本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种多层硅基自清洁型透水砖及其制备方法。
背景技术：
：城市道路、广场多以传统的水泥、沥青等材料铺设。由于不透水的混凝土路面，沥青路面和各种房屋及建筑物的拦截面而导致雨水穿透性受阻，加之各城市由于长期超量开发水资源和连年干旱，城市地下水资源逐年衰减，造成城市地下水位大幅度下降。同时，随着城市人口的不断增多，建筑区域的不断扩大，城市建筑和水泥等铺设的道路广场又将绝大部分土地封闭，使得宝贵的自然降水不能渗入土壤，增大了市政排水系统的负荷，制约着城市建设的可持续性发展。市场上透水砖主要材料是水泥和陶瓷。水泥透水砖表层具有非常大的间隙，在短时间内能快速透水，而一般的灰尘和泥沙极易将其表面的孔隙堵死导致失去透水能力，陶瓷透水砖需要烧结成型，过程中会消耗大量能源，同时也会排放废气，不仅对环境造成影响，制作成本也比较高。普通的砂基透水砖由于表面孔道较小，不易被大块泥沙堵塞，但对于100目以下的灰尘和有机油污没有抵抗力，很快就会失去透水能力，并且极难恢复到最初的透水性能。另外，一般的砂基透水砖完全浸湿后，其表层砂基的强度会大大降低，容易被尖锐物体留下划痕，造成表面缺陷。现有透水砖大多数都只注重提高其机械强度及透水性能，虽然具有整洁美观作用，但是防尘、防污作用较差，透水砖表面容易被污染物堵塞，且只是简单的使降水透过砖体渗入地下，不能有效去除水中所含污染物，对透过砖体的污水起不到净化作用。中国公开专利申请CN103103904A涉及一种复合透水砖，所述透水砖包括透水表层和透水基层，透水表层和透水基层紧密结合为一体；透水表层和透水基层中分别包含有骨料和粘结骨料的粘结剂；所述骨料为石英砂；所述透水表层中的粘结剂中至少包含有亲水性粘结剂。所述透水砖的透水孔容易被堵塞。中国公开专利申请CN102535725A涉及一种镶嵌纳米二氧化钛的透水砖，其采用喷淋的方式将二氧化钛前驱体悬浊液均匀喷入到透水砖基体的孔隙中，干燥后进行煅烧处理，即得镶嵌纳米二氧化钛的透水砖，所得的透水砖的孔隙中均匀镶嵌锐钛矿型纳米二氧化钛。该透水砖能够有效光催化降解通过透水砖的渗水中污染物以及一些附着于砖体表面有机污染物，同时还可以光催化降解空气中部分污染气体。该透水砖虽然具备一定的降解功能，但是由于是将二氧化钛镶嵌于透水砖基体孔隙中，这在一定程度上影响了透水砖的透水性能。中国公开专利申请CN103132423A涉及一种透水砖，所述透水砖包括透水基层和覆盖在所述透水基层上的透水表层，所述透水基层是将含有第一骨料和第一粘结剂的混合物经固化形成的，所述透水表层是将含有第二骨料和第二粘结剂的混合物经固化形成的，其中，所述第二粘结剂含有亲水性粘结剂，所述透水砖还包括位于透水基层内部的至少一条水流孔道，所述水流孔道贯穿所述透水基层的两个侧表面。该透水砖的设计，虽然透水基层内部存在水流孔道，有利于透水、排水，但是这将会影响透水砖的整体强度，容易损坏。中国公开专利申请CN101445340A涉及一种自洁式透水砖，包括面料和基料，所述基料包括碎石或建筑垃圾颗粒或炉渣、水泥、水，所述面料包括高强度砂、水泥、水、纳米级二氧化钛，所述面料和基料压实在一起构成一透水砖整体，所述的自洁式透水砖铺设路面能减少透水孔隙堵塞，表面污染，具有减低路面温度和杀菌作用。但是该透水砖的自洁性能和透水性能还有待改善。中国实用新型专利CN203530805U涉及一种新型透水砖，包括下面的透水基层、中间的透水面层、上面的覆盖层，透水面层为多孔而孔隙小的透水混凝土，呈栅栏网络结构，透水基层为少孔而孔隙较大的透水混凝土，透水面层上的覆盖层为二氧化钛涂层。