本发明属于建筑材料制备技术领域，具体涉及一种高渗透性、高强度透水砖及其制备方法。
背景技术
随着科技时代的发展，现代化城市的地表逐渐被建筑物和混凝土覆盖，形成了生态学上的“人造沙漠”。由于城市道路以及公共活动区域等多铺设混凝土与沥青等不透水材料，使得自然降雨不能自然地渗入地下，阻断了对地下水的补充而引起地表的不均匀沉降。此外，由于降雨时雨水排泄不畅，地表径流增大，容易引起城市内涝，阻碍城市交通的正常运行。城市道路、广场采用透水铺装可有效地减小城市降雨径流、补充城市地下水、缓解城市热岛效应和城市排水系统的泄洪压力、消减初期雨水面源污染，从而缓解不透水硬化地面对城市生态造成的负面影响。透水砖作为透水铺装的面层，可以有效取代传统的不透水材料，在城市市政建设中得到了广泛的应用，推动了海绵城市的建设。透水砖的结构、性能对于透水铺装的建设极其重要，因此透水砖的研究成为海绵城市建设的重要内容之一。
目前，市面上使用的混凝土透水砖，普遍存在着透水性高则强度低、强度高则透水性低的问题，渗透系数只有0.1mm/s～0.15mm/s,强度只有30mpa，并且砖体孔隙易被堵塞，砖体透水能力随时间衰减极快。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供了一种高渗透性、高强度透水砖。该透水砖通过对耐磨耗层、面层和基层的厚度及各层中的成分组成比例进行配合比设计，分别得到孔隙率较高、强度略低的基层和强度较高，孔隙率略低的面层，然后将面层与基层相结合，得到兼具较高的渗透性和较高的强度的透水砖，再在面层上增加耐磨耗层，增加了砖体表面的抗磨损能力，避免了砖体表面颗粒的脱落，同时提高了透水砖的渗透性和强度。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种高渗透性、高强度透水砖，其特征在于，包括基层、覆盖在基层上的面层、和覆盖在面层上的耐磨耗层；所述耐磨耗层、面层和基层的厚度比为(0.1～0.3):(1.8～2.4):(3.6～4.2)；所述耐磨耗层由清水混凝土保护剂底漆和清水混凝土保护剂面漆组成；所述面层由以下质量比的成分组成：水泥：水：集料：减水剂：粉煤灰＝1:(0.26～0.28):(3.3～3.6):(0.009～0.011):(0.09～0.11)，其中，水的质量与水泥和粉煤灰的总质量比为0.26～0.28，集料为粒径3mm～6mm的米石，面层的空隙率为18％～23％；所述基层由以下质量比的成分组成：水泥：水：集料：减水剂：粉煤灰＝1：(0.25～0.27):(3.95～4.36):(0.009～0.011):(0.09～0.11)，其中，水的质量与水泥和粉煤灰的总质量比为0.25～0.27，集料为粒径6mm～10mm的米石，基层的孔隙率为17％～19％；所述透水砖的抗压强度为32mpa～39mpa，渗透系数为0.9mm/s～1.5mm/s。
本发明通过调整透水砖的耐磨耗层、面层和基层的厚度，并调节水胶比、集料粒径及各层中的成分组成比例，对透水砖进行配合比设计，分别得到孔隙率较高、强度略低的基层和强度较高，孔隙率略低的面层，然后将面层与基层相结合，得到兼具较高的渗透性和较高的强度的透水砖，再在面层上增加耐磨耗层，增加了砖体表面的抗磨损能力，避免了砖体表面颗粒的脱落，进一步保证了透水砖的高渗透性和高强度。
上述的一种高渗透性、高强度透水砖，其特征在于，所述耐磨耗层由qd氟碳树脂清水混凝土保护剂底漆和qd氟碳树脂清水混凝土保护剂面漆组成。qd氟碳树脂清水混凝土保护剂底漆具有优异的渗透能力，可通过化学作用深层进入砖体内部，防止砖体组分的析出，同时有效防止外部水分和氯离子侵入砖体，防风化，防黄变；qd氟碳树脂清水混凝土保护剂面漆与qd氟碳树脂清水混凝土保护剂底漆紧密结合，具有优异的亲水性和拒油性，得到的耐磨耗层表面的灰尘容易除去，进一步减少了外界环境对透水砖的侵蚀和破坏，提高了透水混凝土耐候性，在降低透水混凝土面层脱粒的同时不影响透水混凝土渗透性能。
