本发明涉及建筑材料领域，特别是涉及了一种变色透水砖的制备方法。
背景技术：
目前，城市建设中大多采用水泥、柏油、大理石等非透水性材质铺设地面，这些硬化路面使地表与空气的热量、水分交换很困难，自然调节城市地面温度和湿度的能力很差，地表吸收热量困难，导致城市空间内存留大量余热，地面还会大量反射，辐射太阳热能，从而导致出现城市夜间温度比郊外夜间温度高的现象。而且，在雨天时，硬化路面会阻止雨水直接渗入地下，造成到处积水，影响道路的舒适性和安全性，同时阻断了雨水直接补充地下水的途径，使城市地下水位难以回升，直接影响城市地表植被的健康生长，绿化困难，加重了城市的干旱缺水问题；而积水涌入下水道后注入江河，加重了城市排水系统和江河的排泄负担，晴天时地面又极为干燥，尘土飞扬，环境舒适度大大降低。
透水砖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。由于其高透水和高孔隙率的结构特点，一方面消除了路面积水，及时补充地下水资源，减小了地基下沉，缓解了城市抗洪排水与管道疏浚的压力；另一方面通过砖内孔洞中水分的蒸发，减少了城市底面热能吸收和“热岛效应”，且有效较低了城市的噪音污染。“海绵城市”是我国解决城市内涝、水资源缺乏等生态环境问题的重要理念和方法。而透水砖作为透水性铺装结构的组成单元，在“海绵城市”的建设过程中拥有越来越大的需求量。目前市面上的透水砖基本都是利用陶瓷废料为主要原料来制备，一方面，目前随着海绵城市试点城市不断增加，透水砖市场需求逐年走旺，透水砖行业对废弃陶瓷需求不断增加，而全国陶瓷行业环保治理力度空前加大，陶瓷生产企业生产规模受到制约，产能急剧下降，产生的废料也显著减少。这样的局面导致以前随处可见的陶瓷废料现在变得极为抢手，目前已出现跨省、跨产区抢购这种陶瓷废料的局面。原料供应受限势必会影响透水砖市场的持续发展，也将影响国家海绵城市建设的进程；另一方面，发明人在实践中发现，单独使用陶瓷废料为主要原料制备透水砖时，存在可塑性能差、坯体烧结变形严重等问题。因此拓展透水砖制备原料的来源显得尤为必要和迫切。
对于透水砖品质的追求，依然是透水建筑材料领用的研究者不断追求的方向，cn107141011a公开了一种具有孔梯度结构的变色透水砖及其制备方法，使透水砖具有对环境光照或温度变化而变色效果，丰富了透水砖的装饰效果，但是该透水砖的透水性和耐压强度仍然有待改善。
技术实现要素：
为了弥补已有技术的缺陷，本发明提供一种变色透水砖的制备方法。
本发明所要解决的技术问题通过以下技术方案予以实现：
一种变色透水砖的制备方法，它包括面层和底层，所述面层和底层紧密结合为一体；所述面层和底层中分别包含有骨料和粘结骨料的粘结剂；所述骨料为陶瓷废料、页岩尾矿和煤矸石，所述面层中还包括变色玻璃颗粒。
进一步地，所述面层的骨料的粒度为10-18目，所述底层的骨料的粒度为5-10目。
进一步地，所述面层和底层的质量比为1:7.5-8.5。
进一步地，所述的变色玻璃颗粒为无机光致变色玻璃颗粒或无机热致变色玻璃颗粒。
进一步地，所述底层中还包括改性秸秆。
进一步地，所述改性秸秆的制备方法为：
步骤一，将秸秆清洗干净，在50℃烘干，粉碎成100-200目的秸秆粉末，然后用蒸馏水洗涤秸秆粉末，之后过滤，将滤物用质量浓度为0.8-1.2%的乙二胺四乙酸溶液在室温下搅拌浸泡8-10h，然后洗至中性，干燥，得到预处理后的秸秆；
步骤二，将预处理后的秸秆与质量浓度为35-45%的硝酸铜溶液按质量比1:8-10混合，于温度为45-55℃的条件下搅拌浸泡2h，过滤，得改性秸秆。
进一步地，所述的秸秆为小麦秸秆、水稻秸秆或玉米秸秆。
进一步地，所述粘结剂由以下成分按重量比组成：硼泥20-30份、锂长石10-15份、改性硅藻土8-15份。