针对现有技术存在的问题，本发明提供一种强度高、透水速度快、能够清除自身孔道中杂质的透水砖，延长透水砖的使用寿命，降低污染物对生态环境的影响。本发明还提供了一种所述透水砖的制备方法，该方法制备透水砖过程简单，生产高效。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种多层硅基自清洁透水砖。本发明是通过下述技术方案实现的。本发明一方面涉及一种多层硅基自清洁透水砖，其中，所述多层硅基自清洁透水砖自下而上包括：透水基层，快速透水层，抗堵塞透水层，以及自清洁层；所述透水基层、快速透水层、抗堵塞透水层的厚度比例为6-12∶2-4∶1-3，优选为8-10∶3-4∶2-3。上述厚度比例是发明人经过大量试验筛选得出的，如果快速透水层和抗堵塞透水层厚度占比过大，则会影响透水砖强度，抗压强度下降；如果快速透水层和抗堵塞透水层厚度占比过小，则透水砖将容易被堵塞，且透水性会下降。在本发明所述的多层硅基自清洁透水砖中，其中，所述透水基层由基层骨料、水泥和水为原料制得。所述透水基层的原料基层骨料、水泥、水的重量比为50-200∶5-20∶5-20；优选为100-150∶10-15∶7-12。所述基层骨料无特别限制，例如包括碎石、建筑垃圾、珍珠岩或陶粒。所述基层骨料的粒径为4-8mm，优选5-6mm。在本发明所述的多层硅基自清洁透水砖中，其中，所述快速透水层由以表层骨料、亲水性粘结剂以及固化剂为原料制得的直径为1-5mm、长度为5-15mm的圆柱体组成。所述圆柱体的直径优选2-4mm，长度优选8-12mm。所述快速透水层的原料表层骨料、亲水性粘结剂、固化剂的重量比为30-50∶2-8∶0.5-3，优选为38-44∶5-7∶1-2。所述表层骨料包括石英砂、高强覆膜砂和/或陶瓷砂，优选为石英砂。所述表层骨料的粒径为0.06-0.3mm，优选为0.08-0.2mm。在本发明所述的多层硅基自清洁透水砖中，其中，所述抗堵塞透水层由表层骨料、亲水性粘结剂以及固化剂为原料制得。所述抗堵塞透水层的原料表层骨料、亲水性粘结剂、固化剂的重量比为30-50∶2-8∶0.5-3，优选为38-44∶5-7∶1-2。所述表层骨料包括石英砂、高强覆膜砂和/或陶瓷砂，粒径为0.06-0.3mm，优选为0.08-0.2mm。在本发明所述的多层硅基自清洁透水砖中，其中，所述自清洁层由将纳米二氧化钛和纳米二氧化锡的分散液喷洒于抗堵塞透水层表面形成。在本发明所述的多层硅基自清洁透水砖中，各层所用的亲水性粘结剂和/或固化剂可以相同或不同。其中，所述亲水粘结剂包括环氧树脂、丙烯酸树脂或聚氨酯；所述固化剂包括脂肪族多胺固化剂、脂环族多胺固化剂、酚醛、酸酐。本发明另一方面涉及所述的层硅基自清洁透水砖的制备方法，其具体步骤包括，(1)取配方量的基层骨料、水泥和水，混合并搅拌均匀，得到透水基层料，待用；其中搅拌过程可以使用搅拌机等本领域常规搅拌设备，搅拌时间可以为10-30min。(2)取配方量的表层骨料、亲水性粘结剂以及固化剂，混合并搅拌均匀，并挤成直径1-5mm、长度5-15mm的圆柱，得到快速透水层料，待用；其中搅拌过程可以使用搅拌机等本领域常规搅拌设备，搅拌时间可以为10-30min。挤压成型工艺可以使用挤条机等挤压设备。(3)取配方量的表层骨料、亲水性粘结剂以及固化剂，混合并搅拌均匀，得到抗堵塞透水层料，待用；其中搅拌过程可以使用搅拌机等本领域常规搅拌设备，搅拌时间可以为10-30min。(4)依次将透水基层料、快速透水层料、抗堵塞透水层料分别倒入模具，使用热压设备在40-60℃温度下压制2-5分钟，压力控制为15-25MPa，优选在45-55℃温度下压制3-4分钟，压力控制为18-22MPa，得到多层硅基自清洁透水砖半成品；所述模具是本领域常规模具，可以自制或通过市售获得。