本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种用于海绵城市的环保透水砖及其制备方法。
背景技术：
随着我国经济的高速发展，城市现代化建设步伐的加速，一系列城市问题应运而生出现噪声，空气污染，热岛效应，地下水资源缺乏等等，生态城市的建设受到更多人的重视。人行道和非机动车道是城市道路的重要组成部分，也是生态城市建设重要环节之一，透水性道路将直接反映都市的宜居性、都市的景观绿化比。
而目前，现在城市的道路都是以前建造的，当时人们并没有那种超前的环保意识，所以，人们几乎全部采用不透水性的路面。随着观念的变化，人们开始研究透水性道路，透水性道路的工作原理包括面层下渗、基层吸收、底基层排水、集水池储水四个步骤，面层下渗时一般采用透水性砖，这样使得降雨很容易通过面层的孔道下渗到面层内。透水性道路面层可以采用透水性水泥混凝土或者透水性沥青混合料，但缺点很突出，要么面层容易被杂质堵住要么渗透系数太小跟普通路面就一样了；还有一种类型是采用预制的道路面砖，使用预制砖的另一优点就是施工速度快，缩短工期，开放交通也挺快，强度也足够高，储存的强度也足够大，为将来外部荷载增加的因素也考虑到了。市面上有两种供选择预制道路面砖分为透水性和非透水性两种砖。之前的修筑的道路采用非透水的砖，但由于砖自身不具有透水能力，只能透过砖缝下渗，渗透能力较弱，因此整体道理的透水效果仍然欠佳。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种的用于海绵城市的环保透水砖及其制备方法，该环保透水砖的性能优良能够满足道路对透水的需求。
本发明所采用的技术方案为：
一种用于海绵城市的环保透水砖，其结构为上下连接在一起的两层结构，上层为面层，下层为底层，以重量份计，面层的原料及用量为：水泥350-450份、硅砂1550-1650份、面层外加剂3-8份、颜料2-20份、水100-150份；底层的原料及用量为：水泥400-600份、粗骨料1550-1650份、底层外加剂3-8份、水100-150份。
所述面层外加剂为吸水树脂0.2-0.7份、沥青粉0.5-3份、扩散剂0.5-1份和减水剂1.5-4份。
所述底层外加剂为吸水树脂0.2-0.7份、沥青粉0.5-3份、扩散剂1.5-4份和减水剂0.5-1份。
所述面层的厚度为2-8mm，底层的厚度为20-100mm。进一步，底层厚度优选32-86mm。
所述粗骨料的粒径范围是2-26.5mm。
硅砂的粒径范围是1.25-2.5mm。
进一步优选，以重量份计，面层的原料及用量为：水泥400份、硅砂1600份、外加剂5份（吸水树脂0.5份、沥青粉2份、扩散剂1份、减水剂1.5份）、颜料3.2份、水100份；底层的原料及用量为：水泥500份、粗集料1600份、外加剂5份（吸水树脂0.5份、沥青粉2份、扩散剂1.5份、减水剂1份）、水114份。
所述硅砂的粒径范围是1.25-2.5mm。
所述粗骨料的粒径范围是2-26.5mm。所述粗集料以间断级配为宜，粗集料按照粒径的大小分为四级，第一级粒径为2mm-4mm，筛分占比为12%；第二级粒径为6mm-8mm，筛分占比为20%；第三级粒径为12mm-16mm，筛分占比为30%；第四级粒径为20mm-26.5mm，筛分占比为38%。这样既保证所要求的贯通孔隙率，又不会导致混凝土内孔隙的孔径过大。粗集料中的粉尘、黏土和泥块应尽量少，含泥量和泥块含量都应小于0.5%，针片状颗粒小于10%，粗集料的压碎指标宜小于15%。
所述减水剂为萘系高效减水剂或者聚羧酸系高效减水剂，所述沥青粉作为疏水剂使用，所述扩散剂为亚甲基二萘磺酸钠（nno）或亚甲基双甲基萘磺酸钠（mf）。吸水树脂为吸水树脂sap。