进一步地，所述改性硅藻土的制备方法为：称取硅藻土放入10-15倍重量份的水中，搅拌均匀得到浆料，向浆料中加入六偏磷酸钠和焦磷酸钠，混合均匀得到反应料，其中，六偏磷酸钠和焦磷酸钠的总质量为硅藻土质量的3%-5%，将反应料置于微波发生器内，在微波辐射功率为650-680w的条件下，辐射加热3-5分钟，自然冷却，粉碎至150-200目。
进一步地，所述面层主要由以下质量份配比的原料制成：陶瓷废料25-30份、页岩尾矿15-20份，煤矸石10-15份，变色玻璃颗粒6-8份、粘结剂2-5份、助熔剂1-2份、和水12-18份；所述底层主要由以下质量份配比的原料制成：陶瓷废料40-50份、页岩尾矿15-25份，煤矸石3-5份，改性秸秆1-3份，粘结剂2-5份、助熔剂1-2份、和水15-20份。
进一步地，所述变色透水砖的制备方法为：
s1.按照配方称取面层所用的原料，将陶瓷废料、页岩尾矿、煤矸石、变色玻璃颗粒、粘结剂、助熔剂和水混合均匀得到面层拌合料后，将面层拌合料经输送机定量输送至成型机面料布料箱料仓内；
s2.按照配方称取底层所用的原料，将陶瓷废料、页岩尾矿、煤矸石、改性秸秆、粘结剂、助熔剂和水混合均匀得到底层拌合料后，将底层拌合料经输送机定量输送至成型机底料布料箱料仓内；
s3.成型：采用二次布料成型，先将底料布料箱料仓内的底层拌合料布满在成型机的模具内，再将面料布料箱料仓内的面层拌合料布满在底层拌合料之上，然后压制成型为坯料；
s4.干燥：坯料在80-100℃的环境温度下干燥24-48h；
s5.烧结：将干燥后的坯料在窑炉中进行烧结，其中在200-500℃温度区间，升温速度0.5℃-0.8℃/min；在500-800℃温度区间，升温速度0.5℃-1.5℃/min，在800℃-最高烧结温度的温度区间，升温速度1℃-2℃/min，最高烧结温度为900-950℃，在最高烧结温度保温1-2h，然后进行冷却，冷却降温速度不大于5℃/min。
本发明具有如下有益效果：
本发明采用陶瓷废料、页岩尾矿和煤矸石作为骨料，能大大减少陶瓷废料的使用量，能够克服原料紧缺的现状，便于实现产业化的大量生产。
本发明通过优化的组分设计及合理的组分配比，更有利于形成致密、孔隙率适宜的砖坯微观结构，有效提高成品透水砖的抗压强度和透水性。
本发明的透水砖具有对环境光照或温度变化而变色效果，丰富了透水砖的装饰效果。
具体实施方式
一种变色透水砖的制备方法，它包括面层和底层，所述面层和底层紧密结合为一体；所述面层和底层中分别包含有骨料和粘结骨料的粘结剂。
所述骨料为陶瓷废料、页岩尾矿和煤矸石。其中，所述面层的骨料的粒度为10-18目，所述底层的骨料的粒度为5-10目。
现有技术中透水砖主要采用陶瓷废料作为主要原料进行生产，由于陶瓷废料产量有限，导致透水砖的生产资源紧缺，本发明采用陶瓷废料、页岩尾矿和煤矸石作为骨料，能大大减少陶瓷废料的使用量，能够克服原料紧缺的现状，便于实现产业化的大量生产。此外，一方面，页岩尾矿和煤矸石与陶瓷废料具有良好的相容性和粘结性，采用三种材料作为透水砖的骨料，具有较好的刚性效果；另一方面，页岩尾矿和煤矸石杂乱的分布在陶瓷废料中，由于其随机的取向分布构成了透水砖的骨架结构，使砖体形成自然孔隙，具有较好的滤水性，使得制成的砖体具有良好的强度以及合理的孔隙率。
所述面层和底层的质量比为1:7.5-8.5，优选为1:8。
所述粘结剂由以下成分按重量比组成：硼泥20-30份、锂长石10-15份、改性硅藻土8-15份。
其中，所述改性硅藻土的制备方法为：称取硅藻土放入10-15倍重量份的水中，搅拌均匀得到浆料，向浆料中加入六偏磷酸钠和焦磷酸钠，混合均匀得到反应料，其中，六偏磷酸钠和焦磷酸钠的总质量为硅藻土质量的3%-5%，将反应料置于微波发生器内，在微波辐射功率为650-680w的条件下，辐射加热3-5分钟，自然冷却，粉碎至150-200目。
