本发明属于建筑材料类，涉及透水砖技术领域，尤其涉及一种城市海绵透水结构砖及其生产工艺。
背景技术：
随着现代社会的快速发展，人们生活水平的提高，对道路的要求也越来越高。现如今道路建设中使用传统混凝土结构密实，但无法吸收噪音，车辆行驶过程中噪音太大，特别下雨天，这种噪音更为明显，且阻碍了雨水的渗透，造成路面积水，妨碍交通运行，严重影响了居民的生活和工作。而透水砖则是为解决城市地表硬化，营造高质量的自然生活环境，维护城市生态平衡而诞生的环保建材新产品。同时，透水砖在地表水分蒸发的时候可以释放出水气，增加空气的湿度，为城市植物的生产提供了更好的生产环境。其具有透水性好、防滑、高强度、降噪、吸音、抗寒、耐风化和颜色丰富等优点。
海绵城市是指城市能够像海绵一样，在适应环境变化和应对自然灾害等方面具有良好的“弹性”，下雨时吸水、蓄水、渗水和净水，需要时将蓄存的水释放并加以利用。提升城市生态系统功能和减少城市洪涝灾害的发生。在海绵城市的建设过程中，应统筹自然降水、地表水和地下水的系统性，协调给水、排水等水循环利用各环节，并考虑其复杂性和长期性。随着国家对海绵城市的大力倡导，制备适用于海绵城市化建设的渗水快、蓄水量大的海绵透水砖成为各企业研究的重点。然而，现有技术中的城市海绵透水结构砖，存在透水和保水性能差及强度低等缺点，很难满足海绵城市建设的需求。
鉴于此，特提出本发明。
技术实现要素：
本发明的第一目的在于提供一种抗压强度高、具有良好的透水性和保水性的城市海绵透水结构砖。
本发明的第二目的在于提供一种上述城市海绵透水结构砖的生产工艺。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
根据本发明的一个方面，本发明提供一种城市海绵透水结构砖，包括底层以及一体成型于底层上表面的面层；
按照重量份数计，所述底层主要由以下原料制备得到：水泥80－120份，细沙350－450份，碎石400－550份，固体废弃物粉体50－100份和水100－150份；
所述面层主要由以下原料制备得到：水泥10－18份，细沙25－45份，碎石35－55份，白水泥2－10份，颜料0.5－2份和水1－6份。
作为进一步优选技术方案，按照重量份数计，所述底层主要由以下原料制备得到：水泥90－110份，细沙380－420份，碎石460－520份，固体废弃物粉体60－90份和水110－140份；
所述面层主要由以下原料制备得到：水泥12－16份，细沙30－40份，碎石40－50份，白水泥3－8份，颜料0.6－1.5份和水2－5份。
作为进一步优选技术方案，按照重量份数计，所述底层主要由以下原料制备得到：水泥95－100份，细沙390－400份，碎石480－500份，固体废弃物粉体70－80份和水120－130份；
所述面层主要由以下原料制备得到：水泥14－15份，细沙35－38份，碎石42－45份，白水泥4－6份，颜料0.8－1份和水3－4份。
作为进一步优选技术方案，所述底层还包括抗冻剂5－15份和聚苯乙烯泡沫颗粒3－10份；
所述面层还包括减水剂0.5－1份，早强剂1－3份和缓凝剂0.1－0.8份。
作为进一步优选技术方案，所述抗冻剂由TS60抗冻剂和TS2抗冻剂混合而成，其中，TS60抗冻剂与TS2抗冻剂重量比为1.5－3：1。
所述聚苯乙烯泡沫颗粒的直径为1.25mm或3mm。
作为进一步优选技术方案，所述固体废弃物粉体主要由陶瓷废片、煤渣、钢渣、高炉废渣、煤矸石或粉煤灰中的一种或几种的混合物粉碎制成。
作为进一步优选技术方案，所述细沙的粒径为0.1－0.2mm；所述碎石的粒径为5－10mm。
