本发明涉及一种无机砂基透水砖，属于建筑材料技术领域。
背景技术：
随着城市建设的不断发展和人们生活水平的改善，传统的城市建设过程中采用花岗岩、大理石、釉面砖、柏油等不透水的材质铺设城市广场、街道、社区活动中心等将被逐步淘汰。近年来，由于城市化的迅速发展，为缓解城市内涝问题，我国提出具有渗、滞、蓄、净、排等多种技术一体化的海绵城市建设规划，而透水砖的研发和设计是城市规划中的重要环节之一。透水砖因其结构存在连续孔隙的特性，可以使雨水等及时排入地下土壤中，补充地下水资源，改善城市生态环境，使具有透水性能的透水砖得到大范围的应用，且采用透水砖进行铺设还能够缓解城市排水系统的压力，改善人们的生活环境。
但是，目前的透水砖一般采用普通的混凝土材料加工而成，存在颜色单一、表面粗糙和强度低等不足，不利于长久应用。而一些具有高强度、高透水的砂基透水砖因孔隙率较大，在使用过程中透水砖中的孔隙很容易被污染物堵塞，会使显著降低其透水能力和耐久性；且普通的砂基透水砖采用有机粘结剂本身透水性并不理想，也影响整体的透水性和耐磨性。如中国专利申请(公开号：cn107759132a)公开了一种新型高性能砂基自清洁透水砖，由自清洁砂基面层和普通砂基基层，其中，自清洁砂基面层由石英砂85-90份、环氧树脂3-4份、固化剂1-1.2、p-tio2溶胶5.6-7.2份、高聚物分散剂3-4份、改性滑石粉18-22.5份和石英粉。虽然，该透水砖能够通过自清洁能力提高透水性，但由于其主要采用有机环氧树脂等起粘结使在整体的耐磨性方面表现并不好，实际上由于环境的影响，雨水等一般会有一定的污染，采用有机粘结剂也容易造成使用后粘性失效而降低其使用的耐久性问题。
技术实现要素：
本发明针对以上现有技术中存在的缺陷，提供一种无机砂基透水砖，解决的问题是如何实现兼具高透水性和耐磨性。
本发明的目的是通过以下技术方案得以实现的，一种无机砂基透水砖，该透水砖包括透水基层和透水面层，所述透水基层主要由骨料和硅酸盐水泥组成，其特征在于，所述透水基层中的骨料选自碎石、陶瓷和建筑废料中的一种或几种；所述骨料与硅酸盐水泥的重量比为100：10～40；
所述透水面层包括以下重量份的原料组成：
烤瓷彩砂：40～60；天然彩砂：20～40；聚羧酸系高性能减水剂：0.2～2.0；可再生乳胶粉：1.0～5.0；亮光剂：0.5～3.0；莫来石晶须：1.0～2.0；无机胶凝材料白水泥：20～50。
通过采用碎石、陶瓷和建筑废料作为透水基层的骨料成分，这样在通过硅酸盐水泥进行粘结后，能够使基层具有较好的强度性能。更重要的是，通过在透水面层中采用烤瓷彩砂和天然彩砂作为复合的骨料，结合亮光剂的使用，能够使面层以无机砂基为基体材料使表面具有较好的色彩和强度性能，而在可再生乳胶粉和无机胶凝材料白水泥的共同作用下，实现高粘结强度的性能，且采用的白水泥作为胶凝材料能够使面层具有很好的透水性能，在保证粘结强度的前提下实现高透水的效果，但是，在耐磨性方面较差，使用的耐久性不好，本发明通过研究发现添加莫来石晶须能够很好的解决耐磨性的问题，通过添加少量的莫来石晶须，与原料中的白水泥及乳胶粉之间也具有很好的协同作用，能够显著的提高耐磨性，实现较好的抗磨性能；同时，莫来石晶须在透水砖高温煅烧的过程中，能够形成部分相互嵌入的类似网状的特性，提高其力学性能，便具有更好的强度性能。且由于本透水砖的面层是采用无机砂基材料作为骨料，彩砂颗粒之间相互接触更紧密分布，能够有效的避免使用过程中因污染物对透水砖面层的堵塞而降低透水性能。且聚羧酸系高性能减水剂的添加能够提高其凝结固化的效果。
