type of permeable brick was designed, the composition, mix ratio and corresponding preparation method of the new permeable brick were put forward and the structure and composition of the permeable brick are studied. The results show that the new permeable brick has the advantages of little change in water permeability and high wear resistance.

permeable brick, water permeability, preparation method, structure design

1009-6825(2017)28-0110-03

2017-07-22★：国家级大学生创新创业训练计划(项目编号：201610447043)；2016年山东省教学改革研究项目(地方综合性大学土木工程专业应用型人才培养机制研究与实践)

韩葳蕤(1995- )，女，在读本科生

孟昭博(1977- )，男，副教授

TU522.1

A