透水砖的研究现状及发展前景
摘 要 本文介绍了国内外透水砖的分类、特性、生产工艺等现状，以及透水砖在推向市场过程中存在的一些问题以及其应用优势。
关键词 透水砖，现状，废料利用，工艺
1 引 言
节约用水与治理污染两大问题是关系到国计民生、可持续发展的重大问题，也是当前和今后相当长时间内需要重点研究和解决的重大课题。陶瓷透水砖作为兼有节水和治理污染双重功能的新型建筑装饰材料而备受关注。
2 透水砖的分类、特性及其环保作用
目前，在市面上见到的透水砖从材质和生产工艺上可分为两大类，一类是以固体工业废料、生活垃圾和建筑垃圾为主要原料，通过粉碎、成形、高温烧制而成的具有透水砖的性能、符合透水砖标准的建筑装饰材料，称之为陶瓷透水砖；另一类是以无机非金属材料为主要原料，利用有机或无机粘结剂通过成形、固化而制成的具有透水砖性能、符合透水砖标准的建筑装饰材料，由于它无须烧成，所以称其为非陶瓷透水砖。
从产品本身的性能和使用功能上又可将透水砖分为砖体本身透水的透水砖和砖体本身不透水或本身只能渗水或微弱透水的透水砖。本身不透水的透水砖有陶瓷的，也有非陶瓷的，其透水功能靠铺贴或拼凑组合时砖与砖之间的接缝实现。单体不透水的陶瓷透水砖是将不同颜色的陶瓷砖块(20mm×30mm、30mm×50mm)按一定规格组合粘贴在一片特制的树脂板上，像马赛克一样。该树脂板下面有支撑脚，以便于从砖接缝处漏下去的水渗入地下，达到透水的目的。这种透水砖重量轻、铺砌方便，更换也方便，图案组合更容易实现，但成本较高。
陶瓷透水砖具有很多其他陶瓷砖所不具有的特性：(1)高透水性；(2)陶瓷透水砖的主要原料是工业废料，所以其生产减轻了工业废料对环境造成的污染；(3)高透水性生态陶瓷砖主要以工业固体废物为原料，且该砖的装饰效果特别好，所以它必然会代替其他类似的建筑材料，从而节约了其他工业原材料的使用，为节约资源做出贡献；(4)由于陶瓷透水砖使用的工业废料都经高温煅烧过，所以其烧制过程除燃料本身放出的气体外，很少产生有害气体，减轻了废气对环境的污染；(5)陶瓷透水砖孔隙率高，吸音效果好，有防止噪音污染的功能。另外，其表面摩擦系数大，行人行走轻松自如，从而消除行走时的疲劳感。
3 国内外透水砖的发展现状
日本INAX陶瓷透水砖早已投放市场，有严格的企业标准，产生了良好的社会经济效益。广东佛山某中日合资企业生产与日本INAX相同的产品，但产量不大，且几乎全部返销到日本，在国内的销量有限。
1999年，佛山市乐华陶瓷有限公司（中外合资）发明了一种透水砖制造方法并申请了专利。该方法包括了从骨料破碎筛分、粘结剂干燥破碎筛分、原料加水混合、压制成形、在1150～1250℃下烧成等工序。其中骨料为砖粒，配比为85%～94%；粘结剂为低温高粘性粘土（其中Al2O3及SiO2总量小于90%），配比为6%～15%。采用该专利生产的透水砖可以以废砖为主要原料，这样就为有效利用陶瓷废品开辟了新的途径，用这种透水砖铺贴的地面，可迅速排除路面积水，改善环境[9]。2001年，该公司又发明了一种侧、底面透水砖的制造方法。其特点是采用两种不同的原料进行二次布料，上层原料为喷雾加工的陶瓷粉料＋石料＋化工原料；下层原料为陶瓷产品粗粒料＋粘结剂＋助熔剂＋水。用这种方法制造的透水砖不仅透水性能良好，而且耐磨性很高，可延长其作为地面砖的使用寿命[10]。2001年，佛山一家陶瓷企业也开发了一种适用于需要迅速排除雨水的广场、道路等公共场所排水系统的铺面陶瓷透水砖。其配方为(wt%)：废墙地砖粒70～90、长石粉8～20、纤维素1～5、木屑1～5，经粉碎、过筛、混和，加入适量水搅拌均匀，然后制坯、干燥，在烧成温度为1100～1300℃的条件下煅烧100～140min，降温出料成陶瓷透水砖。
近年来，陕西、河南、山东、河北等地相继出现了一些生产陶瓷透水砖的企业，但生产规模均较小，多数没有连续生产。从目前的技术水平来看，国内生产的陶瓷透水砖性能均优于INAX公司的产品，但市面上INAX公司产品的性能指标远远优于其标准上的指标，比较突出的是抗折、抗压强度都较大，而透水系数则比较小。
我国烟台等地都有全自动化生产非陶瓷透水砖的进口生产线，但现在还没有透水砖的国家标准。目前，行业标准已由咸阳陶瓷研究设计院和西安墙体材料研究设计院联合起草并通过了审议。