上述的一种高渗透性、高强度透水砖，其特征在于，所述面层和基层中所述水泥的等级均为po42.5，所述减水剂均为西卡es-600wh聚羧酸盐高效减水剂，所述粉煤灰在700℃的烧失量均小于5％。采用po42.5水泥可在保证透水砖强度的同时降低原料成本；采用西卡es-600wh聚羧酸盐高效减水剂作为减水剂，减少了基层和面层原料成分中水的用量，保证了透水砖的渗透系数，并且大大减少了由于用水量降低对透水砖强度的影响；采用在700℃的烧失量均小于5％的粉煤灰，在不影响透水砖成砖强度和渗透系数的前提下提高了透水砖的抗冻性。
另外，本发明还提供了一种高渗透性、高强度透水砖的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、将基层原料中的集料与一部分水混合搅拌均匀，使集料表面处于饱和面干状态，然后加入水泥和粉煤灰搅拌均匀，再加入剩余的水和减水剂搅拌均匀，得到基层拌合物；
步骤二、将面层原料中的集料与一部分水混合搅拌均匀，使集料表面处于饱和面干状态，然后加入水泥和粉煤灰搅拌均匀，再加入剩余的水和减水剂搅拌均匀，得到面层拌合物；
步骤三、将步骤一中得到的基层拌合物装入振动成型设备的模具中并在基层拌合物的上表面施加压力进行一次振动-加压成型，然后将步骤二中得到的面层拌合物覆盖在经振动-加压成型后的基层拌合物的上表面再施加压力进行二次振动-加压成型，经脱模后得到透水砖坯体；
步骤四、将步骤三中得到的透水砖坯体在18℃～22℃的条件下保湿养护14d，然后喷涂底漆后自然风干再喷涂面漆，经自然风干后得到透水砖。
上述的方法，其特征在于，步骤三中所述一次振动-加压成型的压力为0.08mpa～0.09mpa，时间为10s～15s，所述二次振动-加压成型的压力为0.08mpa～0.09mpa，时间为5s～7s。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明的透水砖包括基层、覆盖在基层上的面层、和覆盖在面层上的耐磨耗层，通过调整各层中的成分组成比例，使基层的孔隙率较高，强度略低，面层的强度较高，孔隙率略低，然后将面层与基层相结合，最大程度保证了砖体结构的稳定性，并使透水砖同时具有较高的渗透性和较高的强度，再在面层上增加耐磨耗层，增加了砖体表面的抗磨损能力，避免了砖体表面颗粒的脱落，进一步保证了透水砖的高渗透性和高强度，最终得到抗压强度为32mpa～39mpa，渗透系数为0.9mm/s～1.5mm/s的透水砖。
2、本发明的透水砖的面层上增加耐磨耗层，减少了外界环境对透水砖的侵蚀和破坏，避免了砖体结构变化导致的孔隙堵塞现象，从而保证了透水砖的透水能力，减缓了砖体透水能力随时间衰减的速度。
3、本发明通过控制透水砖的基层、面层和耐磨耗层的厚度比，在提高透水砖渗透性和强度的基础上，保证了透水砖结构的稳定性，并通过控制各层中的原料组成比例，增强了透水砖的抗冻性和抗拆性，减少了环境因素对透水砖性能的影响，扩大了透水砖的使用范围。
4、本发明分别将基层原料和面层原料按一定顺序混合后制备得到基层拌合物和面层拌合物，然后通过振动成型的方法将两种拌合物逐层覆盖制备得到透水砖坯体，经养护后喷涂耐磨耗层，既保证了各层组分含量的精度，又提高了各相邻层间的结合能力，进一步提高了透水砖的渗透性和强度。
5、本发明对透水砖坯体进行保湿养护，避免了透水砖坯体干燥收缩率较大导致的坯体形或破裂，促进了基层、面层和耐磨耗层中原料之间的相互作用以及各相邻层间的结合，以形成稳定均匀的组织和结构，更一步提高了透水砖的透水砖的渗透性和强度。
6、发明的透水砖制备过程中无需烧结，生产周期短，且对环境无污染，节能降耗且绿色环保。
下面通过实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
具体实施方式
实施例1