作为进一步优选技术方案，所述水泥为性能指标符合GB/T175－1999规定的普通硅酸盐水泥，或者为性能指标符合GB/T12598－1999规定的复合硅酸盐水泥。
作为进一步优选技术方案，所述白水泥为性能指标符合GB/T2015－2005的规定，强度等级不低于42.5Mpa的白色硅酸盐水泥。
作为进一步优选技术方案，所述固体废弃物粉体是将陶瓷废片、煤渣、钢渣、高炉废渣、煤矸石或粉煤灰中的一种或几种混合物破碎球磨成细度小于150目的粉体。
作为进一步优选技术方案，所述颜料为氧化铁系列或群青系列。
进一步地，所述颜料为氧化铁红、氧化铁黄、氧化铁橙、氧化铁棕、氧化铁黑、群青或群青蓝中的一种。
作为进一步优选技术方案，所述缓凝剂为硼的化合物。
进一步地，所述硼的化合物为硼酸与五硼酸钠、四硼酸钠中的一种或两种组成的组合物。
作为进一步优选技术方案，所述早强剂为甲酸钙、氯化钙、氯化铝、硫酸钾、硫酸钙或硝酸钙中的一种或几种任意配比混合物。
作为进一步优选技术方案，所述减水剂为聚羧酸高性能减水剂；可选的为型号为西卡530p的聚羧酸减水剂。
根据本发明的另一个方面，本发明还提供一种城市海绵透水结构砖的生产工艺，包括以下步骤：
按照配方比将水泥、细沙、碎石、固体废弃物粉体和水加入至搅拌机中搅拌1－5min，得到透水混凝土砂浆；
按照配方比将水泥、细沙、碎石、白水泥、颜料和水加入至搅拌机中搅拌1－5min，得到透水砖面料砂浆；
先将透水混凝土砂浆倒入模具中，压制形成块状的底层，然后将透水砖面料砂浆倒入模具中，压制成型为块状的面层和底层，并使得面层附着在底层的上表面；
成型后进行脱模，得到城市海绵透水结构砖成品。
作为进一步优选技术方案，制备透水混凝土砂浆的过程中，还包括按配方比加入抗冻剂和聚苯乙烯泡沫颗粒；
制备透水砖面料砂浆的过程中，还包括按配方比加入减水剂、早强剂和缓凝剂。
作为进一步优选技术方案，所述压制成型的压力为21Mpa－30Mpa，压制时间为40－90秒。
作为进一步优选技术方案，成型后还包括养护的步骤，所述养护的步骤依次为室温下养护2－3天，升温至90－120℃养护8－12小时，自然冷却后，得到城市海绵透水结构砖成品。
作为进一步优选技术方案，所制得的城市海绵透水结构砖具有均匀分布孔穴的蜂窝状结构或海绵结构。
作为进一步优选技术方案，所制得的海绵透水转的孔隙率为25－60％，透水系数为2.2×10－2－6.2×10－2cm/s。
作为进一步优选技术方案，所述面层的孔隙率小于底层的孔隙率，且所述面层与底层的厚度比为1：5－9。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明提供的城市海绵透水结构砖，各原料组分科学地搭配，底层中分别以细沙和碎石为细集料和粗骨料，并加入固体废弃物粉体，面层中还加入一定量的白水泥，通过优化原料的颗粒级配及调整各成分的用量，在实现建筑或固体废弃物的同时，保证其具有较好的机械性能，而且产品结构更加稳定，获得了高透水率、高保水率和高抗压强度的城市海绵透水结构砖，并且原料易得，成本低廉，节能环保，有利于环境保护并满足海绵城市建设的需求。
2、本发明提供的城市海绵透水结构砖的生产工艺，该工艺过程简单，易于操作，适于规模化生产城市海绵透水结构砖，并且生产过程有效保证了各原料组分充分参加反应，通过标准化和规范化的生产过程，从根源上解决了质量、安全、品质和成本等问题，能够有效保证产品质量，保证均一性和稳定性。此外，通过各原料间积极的协同作用，不仅有效解决透水砖力学性能和透水率两者间矛盾的问题，使其同时具有良好的透水性、保水率和抗压强度，而且有效提高了废物的利用率，降低了生产成本，生产出了在海绵城市建设中应用前景广阔的城市海绵透水结构砖。