所述的热压设备也是本领域常规设备。(5)将得到的多层硅基自清洁透水砖半成品脱模后放置于阴凉处自然晾干，3-6小时、优选4-5小时后，在抗堵塞透水层表面喷洒纳米二氧化钛和纳米二氧化锡的分散液，作为自清洁层，其中，纳米二氧化钛和纳米二氧化锡的重量比为2∶1-1∶2，优选为1∶1，纳米二氧化钛的浓度为5-20wt％，纳米二氧化锡的浓度为5-20wt％。之后，将得到的多层硅基自清洁透水砖进行蒸汽养护，最终得到多层硅基自清洁透水砖成品。对于纳米二氧化钛和纳米二氧化锡的分散液，由于透水砖在喷洒分散液后还经过蒸汽养护的步骤，因此纳米二氧化钛和纳米二氧化锡在水中的浓度并不是关键的，只要这两种纳米材料能够在水中分散、形成悬浊液用于喷洒即可。在本发明制备方法的上述步骤中，其中步骤(1)-(3)的顺序无特别限制，可以任意调换。本发明所述的多层硅基自洁式透水砖，在原有的结构上将透水表层分层，为自清洁层、抗堵塞透水层和快速透水层，该结构的调整即增强了透水砖表层的强度，又增加了其快速透水的性能。此外，在原料中加入二氧化钛和二氧化锡，二者在阳光下能够催化有机物降解生成二氧化碳和水，在恢复透水砖性能的同时也不会污染环境，是真正意义上的环境友好型生态砖。实施本发明所用到的各种原料、装置和/或设备均是现有技术已知的，本领域技术人员可以容易的通过市售获得，或者由发明人所在实验室提供。[有益效果]本发明的有益效果体现在：1.本发明的多层硅基自清洁透水砖的透水表层分为自清洁层、抗堵塞透水层和快速透水层，多层分布具有更好的效果，既增强了透水砖表层的强度，又增加了其快速透水的性能。2.本发明的多层硅基自清洁透水砖的快速透水层，以砂为原料，经过挤出成条再制成透水层，提高了透水性。3.本发明的多层硅基自清洁透水砖的自清洁层，以光触媒为原料，能够在太阳光的照射下分解孔道中所存在的污染物。4.本发明的多层硅基自清洁透水砖压制成型时采用热压工艺，促进快速成型固化，利于砖提高体强度。5.本发明的多层硅基自清洁透水砖强度高、透水速度快、使用寿命长，达到使用年限后还能回收重新处理利用。具体实施方式通过下述实施例将能够更好地理解本发明，但本发明并不受下述实施例的限制。下述实施例中所用到的设备、仪器均由实验室提供，其操作方法是本领域技术人员所熟知的。实施例1取粒径为5mm的珍珠岩120kg、水泥12kg和水10kg，用搅拌机混合30min，得到透水基层料；取粒径为0.1mm的石英砂40kg、双酚A型环氧树脂6kg、脂肪族多胺固化剂2kg，用搅拌机混合30min，然后用挤条机挤压成平均直径3mm、长度10mm的圆柱，得到快速透水层料；取粒径为0.1mm的石英砂40kg、双酚A型环氧树脂6kg、脂肪族多胺固化剂2kg，用搅拌机混合30min，得到抗堵塞透水层料；依次将上述得到的透水基层料、快速透水层料、抗堵塞透水层料分别倒入模具，使用热压机在50℃温度下压制2分钟，压力控制在20MPa，得到多层硅基自清洁透水砖半成品，其中控制用料使得透水基层、快速透水层、抗堵塞透水层的厚度比例为9∶3∶3；将得到的多层硅基自清洁透水砖半成品脱模后放置于阴凉处自然晾干，4小时后，在抗堵塞透水层表面喷洒重量比为1:1的纳米二氧化钛和纳米二氧化锡分散液，作为自清洁层，并将得到的多层硅基自清洁透水砖进行蒸汽养护，最终得到本发明的多层硅基自清洁透水砖成品。