本实施例的透水砖包括基层、覆盖在基层上的面层、和覆盖在面层上的耐磨耗层；所述耐磨耗层、面层和基层的厚度比为0.15:2.1:3.9；所述耐磨耗层由qd氟碳树脂清水混凝土保护剂底漆和qd氟碳树脂清水混凝土保护剂面漆组成，所述qd氟碳树脂清水混凝土保护剂底漆和qd氟碳树脂清水混凝土保护剂面漆的厚度比为0.06:0.09；所述面层由以下质量比的成分组成：po42.5水泥：水：集料：西卡es-600wh聚羧酸盐高效减水剂：粉煤灰＝1：0.27：3.48：0.01：0.1，其中，水的质量与po42.5水泥和粉煤灰的总质量比为0.25，集料为粒径3mm～6mm的米石，粉煤灰在700℃的烧失量为4.7％，面层的空隙率为18％；所述基层由以下质量比的成分组成：po42.5水泥：水：集料：西卡es-600wh聚羧酸盐高效减水剂：粉煤灰＝1：0.26：4.16：0.01：0.1，其中，水的质量与po42.5水泥和粉煤灰的总质量比为0.24，集料为粒径6mm～10mm的米石，粉煤灰在700℃的烧失量为4.7％，基层的孔隙率为19％。
本实施的透水砖的制备方法包括以下步骤：
步骤一、将基层原料中的10.44kg米石与0.41kg水混合搅拌均匀，使集料表面处于饱和面干状态，然后加入3kg的po42.5水泥和0.3kg粉煤灰搅拌均匀，再加入0.40kg水和0.03kg西卡es-600wh聚羧酸盐高效减水剂搅拌均匀，得到基层拌合物；
步骤二、将面层原料中的8.32kg米石与0.3kg水混合搅拌均匀，使集料表面处于饱和面干状态，然后加入2kg的po42.5水泥和0.2kg粉煤灰搅拌均匀，再加入0.22kg水和0.02kg西卡es-600wh聚羧酸盐高效减水剂搅拌均匀，得到面层拌合物；
步骤三、将步骤一中得到的基层拌合物装入振动成型设备的模具中并在基层拌合物的上表面施加0.08mpa压力进行一次振动-加压成型12s，然后将步骤二中得到的面层拌合物覆盖在经振动-加压成型后的基层拌合物的上表面再施加0.08mpa压力进行二次振动-加压成型6s，经脱模后得到透水砖坯体；
步骤四、将步骤三中得到的透水砖坯体在21℃的条件下保湿养护14d，然后喷涂0.02kg的qd氟碳树脂清水混凝土保护剂底漆后自然风干再喷涂0.03kg的qd氟碳树脂清水混凝土保护剂面漆，经自然风干后得到透水砖。
经检测，本实施例制备得到的透水砖的抗压强度为36mpa，渗透系数为0.97mm/s。
实施例2
本实施例的透水砖包括基层、覆盖在基层上的面层、和覆盖在面层上的耐磨耗层；所述耐磨耗层、面层和基层的厚度比为0.1:1.8:4.2；所述耐磨耗层由qd氟碳树脂清水混凝土保护剂底漆和qd氟碳树脂清水混凝土保护剂面漆组成，所述qd氟碳树脂清水混凝土保护剂底漆和qd氟碳树脂清水混凝土保护剂面漆的厚度比为0.06:0.09；所述面层由以下质量比的成分组成：po42.5水泥：水：集料：西卡es-600wh聚羧酸盐高效减水剂：粉煤灰＝1：0.28：3.6：0.011：0.11，其中，水的质量与po42.5水泥和粉煤灰的总质量比为0.25，集料为粒径3mm～6mm的米石，粉煤灰在700℃的烧失量为4.5％，面层的空隙率为23％；所述基层由以下质量比的成分组成：po42.5水泥：水：集料：西卡es-600wh聚羧酸盐高效减水剂：粉煤灰＝1：0.25：3.95：0.009：0.09，其中，水的质量与po42.5水泥和粉煤灰的总质量比为0.23，集料为粒径6mm～10mm的米石，粉煤灰在700℃的烧失量为4.5％，基层的孔隙率为18％。
本实施的透水砖的制备方法包括以下步骤：
步骤一、将基层原料中的10.8kg米石与0.44kg水混合搅拌均匀，使集料表面处于饱和面干状态，然后加入3kg的po42.5水泥和0.33kg粉煤灰搅拌均匀，再加入0.40kg水和0.033kg西卡es-600wh聚羧酸盐高效减水剂搅拌均匀，得到基层拌合物；
步骤二、将面层原料中的7.9kg米石与0.3kg水混合搅拌均匀，使集料表面处于饱和面干状态，然后加入2kg的po42.5水泥和0.18kg粉煤灰搅拌均匀，再加入0.2kg水和0.018kg西卡es-600wh聚羧酸盐高效减水剂搅拌均匀，得到面层拌合物；