具体实施方式
下面将结合实施方式和实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施方式和实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
根据本发明的一个方面，本发明实施方式提供一种城市海绵透水结构砖，包括底层以及一体成型于底层上表面的面层；
按照重量份数计，所述底层主要由以下原料制备得到：水泥80－120份，细沙350－450份，碎石400－550份，固体废弃物粉体50－100份和水100－150份；
所述面层主要由以下原料制备得到：水泥10－18份，细沙25－45份，碎石35－55份，白水泥2－10份，颜料0.5－2份和水1－6份。
本发明实施方式提供的城市海绵透水结构砖，将各原料组分科学地搭配，分别以细沙和碎石为细骨料和粗骨料，底层和面层中分别加入固体废弃物粉体和白水泥，有效保证底层和面层的孔隙率，并提高砖体的透水性和力学性能。通过各原料间积极的协同作用，不仅能够保证砖体具有较好的透水性、保水性，而且保证其具有较好的力学性能，产品结构更加稳定，节能环保又经久耐用。
可选地，所述固体废弃物粉体主要由陶瓷废片、煤渣、钢渣、高炉废渣、煤矸石或粉煤灰中的一种或几种的混合物粉碎制成。
进一步地，所述固体废弃物粉体是将陶瓷废片、煤渣、钢渣、高炉废渣、煤矸石或粉煤灰中的一种或几种混合物破碎球磨成细度小于150目的粉体。
本实施方式中，固体废弃物粉体的加入一方面是为了增加强度和提供孔隙，另一面是为了提高砖体的耐磨性，从而使其达到透水砖的耐磨要求，并提高废弃物的利用率，解决废弃物难处理的问题，绿色环保，变废为宝。
可选地，所述颜料为氧化铁系列或群青系列(无机颜料)。
进一步地，所述颜料为氧化铁红、氧化铁黄、氧化铁橙、氧化铁棕、氧化铁黑、群青或群青蓝中的一种。
可选地，所述水泥为性能指标符合GB/T175－1999规定的普通硅酸盐水泥，或者为性能指标符合GB/T12598－1999规定的复合硅酸盐水泥。
可选地，所述白水泥为性能指标符合GB/T2015－2005的规定，强度等级不低于42.5Mpa的白色硅酸盐水泥。
可选地，所述细沙的粒径为0.1－0.2mm；所述碎石的粒径为5－10mm。所述细沙为风积沙，所述碎石为块状碎石。
可选地，在底层中，水泥的重量份数典型但非限制性可以为：80份、85份、90份、95份、100份、105份、110份、115份或120份。
可选地，在底层中，细沙的重量份数典型但非限制性可以为：350份、355份、360份、365份、370份、375份、380份、385份、390份、395份、400份、405份、410份、415份、420份、425份、430份、435份、440份、445份或450份。。
可选地，在底层中，碎石的重量份数典型但非限制性可以为：400份、410份、420份、425份、430份、440份、445份、450份、455份、460份、470份、480份、485份、490份、500份、505份、510份、520份、525份、530份、535份、540份、545份或550份。
可选地，在底层中，固体废弃物粉体的重量份数典型但非限制性可以为：50份、55份、60份、65份、70份、75份、80份、85份、90份、95份或100份。