在上述无机砂基透水砖中，作为优选，所述烤瓷彩砂和天然彩砂的粒径各自独立的选自0.15mm～1.5mm。采用较好粒径的彩砂能够使形成的透水面层具有相对较好的致密性，避免堵塞的现象，提高透水性，增加使用的耐久性。作为进一步的优选，采用不同所述烤瓷彩砂与天然彩砂的粒径不同，所述烤瓷彩砂的粒径为0.25mm～0.4mm，所述天然彩砂的粒径为0.3mm～0.5mm。相当于采用不同级配的彩砂原料，在加工的过程中，能够使它们相互之间形成镶嵌，避免形成过大的孔隙，具有防堵塞的功能，又能够保证整体的透水性。
在上述无机砂基透水砖中，作为优选，所述可再生乳胶粉为醋酸乙烯酯/乙烯共聚物乳胶粉。目的是为了配合加入的无机胶凝材料白水泥，使具有较好的粘结强度性能。在使用时，最好使将配制成质量百分数为30％～50％的溶液，且粘度≥10％。
在上述无机砂基透水砖中，作为优选，所述透水面层还包括2.0～3.0重量份的碳化硼原料。能够更进一步增加透水面层的强度性能，通过少量的碳化硼原料的加入，能够与莫来石晶须和白水泥无机胶凝材料之间形成很好的协同作用，使形成的透水面层在耐磨性方面的表现更好，磨坑长度≤28mm，且也能够使本透水砖的设计使用寿命达到10a以上。这里，最好使碳化硼原料的颗粒粒径分布在与原料中的陶瓷彩砂和天然彩砂相当于的水平，这样使相当于能够形成粒径分布级配合理性，使形成相互紧密填充镶嵌的效果，提高整体的密实性，保证透水性的同时能够有效避免在使用过程中因孔隙过大而堵塞影响透水性的效果。
在上述无机砂基透水砖中，作为优选，所述聚羧酸系高性能减水剂为dh-4004型聚羧酸系高性能减水剂。起到减水、固化和避免出现溃散的性能，提高透水面层的整体强度性能。
在上述无机砂基透水砖中，作为优选，所述透水面层还包括0.2～0.5重量份的硅灰粉原料。具有促进白水泥胶凝材料粘结，提高粘结强度的效果。
在上述无机砂基透水砖中，作为优选，所述亮光剂选自羧甲基纤维素钠水溶液。能够增加透水面层的色彩效果。
在上述无机砂基透水砖中，作为优选，所述骨料的粒径为2mm～8mm。能够使形成的透水基层具有较好的强度和透水性能。
综上所述，本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1.本发明通过采用无机砂基材料作为骨料，彩砂之间相互接触更紧密分布，能够有效的避免使用过程中因污染物对透水砖面层的堵塞而降低透水性能，实现兼具高透水性和耐磨性的效果。
2.通过添加莫来石晶须结合面层原料中的无机胶凝材料白水泥和乳胶粉共同作用，能够显著的提高耐磨性，具有较好的耐磨性能和提高强度性能。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明，但是本发明并不限于这些实施例。
实施例1
本实施例中的无机砂基透水砖包括透水基层和透水面层，透水基层和透水面层粘合为一体，其中透水基层主要由骨料和硅酸盐水泥组成，骨料采用碎石，碎石的粒径在3mm～6mm之间，硅酸盐水泥采用42.5普通硅酸盐水泥；使骨料与硅酸盐水泥的重量比为100：40，在透水基层还可以添加粉煤灰、细砂等原料，使在透水基层表面的透水面层包括以下重量份的原料组成：烤瓷彩砂：60；天然彩砂：40，其中烤瓷彩砂的平均粒径为0.25mm，天然彩砂采用的平均粒径为0.3mm；dh-4004型聚羧酸系高性能减水剂：1.0；可再生乳胶粉醋酸乙烯酯/乙烯共聚物乳胶粉：1.0；亮光剂羧甲基纤维素钠水溶液：3.0；莫来石晶须：1.0；无机胶凝材料白水泥：20，这里的无机胶凝材料白水泥采用52.5级白度≥87的白水泥。
