本发明涉及污淤泥环保型透水砖技术领域，具体涉及一种污淤泥环保型透水砖及其制备方法。
背景技术：
在河道、水渠、湖泊的清理整治过程中产生大量的淤泥或污泥，其中含有大量重金属、细菌或者有机污染物，处理不当很容易对土壤和地下水及空气造成二次污染，常用淤泥/污泥的处理方法有海洋倾倒、堆置晾晒和就近掩埋，会造成河流和海洋污染、产生的堆放污染物扩散、土地自然浪费等问题。
现代都市人行道路多铺设有砖块，以维持美观及平整性，目前铺设的多是粘土烧结砖，其透水性能较差，其一方面使得降雨时雨水对地下水的补充被完全阻断，造成持续不断的地面沉降，另一方面，由于下雨时雨水排泄不畅，容易引起城市内涝，而且采用粘土烧结制砖，不仅破坏耕地，生产耗能也高，因此研究废弃粘土原料、改用其它新型土工材料，如污泥或淤泥制备透水砖，对保护耕地、节约能源以及废物利用起到重要意义。
中国专利申请cn201610977625.2公开了一种环保透水砖的制作方法，采用污水厂污泥作为主要成分，该发明在处理污水厂污泥时，采用二次烧结工艺，首先对一半量的污泥进行烧结，再将另一半以细粉的形态分别添加到砖坯的制备中，通过再次烧结，可以形成层层通孔的结构来提高透水率。这种方法虽然环保，但是砖的烧制时间长、耗能高，另外制备的砖产品性能不稳定，使用过程中易出现裂痕或掉角。
目前使用淤泥/污泥制备的透水砖存在耗时长、产品重量不稳定，透水性、抗折强度、耐磨性和抗冻融能力难以达到要求，生产工艺尚不够成熟，加工时间长、耗能高且产品性能不稳定等等问题，因此亟待进一步深入研究利用污泥/淤泥制备透水砖。
技术实现要素：
针对上述现有技术中的不足，本发明提供了一种原料组成简单，成本低廉的污淤泥环保型透水砖及其制备方法，该透水砖通过将污泥或/和淤泥采用专用固化剂固化处理后，并利用粗砂、硅铝铁钙氧化物和石粉形成良好级配，具有透水性好、抗压强度高、耐磨性好和抗冻融能力强等特点，实现了污泥和河湖淤泥的资源化利用，变废为宝、保护环境；同时改善制砖工艺，不需要高温烧结或者蒸压，只需要常温下就可制砖，降低生产能耗，保证产品稳定。
本发明采用的技术方案为：一种污淤泥环保型透水砖，包括如下重量百分比的原料：废泥40～70％，粗砂5～25％，硅铝铁钙氧化物5～25％，水泥10～30％；所述废泥为淤泥或/和污泥；所述硅铝铁钙氧化物为粉煤灰、细煤渣、矿渣粉或煤矸石中的一种或多种混合物。
本发明使用淤泥或/和污泥、硅铝铁钙氧化物作为主要原料，使用这些原料不仅价格低廉，还可以就地取材、变废为宝、保护环境，而且还可以大大降低生产成本，提高生产效益；在淤泥或/和污泥、硅铝铁钙氧化物中搭配粗砂，使得原料粒径粗细搭配，保证成品骨架均匀具有良好的孔隙结构，通过反复优化调整这几种原料的比例可以使成品砖的抗折强度进一步优化；在原料中加入水泥，不仅可以调整生产混合原料的可塑性，便于搅拌成型加工，也可以提高砖坯和成品砖的内部均匀度以及透水性、抗折强度和耐磨及抗冻融能力。另外，硅铝铁钙氧化物的加入不仅可以提高产品的表面光泽度、耐火隔热性，粉煤灰、细煤渣或矿渣粉可以和淤泥/污泥中的酸性物质反应，达到调整酸度、杀菌除臭的作用，使产品稳定性提高。
优选地，所述污淤泥环保型透水砖，包括如下重量百分比的原料：废泥50～60％，粗砂10～20％，硅铝铁钙氧化物10～20％，水泥15～25％。
优选地，所述污淤泥环保型透水砖，包括如下重量百分比的原料：废泥50％，粗砂15％，硅铝铁钙氧化物15％，水泥20％。
