新型透水磚設計及制備方法研究★

韓葳蕤 孟昭博 張 輝 王 鑫 么傳杰 華雷廣

(1.聊城大學建筑工程學院，山東 聊城 252000； 2.山東聊建集團有限公司，山東 聊城 252000)

新型透水磚設計及制備方法研究★

韓葳蕤1孟昭博1*張 輝1王 鑫1么傳杰2華雷廣2

(1.聊城大學建筑工程學院，山東 聊城 252000； 2.山東聊建集團有限公司，山東 聊城 252000)

基于對國內外透水磚的研究現狀和應用情況的認識，對透水磚不耐磨和透水性能降低幅度大的缺點進行了分析，設計了一種新型透水磚，提出了新型透水磚的組成、配合比及相應制備方法，研究了透水磚各層結構構造及組分，研究結果表明：該新型透水磚具有透水率變化小、耐磨性高的優點。

透水磚，透水率，制備方法，結構設計

0 引言

城市洪澇成為常見的災害之一，據統計，2016年因洪澇災害造成62%以上的城市受災，直接損失超138億元。然而中國的水資源人均占有量僅為2 240 m3，約為世界人均的1/4[1]。中國水資源質量不斷下降，水環境持續惡化，據統計，我國平均每年浪費水資源102億t，24%的人口飲用受到污染的水，水資源的質量安全問題迫在眉睫。“2012低碳城市與區域發展科技論壇”首次提出“海綿城市”的概念，透水磚成為建造“海綿城市”的不可或缺的一部分。透水磚(Water Permeable Brick)是將無機非金屬材料按照一定的比例進行配料、攪拌、壓模成型等工藝制作而成的，根據其原材料的不同，可以分為普通透水磚、聚合物纖維混凝土、彩石復合混凝土、生態沙基透水磚等。透水磚的工作原理是增大磚體的透水性能，將雨水滲透到地下，減少地面水分蒸發。目前，國內外專家學者對透水磚的研究日漸增多，也取得一定的成果。日本北海道和東京的人行道路路面鋪設的透水磚的透水率分別為30%,40%[2]。德國長期致力于不透水路面的改造，2010年全國城市90%的路面已改造為透水路面。同時，國際上相應的展覽會和學術交流會也非常活躍，如美國2012國際混凝土博覽會、德國GALAUBA展、第11屆國際混凝土路面磚大會等。20世紀90年代初期，中國從歐美、日本等發達國家引進了混凝土砌塊生產線，用于香港、深圳、北京等正在迅速發展的區域和城市[3]。研究的各種材質的透水磚已經取得了許多成果[4-12]。許多城市都在努力發展成為“海綿城市”，青島、廈門、無錫等城市的廣場、人行道正在改為鋪設透水磚。

基于對國內外透水磚的研究現狀和應用情況的認識，針對現有透水磚存在透水率小、易損壞及耐久性差等問題，研制了一種新型透水磚，提出了新型透水磚的組成、配合比及相應制備方法，著力提高透水磚隨著時間推移透水性能穩定性，研究成果對我國“海綿城市”的建設具有重要的推動作用。

1 透水磚的優勢

1.1透水與保水性能

透水磚的孔隙率高達20 mm/s，具有較高的微孔透水效果，可使雨水迅速滲入地下，路面雨水載流量可達45%，能應付60 mm/h的降雨量。不僅可以緩解甚至解決城市雨天內澇的問題，減輕城市排水和防洪壓力，還可以將蓄積在磚體中的水分減少蒸發，保持土壤濕度，平衡地表溫度，緩解溫室效應。透水磚具有良好的透水性能，可以減少水資源的浪費，補充日趨緊缺的地下水資源。

1.2垃圾廢料的利用

透水磚采用礦渣廢料、廢陶瓷等工業廢料為原料加工制作，對于節約能源資源、保護自然環境、改善經濟增長方式、實現資源優化配置和可持續發展都具有重要的意義。現在已經研制出利用各種建筑廢料、工業垃圾、廢棄鋼渣等制備的透水磚[13-15]。透水磚產品遵循國家環保政策，能夠適應社會發展的需要，符合材料發展的主要趨勢。

1.3應用優勢

透水磚透水性好，防老化功能強；防止路面積水，表面呈微小凹凸防止路面反光；降低車輛行駛時產生的噪聲，創造安靜舒適的環境；抗凍性能和抗堿性能高；顏色形狀多樣，與四周環境相映襯，自然美觀。

2 新型透水磚原材料

新型透水磚原材料主要包括水泥、骨料、染色劑、添加劑和水組成，各組成成分的具體性能參數為：

1)水泥，選用山東山水水泥股份有限公司生產的普通硅酸鹽水泥425號，其質量符合GB 175—1999硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥要求。

2)骨料，該新型透水磚骨料主要選擇天然碎石或建筑垃圾，透水表層粒徑范圍為1.25 mm～5 mm，透水結構層粒徑范圍是2.5 mm～10 mm。當現有的碎石或建筑垃圾粒徑過大時，需采用顎式破碎機對其進行破碎和篩選。