4 各种陶瓷透水砖的制备方法
由于透水砖品种较多，故透水砖的制备方法和生产工艺也很多，下面介绍几种有代表性的制备方法。
4.1 利用陶瓷废料研制透水砖[3]
利用陶瓷废料、废玻璃和粘土作为主要原料研制环保型陶瓷透水砖，一方面可以使目前日益增加的工业废渣得以利用，减轻环境负荷；另一方面还具有对环境的美化装饰效果，能使雨水或城市用水迅速渗透于地下，从而起到调节城市气候、减少城市水资源流失的作用。
4.1.1 原 料
废玻璃是用回收的玻璃瓶，粉碎成粒度1mm以下；陶瓷废料可以用红色废陶和白色陶瓷2种，将陶瓷废料敲碎后，过20目标准筛；采用加工好的粘土，过120目筛，以滑石作为添加剂。基础试验使用废玻璃、陶瓷废料和粘土3种原料，用三角配料法调试16种配方（如图所示）。在效果相对较好的配方上再做添加剂实验。
4.1.2 试样的制备
按照配方进行配料。用压力机压制配好的物料，制备试样。压机的压力为10.2MPa，制得的试样尺寸为120mm×80mm×10mm。将制备好的试样放入干燥箱中，在120℃下干燥2h，然后放入高温箱式电阻炉中烧成。烧成温度依次为1000℃、1050℃和1100℃，电炉的升温速度控制在80℃/h，并在烧成温度下保温1h，随炉冷却后取出。
4.2 黄金尾矿透水砖[6]
以黄金尾矿为主要原料，以煤矸石作成孔剂，制备多孔透水砖。
4.2.1原 料
以黄金尾矿为主要原料，加入适量的一定粒度的煤矸石既可以起到成孔剂的作用，改善砖体的渗透性能，又能改善原料的工艺性能；所用膨润土的主要矿物为蒙脱石、埃洛石、石英等，蒙脱石的含量在78%左右，膨润土的阳离子交换容量为69.7mmol∕g；加入适量的粘土可以提高原料的可塑性和坯体的强度；适量的有机高分子聚合物，如羧甲基纤维素钠、聚丙烯酰胺等，都可以提高原料的可塑性和坯体的强度。
4.2.2 实验方法
实验工艺流程：原料+配料+添加剂→搅拌→混料→成形→干燥→烧成→制品。压制成形的透水砖原料的配比为黄金尾矿80%～90%，煤矸石2%～12%，膨润土5%～10%，高分子聚合物0～0.2%。
制备工艺的要点：将原料按配方称量后加适量水搅拌均匀，混料20h左右，在制样机上以不同压力压制成形。坯体干燥24h，分别在不同温度下保温一定时间烧制，然后自然冷却。
4.3 粉煤灰透水砖[7]
随着我国火力发电事业的快速发展，粉煤灰的排放量急剧增加，造成了严重的环境污染，粉煤灰的综合利用已成为社会关注的重大问题。
4.3.1 原 料
这种方法的主要原料粉煤灰取自某火电发电厂。同时，为提高成形时的生坯强度及烧结制品的强度，可采用粘土作粘结剂、破碎的废地砖为骨料。粉煤灰为细干灰，可直接用于实验。粘土、废地砖烘干后用鄂式破碎机破碎和圆盘磨磨细后过筛（粘土过200目筛，废地砖用分样筛分级）。
4.3.2 粉煤灰透水砖的制备
按照粉煤灰40%～50%、粘土25%～35%、废地砖20%～30%的配比，先将粉煤灰与粘土混合均匀，然后加入配制好的废地砖，喷水拌合，使粉料比较均匀地包覆在废地砖表面，加水量控制在14%左右。将配制好的坯料分别加入100mm×l00mm×40mm(抗压试件)、Φ75mm×40mm（透水系数试件)的模具中，在一定压力下压制成形。制好的坯体置于恒温干燥箱中，于105～110℃下干燥9h。干坯经设定的温度制度烧成，自然冷却即得粉煤灰透水砖。
5 影响透水砖性能的因素
高透水性环保陶瓷砖的原料颗粒大小、配方、成形压力和烧成制度等对透水砖的力学性能、气孔率、平均孔径和透水系数等都有显著影响，为了获得性能更好的透水砖，应该在各个工艺条件的共同作用下合理安排工艺参数。
透水砖的配方设计要满足废物利用率高、能耗低、对环境污染小、生产工艺简单、产品保水性的要求，以及保证透水性好、防滑、耐磨、抗压、抗折强度能满足道路砖标准等。
5.1 原 料
高透水性环保陶瓷砖具有良好的透水性及较高的强度，可满足不同路面铺设的使用要求。考虑到要充分利用工业废渣，解决工业固体废弃物的堆放问题，因此必须选择合适的原料。实验应主要以工业废渣为原料，即自燃过的工业垃圾，如煤矸石、废瓷砖、石英、长石、高岭土和粘土等。
5.2 骨 料