可选地，在底层中，水的重量份数典型但非限制性可以为：100份、105份、110份、115份、120份、125份、130份、135份、140份、145份或150份。
可选地，在面层中，水泥的重量份数典型但非限制性可以为：10份、11份、12份、13份、14份、15份、16份、17份或18份。
可选地，在面层中，细沙的重量份数典型但非限制性可以为：25份、26份、28份、30份、32份、35份、37份、38份、40份、42份或45份。
可选地，在面层中，碎石的重量份数典型但非限制性可以为：35份、37份、38份、40份、42份、45份、48份、50份、52份、53份或55份。
可选地，在面层中，白水泥的重量份数典型但非限制性可以为：2份、3份、4份、5份、6份、7份、8份、9份或10份。
可选地，在面层中，颜料的重量份数典型但非限制性可以为：0.5份、0.6份、0.8份、1.0份、1.2份、1.5份、1.6份、1.8份或2份。
可选地，在面层中，水的重量份数典型但非限制性可以为：1份、2份、3份、4份、5份或6份。
可选地，本发明提供实施方式一种城市海绵透水结构砖，按照重量份数计，所述底层主要由以下原料制备得到：水泥90－110份，细沙380－420份，碎石460－520份，固体废弃物粉体60－90份和水110－140份；
所述面层主要由以下原料制备得到：水泥12－16份，细沙30－40份，碎石40－50份，白水泥3－8份，颜料0.6－1.5份和水2－5份。
通过对各原料组分的含量进行合理调整，能进一步提高城市海绵透水结构砖的透水性、保水性和力学性能如抗压强度。
可选地，本发明提供实施方式一种城市海绵透水结构砖，按照重量份数计，所述底层主要由以下原料制备得到：水泥95－100份，细沙390－400份，碎石480－500份，固体废弃物粉体70－80份和水120－130份；
所述面层主要由以下原料制备得到：水泥14－15份，细沙35－38份，碎石42－45份，白水泥4－6份，颜料0.8－1份和水3－4份。
可选地，本发明提供实施方式提供的城市海绵透水结构砖中，所述底层还包括抗冻剂5－15份和聚苯乙烯泡沫颗粒3－10份；
所述面层还包括减水剂0.5－1份，早强剂1－3份和缓凝剂0.1－0.8份。
上述实施方式提供的城市海绵透水结构砖，在底层中加入抗冻剂和聚苯乙烯泡沫颗粒，通过在细集料和粗骨料形成的强度骨架中，在强度骨架内部空隙中填充不同粒径的抗冻剂和聚苯乙烯泡沫颗粒，降低混凝土自重，具有轻质、高强、体积稳定和降噪的效果，同时提高其提高其防冻和抗裂性能，并且成本低廉，具有环保价值。
在面层中加入减水剂、早强剂和缓凝剂，通过加入减水剂可降低用水量，从而有效提高砖体的硬度，增大原料的流动性；通过早强剂的加入，提升混合物料的早期强度，大大加快施工进度，同时引入缓凝剂来调控工作时间，达到既能满足施工需要又能缩短施工工期的目的。且各减水剂、早强剂和缓凝剂价格适中，容易获得，复配技术简单，可以满足大规模的生产应用。
可选地，所述抗冻剂由TS60抗冻剂和TS2抗冻剂混合而成，其中，TS60抗冻剂与TS2抗冻剂重量比为1.5－3：1。
可选地，所述聚苯乙烯泡沫颗粒的直径为1.25mm或3mm。
可选地，所述缓凝剂为硼的化合物。
进一步地，所述硼的化合物为硼酸与五硼酸钠、四硼酸钠中的一种或两种组成的组合物。
可选地，所述早强剂为甲酸钙、氯化钙、氯化铝、硫酸钾、硫酸钙或硝酸钙中的一种或几种任意配比混合物。
可选地，所述减水剂为聚羧酸高性能减水剂；可选的为型号为西卡530p的聚羧酸减水剂。
可选地，在底层中，抗冻剂的重量份数典型但非限制性可以为：5份、6份、7份、8份、9份、10份、11份、12份、13份、14份或15份。