实施例2取粒径为6mm的碎石100kg、水泥10kg和水8kg，用搅拌机混合25min，得到透水基层料；取粒径为0.15mm的石英砂38kg、水性聚氨酯5kg、异氰酸酯1.5kg，用搅拌机混合25min，然后用挤条机挤压成平均直径4mm、长度12mm的圆柱，得到快速透水层料；取粒径为0.15mm的石英砂38kg、水性聚氨酯5kg、异氰酸酯1.5kg，用搅拌机混合25min，得到抗堵塞透水层料；依次将上述得到的透水基层料、快速透水层料、抗堵塞透水层料分别倒入模具，使用热压机在45℃温度下压制3分钟，压力控制在19MPa，得到多层硅基自清洁透水砖半成品，其中控制用料使得透水基层、快速透水层、抗堵塞透水层的厚度比例为10∶4∶3；将得到的多层硅基自清洁透水砖半成品脱模后放置于阴凉处自然晾干，4小时后，在抗堵塞透水层表面喷洒重量比为1:2的纳米二氧化钛和纳米二氧化锡分散液(纳米材料的总浓度为15wt％)，作为自清洁层，并将得到的多层硅基自清洁透水砖进行蒸汽养护，最终得到本发明的多层硅基自清洁透水砖成品。实施例3取粒径为5.5mm的陶粒150kg、水泥14kg和水11kg，用搅拌机混合20min，得到透水基层料；取粒径为0.08mm的石英砂44kg、羧基改性丙烯酸树脂7kg、脂环族多胺固化剂2kg，用搅拌机混合20min，然后用挤条机挤压成平均直径2mm、长度8mm的圆柱，得到快速透水层料；取粒径为0.08mm的石英砂44kg、羧基改性丙烯酸树脂7kg、脂环族多胺固化剂2kg，用搅拌机混合20min，得到抗堵塞透水层料；依次将上述得到的透水基层料、快速透水层料、抗堵塞透水层料分别倒入模具，使用热压机在55℃温度下压制4分钟，压力控制在22MPa，得到多层硅基自清洁透水砖半成品，其中控制用料使得透水基层、快速透水层、抗堵塞透水层的厚度比例为8∶3∶2；将得到的多层硅基自清洁透水砖半成品脱模后放置于阴凉处自然晾干，4小时后，在抗堵塞透水层表面喷洒重量比为2:1的纳米二氧化钛和纳米二氧化锡分散液(纳米材料的总浓度为05wt％)，作为自清洁层，并将得到的多层硅基自清洁透水砖进行蒸汽养护，最终得到本发明的多层硅基自清洁透水砖成品。实施例4取粒径为7mm的建筑垃圾200kg、水泥18kg和水16kg，用搅拌机混合30min，得到透水基层料；取粒径为0.2mm的石英砂30kg、氢化双酚A型环氧树脂4kg、芳香族多胺固化剂0.8kg，用搅拌机混合25min，然后用挤条机挤压成平均直径3mm、长度9mm的圆柱，得到快速透水层料；取粒径为0.2mm的石英砂30kg、氢化双酚A型环氧树脂4kg、芳香族多胺固化剂0.8kg，用搅拌机混合25min，得到抗堵塞透水层料；依次将上述得到的透水基层料、快速透水层料、抗堵塞透水层料分别倒入模具，使用热压机在60℃温度下压制5分钟，压力控制在18MPa，得到多层硅基自清洁透水砖半成品，其中控制用料使得透水基层、快速透水层、抗堵塞透水层的厚度比例为12∶4∶3；将得到的多层硅基自清洁透水砖半成品脱模后放置于阴凉处自然晾干，4小时后，在抗堵塞透水层表面喷洒重量比为1:1的纳米二氧化钛和纳米二氧化锡混合液分散液(纳米材料总浓度20wt％)，作为自清洁层，并将得到的多层硅基自清洁透水砖进行蒸汽养护，最终得到本发明的多层硅基自清洁透水砖成品。实施例5取粒径为8mm的珍珠岩180kg、水泥15kg和水12kg，用搅拌机混合30min，得到透水基层料；取粒径为0.18mm的石英砂45kg、缩水甘油胺型环氧树脂7kg、邻苯二甲酸酐2.6kg，用搅拌机混合30min，然后用挤条机挤压成平均直径5mm、长度15mm的圆柱，得到快速透水层料；取粒径为0.18mm的石英砂45kg、缩水甘油胺型环氧树脂7kg、邻苯二甲酸酐2.6kg，用搅拌机混合30min，得到抗堵塞透水层料；依次将上述得到的透水基层料、快速透水层料、抗堵塞透水层料分别倒入模具，使用热压机在48℃温度下压制3分钟，压力控制在20MPa，得到多层硅基自清洁透水砖半成品，其中控制用料使得透水基层、快速透水层、抗堵塞透水层的厚度比例为8∶2∶2；将得到的多层硅基自清洁透水砖半成品脱模后放置于阴凉处自然晾干，4小时后，在抗堵塞透水层表面喷洒重量比为2:1的纳米二氧化钛和纳米二氧化锡分散液，作为自清洁层，并将得到的多层硅基自清洁透水砖进行蒸汽养护，最终得到本发明的多层硅基自清洁透水砖成品。