实施例2
本实施例中的无机砂基透水砖包括透水基层和透水面层，透水基层和透水面层粘合为一体，其中透水基层主要由骨料和硅酸盐水泥组成，骨料采用陶瓷材料，陶瓷材料的平均粒径在4mm左右，硅酸盐水泥采用42.5普通硅酸盐水泥；使骨料与硅酸盐水泥的重量比为100：30，使在透水基层表面的透水面层包括以下重量份的原料组成：烤瓷彩砂：40；天然彩砂：30，其中烤瓷彩砂的平均粒径为0.3mm，天然彩砂采用的平均粒径为0.4mm；dh-4004型聚羧酸系高性能减水剂：0.2；可再生乳胶粉醋酸乙烯酯/乙烯共聚物乳胶粉：5.0；亮光剂羧甲基纤维素钠水溶液：0.5；莫来石晶须：2.0；无机胶凝材料白水泥：30，这里的无机胶凝材料白水泥采用52.5级白度≥87的白水泥。
实施例3
本实施例中的无机砂基透水砖包括透水基层和透水面层，透水基层和透水面层粘合为一体，其中透水基层主要由骨料和硅酸盐水泥组成，骨料采用建筑废料，建筑废料的平均粒径在8mm左右，硅酸盐水泥采用42.5普通硅酸盐水泥；使骨料与硅酸盐水泥的重量比为100：25，使在透水基层表面的透水面层包括以下重量份的原料组成：烤瓷彩砂：50；天然彩砂：20，其中烤瓷彩砂的平均粒径为0.4mm，天然彩砂采用的平均粒径为0.5mm；dh-4004型聚羧酸系高性能减水剂：1.0；可再生乳胶粉醋酸乙烯酯/乙烯共聚物乳胶粉：2.0；亮光剂羧甲基纤维素钠水溶液：1.0；莫来石晶须：1.5，使莫来石晶须的长度为微米级，直径是纳米级，最好使长度在1.0～2.0微米，直径在67～100纳米之间，这样有利于其均匀分散在材料中，增强嵌入性，提高强度性能和耐磨性；无机胶凝材料白水泥：50，这里的无机胶凝材料白水泥采用52.5级白度≥87的白水泥。
实施例4
本实施例中的无机砂基透水砖包括透水基层和透水面层，透水基层和透水面层粘合为一体，其中透水基层主要由骨料和硅酸盐水泥组成，骨料采用碎石和建筑废料的混合料，碎石的平均粒径在3mm左右，建筑废料的平均粒径在4mm左右，硅酸盐水泥采用42.5普通硅酸盐水泥；使骨料与硅酸盐水泥的重量比为100：35，使在透水基层表面的透水面层包括以下重量份的原料组成：烤瓷彩砂：60；天然彩砂：40，其中烤瓷彩砂的平均粒径为0.25mm，天然彩砂采用的平均粒径为0.4mm；碳化硼：2.0，使碳化硼的颗粒度在3.5mm左右；dh-4004型聚羧酸系高性能减水剂：1.5；可再生乳胶粉醋酸乙烯酯/乙烯共聚物乳胶粉：3.0；亮光剂羧甲基纤维素钠水溶液：1.5；莫来石晶须：1.2，莫来石晶须的长度为1.0～2.0微米，直径是80～100纳米；无机胶凝材料白水泥：30，这里的无机胶凝材料白水泥采用52.5级白度≥87的白水泥。
实施例5
本实施例的无机砂基透水砖具体基本同实施例4一致，区别仅在于其中的碳化硼的加入量为3.0重量份。
实施例6