可选地，在底层中，聚苯乙烯泡沫颗粒的重量份数典型但非限制性可以为：3份、4份、5份、6份、7份、8份、9份或10份。
可选地，在面层中，减水剂的重量份数典型但非限制性可以为：0.5份、0.6份、0.7份、0.8份、0.9份或1份。
可选地，在面层中，早强剂的重量份数典型但非限制性可以为：1份、1.5份、2份、2.5份或3份。
可选地，在面层中，缓凝剂的重量份数典型但非限制性可以为：0.1份、0.2份、0.3份、0.4份、0.5份、0.6份、0.7份或0.8份。
根据本发明的另一个方面，本发明实施方式还提供一种城市海绵透水结构砖的生产工艺，包括以下步骤：
按照配方比将水泥、细沙、碎石、固体废弃物粉体和水加入至搅拌机中搅拌1－5min，得到透水混凝土砂浆；
按照配方比将水泥、细沙、碎石、白水泥、颜料和水加入至搅拌机中搅拌1－5min，得到透水砖面料砂浆；
先将透水混凝土砂浆倒入模具中，压制形成块状的底层，然后将透水砖面料砂浆倒入模具中，压制成型为块状的面层和底层，并使得面层附着在底层的上表面；
成型后进行脱模，得到城市海绵透水结构砖成品。
本发明实施方式方法步骤简单，易于操作且适于规模化生产城市海绵透水结构砖，制备过程有效保证了各原料组分充分参加反应，而且原料易得，产品的成本较低。通过标准化和规范化的生产过程，从根源上解决了质量、安全、品质和成本等问题，能够有效保证产品质量，保证可靠性和稳定性。
可选地，制备透水混凝土砂浆的过程中，还包括按配方比加入抗冻剂和聚苯乙烯泡沫颗粒；
制备透水砖面料砂浆的过程中，还包括按配方比加入减水剂、早强剂和缓凝剂。
可选地，所述压制成型的压力为21Mpa－30Mpa，压制时间为40－90秒。
可选地，成型后还包括养护的步骤，所述养护的步骤依次为室温下养护2－3天，升温至90－120℃养护8－12小时，自然冷却后，得到城市海绵透水结构砖成品。
可选地，所制得的城市海绵透水结构砖具有均匀分布孔穴的蜂窝状结构或海绵结构。
可选地，所制得的海绵透水转的孔隙率为25－60％，透水系数为2.2×10－2－6.2×10－2cm/s。
可选地，所述面层的孔隙率小于底层的孔隙率，且所述面层与底层的厚度比为1：5－9。
利用上述原材料和方法制备的城市海绵透水结构砖，具有良好的技术经济效果，首先，原料易得，废弃物利用率高，成本低廉，绿色环保，有效提高废弃物的使用率；其次，有效解决了力学性能和透水率两者之间的矛盾，达到了高透水率、高保水率和高抗压强度的效果，同时产品结构稳定，同时具有一定的防冻和抗裂性能；再次，该工艺方法简单、条件温和，易于实现，适合大规模的生产和应用。
下面结合具体实施例，对本发明作进一步说明。
实施例1
按照重量份数计，称取底层的原料组分如下：水泥80份，细沙350份，碎石400份，固体废弃物粉体50份和水100份；
称取面层的原料组分如下：水泥10份，细沙25份，碎石35份，白水泥2份，颜料0.5份和水1份。
然后按照如下步骤制备城市海绵透水结构砖：
(1)按照底层的配方比将水泥、细沙、碎石、固体废弃物粉体和水加入至搅拌机中搅拌1.5min，得到透水混凝土砂浆；
(2)按照面层的配方比将水泥、细沙、碎石、白水泥、颜料和水加入至搅拌机中搅拌1.5min，得到透水砖面料砂浆；
(3)先将透水混凝土砂浆倒入模具中，压制形成块状的底层，然后将透水砖面料砂浆倒入模具中，压制成型为块状的面层和底层，并使得面层附着在底层的上表面，压制时压制压力控制为25Mpa，压制时间控制为60秒；
(4)成型后进行脱模，养护室温下养护2天，升温至120℃养护8小时，自然冷却后，得到城市海绵透水结构砖成品。