步骤三、将步骤一中得到的基层拌合物装入振动成型设备的模具中并在基层拌合物的上表面施加0.09mpa压力进行一次振动-加压成型10s，然后将步骤二中得到的面层拌合物覆盖在经振动-加压成型后的基层拌合物的上表面再施加压力0.09mpa进行二次振动-加压成型5s，经脱模后得到透水砖坯体；
步骤四、将步骤三中得到的透水砖坯体在18℃的条件下保湿养护14d，然后喷涂0.02kg的qd氟碳树脂清水混凝土保护剂底漆后自然风干再喷涂0.03kg的qd氟碳树脂清水混凝土保护剂面漆，经自然风干后得到透水砖。
经检测，本实施例制备得到的透水砖的抗压强度为32mpa，渗透系数为1.5mm/s。
实施例3
本实施例的透水砖包括基层、覆盖在基层上的面层、和覆盖在面层上的耐磨耗层；所述耐磨耗层、面层和基层的厚度比为0.3:2.4:3.6；所述耐磨耗层由qd氟碳树脂清水混凝土保护剂底漆和qd氟碳树脂清水混凝土保护剂面漆组成，所述qd氟碳树脂清水混凝土保护剂底漆和qd氟碳树脂清水混凝土保护剂面漆的厚度比为0.06:0.09；所述面层由以下质量比的成分组成：po42.5水泥：水：集料：西卡es-600wh聚羧酸盐高效减水剂：粉煤灰＝1：0.26：3.3：0.009：0.09，其中，水的质量与po42.5水泥和粉煤灰的总质量比为0.24，集料为粒径3mm～6mm的米石，粉煤灰在700℃的烧失量为3.5％，面层的空隙率为20％；所述基层由以下质量比的成分组成：po42.5水泥：水：集料：西卡es-600wh聚羧酸盐高效减水剂：粉煤灰＝1：0.27：4.36：0.011：0.11，其中，水的质量与po42.5水泥和粉煤灰的总质量比为0.24，集料为粒径6mm～10mm的米石，粉煤灰在700℃的烧失量为3.5％，基层的孔隙率为17％。
本实施的透水砖的制备方法包括以下步骤：
步骤一、将基层原料中的9.9kg米石与0.40kg水混合搅拌均匀，使集料表面处于饱和面干状态，然后加入3kg的po42.5水泥和0.27kg粉煤灰搅拌均匀，再加入0.38kg水和0.027kg西卡es-600wh聚羧酸盐高效减水剂搅拌均匀，得到基层拌合物；
步骤二、将面层原料中的8.72kg米石与0.3kg水混合搅拌均匀，使集料表面处于饱和面干状态，然后加入2kg的po42.5水泥和0.22kg粉煤灰搅拌均匀，再加入0.24kg水和0.022kg西卡es-600wh聚羧酸盐高效减水剂搅拌均匀，得到面层拌合物；
步骤三、将步骤一中得到的基层拌合物装入振动成型设备的模具中并在基层拌合物的上表面施加0.085mpa压力进行一次振动-加压成型15s，然后将步骤二中得到的面层拌合物覆盖在经振动-加压成型后的基层拌合物的上表面再施加压力0.085mpa进行二次振动-加压成型7s，经脱模后得到透水砖坯体；
步骤四、将步骤三中得到的透水砖坯体在22℃的条件下保湿养护14d，然后喷涂0.03kg的qd氟碳树脂清水混凝土保护剂底漆后自然风干再喷涂0.02kg的qd氟碳树脂清水混凝土保护剂面漆，经自然风干后得到透水砖。
经检测，本实施例制备得到的透水砖的抗压强度为39mpa，渗透系数为0.9mm/s。
实施例4
本实施例的透水砖包括基层、覆盖在基层上的面层、和覆盖在面层上的耐磨耗层；所述耐磨耗层、面层和基层的厚度比为0.15:2.4:3.9；所述耐磨耗层由qd氟碳树脂清水混凝土保护剂底漆和qd氟碳树脂清水混凝土保护剂面漆组成，所述qd氟碳树脂清水混凝土保护剂底漆和qd氟碳树脂清水混凝土保护剂面漆的厚度比为0.06:0.09；所述面层由以下质量比的成分组成：po42.5水泥：水：集料：西卡es-600wh聚羧酸盐高效减水剂：粉煤灰＝1：0.26：3.3：0.009：0.11，其中，水的质量与po42.5水泥和粉煤灰的总质量比为0.23，集料为粒径3mm～6mm的米石，粉煤灰在700℃的烧失量为4.7％，面层的空隙率为22％；所述基层由以下质量比的成分组成：po42.5水泥：水：集料：西卡es-600wh聚羧酸盐高效减水剂：粉煤灰＝1：0.27：4.36：0.009：0.09，其中，水的质量与po42.5水泥和粉煤灰的总质量比为0.25，集料为粒径6mm～10mm的米石，粉煤灰在700℃的烧失量为4.7％，基层的孔隙率为17％。
