透水磚的研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景

摘 要 本文介紹了國(guó)內(nèi)外透水磚的分類(lèi)、特性、生產(chǎn)工藝等現(xiàn)狀，以及透水磚在推向市場(chǎng)過(guò)程中存在的一些問(wèn)題以及其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞 透水磚，現(xiàn)狀，廢料利用，工藝

1 引 言

節(jié)約用水與治理污染兩大問(wèn)題是關(guān)系到國(guó)計(jì)民生、可持續(xù)發(fā)展的重大問(wèn)題，也是當(dāng)前和今后相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)需要重點(diǎn)研究和解決的重大課題。陶瓷透水磚作為兼有節(jié)水和治理污染雙重功能的新型建筑裝飾材料而備受關(guān)注。

2 透水磚的分類(lèi)、特性及其環(huán)保作用

目前，在市面上見(jiàn)到的透水磚從材質(zhì)和生產(chǎn)工藝上可分為兩大類(lèi)，一類(lèi)是以固體工業(yè)廢料、生活垃圾和建筑垃圾為主要原料，通過(guò)粉碎、成形、高溫?zé)贫傻木哂型杆u的性能、符合透水磚標(biāo)準(zhǔn)的建筑裝飾材料，稱(chēng)之為陶瓷透水磚；另一類(lèi)是以無(wú)機(jī)非金屬材料為主要原料，利用有機(jī)或無(wú)機(jī)粘結(jié)劑通過(guò)成形、固化而制成的具有透水磚性能、符合透水磚標(biāo)準(zhǔn)的建筑裝飾材料，由于它無(wú)須燒成，所以稱(chēng)其為非陶瓷透水磚。

從產(chǎn)品本身的性能和使用功能上又可將透水磚分為磚體本身透水的透水磚和磚體本身不透水或本身只能滲水或微弱透水的透水磚。本身不透水的透水磚有陶瓷的，也有非陶瓷的，其透水功能靠鋪貼或拼湊組合時(shí)磚與磚之間的接縫實(shí)現(xiàn)。單體不透水的陶瓷透水磚是將不同顏色的陶瓷磚塊(20mm×30mm、30mm×50mm)按一定規(guī)格組合粘貼在一片特制的樹(shù)脂板上，像馬賽克一樣。該樹(shù)脂板下面有支撐腳，以便于從磚接縫處漏下去的水滲入地下，達(dá)到透水的目的。這種透水磚重量輕、鋪砌方便，更換也方便，圖案組合更容易實(shí)現(xiàn)，但成本較高。

陶瓷透水磚具有很多其他陶瓷磚所不具有的特性：(1)高透水性；(2)陶瓷透水磚的主要原料是工業(yè)廢料，所以其生產(chǎn)減輕了工業(yè)廢料對(duì)環(huán)境造成的污染；(3)高透水性生態(tài)陶瓷磚主要以工業(yè)固體廢物為原料，且該磚的裝飾效果特別好，所以它必然會(huì)代替其他類(lèi)似的建筑材料，從而節(jié)約了其他工業(yè)原材料的使用，為節(jié)約資源做出貢獻(xiàn)；(4)由于陶瓷透水磚使用的工業(yè)廢料都經(jīng)高溫煅燒過(guò)，所以其燒制過(guò)程除燃料本身放出的氣體外，很少產(chǎn)生有害氣體，減輕了廢氣對(duì)環(huán)境的污染；(5)陶瓷透水磚孔隙率高，吸音效果好，有防止噪音污染的功能。另外，其表面摩擦系數(shù)大，行人行走輕松自如，從而消除行走時(shí)的疲勞感。

3 國(guó)內(nèi)外透水磚的發(fā)展現(xiàn)狀

日本INAX陶瓷透水磚早已投放市場(chǎng)，有嚴(yán)格的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)生了良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。廣東佛山某中日合資企業(yè)生產(chǎn)與日本INAX相同的產(chǎn)品，但產(chǎn)量不大，且?guī)缀跞糠典N(xiāo)到日本，在國(guó)內(nèi)的銷(xiāo)量有限。

