本发明属于无机固体废弃物资源化利用领域，具体涉及了一种自洁式生态透水砖及其制备方法。
背景技术：
随着我国城镇化进程的快速发展，现代城市雨洪管理系统逐渐引起人们的重视。海绵城市建设是为适应城市环境变化和应对雨水灾害而提出的新一代城市雨洪管理概念。透水砖制品是海绵城市建设的一个核心部件。道路和广场路面的透水性对城市雨水的渗透、滞留和净化起到重要作用，透水砖等路面材料的研究和应用不断增多。
我国市场上常见的透水砖品种主要包括树脂砂基透水砖、混凝土透水砖及陶瓷烧结透水砖。树脂砂基透水砖以环氧树脂和胺类固化剂为骨料间的结合剂，混凝土透水砖以硅酸盐水泥为主要结合剂，这两种透水砖在实际使用过程中存在耐久性差的缺点。陶瓷烧结透水砖耐久性好，但原料开采造成环境的破坏，高温烧结工艺难以避免生产中的高能耗。与此同时，这些透水砖制品在长期露天使用过程中，在砖体内部的孔壁上微生物将大量繁殖，造成孔隙的堵塞，影响了透水砖制品的使用性能。
我国无机固体废弃物存在堆存量大、利用率低、污染环境等诸多问题，利用这些无机固废制备透水砖，用于海绵城市建设及市政工程建设领域无疑是变废为宝的一种有效途径。
以树脂为结合剂的透水砖技术较为多见。北京仁创科技集团发明专利《一种透水砖及其制备方法》(公告号：CN102400428A)公开了一种以环氧树脂为粘结剂，以沙漠砂为主要原料的透水砖的制备方法，由于树脂昂贵，该法制备透水砖成本较高。以水泥为结合剂的混凝土透水砖技术亦较为多见。内江市恒世达建材有限公司发明专利《具有透水性的混凝土路面砖及其制备方法》(公告号：CN104341129A)公开了一种由卵石、水泥和矿石碎粉为主要原料制备的混凝土型透水砖。景德镇陶瓷学院发明专利《一种采用原位生成高温粘结剂制备的陶瓷透水砖及其制备方法》(公告号：CN103771864A)公开了一种陶瓷型透水砖及其制备方法，其主要技术特征是在透水砖的骨料中引入可溶性盐，利用烧结过程中的原位反应生成高温粘结剂，从而将透水砖骨料颗粒粘结起来，但是制备这种透水砖需1100～1250℃高温，能耗较高。
技术实现要素：
本发明针对现有技术中存在的不足，目的在于提供一种利用无机固废为主要骨料颗粒，碳酸盐为造孔剂、磷酸盐为固化剂、碱金属氧化物为粘结剂，引入光触媒制剂制备的自洁式生态透水砖及其制备方法。
为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：
一种自洁式生态透水砖，各组分按重量份数计为：骨料颗粒65～85份、碳酸盐1～5份、磷酸盐4～10份、碱金属氧化物1～3份、光触媒制剂1～3份、水5～15份。
上述方案中，所述骨料颗粒为石材废渣、尾矿破碎渣、建筑垃圾碎渣、或普通河砂。
上述方案中，所述骨料颗粒的粒度范围为-20目～﹢80目(0.18mm～2.00mm，泰勒标准筛制)。
上述方案中，所述碳酸盐、磷酸盐和碱金属氧化物的粒度范围均为-200目。
上述方案中，所述碳酸盐为碳酸镁、碳酸钠和碳酸钙中的一种或多种。
上述方案中，所述磷酸盐为磷酸钠盐、磷酸铝盐、磷酸锆盐、磷酸镁盐和磷酸铬盐中的一种或几种。
上述方案中，所述磷酸盐为正磷酸盐和/或缩聚磷酸盐。
上述方案中，所述正磷酸盐为磷酸二氢铝(Al(H2PO4)3)和/或磷酸一氢铝(Al2(HPO4)3)，所述缩聚磷酸盐为焦磷酸钠(Na4P2O7)、三聚磷酸钠(Na5P3O11)、六偏磷酸钠((NaPO3)6)和超聚磷酸钠(Na2P4O11)中的一种或几种。
上述方案中，所述碱金属氧化物为氧化钙、氧化锌和氧化铁中的一种或几种。
上述方案中，所述光触媒制剂为含纳米TiO2的光触媒制剂、含纳米ZnO的光触媒制剂、含纳米Fe2O3的光触媒制剂、含纳米ZrO2的光触媒制剂和含纳米SiO2的光触媒制剂中的一种或几种。
上述自洁式生态透水砖的制备方法，包括如下步骤：
(1)将骨料颗粒、碳酸盐、磷酸盐及碱金属氧化物按规定目数筛分备用；
(2)按组份配比称取骨料颗粒、碳酸盐及光触媒制剂，搅拌均匀后获得混合料甲；
(3)按组份配比称取磷酸盐和碱金属氧化物，加入适量水，混合后获得混合料乙；