环保透水砖的制备方法，包括以下步骤：1）底层的制备，按比例取各原料，向粗骨料中加入8-10%的水搅匀，再加入水泥搅匀，然后加入剩余的水和底层外加剂、减水剂搅匀得到底层混合物，将底层混合物加入模具中至20-100mm厚度；
2）面层的制备，按比例取各原料，向硅砂中加入8-10%的水混匀，再加入水泥搅匀，然后加入剩余的水和面层外加剂、颜料搅匀得到面层混合物，将面层混合物加入已经放有底层混合物的模具中，使面层混合物位于底层混合物上方并呈2-8mm；
3）将装有面层混合物和底层混合物的模具进行振动成型，同时在模具中的物料上方对物料施加93-98kpa的压力；
4）脱模成为制品，将制品在常温常压下放置24h后浇水养护至少28天，得到成品。
所述步骤3）中振动成型的频率为50-58hz。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果是：
1、本发明环保透水砖的原材料都是环保的，配料为粗骨料、石、水泥和水，它们经过一定的配合比，经过拌和、振捣等加工程序，制造出了空隙较大的混凝土砖。由于其制备原料都是环保的，所以对水源、植物和生物没有污染，属于环保建材。它的透水性能有助于雨水下渗到泥土中，产生的环境价值较高，因此被称为绿色环保产品。
2、采用本发明制得的透水砖的抗压强度、抗折强度、孔隙率和渗透系数等性能比较优越，可以满足道路的需求。
3、本发明透水砖的另一优势是制作工艺简单，不需要经过煅烧，施工时具有速度快、工期短、开放交通快的优势。
4、本发明环保透水砖的面层中可以根据工程应用和城市形象来选择颜料的颜色，这样可以制作出不同颜色的环保透水砖，既满足了透水的需求，又有多彩的颜色，可以充分满足人们的审美观。
5、本发明的环保透水砖在选材时主要考虑是透水路面，所以渗透性尽可能比一般的透水材料要大，当有降雨时，雨水可以通过环保透水砖的面层向下渗透，再渗透穿过底层，雨水可以直接通过透水砖砖体下渗，这大大增加了透水的面积，为排水系统的不断排出赢取了宝贵的时间，大大增加排水的能力，给排水系统减少不少的压力，这将大大改善城市内涝的问题。同时透水砖的应用还有很多社会价值，可以减缓地下水位的下降，成为排水设施的左膀右臂，减轻城市热岛效应，使夏天变得不再那么的炎热，收集到的水用于浇花草可以改善空气质量。
具体实施方式
下面结合实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。
以下实施例中的原料均为直接市场购买的成品，粗集料的粒径范围是2-26.5mm，硅砂的粒径范围是1.25-2.5mm。
实施例1：
用于海绵城市的环保透水砖，其结构为上下连接在一起的两层结构，上层为面层，下层为底层，以重量份计，面层的原料及用量为：水泥350份、硅砂1550份、面层外加剂3份、颜料2份、水100份；底层的原料及用量为：砂1550份、水泥400份、底层外加剂3份、水100份。
面层外加剂为吸水树脂sap0.2份、沥青粉0.8份、扩散剂nno0.5份和减水剂fdn1.5份。
底层外加剂为吸水树脂sap0.2份、沥青粉0.8份、扩散剂nno1.5份和减水剂fdn0.5份。
面层厚度为2mm，底层的厚度为20mm。
实施例2：用于海绵城市的环保透水砖，其结构为上下连接在一起的两层结构，上层为面层，下层为底层，以重量份计，面层的原料及用量为：水泥400份、硅砂1600份、面层外加剂5份、颜料3.2份、水100份；底层的原料及用量为：砂1600份、水泥500份、底层外加剂5份、水114份。
面层外加剂为吸水树脂sap0.3份、沥青粉2份、扩散剂mf1份和减水剂fdn1.7份。
底层外加剂为吸水树脂sap0.3份、沥青粉2份、扩散剂mf1.7份和减水剂fdn1份。