1999年，佛山市樂(lè)華陶瓷有限公司（中外合資）發(fā)明了一種透水磚制造方法并申請(qǐng)了專(zhuān)利。該方法包括了從骨料破碎篩分、粘結(jié)劑干燥破碎篩分、原料加水混合、壓制成形、在1150～1250℃下燒成等工序。其中骨料為磚粒，配比為85%～94%；粘結(jié)劑為低溫高粘性粘土（其中Al₂O₃及SiO₂總量小于90%），配比為6%～15%。采用該專(zhuān)利生產(chǎn)的透水磚可以以廢磚為主要原料，這樣就為有效利用陶瓷廢品開(kāi)辟了新的途徑，用這種透水磚鋪貼的地面，可迅速排除路面積水，改善環(huán)境[9]。2001年，該公司又發(fā)明了一種側(cè)、底面透水磚的制造方法。其特點(diǎn)是采用兩種不同的原料進(jìn)行二次布料，上層原料為噴霧加工的陶瓷粉料＋石料＋化工原料；下層原料為陶瓷產(chǎn)品粗粒料＋粘結(jié)劑＋助熔劑＋水。用這種方法制造的透水磚不僅透水性能良好，而且耐磨性很高，可延長(zhǎng)其作為地面磚的使用壽命[10]。2001年，佛山一家陶瓷企業(yè)也開(kāi)發(fā)了一種適用于需要迅速排除雨水的廣場(chǎng)、道路等公共場(chǎng)所排水系統(tǒng)的鋪面陶瓷透水磚。其配方為(wt%)：廢墻地磚粒70～90、長(zhǎng)石粉8～20、纖維素1～5、木屑1～5，經(jīng)粉碎、過(guò)篩、混和，加入適量水?dāng)嚢杈鶆?，然后制坯、干燥，在燒成溫度?100～1300℃的條件下煅燒100～140min，降溫出料成陶瓷透水磚。

近年來(lái)，陜西、河南、山東、河北等地相繼出現(xiàn)了一些生產(chǎn)陶瓷透水磚的企業(yè)，但生產(chǎn)規(guī)模均較小，多數(shù)沒(méi)有連續(xù)生產(chǎn)。從目前的技術(shù)水平來(lái)看，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的陶瓷透水磚性能均優(yōu)于INAX公司的產(chǎn)品，但市面上INAX公司產(chǎn)品的性能指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于其標(biāo)準(zhǔn)上的指標(biāo)，比較突出的是抗折、抗壓強(qiáng)度都較大，而透水系數(shù)則比較小。

我國(guó)煙臺(tái)等地都有全自動(dòng)化生產(chǎn)非陶瓷透水磚的進(jìn)口生產(chǎn)線，但現(xiàn)在還沒(méi)有透水磚的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。目前，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)已由咸陽(yáng)陶瓷研究設(shè)計(jì)院和西安墻體材料研究設(shè)計(jì)院聯(lián)合起草并通過(guò)了審議。

4 各種陶瓷透水磚的制備方法

由于透水磚品種較多，故透水磚的制備方法和生產(chǎn)工藝也很多，下面介紹幾種有代表性的制備方法。

4.1 利用陶瓷廢料研制透水磚[3]

利用陶瓷廢料、廢玻璃和粘土作為主要原料研制環(huán)保型陶瓷透水磚，一方面可以使目前日益增加的工業(yè)廢渣得以利用，減輕環(huán)境負(fù)荷；另一方面還具有對(duì)環(huán)境的美化裝飾效果，能使雨水或城市用水迅速滲透于地下，從而起到調(diào)節(jié)城市氣候、減少城市水資源流失的作用。

4.1.1 原 料

廢玻璃是用回收的玻璃瓶，粉碎成粒度1mm以下；陶瓷廢料可以用紅色廢陶和白色陶瓷2種，將陶瓷廢料敲碎后，過(guò)20目標(biāo)準(zhǔn)篩；采用加工好的粘土，過(guò)120目篩，以滑石作為添加劑?；A(chǔ)試驗(yàn)使用廢玻璃、陶瓷廢料和粘土3種原料，用三角配料法調(diào)試16種配方（如圖所示）。在效果相對(duì)較好的配方上再做添加劑實(shí)驗(yàn)。

4.1.2 試樣的制備

按照配方進(jìn)行配料。用壓力機(jī)壓制配好的物料，制備試樣。壓機(jī)的壓力為10.2MPa，制得的試樣尺寸為120mm×80mm×10mm。將制備好的試樣放入干燥箱中，在120℃下干燥2h，然后放入高溫箱式電阻爐中燒成。燒成溫度依次為1000℃、1050℃和1100℃，電爐的升溫速度控制在80℃/h，并在燒成溫度下保溫1h，隨爐冷卻后取出。

4.2 黃金尾礦透水磚[6]