作为本发明污淤泥环保型透水砖的进一步优化，所述废泥经专用固化剂处理后含水率为≤15％，再经压滤、烘干和对辊碾磨后过50目筛得到泥粉；所述专用固化剂中壳聚糖的含量为2～8％。采用污泥/淤泥作为原料制备透水砖时都需对污泥/淤泥进行前处理，但是大部分污泥/淤泥进行前处理工序非常复杂，且处理后的透水砖原料中还需加入除臭、杀菌等添加剂才能制备可以出厂使用的成品砖，而本发明采用含壳聚糖的固化剂对污泥/淤泥进行前处理，不仅能够有效的吸附重金属、破坏微生物结构、水解有机污染物，在降低污染的同时还能消除恶臭，有利于产品室温固化，改善产品稳定性，使得本发明原料中无需再添加除臭、杀菌等一类的添加剂，提高生产效率，降低生产成本，制备的透水砖中重金属几乎无浸出，不会对人体造成危害，环保性能进一步加强。
优选地，所述废泥经专用固化剂处理后含水率为4～6wt％。
作为本发明污淤泥环保型透水砖的进一步优化，所述硅铝铁钙氧化物的粒径≤1mm。
作为本发明污淤泥环保型透水砖的进一步优化，所述粗砂80％以上颗粒粒径为1～2mm。
作为本发明污淤泥环保型透水砖的进一步优化，所述硅铝铁钙氧化物为粉煤灰、细煤渣、矿渣粉及煤矸石以4：2：1：1的重量比混合而成。
通过废泥、硅铝铁钙氧化物、粗砂粒径的选择，能使各原料在透水砖原料制备过程中形成良好的骨料级配，在确保透水砖物理性能的同时，进一步提高透水砖的透水率。
本发明还公开了上述污淤泥环保型透水砖的制备方法，包括如下步骤：ⅰ.将各原料按重量百分比依次计量加入搅拌容器；ⅱ.加入2～20％水搅拌混合材料；ⅲ.混合料通过油压机压制成型；ⅳ.将成型的砖坯常温下养护12～48h；ⅴ.喷水养护5～10天制得所述污淤泥环保型透水砖。本发明的工艺简单高效，室温48h以内就可固化，养护时间＜10天，最终产品砖的性能稳定。
作为本发明污淤泥环保型透水砖制备方法的一种优化，砖坯常温养护24h后，喷水养护7天。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：(1)本发明使用原料简单、价格低廉，节约生产成本，就地取用淤泥/污泥，变废为宝，不污染环境，实现污/淤泥的资源化利用，解决了淤泥/污泥综合利用率低、污染环境的现状，为城建项目的淤泥/污泥及废弃土方处置提供有效的处置方式；(2)本发明原料搭配及比例合理，以淤泥或/和污泥、硅铝铁钙氧化物作为主要原料搭配粗砂、水泥使得产品成型速度快内部均匀，提高了成品砖的透水率、抗折强度、耐磨性能及其抗冻融能力，可减轻城市排水和防洪压力、对防止公共水域的污染和处理污水具有良好的效果、使马路上不积水，并且可以作为海绵城市建设新型铺装材料使用；(3)本发明采用含壳聚糖的固化剂对污泥/淤泥进行前处理，不仅能够有效的吸附重金属、破坏微生物结构、水解有机污染物，在降低污染的同时还能消除恶臭，且有利于产品室温固化，改善产品稳定性，使得本发明原料中无需再添加除臭、杀菌等一类的添加剂，提高生产效率，降低生产成本，制备的透水砖中几乎无重金属浸出，不会对人体造成危害，更加环保可靠；(4)本发明室温固化速度快，采用室温加水养护，不用加热加压，生产工艺简单，能耗低，产品重量稳定。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
作为一种优选的实施方式，下述实施例及对比例中所述的透水砖的制备方法，均包括如下步骤：ⅰ.将各原料按重量百分比依次计量加入搅拌容器；ⅱ.加入2～20％水搅拌混合材料；ⅲ.混合料通过油压机压制成型；ⅳ.将成型的砖坯常温下养护12～48h；ⅴ.喷水养护5～10天制得所述污淤泥环保型透水砖。