3)添加劑，新型透水磚所需添加劑主要包括材料專用激發劑和減水劑。透水磚選用的材料不同，激發劑也不同，激發劑一般與減水劑搭配使用，主要是由高分散性的β-萘磺酸甲醛高濃縮物組成，可以增強減水劑的減水性能，提高減水劑對材料的適應性；減水劑主要起到分散、潤滑、空間位阻及緩釋效果，作用機理為：材料與水按照一定比例混合后，水分會被材料包裹，從而降低了水分與其他材料混合程度，減水劑的組成分子可以定向吸附于材料顆粒表面，使材料顆粒表面帶有相同電荷，形成靜電排斥作用，促使水泥顆粒相互分散，釋放出被包裹部分水，從而有效地增加混凝土拌合物的流動性；另一方面，減水劑可以使材料顆粒表面形成吸附層，增加顆粒的空間度。減水劑可以增強減水效果，縮短材料的終凝時間。

4)染色劑，主要成分為無機材料，其溶于水后能迅速分散到材料中，可以很好的著色材料。

5)水，山東省聊城市日常飲用自來水。

3 新型透水磚制備方法和構造

3.1透水磚構造

透水表層包括表層顆粒，表層顆粒的粒徑在1 mm～4 mm之間。透水結構層包括結構顆粒，結構顆粒的粒徑在5 mm～10 mm之間。各表層顆粒和各結構顆粒分別包含若干的透水孔，在制作的過程中，表層顆粒和結構顆粒選用黏土陶粒、粉煤灰陶粒或煤矸石陶粒中的一種或幾種，密度350 kg/m3～450 kg/m3，筒壓強度不小于1.5 MPa，陶粒的內部都具有封閉的孔，可作為透水孔。

透水表層、透水結構層和耐磨層疊加后的總厚度在6 cm～12 cm之間。透水表層與透水結構層的厚度比為1∶2。透水表層的上側固定連接有耐磨層，耐磨層包括耐磨顆粒，粒徑在0.22 mm～0.38 mm之間，耐磨顆粒優選石英砂顆粒，并采用透水水泥進行固定連接。作為一種進一步優化結構，耐磨層的厚度為0.5 cm～1 cm，透水表層與透水結構層的厚度比為1∶2。新型透水磚組成結構及其A、B處放大如圖1～圖3所示。

3.2制備步驟

新型透水磚制備步驟包括破碎、稱量、材料質量強化、攪拌成漿、成型及養護六個步驟，工藝流程如圖4所示。

1)破碎。將天然碎石塊或建筑垃圾按照粒徑范圍1.25 mm～5 mm和2.5 mm～10 mm進行篩分，然后將粒徑大于10 mm的碎石或建筑垃圾進行鄂式破碎機破碎，然后篩分、歸類、養護。

2)稱量。按照配比分別稱量透水磚表層和透水磚結構層所需水泥、碎石(已破碎)、添加劑、染色劑和水的質量。

3)材料質量強化。為了減少材料受物理摩擦產生的性質影響，一般采用材料質量強化技術，具體操作過程是把破碎后的骨料(粒徑為2 mm～10 mm)放入滾筒中滾動5 min，這樣可以振落骨料表面的泥沙和充分消除含裂紋顆粒。

4)攪拌成漿。首先將稱好的骨料、水泥、添加劑進行和勻，然后將染色劑與水混合后加入和好的材料內，最后放入攪拌機進行攪拌，攪拌20 min左右形成漿體。攪拌過程中的注意事項包括：攪拌前檢查攪拌艙是否干凈，用濕布抹一遍攪拌艙內壁，保證艙內無雜質；加水應在材料和勻之后，防止出現泥團現象；加水要分三個階段加入，目的是增加水泥的水化反應時間，保證材料的性能；攪拌完成后，要在10 min內完成對漿體的保護和入模，防止出現板結、水分流失等現象。

5)磚體成型。首先進行底料生產，然后生產面料。將已經攪拌均勻的材料漿體裝入透水磚成型模具后進行振動、搗實、成型。裝料時須用振動棒沿模具內壁振搗，再經過機械振動消除漿體內部氣泡，最后用抹刀沿模具上端抹平磚體表面，靜壓成型。在過程中需要注意同類型的磚塊成型時其振動時間和靜壓壓力應保證相同。

6)養護。將磚體放置恒溫恒濕養護室，24 h后將磚體脫模，并用塑料薄膜覆蓋，每天澆水一次，7 d后抽樣進行強度檢測，若強度檢測合格后，該批次磚體即可使用。

該透水磚表層與透水結構層相固結，表層顆粒粒徑在1 mm～5 mm之間，結構層粒徑在2.5 mm～10 mm之間，表層顆粒和各結構顆粒分別包含若干透水孔，透水表層可以對雨水進行初步過濾，避免顆粒較大的泥土進入磚體內部，封堵透水孔。

4 結語

1)新型透水磚提高了透水率和透水性能的穩定性，在2年～3年透水性下降僅為5%～10%；新型透水磚的總厚度為6 cm～12 cm，保證使用強度和良好的透水性，耐磨層可以提高新型透水磚表面的耐磨程度；

2)耐磨層的厚度為0.5 cm～1 cm，透水表層與透水結構層的厚度比為1∶2，在保證新型透水磚的結構強度的基礎上使其透水性處于最佳的狀態。

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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★：國家級大學生創新創業訓練計劃(項目編號：201610447043)；2016年山東省教學改革研究項目(地方綜合性大學土木工程專業應用型人才培養機制研究與實踐)

韓葳蕤(1995- )，女，在讀本科生

孟昭博(1977- )，男，副教授

TU522.1

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