本实施的透水砖的制备方法包括以下步骤：
步骤一、将基层原料中的9.9kg米石与0.4kg水混合搅拌均匀，使集料表面处于饱和面干状态，然后加入3kg的po42.5水泥和0.33kg粉煤灰搅拌均匀，再加入0.38kg水和0.027kg西卡es-600wh聚羧酸盐高效减水剂搅拌均匀，得到基层拌合物；
步骤二、将面层原料中的8.72kg米石与0.3kg水混合搅拌均匀，使集料表面处于饱和面干状态，然后加入2kg的po42.5水泥和0.18kg粉煤灰搅拌均匀，再加入0.24kg水和0.018kg西卡es-600wh聚羧酸盐高效减水剂搅拌均匀，得到面层拌合物；
步骤三、将步骤一中得到的基层拌合物装入振动成型设备的模具中并在基层拌合物的上表面施加0.09mpa压力进行一次振动-加压成型12s，然后将步骤二中得到的面层拌合物覆盖在经振动-加压成型后的基层拌合物的上表面再施加压力0.08mpa进行二次振动-加压成型6s，经脱模后得到透水砖坯体；
步骤四、将步骤三中得到的透水砖坯体在21℃的条件下保湿养护14d，然后喷涂0.02kg的qd氟碳树脂清水混凝土保护剂底漆后自然风干再喷涂0.03kg的qd氟碳树脂清水混凝土保护剂面漆，经自然风干后得到透水砖。
经检测，本实施例制备得到的透水砖的抗压强度为35mpa，渗透系数为1.4mm/s。
实施例5
本实施例的透水砖包括基层、覆盖在基层上的面层、和覆盖在面层上的耐磨耗层；所述耐磨耗层、面层和基层的厚度比为0.1:2:4；所述耐磨耗层由qd氟碳树脂清水混凝土保护剂底漆和qd氟碳树脂清水混凝土保护剂面漆组成，所述qd氟碳树脂清水混凝土保护剂底漆和qd氟碳树脂清水混凝土保护剂面漆的厚度比为0.06:0.09；所述面层由以下质量比的成分组成：po42.5水泥：水：集料：西卡es-600wh聚羧酸盐高效减水剂：粉煤灰＝1：0.28：3.6：0.011：0.09，其中，水的质量与po42.5水泥和粉煤灰的总质量比为0.26，集料为粒径3mm～6mm的米石，粉煤灰在700℃的烧失量为4.5％，面层的空隙率为19％；所述基层由以下质量比的成分组成：po42.5水泥：水：集料：西卡es-600wh聚羧酸盐高效减水剂：粉煤灰＝1：0.25：3.95：0.009：0.11，其中，水的质量与po42.5水泥和粉煤灰的总质量比为0.23，集料为粒径6mm～10mm的米石，粉煤灰在700℃的烧失量为4.5％，基层的孔隙率为19％。
本实施的透水砖的制备方法包括以下步骤：
步骤一、将基层原料中的10.8kg米石与0.44kg水混合搅拌均匀，使集料表面处于饱和面干状态，然后加入3kg的po42.5水泥和0.27kg粉煤灰搅拌均匀，再加入0.40kg水和0.033kg西卡es-600wh聚羧酸盐高效减水剂搅拌均匀，得到基层拌合物；
步骤二、将面层原料中的7.9kg米石与0.3kg水混合搅拌均匀，使集料表面处于饱和面干状态，然后加入2kg的po42.5水泥和0.22kg粉煤灰搅拌均匀，再加入0.2kg水和0.018kg西卡es-600wh聚羧酸盐高效减水剂搅拌均匀，得到面层拌合物；
步骤三、将步骤一中得到的基层拌合物装入振动成型设备的模具中并在基层拌合物的上表面施加0.09mpa压力进行一次振动-加压成型10s，然后将步骤二中得到的面层拌合物覆盖在经振动-加压成型后的基层拌合物的上表面再施加压力0.09mpa进行二次振动-加压成型5s，经脱模后得到透水砖坯体；
步骤四、将步骤三中得到的透水砖坯体在18℃的条件下保湿养护14d，然后喷涂0.02kg的qd氟碳树脂清水混凝土保护剂底漆后自然风干再喷涂0.03kg的qd氟碳树脂清水混凝土保护剂面漆，经自然风干后得到透水砖。
经检测，本实施例制备得到的透水砖的抗压强度为38mpa，渗透系数为0.98mm/s。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。