发明人发现，在上述制备方法限定的参数范围内调整，对于制备获得的透水砖的功效影响不大，因此上述方法作为本发明的优选制备方法。
以下以具体实施条件为例对本发明方法进行进一步说明。
实施例1
一种污淤泥环保型透水砖，包括如下重量百分比的原料：废泥70％，粗砂10％，硅铝铁钙氧化物5％，水泥15％；所述废泥为淤泥和污泥以2：1的重量比混合而成；所述硅铝铁钙氧化物为粉煤灰、细煤渣、矿渣粉以2：0.5：1的重量比混合而成。
所述淤泥和污泥经专用固化剂处理后含水率为12wt％，再经压滤、烘干和对辊碾磨后过50目筛得到泥粉；所述专用固化剂为膨胀土、聚丙烯纤维、三氯化铁、水泥、壳聚糖、生石灰的混合物，其中壳聚糖的含量为5％。
所述硅铝铁钙氧化物的粒径≤1mm。
所述粗砂80％以上颗粒粒径为1～2mm。
所述污淤泥环保型透水砖的制备方法，包括如下步骤：ⅰ.将各原料按重量百分比依次计量加入搅拌容器；ⅱ.加入5％水搅拌混合材料；ⅲ.混合料通过油压机压制成型；ⅳ.将成型的砖坯常温下养护36h；ⅴ.喷水养护10天制得所述污淤泥环保型透水砖。
实施例2
一种污淤泥环保型透水砖，包括如下重量百分比的原料：废泥60％，粗砂5％，硅铝铁钙氧化物5％，水泥30％；所述废泥为淤泥；所述硅铝铁钙氧化物为粉煤灰、细煤渣以2：1的重量比混合而成。
所述废泥经专用固化剂处理后含水率为4wt％，再经压滤、烘干和对辊碾磨后过50目筛得到泥粉；所述专用固化剂中壳聚糖的含量为3％。
所述硅铝铁钙氧化物的粒径≤1mm。
所述粗砂80％以上颗粒粒径为1～2mm。
所述污淤泥环保型透水砖的制备方法，包括如下步骤：ⅰ.将各原料按重量百分比依次计量加入搅拌容器；ⅱ.加入15％水搅拌混合材料；ⅲ.混合料通过油压机压制成型；ⅳ.将成型的砖坯常温下养护48h；ⅴ.喷水养护8天制得所述污淤泥环保型透水砖。
其它与实施例1相同。
实施例3
一种污淤泥环保型透水砖，包括如下重量百分比的原料：废泥50％，粗砂15％，硅铝铁钙氧化物15％，水泥20％；所述废泥为污泥；所述硅铝铁钙氧化物为粉煤灰、细煤渣、矿渣粉及煤矸石以4：2：1：1的重量比混合而成。
所述废泥经专用固化剂处理后含水率为5wt％，再经压滤、烘干和对辊碾磨后过50目筛得到泥粉；所述专用固化剂中壳聚糖的含量为2％。
所述硅铝铁钙氧化物的粒径≤1mm。
所述粗砂80％以上颗粒粒径为1～2mm。
所述污淤泥环保型透水砖的制备方法，包括如下步骤：ⅰ.将各原料按重量百分比依次计量加入搅拌容器；ⅱ.加入20％水搅拌混合材料；ⅲ.混合料通过油压机压制成型；ⅳ.将成型的砖坯常温下养护24h；ⅴ.喷水养护7天制得所述污淤泥环保型透水砖。
其它与实施例1相同。
实施例4
一种污淤泥环保型透水砖，包括如下重量百分比的原料：废泥50％，粗砂15％，硅铝铁钙氧化物15％，水泥20％；所述废泥为污泥；所述硅铝铁钙氧化物为粉煤灰、细煤渣、矿渣粉及煤矸石以4：2：1：1的重量比混合而成。
所述废泥经专用固化剂处理后含水率为6wt％，再经压滤、烘干和对辊碾磨后过50目筛得到泥粉；所述专用固化剂中壳聚糖的含量为2％。
所述硅铝铁钙氧化物的粒径≤1mm。
所述粗砂80％以上颗粒粒径为1～2mm。
所述污淤泥环保型透水砖的制备方法，包括如下步骤：ⅰ.将各原料按重量百分比依次计量加入搅拌容器；ⅱ.加入5％水搅拌混合材料；ⅲ.混合料通过油压机压制成型；ⅳ.将成型的砖坯常温下养护20h；ⅴ.喷水养护6天制得所述污淤泥环保型透水砖。
其它与实施例1相同。
实施例5