以黃金尾礦為主要原料，以煤矸石作成孔劑，制備多孔透水磚。

4.2.1原 料

以黃金尾礦為主要原料，加入適量的一定粒度的煤矸石既可以起到成孔劑的作用，改善磚體的滲透性能，又能改善原料的工藝性能；所用膨潤(rùn)土的主要礦物為蒙脫石、埃洛石、石英等，蒙脫石的含量在78%左右，膨潤(rùn)土的陽(yáng)離子交換容量為69.7mmol∕g；加入適量的粘土可以提高原料的可塑性和坯體的強(qiáng)度；適量的有機(jī)高分子聚合物，如羧甲基纖維素鈉、聚丙烯酰胺等，都可以提高原料的可塑性和坯體的強(qiáng)度。

4.2.2 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)工藝流程：原料+配料+添加劑→攪拌→混料→成形→干燥→燒成→制品。壓制成形的透水磚原料的配比為黃金尾礦80%～90%，煤矸石2%～12%，膨潤(rùn)土5%～10%，高分子聚合物0～0.2%。

制備工藝的要點(diǎn)：將原料按配方稱(chēng)量后加適量水?dāng)嚢杈鶆?，混?0h左右，在制樣機(jī)上以不同壓力壓制成形。坯體干燥24h，分別在不同溫度下保溫一定時(shí)間燒制，然后自然冷卻。

4.3 粉煤灰透水磚[7]

隨著我國(guó)火力發(fā)電事業(yè)的快速發(fā)展，粉煤灰的排放量急劇增加，造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染，粉煤灰的綜合利用已成為社會(huì)關(guān)注的重大問(wèn)題。

4.3.1 原 料

這種方法的主要原料粉煤灰取自某火電發(fā)電廠。同時(shí)，為提高成形時(shí)的生坯強(qiáng)度及燒結(jié)制品的強(qiáng)度，可采用粘土作粘結(jié)劑、破碎的廢地磚為骨料。粉煤灰為細(xì)干灰，可直接用于實(shí)驗(yàn)。粘土、廢地磚烘干后用鄂式破碎機(jī)破碎和圓盤(pán)磨磨細(xì)后過(guò)篩（粘土過(guò)200目篩，廢地磚用分樣篩分級(jí)）。

4.3.2 粉煤灰透水磚的制備

按照粉煤灰40%～50%、粘土25%～35%、廢地磚20%～30%的配比，先將粉煤灰與粘土混合均勻，然后加入配制好的廢地磚，噴水拌合，使粉料比較均勻地包覆在廢地磚表面，加水量控制在14%左右。將配制好的坯料分別加入100mm×l00mm×40mm(抗壓試件)、Φ75mm×40mm（透水系數(shù)試件)的模具中，在一定壓力下壓制成形。制好的坯體置于恒溫干燥箱中，于105～110℃下干燥9h。干坯經(jīng)設(shè)定的溫度制度燒成，自然冷卻即得粉煤灰透水磚。

5 影響透水磚性能的因素

高透水性環(huán)保陶瓷磚的原料顆粒大小、配方、成形壓力和燒成制度等對(duì)透水磚的力學(xué)性能、氣孔率、平均孔徑和透水系數(shù)等都有顯著影響，為了獲得性能更好的透水磚，應(yīng)該在各個(gè)工藝條件的共同作用下合理安排工藝參數(shù)。

透水磚的配方設(shè)計(jì)要滿足廢物利用率高、能耗低、對(duì)環(huán)境污染小、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、產(chǎn)品保水性的要求，以及保證透水性好、防滑、耐磨、抗壓、抗折強(qiáng)度能滿足道路磚標(biāo)準(zhǔn)等。

5.1 原 料

高透水性環(huán)保陶瓷磚具有良好的透水性及較高的強(qiáng)度，可滿足不同路面鋪設(shè)的使用要求?？紤]到要充分利用工業(yè)廢渣，解決工業(yè)固體廢棄物的堆放問(wèn)題，因此必須選擇合適的原料。實(shí)驗(yàn)應(yīng)主要以工業(yè)廢渣為原料，即自燃過(guò)的工業(yè)垃圾，如煤矸石、廢瓷磚、石英、長(zhǎng)石、高嶺土和粘土等。

5.2 骨 料

透水磚的骨料是主要原料，所以骨料對(duì)產(chǎn)品的成形性能、燒成性能及理化性能影響都很大。為了能生產(chǎn)出最佳性能的透水磚產(chǎn)品，應(yīng)該選擇不同的骨料進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。一般單一料包括：天然石塊狀的粉碎顆粒、熟焦寶石、熟矸等；合成料包括：廢磚瓦、廢陶瓷等；工業(yè)廢渣包括：自燃過(guò)的煤矸石、黃金尾礦等。