本实施例中的无机砂基透水砖包括透水基层和透水面层，透水基层和透水面层粘合为一体，其中透水基层主要由骨料和硅酸盐水泥组成，骨料采用碎石，碎石的平均粒径在3mm左右，硅酸盐水泥采用42.5普通硅酸盐水泥；使骨料与硅酸盐水泥的重量比为100：30，使在透水基层表面的透水面层包括以下重量份的原料组成：烤瓷彩砂：50；天然彩砂：30，其中烤瓷彩砂的平均粒径为0.3mm，天然彩砂采用的平均粒径为0.35mm；碳化硼：2.5，硅灰粉：0.2；dh-4004型聚羧酸系高性能减水剂：1.6；可再生乳胶粉醋酸乙烯酯/乙烯共聚物乳胶粉：2.6；亮光剂羧甲基纤维素钠水溶液：1.2；莫来石晶须：1.7，莫来石晶须的长度为1.5～2.0微米，直径是67～89纳米；无机胶凝材料白水泥：40，这里的无机胶凝材料白水泥采用52.5级白度≥87的白水泥。
实施例7
本实施例中的无机砂基透水砖包括透水基层和透水面层，透水基层和透水面层粘合为一体，其中透水基层主要由骨料和硅酸盐水泥组成，骨料采用陶瓷材料，陶瓷材料的平均粒径在4mm左右，硅酸盐水泥采用42.5普通硅酸盐水泥；使骨料与硅酸盐水泥的重量比为100：20，使在透水基层表面的透水面层包括以下重量份的原料组成：烤瓷彩砂：40；天然彩砂：20，其中烤瓷彩砂的平均粒径为0.35mm，天然彩砂采用的平均粒径为0.45mm；碳化硼：2.2，硅灰粉：0.5；dh-4004型聚羧酸系高性能减水剂：0.8；可再生乳胶粉醋酸乙烯酯/乙烯共聚物乳胶粉：1.0；亮光剂羧甲基纤维素钠水溶液：1.3；莫来石晶须：1.5，莫来石晶须的长度为1.0～2.0微米，直径是80～100纳米；无机胶凝材料白水泥：20，这里的无机胶凝材料白水泥采用52.5级白度≥87的白水泥。
比较例1
为了说明本发明添加莫来石晶须对耐磨性的影响，本比较例通过不添加莫来石晶须进行具体实施。
本比较例中的无机砂基透水砖包括透水基层和透水面层，透水基层和透水面层粘合为一体，其中透水基层主要由骨料和硅酸盐水泥组成，骨料采用碎石，碎石的粒径在3mm～4mm之间，硅酸盐水泥采用42.5普通硅酸盐水泥；使骨料与硅酸盐水泥的重量比为100：35，使在透水基层表面的透水面层包括以下重量份的原料组成：烤瓷彩砂：50；天然彩砂：40，其中烤瓷彩砂的平均粒径为0.3mm，天然彩砂采用的平均粒径为0.4mm；dh-4004型聚羧酸系高性能减水剂：1.0；可再生乳胶粉醋酸乙烯酯/乙烯共聚物乳胶粉：1.0；亮光剂羧甲基纤维素钠水溶液：3.0；无机胶凝材料白水泥：20，这里的无机胶凝材料白水泥采用52.5级白度≥87的白水泥。
随机选取上述实施例得到的相应透水砖进行性能测试，具体的测试结果如下表1所示：
表1
从上述表中可以看出，本发明通过添加莫来石晶须能够有效的增加透水砖的耐磨性能，这里的磨坑长度越短，说明其耐磨性越好，从而也就能够达到较好的使用耐久性，且整体也能够实现高透水性和强度性能。这里的透水系数测试是为常温水进行测试，从表中可以看出本发明的透水砖的透水系数能够达到4.7x10-2cm/s以上，具有高透水性的效果，同时，本发明的透水砖在使用6个月以后其透水系数整体仍能够保持在4.1x10-2cm/s以上，其透水系数的衰减较小，有利于保持使用的耐久性。另外，对本发明实施例1-3相应的透水砖的孔隙率进行测试，结果表明孔隙率均能够有效的控制在20％左右，而实施例4-7中通过添加碳化硼和/或硅灰粉颗粒后，能够使孔隙率更有效的控制在15％以下，这样能够更有效的保证透水砖在使用的过程中不易因孔隙率过大而造成堵塞的现象，也能够使保证使用的耐久性。
本发明中所描述的具体实施例仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。