面层厚度为5mm，底层厚度为50mm。
实施例3
用于海绵城市的环保透水砖，其结构为上下连接在一起的两层结构，上层为面层，下层为底层，以重量份计，面层的原料及用量为：水泥450份、硅砂1650份、面层外加剂8份、颜料20份、水150份；底层的原料及用量为：砂1650份、水泥600份、底层外加剂8份、水150份。
面层外加剂为吸水树脂sap0.5份、沥青粉3.5份、扩散剂nno1份和减水剂fdn3份。
底层外加剂为吸水树脂sap0.5份、沥青粉3.5份、扩散剂nno3份和减水剂fdn1份。
面层厚度为8mm，底层厚度为100mm。
实施例4
用于海绵城市的环保透水砖，其结构为上下连接在一起的两层结构，上层为面层，下层为底层，以重量份计，面层的原料及用量为：水泥350份、硅砂1650份、面层外加剂4份、颜料20份、水100份；底层的原料及用量为：砂1550份、水泥600份、底层外加剂4份、水150份。
面层外加剂为吸水树脂sap0.4份、沥青粉1份、扩散剂nno1份和减水剂fdn1.6份。
底层外加剂为吸水树脂sap0.4份、沥青粉1份、扩散剂nno1.6份和减水剂fdn1份。
面层厚度为3mm，底层厚度为32mm。
实施例5
用于海绵城市的环保透水砖，其结构为上下连接在一起的两层结构，上层为面层，下层为底层，以重量份计，面层的原料及用量为：水泥450份、硅砂1550份、面层外加剂8份、颜料2份、水150份；底层的原料及用量为：砂1650份、水泥400份、底层外加剂8份、水100份。
面层外加剂为吸水树脂sap0.5份、沥青粉3份、扩散剂nno1份和减水剂fdn3.5份。
底层外加剂为吸水树脂sap0.5份、沥青粉3份、扩散剂nno3.5份和减水剂fdn1份。
面层厚度为8mm，底层厚度为86mm。
实施例1-5环保透水砖的制备方法，包括以下步骤：1）底层的制备，按比例取各原料，向砂中加入8-10%的水搅匀，再加入水泥搅匀，然后加入剩余的水和底层外加剂、减水剂搅匀得到底层混合物，将底层混合物加入模具中至相应的厚度；
2）面层的制备，按比例取各原料，向硅砂中加入8-10%的水混匀，再加入水泥搅匀，然后加入剩余的水和面层外加剂、颜料搅匀得到面层混合物，将面层混合物加入已经放有底层混合物的模具中，使面层混合物位于底层混合物上方并至相应的厚度；
3）将装有面层混合物和底层混合物的模具进行振动成型，同时在模具中的物料上方对物料施加93-98kpa的压力；需要透水率较高时，选择93-95kpa的压力，需要透水率较低时，选择95（不含）-98kpa的压力；
4）脱模成为制品，将制品在常温常压下放置24h后浇水养护至少28天，得到成品。
6、如权利要求5所述的所述环保透水砖的制备方法，其特征在于，所述步骤3）中振动成型的频率为50-58hz。
效果实验：
对实施例1-5制得的透水砖进行抗压强度、抗折强度、有效孔隙率（水中重法）、渗透系数的检测，检测结果如下：
表1透水砖的抗压强度检测结果
本发明透水砖的抗压强度单个最小值≥30mpa，平均值≥35mpa，完全可以满足道路对透水砖的强度要求。
表2透水砖的抗折强度检测结果
本发明透水砖的抗折强度达到了4.2mpa以上，同样可以满足道路的要求。
表3透水砖有效空隙率、渗透系数的测试结果
本发明透水砖的有效孔隙率达到了16.81%以上，渗透系数达到0.68cm/s以上，完全可以满足透水的需求。
由以上数据可以看出，采用本发明配方和工艺制得的环保透水砖的抗压强度、抗折强度、有效孔隙率、渗透系数都能够满足道路的要求，可以广泛地进行应用，降雨时雨水能够较好地下渗透过透水砖，再到道路的基层直至排水系统，为城市的生态环境做出贡献。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。