透水砖的骨料是主要原料，所以骨料对产品的成形性能、烧成性能及理化性能影响都很大。为了能生产出最佳性能的透水砖产品，应该选择不同的骨料进行对比试验。一般单一料包括：天然石块状的粉碎颗粒、熟焦宝石、熟矸等；合成料包括：废砖瓦、废陶瓷等；工业废渣包括：自燃过的煤矸石、黄金尾矿等。
5.3 粘结剂
加入粘结剂主要是为了满足产品的成形性能要求，其次是为了满足产品烧成过程中和烧成后的强度、结构的要求。但加入量过多，会对气孔的形成、废物利用率及成本产生负面影响，所以寻找合适的加入量，是研制最佳性能透水砖的重要任务之一。
5.4 助熔剂的选择
助熔剂是一些低温生活垃圾，其作用主要有两点：一是助熔作用，降低烧成温度；二是提前熔化，使粘结剂在烧成分解时产生对骨料的粘结作用，减弱因粘结剂分解后失去粘结力时产生的骨料松散和产品变形，同时也可以增强产品烧成后的强度。
6 陶瓷透水砖存在的问题
陶瓷透水砖在我国的工业化生产仅有几年的时间，其特性、生产和使用等方面有许多地方不同于普通陶瓷砖，主要存在以下几方面的问题:（1）价格问题。陶瓷透水砖由于厚度大(一般大于50mm)，要经过高温烧成，所以窑炉投资和能耗均远远大于非陶瓷透水砖，这必然导致其售价比一般道路砖、非陶瓷透水砖高出好几倍，从而限制了其进入经济欠发达地区和一些项目投资较少的地区。（2）铺贴方法问题。透水砖由于其性能和功能特点，要求路基处理得特别平整，而且要用不同材料对不同层进行铺贴处理；另外，对不同地区、不同地质条件、不同环境又有不同的要求，这就对施工技术有严格的要求，因而增加了其进入市场的难度。（3）认识问题。主要分两个方面，一方面，城建部门认识不到城市硬化路面给人们的生存和生活质量带来的危害，不能从长远的、可持续发展的角度看问题，所以对采用新型材料(但要花较多的钱)持不支持、不积极甚至阻止的态度；另一方面，工程技术人员，特别是搞城市规划设计和施工的技术人员普遍认为，传统的道路设计和施工中使用透水砖，会带来技术上和工程质量上的问题，在目前技术不成熟和人们的环境意识还不是那么强的情况下，无必要实施。
7 结 论
高透水性环保陶瓷砖的抗折强度和抗压强度既能满足国家人行道路砖的标准要求，又具有其他道路砖无法比拟的高透水性能、高防滑性能及保水性能。采用高透水性环保陶瓷砖铺贴人行道、公园、花园、居民宅院等，可起到补充地下水，调节空气湿度、温度，吸收城市噪音污染，方便行人特别是雨季行走等多种功能，还能改善人们的居住环境，提高生活质量。同时环保陶瓷透水砖以固体工业废料和生活垃圾为主要原料，减少了工业废料和生活垃圾对环境的污染，使资源得以再利用，节约了矿产资源。如果工艺条件和配方调配合适，完全可以生产出投资少、见效快的环保型陶瓷透水砖。
参考文献
1 殷海荣，陈 福，薛立莎，安百江.利用废玻璃研制瓷质砖及陶瓷透水砖[J].中国陶瓷,2005，41(6):20～23
2 李国昌，王 萍.工艺条件对多孔透水砖基本性能的影响[J].建材与工业信息,2005(7):26～29
3 马云龙.透水砖透水性和强度的影响因素[J].佛山陶瓷,2005(5):10～13
4 姚治才.环境废弃物及其再利用[J].陶瓷,1999(3):16～20
5 成智文，马养志，扬玉锋，才秀明.高透水性环保陶瓷砖的研究开发[J].2002(6):19～20
6 李国昌，王 萍.黄金尾矿透水砖的制备及其性能研究[J].2006(6):78～82
7 饶玲丽，曹建新，张洪波，杨林，庞英，刘毅，汪蜻蜻.粉煤灰透水砖的制备研究[J].新型建筑材料，2006，48～50
8 马养志.透水砖的生产工艺与发展前景[J].砖瓦，2004(7):47～49
9 佛山市乐华陶瓷有限公司(中外合资).透水砖制造方法[P].中国，B28B1/00，99104294.8. 1999.10.27
10 佛山市乐华陶瓷有限公司(中外合资).侧、底面透水砖制造方法[P].中国，B28B3/00，01127870.6.2002.03.13
11 庞 伟，何洪辉.一种陶瓷透水砖及其生产方法[P].中国，C04B38/00，01127813.7.2002.02.20
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