(4)将混合料乙加入混合料甲并混合均匀，转入模具压制成砖坯；
(5)将砖坯连同模具一起油浴保温一段时间；然后取出砖坯做脱模处理，得到透水砖。
上述方案中，步骤(4)所述压制的程序为：采用压头单向静压法，压力为5～10MPa，保压时间15～30min。
上述方案中，步骤(5)中所用油浴的温度为160℃～180℃，保温时间为30～60min。
本发明的有益效果：
(1)本发明以无机固废/河沙为骨料，碳酸盐为造孔剂、磷酸盐为固化剂、碱金属氧化物为粘结剂，经油浴反应后制备得到透水砖，相比较陶瓷烧结型透水砖，本发明所述油浴反应的温度远远低于陶瓷烧结的温度，大幅降低了能耗及生产成本；相比较树脂结合型透水砖和混凝土透水砖，本发明所述透水砖在耐久性和环保性上更具优势；
(2)本发明所述透水砖的骨料组分可以选用无机固废，采用无机固废为主要原料制备自洁式生态透水砖，实现了对无机固体废弃物的资源化利用；
(3)本发明所述透水砖制品具有自清洁功能，可以有效改善透水砖制品在长时间使用过程中因微生物生长附着而堵塞孔道的问题；同时所述透水砖还具有强度高、耐久性好、透水性优良等优点，具体表现为：抗压强度≥35MPa、透水系数(15℃)≥1.5×10-2cm/s、保水率≥0.10g/cm-3、磨坑长度≤25mm。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
以下实施例中，所述碳酸盐、磷酸盐和碱金属氧化物的粒度范围均为-200目。
以下实施例中，所述骨料颗粒粒度范围-20目～﹢80目，优选为40目。
以下实施例中，所用荷兰砖模具有效内径尺寸为200×100×60mm。
实施例1
一种生态透水砖，通过如下方法制备得到：(1)称取70份青石石材废渣、4份碳酸镁粉体、2份氧化钛光触媒制剂，在V型混料机中混合均匀；(2)称取5份磷酸二氢铝、2份氧化钙粉体、15份水，在容器内混合均匀；(3)将步骤(2)中的混合料加入到步骤(1)中的V型混合机中，二次混合均匀；(4)将二次混合料转入荷兰砖模具内，在5MPa压力下保压30min；(5)将模具连同砖坯在不脱模带压头的情况下转入油浴锅内，180℃下恒温30min；(6)从油浴锅中取出模具并对砖体进行脱模处理，制得透水砖制品。
经检测，本实施例制备得到的透水砖透水系数(15℃)为1.7×10-2cm/s，保水率为0.12g/cm-3，抗压强度为36.5MPa，磨坑长度为21.0mm。
实施例2
一种生态透水砖，通过如下方法制备得到：(1)称取75份花岗岩碎石废渣、3份碳酸钠粉体、2份氧化锌光触媒制剂，在V型混料机中混合均匀；(2)称取7份磷酸一氢铝、3份氧化锌粉体、10份水，在容器内混合均匀；(3)将步骤(2)中的混合料加入到步骤(1)中的V型混合机中，二次混合均匀；(4)将二次混合料转入荷兰砖模具内，在8MPa压力下保压20min；(5)将模具连同砖坯在不脱模带压头的情况下转入油浴锅内，170℃下恒温45min；(6)从油浴锅中取出模具并对砖体进行脱模处理，制得透水砖制品。
经检测，本实施例制备得到的透水砖透水系数(15℃)为1.65×10-2cm/s，保水率为0.11g/cm-3，抗压强度为37.5MPa，磨坑长度为18.2mm。
实施例3
一种生态透水砖，通过如下方法制备得到：(1)称取80份普通河砂、2份碳酸钙粉体、1份氧化铁光触媒制剂，在V型混料机中混合均匀；(2)称取9份六偏磷酸钠、4份氧化铁粉体、5份水，在容器内混合均匀；(3)将步骤(2)中的混合料加入到步骤(1)中的V型混合机中，二次混合均匀；(4)将二次混合料转入荷兰砖模具内，在10MPa压力下保压15min；(5)将模具连同砖坯在不脱模带压头的情况下转入油浴锅内，160℃下恒温60min；(6)从油浴锅中取出模具并对砖体进行脱模处理，制得透水砖制品。
经检测，本实施例制备得到的透水砖透水系数(15℃)为1.85×10-2cm/s，保水率为0.11g/cm-3，抗压强度为37.5MPa，磨坑长度为19.7mm。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。