实施例2
按照重量份数计，称取底层的原料组分如下：水泥120份，细沙450份，碎石550份，固体废弃物粉体100份和水150份；
称取面层的原料组分如下：水泥18份，细沙45份，碎石55份，白水泥10份，颜料2份和水6份。
制备步骤同实施例1。
实施例3
按照重量份数计，称取底层的原料组分如下：水泥100份，细沙400份，碎石500份，固体废弃物粉体80份和水120份；
称取面层的原料组分如下：水泥15份，细沙30份，碎石40份，白水泥5份，颜料1份和水3份。
制备步骤同实施例1。
实施例4
按照重量份数计，称取底层的原料组分如下：水泥100份，细沙400份，碎石500份，固体废弃物粉体80份，水120份，抗冻剂10份和聚苯乙烯泡沫颗粒5份；其中抗冻剂由TS60抗冻剂和TS2抗冻剂混合而成，TS60抗冻剂与TS2抗冻剂重量比为1.5：1，聚苯乙烯泡沫颗粒的直径为1.25mm；
称取面层的原料组分如下：水泥15份，细沙30份，碎石40份，白水泥5份，颜料1份，水3份，减水剂0.5份，早强剂2份和缓凝剂0.3份。
制备步骤中，(1)按照底层的配方比将水泥、细沙、碎石、固体废弃物粉体、水、抗冻剂和聚苯乙烯泡沫颗粒加入至搅拌机中搅拌3min，得到透水混凝土砂浆；
(2)按照面层的配方比将水泥、细沙、碎石、白水泥、颜料、水、减水剂、早强剂和缓凝剂加入至搅拌机中搅拌3min，得到透水砖面料砂浆；
其他步骤同实施例1。
实施例5
按照重量份数计，称取底层的原料组分如下：水泥90份，细沙380份，碎石420份，固体废弃物粉体90份，水110份，抗冻剂5份和聚苯乙烯泡沫颗粒10份；其中抗冻剂由TS60抗冻剂和TS2抗冻剂混合而成，TS60抗冻剂与TS2抗冻剂重量比为3：1，聚苯乙烯泡沫颗粒的直径为3mm；
称取面层的原料组分如下：水泥12份，细沙40份，碎石50份，白水泥6份，颜料1.5份，水2份，减水剂1份，早强剂3份和缓凝剂0.8份。
制备步骤同实施例4。
实施例6
各原料组分配比同实施例1。
制备步骤中，(3)压制时压制压力控制为21Mpa，压制时间控制为40秒；
(4)成型后进行脱模，养护室温下养护3天，升温至90℃养护10小时，自然冷却后，得到城市海绵透水结构砖成品。
其他同实施例1。
实施例7
各原料组分配比同实施例1。
制备步骤中，(3)压制时压制压力控制为30Mpa，压制时间控制为90秒；
(4)成型后进行脱模，养护室温下养护3天，升温至100℃养护12小时，自然冷却后，得到城市海绵透水结构砖成品。
其他同实施例1。
检测及结果分析
对本发明各实施例制得的城市海绵透水结构砖进行性能检测，其性能指标参照规范《透水路面砖和透水路面板》(GB/T25993－2010)要求，具体结果如表1所示。
通过表1可知，本发明各实施例提供的城市海绵透水结构砖，均具有良好的透水系数、保水性、抗压强度和抗折强度，满足各路面铺设透水砖的基本强度要求。通过各原料间积极的协同作用，不仅能够保证砖体具有较好的透水性、保水性，而且保证其具有较好的抗压强度和抗折强度，产品结构更加稳定，经久耐用。此外，本发明的城市海绵透水结构砖的抗冻性符合国标GB/T25993－2010中要求，冻融循环后外观质量符合国标GB/T25993－2010中要求。在大力促进海绵城市建设的背景下，城市海绵透水结构砖具有广泛的适用性和实用性，符合目前生态城市的理念，也是今后城市建设的发展趋势。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。