粘结剂用于提高透水砖原料中各组分之间的粘结强度，便于成型及烧结，有利于提高透水砖的强度。发明人在实践中发现，以陶瓷废料、页岩尾矿和煤矸石作为透水砖的骨料时，采用现有技术中的粘结剂粘结骨料后，一方面，骨料之间的孔隙部分被粘结剂填充，造成透水砖透水性能的降低，但增强粘结剂的透水性能又会影响粘结剂的粘结性能；另一方面，坯体易变形。鉴于此，本发明创造的发明人通过不断的尝试和探索发现，采用硼泥、锂长石、改性硅藻土复配作为粘结剂，并通过合理调控三者的用量配比，能够发生复杂的反应形成液相，液相将骨料粘结在一起，但不充满所有的孔隙，将骨料粘结牢固，粘结剂的粘结性能得到增强，提高了陶瓷透水砖烧结过程中的坯体强度，解决了坯体易变形的问题，而且在骨料之间形成海绵态的透水部分，有效的提高了透水砖的透水性能。
发明人还发现，在加入了助熔剂和上述粘结剂后，在750℃就开始形成液相，最高烧结温度为950-1050℃，降低了透水砖的烧结温度，增强了低温下透水砖的和易性，有效防止了可塑性差的问题，有效的节约了成本。
所述底层中还可以包括改性秸秆。其中，所述改性秸秆的制备方法为：
步骤一，将秸秆清洗干净，在50℃烘干，粉碎成100-200目的秸秆粉末，然后用蒸馏水洗涤秸秆粉末，之后过滤，将滤物用质量浓度为0.8-1.2%的乙二胺四乙酸溶液在室温下搅拌浸泡8-10h，然后洗至中性，干燥，得到预处理后的秸秆；
步骤二，将预处理后的秸秆与质量浓度为35-45%的硝酸铜溶液按质量比1:8-10混合，于温度为45-55℃的条件下搅拌浸泡2h，过滤，得改性秸秆。
现有的成孔剂主要是秸秆粉、稻壳粉、树叶粉、木屑、木炭粉、煤粉、焦炭粉、塑料粉及碎纸屑中的任一种或任二种以上的混合物，传统的透水砖通过这种成孔剂的加入来提高其透水率，虽然透水率得到明显的提高，但是发明人发现以陶瓷废料、页岩尾矿和煤矸石作为透水砖的骨料时，这些成孔剂的加入会降低产品的抗压强度，在烧结过程中导致产品坯体膨胀变形，且还会使产品产生黑芯等缺陷。基于上述问题，本发明人进行了大量的探索研究。本发明中，所得的预处理后的秸秆能够较好地实现对硝酸铜的吸附与控制释放，所得的改性秸秆表面吸附有硝酸铜，将改性秸秆添加到透水砖的坯料体系中后，在烧结过程中，硝酸铜受热分解产生氧气，使透水砖体系中的空隙增大，同时产生的氧气有助于秸秆在高温下分解，而秸秆在有氧条件下高温分解时会产生大量的气体和水，水在高温下又会变为气体挥发，从而使得透水砖产品的孔隙增加，透水率增大，解决了产品黑芯的问题。另外，硝酸铜高温分解后还会产生金属化合物，在一定程度上增加形成的孔隙的强度，增强透水砖的抗压强度。此外，烧结过程中产生的气体挥发，从而使得透水砖产品的孔隙增加，透水率增大，从而有利于水的渗透，提高透水砖的透水性，但同时气体的大量、集中产生同时也会导致产品坯体膨胀变形。本发明采用改性秸秆，并对工艺进行改进，先进行微波干燥，然后烧结，且在烧结过程中控制很低的升温速度，使气体缓慢释放，同时通过成型过程中的两次布料，使陶瓷废料、页岩尾矿和煤矸石在压力成型过程中形成稳定的骨架，从而克服了烧结过程中的由于气体膨胀导致坯体变形的问题。
需要说明的是，所述的秸秆可以为小麦秸秆，可以为水稻秸秆，也可以为玉米秸秆，但不限定于此。
本发明的面层和底层中还可以包括助熔剂，本发明对助熔剂的具体种类不作特别限定，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。
本发明所提供的透水砖可以根据需要制成不同的形状，如正方体、长方体、圆柱形、菱柱形、甚至可以为各种不规则的花样形状，另外，本发明的透水砖也可以制成不同的规格尺寸。
下面结合实施例对本发明进行详细的说明，实施例仅是本发明的优选实施方式，不是对本发明的限定。
实施例1
一种变色透水砖的制备方法，所述变色透水砖包括面层和底层，所述面层和底层紧密结合为一体；所述面层主要由以下质量份配比的原料制成：陶瓷废料228份、页岩尾矿18份，煤矸石12份，变色玻璃颗粒7份、粘结剂3份、助熔剂1份、和水15份；所述底层主要由以下质量份配比的原料制成：陶瓷废料45份、页岩尾矿20份，煤矸石4份，改性秸秆2份，粘结剂3份、助熔剂2份、和水18份。