5.3 粘結(jié)劑

加入粘結(jié)劑主要是為了滿足產(chǎn)品的成形性能要求，其次是為了滿足產(chǎn)品燒成過(guò)程中和燒成后的強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)的要求。但加入量過(guò)多，會(huì)對(duì)氣孔的形成、廢物利用率及成本產(chǎn)生負(fù)面影響，所以尋找合適的加入量，是研制最佳性能透水磚的重要任務(wù)之一。

5.4 助熔劑的選擇

助熔劑是一些低溫生活垃圾，其作用主要有兩點(diǎn)：一是助熔作用，降低燒成溫度；二是提前熔化，使粘結(jié)劑在燒成分解時(shí)產(chǎn)生對(duì)骨料的粘結(jié)作用，減弱因粘結(jié)劑分解后失去粘結(jié)力時(shí)產(chǎn)生的骨料松散和產(chǎn)品變形，同時(shí)也可以增強(qiáng)產(chǎn)品燒成后的強(qiáng)度。

6 陶瓷透水磚存在的問(wèn)題

陶瓷透水磚在我國(guó)的工業(yè)化生產(chǎn)僅有幾年的時(shí)間，其特性、生產(chǎn)和使用等方面有許多地方不同于普通陶瓷磚，主要存在以下幾方面的問(wèn)題:（1）價(jià)格問(wèn)題。陶瓷透水磚由于厚度大(一般大于50mm)，要經(jīng)過(guò)高溫?zé)?，所以窯爐投資和能耗均遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于非陶瓷透水磚，這必然導(dǎo)致其售價(jià)比一般道路磚、非陶瓷透水磚高出好幾倍，從而限制了其進(jìn)入經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)和一些項(xiàng)目投資較少的地區(qū)。（2）鋪貼方法問(wèn)題。透水磚由于其性能和功能特點(diǎn)，要求路基處理得特別平整，而且要用不同材料對(duì)不同層進(jìn)行鋪貼處理；另外，對(duì)不同地區(qū)、不同地質(zhì)條件、不同環(huán)境又有不同的要求，這就對(duì)施工技術(shù)有嚴(yán)格的要求，因而增加了其進(jìn)入市場(chǎng)的難度。（3）認(rèn)識(shí)問(wèn)題。主要分兩個(gè)方面，一方面，城建部門(mén)認(rèn)識(shí)不到城市硬化路面給人們的生存和生活質(zhì)量帶來(lái)的危害，不能從長(zhǎng)遠(yuǎn)的、可持續(xù)發(fā)展的角度看問(wèn)題，所以對(duì)采用新型材料(但要花較多的錢(qián))持不支持、不積極甚至阻止的態(tài)度；另一方面，工程技術(shù)人員，特別是搞城市規(guī)劃設(shè)計(jì)和施工的技術(shù)人員普遍認(rèn)為，傳統(tǒng)的道路設(shè)計(jì)和施工中使用透水磚，會(huì)帶來(lái)技術(shù)上和工程質(zhì)量上的問(wèn)題，在目前技術(shù)不成熟和人們的環(huán)境意識(shí)還不是那么強(qiáng)的情況下，無(wú)必要實(shí)施。

7 結(jié) 論

高透水性環(huán)保陶瓷磚的抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度既能滿足國(guó)家人行道路磚的標(biāo)準(zhǔn)要求，又具有其他道路磚無(wú)法比擬的高透水性能、高防滑性能及保水性能。采用高透水性環(huán)保陶瓷磚鋪貼人行道、公園、花園、居民宅院等，可起到補(bǔ)充地下水，調(diào)節(jié)空氣濕度、溫度，吸收城市噪音污染，方便行人特別是雨季行走等多種功能，還能改善人們的居住環(huán)境，提高生活質(zhì)量。同時(shí)環(huán)保陶瓷透水磚以固體工業(yè)廢料和生活垃圾為主要原料，減少了工業(yè)廢料和生活垃圾對(duì)環(huán)境的污染，使資源得以再利用，節(jié)約了礦產(chǎn)資源。如果工藝條件和配方調(diào)配合適，完全可以生產(chǎn)出投資少、見(jiàn)效快的環(huán)保型陶瓷透水磚。

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The Research Situation and Development Prospects of Water Pervious Brick

Dai WubinZeng LingkeWang HuiCheng XiaosuLiu Ping'anShui Anze

(Material Science and Technology South China University of TechnologyGuangzhou Guangdong 510640)

Abstract: The classification， characteristic， production technics of the water pervious brick were summarized in this paper.Some questions appeared when the water pervious brick was put into market and its advantage in application were introduced as well.

Keywords: water pervious brick，current situation，waste utilization，technic