一种污淤泥环保型透水砖，包括如下重量百分比的原料：废泥45％，粗砂20％，硅铝铁钙氧化物10％，水泥25％；所述废泥为淤泥；所述硅铝铁钙氧化物为细煤渣。
所述废泥经专用固化剂处理后含水率为6wt％，再经压滤、烘干和对辊碾磨后过50目筛得到泥粉；所述专用固化剂中壳聚糖的含量为8％。
所述硅铝铁钙氧化物的粒径≤1mm。
所述粗砂80％以上颗粒粒径为1～2mm。
其它均与实施例4相同。
实施例6
一种污淤泥环保型透水砖，包括如下重量百分比的原料：废泥45％，粗砂20％，硅铝铁钙氧化物10％，水泥25％；所述废泥为污泥和淤泥以2：5的重量比混合而成；所述硅铝铁钙氧化物为粉煤灰、矿渣粉及煤矸石以1.5：2：1的重量比混合而成。
所述废泥经专用固化剂处理后含水率为4wt％，再经压滤、烘干和对辊碾磨后过50目筛得到泥粉；所述专用固化剂中壳聚糖的含量为5％。
所述硅铝铁钙氧化物的粒径≤1mm。
所述粗砂80％以上颗粒粒径为1～2mm。
其它均与实施例4相同。
实施例7
一种污淤泥环保型透水砖，包括如下重量百分比的原料：废泥55％，粗砂15％，硅铝铁钙氧化物20％，水泥10％；所述废泥为淤泥；所述硅铝铁钙氧化物为煤矸石。
其它均与实施例4相同。
对比例1
一种透水砖，与实施例4的不同之处在于：去掉粗砂，所述废泥50％，硅铝铁钙氧化物30％，水泥20％。
其它均与实施例4相同。
对比例2
一种透水砖，与实施例4的不同之处在于：废泥85％，粗砂5％，硅铝铁钙氧化物5％，水泥5％。
所述废泥经专用固化剂处理后含水率为6wt％，再经压滤、烘干和对辊碾磨后过50目筛得到泥粉；所述专用固化剂中壳聚糖的含量为5％。
所述硅铝铁钙氧化物的粒径≤1mm。
所述粗砂80％以上颗粒粒径为1～2mm。
所述污淤泥环保型透水砖的制备方法，包括如下步骤：ⅰ.将各原料按重量百分比依次计量加入搅拌容器；ⅱ.加入2％水搅拌混合材料；ⅲ.混合料通过油压机压制成型；ⅳ.将成型的砖坯常温下养护48h；ⅴ.喷水养护10天制得所述污淤泥环保型透水砖。
其它与实施例4相同。
对比例3
一种透水砖，与实施例4的不同之处在于：所述专用固化剂为膨胀土、聚丙烯纤维、三氯化铁、水泥、生石灰的混合物。
其它均与实施例4相同。
将实施例1～7、对比例1～3的透水砖按照企业标准进行抗压强度、抗折强度、抗冻融性、耐磨性和重金属固化效果测试，得到结果如下表所示：
以上测试结果表明，本发明实施例1～8制备的污淤泥环保型透水砖的透水性、抗折强度、抗冻融性、耐磨性均高于对比例透水砖的相应性能，其中实施例4透水砖性能最优。对比例1与实施例4相比，由于对比例1中不含粗砂，对比例1得到的透水砖内部骨料级配不合理导致砖成品的抗折强度较低，透水性较差；对比例2与实施例4相比，废泥的含量较高，难以与其它原料形成良好级配，导致透水砖的透水性能较差，且抗冻融性、耐磨性能均较差，成品稳定较差；对比例3与实施例4相比，固化剂不含壳聚糖，透水砖中重金属浸出量较高，如不处理对人体伤害较大，不宜推广使用，采用含壳聚糖的固化剂有利于降低透水砖中重金属的浸出量，固化重金属效果好。
综上所述，本发明制备的透水砖透水性、抗折强度、抗冻融性和耐磨测性能均较好，且透水砖中的重金属浸出量较低无臭味，环保安全，且生产成本低廉，易于大规模批量生产，可以作为海绵城市建设新型铺装材料使用；实现了废物利用即解决了淤泥/污泥以综合利用率低、污染环境的现状，又解决了海绵城市新材料的短缺问题。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。