其中，所述面层中，陶瓷废料、页岩尾矿和煤矸石的粒度为10-18目；所述底层中，陶瓷废料、页岩尾矿和煤矸石的粒度为5-10目。
所述面层和底层的质量比为1:8。
所述的变色玻璃颗粒为无机光致变色玻璃颗粒。
所述粘结剂由以下成分按重量比组成：硼泥25份、锂长石12份、改性硅藻土10份。其中，所述改性硅藻土的制备方法为：称取硅藻土放入10-15倍重量份的水中，搅拌均匀得到浆料，向浆料中加入六偏磷酸钠和焦磷酸钠，混合均匀得到反应料，其中，六偏磷酸钠和焦磷酸钠的总质量为硅藻土质量的3%-5%，将反应料置于微波发生器内，在微波辐射功率为650-680w的条件下，辐射加热3-5分钟，自然冷却，粉碎至150-200目。
所述改性秸秆的制备方法为：
步骤一，将秸秆清洗干净，在50℃烘干，粉碎成100-200目的秸秆粉末，然后用蒸馏水洗涤秸秆粉末，之后过滤，将滤物用质量浓度为0.8-1.2%的乙二胺四乙酸溶液在室温下搅拌浸泡8-10h，然后洗至中性，干燥，得到预处理后的秸秆；
步骤二，将预处理后的秸秆与质量浓度为35-45%的硝酸铜溶液按质量比1:8-10混合，于温度为45-55℃的条件下搅拌浸泡2h，过滤，得改性秸秆。
所述变色透水砖的制备方法为：
s1.按照配方称取面层所用的原料，将陶瓷废料、页岩尾矿、煤矸石、变色玻璃颗粒、粘结剂、助熔剂和水混合均匀得到面层拌合料后，将面层拌合料经输送机定量输送至成型机面料布料箱料仓内；
s2.按照配方称取底层所用的原料，将陶瓷废料、页岩尾矿、煤矸石、改性秸秆、粘结剂、助熔剂和水混合均匀得到底层拌合料后，将底层拌合料经输送机定量输送至成型机底料布料箱料仓内；
s3.成型：采用二次布料成型，先将底料布料箱料仓内的底层拌合料布满在成型机的模具内，再将面料布料箱料仓内的面层拌合料布满在底层拌合料之上，然后压制成型为坯料；
s4.干燥：坯料在90℃的环境温度下干燥35h；
s5.烧结：将干燥后的坯料在窑炉中进行烧结，其中在200-500℃温度区间，升温速度0.6℃/min；在500-800℃温度区间，升温速度1℃/min，在800℃-最高烧结温度的温度区间，升温速度1.5℃/min，最高烧结温度为920℃，在最高烧结温度保温1.5h，然后进行冷却，冷却降温速度不大于5℃/min。
实施例2
一种变色透水砖的制备方法，所述变色透水砖包括面层和底层，所述面层和底层紧密结合为一体；所述面层主要由以下质量份配比的原料制成：陶瓷废料25份、页岩尾矿20份，煤矸石15份，变色玻璃颗粒8份、粘结剂5份、助熔剂2份、和水18份；所述底层主要由以下质量份配比的原料制成：陶瓷废料40份、页岩尾矿25份，煤矸石5份，改性秸秆3份，粘结剂5份、助熔剂2份、和水20份。
其中，所述面层中，陶瓷废料、页岩尾矿和煤矸石的粒度为10-18目；所述底层中，陶瓷废料、页岩尾矿和煤矸石的粒度为5-10目。
所述面层和底层的质量比为1:7.5。
所述的变色玻璃颗粒为无机热致变色玻璃颗粒。
所述粘结剂由以下成分按重量比组成：硼泥20份、锂长石15份、改性硅藻土15份。所述改性硅藻土和改性秸秆的制备方法同实施例1。
所述变色透水砖的制备方法为：
s1.按照配方称取面层所用的原料，将陶瓷废料、页岩尾矿、煤矸石、变色玻璃颗粒、粘结剂、助熔剂和水混合均匀得到面层拌合料后，将面层拌合料经输送机定量输送至成型机面料布料箱料仓内；
s2.按照配方称取底层所用的原料，将陶瓷废料、页岩尾矿、煤矸石、改性秸秆、粘结剂、助熔剂和水混合均匀得到底层拌合料后，将底层拌合料经输送机定量输送至成型机底料布料箱料仓内；
s3.成型：采用二次布料成型，先将底料布料箱料仓内的底层拌合料布满在成型机的模具内，再将面料布料箱料仓内的面层拌合料布满在底层拌合料之上，然后压制成型为坯料；