实施例6取粒径为5mm的陶粒80kg、水泥7kg和水6kg，用搅拌机混合30min，得到透水基层料；取粒径为0.09mm的石英砂30kg、聚氨酯4kg、缩二脲多异氰酸酯0.7kg，用搅拌机混合25min，然后用挤条机挤压成平均直径2mm、长度8mm的圆柱，得到快速透水层料；取粒径为0.09mm的石英砂30kg、聚氨酯4kg、缩二脲多异氰酸酯0.7kg，用搅拌机混合30min，得到抗堵塞透水层料；依次将上述得到的透水基层料、快速透水层料、抗堵塞透水层料分别倒入模具，使用热压机在46℃温度下压制4分钟，压力控制在22MPa，得到多层硅基自清洁透水砖半成品，其中控制用料使得透水基层、快速透水层、抗堵塞透水层的厚度比例为7∶3∶2；将得到的多层硅基自清洁透水砖半成品脱模后放置于阴凉处自然晾干，4小时后，在抗堵塞透水层表面喷洒重量比为1:1的纳米二氧化钛和纳米二氧化锡分散液，作为自清洁层，并将得到的多层硅基自清洁透水砖进行蒸汽养护，最终得到本发明的多层硅基自清洁透水砖成品。对比例1与本发明相比，缺少快速透水层，其与用料同实施例1，具体如下：取粒径为5mm的珍珠岩120kg、水泥12kg和水10kg，用搅拌机混合30min，得到透水基层料；取粒径为0.1mm的石英砂40kg、双酚A型环氧树脂6kg、脂肪族多胺固化剂2kg，用搅拌机混合30min，得到透水表层料；依次将上述得到的透水基层料、透水表层料分别倒入模具，使用热压机在50℃温度下压制2分钟，压力控制在20MPa，得到透水砖半成品，其中控制用料使得透水基层、透水表层的厚度比例为3∶1；将得到的透水砖半成品脱模后放置于阴凉处自然晾干，4小时后，在抗堵塞透水层表面喷洒重量比为1:1的纳米二氧化钛和纳米二氧化锡分散液，并将得到的透水砖进行蒸汽养护，最终得到一种自清洁透水砖成品。测试例根据中国人民共和国建材行业标准JC/T945-2005《透水砖》中第6.6节规定的方法测定本发明实施例1-6以及对比例1透水砖的透水性能，根据中国人民共和国建材行业标准JC/T945-2005《透水砖》中附录A规定的抗压强度试验方法测定本发明实施例1-6以及对比例1透水砖的抗压强度。测定结果见下表1。表1透水砖性能测定试样抗压强度透水系数(水温15℃)实施例150.2MPa8.5×10-2cm/s实施例248.7MPa8.1×10-2cm/s实施例347.5MPa7.9×10-2cm/s实施例446.8MPa7.8×10-2cm/s实施例547.0MPa7.5×10-2cm/s实施例646.5MPa7.7×10-2cm/s对比例145.1MPa3.5×10-2cm/s*测定5块透水砖，取平均值。上述结果可以看出，本发明包含透水基层料、快速透水层料、抗堵塞透水层以及自清洁层的多层硅基自清洁型透水砖，相对于仅含有透水基层、透水表层以及自清洁层的传统透水砖来说，抗压强度相当，或略有增加，但透水系数大大增加，能够明显增加透水性。本发明已经通过具体的实施例进行了描述。但上述实例仅仅是对本发明的进一步解释，并不是对本发明的限定，通过将上述方案进行简单的调整进而得到的方案，没有脱离本发明的精神，均被视为包括在本发明的范围之内。当前第1页1 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