s4.干燥：坯料在80℃的环境温度下干燥48h；
s5.烧结：将干燥后的坯料在窑炉中进行烧结，其中在200-500℃温度区间，升温速度0.5℃/min；在500-800℃温度区间，升温速度0.5℃/min，在800℃-最高烧结温度的温度区间，升温速度1℃/min，最高烧结温度为900℃，在最高烧结温度保温2h，然后进行冷却，冷却降温速度不大于5℃/min。
实施例3
一种变色透水砖的制备方法，所述变色透水砖包括面层和底层，所述面层和底层紧密结合为一体；所述面层主要由以下质量份配比的原料制成：陶瓷废料30份、页岩尾矿15份，煤矸石10份，变色玻璃颗粒6份、粘结剂2份、助熔剂1份、和水12份；所述底层主要由以下质量份配比的原料制成：陶瓷废料50份、页岩尾矿15份，煤矸石3份，改性秸秆1份，粘结剂2份、助熔剂1份、和水15份。
其中，所述面层中，陶瓷废料、页岩尾矿和煤矸石的粒度为10-18目；所述底层中，陶瓷废料、页岩尾矿和煤矸石的粒度为5-10目。
所述面层和底层的质量比为1:8.5。
所述的变色玻璃颗粒为无机光致变色玻璃颗粒。
所述粘结剂由以下成分按重量比组成：硼泥30份、锂长石10份、改性硅藻土8份。所述改性硅藻土和改性秸秆的制备方法同实施例1。
所述变色透水砖的制备方法为：
s1.按照配方称取面层所用的原料，将陶瓷废料、页岩尾矿、煤矸石、变色玻璃颗粒、粘结剂、助熔剂和水混合均匀得到面层拌合料后，将面层拌合料经输送机定量输送至成型机面料布料箱料仓内；
s2.按照配方称取底层所用的原料，将陶瓷废料、页岩尾矿、煤矸石、改性秸秆、粘结剂、助熔剂和水混合均匀得到底层拌合料后，将底层拌合料经输送机定量输送至成型机底料布料箱料仓内；
s3.成型：采用二次布料成型，先将底料布料箱料仓内的底层拌合料布满在成型机的模具内，再将面料布料箱料仓内的面层拌合料布满在底层拌合料之上，然后压制成型为坯料；
s4.干燥：坯料在100℃的环境温度下干燥24h；
s5.烧结：将干燥后的坯料在窑炉中进行烧结，其中在200-500℃温度区间，升温速度0.8℃/min；在500-800℃温度区间，升温速度1.5℃/min，在800℃-最高烧结温度的温度区间，升温速度2℃/min，最高烧结温度为950℃，在最高烧结温度保温1h，然后进行冷却，冷却降温速度不大于5℃/min。
对比例1
基于实施例1，与实施例1的区别在于粘结剂中不添加硼泥。
对比例2
基于实施例1，与实施例1的区别在于粘结剂中不添加锂长石。
对比例3
基于实施例1，与实施例1的区别在于粘结剂中不添加改性硅藻土。
对比例4
基于实施例1，与实施例1的区别在于将底层原料中的改性秸秆替换为普通秸秆。
试验例
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1-3以及对比例1-4透水砖的透水性能。试验结果表明，对于透水系数，实施例1＞实施例3＞实施例2＞对比例4＞对比例2＞对比例1＞对比例3，其中实施例2中的透水砖的透水系数为0.062cm/s，对比例4中的透水砖的透水系数为0.045cm/s。
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1-3以及对比例1-4透水砖的抗压强度。试验结果表明，对于抗压强度，实施例1＞实施例2＞实施例3＞对比例1＞对比例2＞对比例4＞对比例3，其中实施例3中的透水砖的抗压强度为95mpa，对比例1中的透水砖的抗压强度为50mpa。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制，但凡采用等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均应落在本发明的保护范围之内。