1.本发明属于透水砖制备技术领域，具体涉及一种利用陶瓷固废制备透水砖的方法。
背景技术：
2.随着城市现代化的发展，城市地表被建筑物和水泥混凝土、柏油、大理石等非透水性材料铺设的地面所覆盖，不透水区域比例大，阻碍了地表与空气的热量、水分交换，地面温度和湿度的自然调节能力差。一方面导致城市空间内残留大量余热并反射太阳热能，导致城区温度高；另一方面阻碍了雨水渗入地下，造成积水，严重影响道路的舒适性和安全性，也阻断了雨水与地下水的补充，使得城市地下水位变低，影响城市地表植物的健康生长，地表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。
3.为了改善城市生态平衡，透水砖近年来被大量使用，透水砖具有很高的孔隙率，特别是连通孔，其上的降水可以通过本身与地下铺垫层相通的渗水路径渗入下部土壤，对于地下水资源的补充具有重要的作用；另外，透水砖能通过自身性能接近天然草坪和土壤地面的生态优势，减轻城市硬化地面对大自然的破坏程度，可以提高土壤的透水、透气性，改善地面植物的生长环境，调整生态平衡，同时透水砖及下部土壤中丰富的微生物可以针对雨水中的有机杂质进行生物净化，可以保证渗透雨水的清洁要求，最后，透水砖的多孔性，可以保证大地与大气之间水气和热能的交换，能够减小城市的热岛效应。
4.按照制备工艺，目前市场上的透水砖可以分为以下两种：
5.1、非烧结透水砖：参照透水混凝土的设计原理，依靠水泥、环氧树脂、沥青等胶凝材料把一定粒级范围的骨料胶结到一起，制成透水材料。非烧结透水砖的抗冻性较差，水泥材质的耐腐蚀性差，环氧树脂和沥青材质的水稳定性和耐老化性差。
6.2、烧结透水砖：也就是陶瓷透水砖，通过烧结形成高温陶瓷相。烧结透水砖的成孔方法主要有两种，一种采用在制坯过程中机械冲孔，另一种是骨架型，类似于非烧结透水砖结构。机械冲孔型透水砖类似多孔砖结构，在使用中易堵塞，造成透水效果下降。骨架型透水砖相对效果较好。与非烧结透水砖相比，烧结透水砖强度高，耐久性好。
7.另外，透水砖的自身承载力较小，铺设1～2年左右，很多地方路面被轧得坑坑洼洼，还引发了一些塌陷，维修量大。透水砖的抗压强度普遍较低，大大限制了其推广应用，也导致后期维修费用增加。目前透水砖的透水性也不够理想，仍有很大的进步空间。
8.专利cn105731894b公开了一种高抗压透水砖，以骨头碎渣、石头碎渣和水泥浆料为原料混合制成，通过特殊设计的模具，实现强度分散，提高抗压强度，但是该透水砖主由于使用了水泥，带来了耐腐蚀性差的问题，且透水性并不理想。
技术实现要素：
9.针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种利用陶瓷固废制备透水砖
的方法，实现了陶瓷固废的再利用，绿色环保，透水砖的透水性好，抗压强度高。
10.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
11.一种利用陶瓷固废制备透水砖的方法，具体步骤如下：
12.(1)先将陶瓷固废粉碎成陶瓷粗粉，接着将陶瓷粗粉加水球磨制成陶瓷浆料，将陶瓷浆料分为三部分，第一部分烘干得到陶瓷细粉，第二部分喷雾造粒制成粒径20～40目的小颗粒，第三部分喷雾造粒制成粒径3～4mm的大颗粒；
13.(2)然后向大颗粒表面均匀喷洒硼硅酸盐玻璃粉，烧结，得到大陶瓷颗粒；将小颗粒加入含有玻璃纤维的硅酸钠水溶液中，超声波振荡均匀，烘干，烧结，得到小陶瓷颗粒；
14.(3)最后将大陶瓷颗粒、小陶瓷颗粒、陶瓷细粉和造孔剂混合均匀，并铺设于模具中，挤压成型得到砖坯，烧结，即得透水砖。
15.优选的，步骤(1)中，所述陶瓷固废为陶瓷制品在烧成时所产生的固体废料或者贮存、搬运过程中损坏而产生的固体废料。
16.优选的，步骤(1)中，陶瓷粗粉的粒径为1～2mm。
17.优选的，步骤(1)中，加水量为陶瓷粗粉质量的4～5倍，球磨至粒径150～200目。
18.优选的，步骤(1)中，第一部分、第二部分、第三部分的质量比为10：4～5：1～2。
19.优选的，步骤(2)中，硼硅酸盐玻璃粉的用量为大颗粒质量的3～4％，硼硅酸盐玻璃粉的粒径为4～6μm。
20.优选的，步骤(2)中，在制备大陶瓷颗粒时，烧结的工艺条件为：1100～1200℃烧结30～40分钟。
21.优选的，步骤(2)中，小颗粒与含有玻璃纤维的硅酸钠水溶液的质量比为1：8～10，所述水溶液中，玻璃纤维和硅酸钠的质量百分比分别为1～2％、5～6％。
22.进一步优选的，所述玻璃纤维是由粗纤维、中纤维和细纤维按照质量比5:3:1混合而成，粗纤维的直径为30μm，长度为2mm，中纤维的直径为13μm，长度为5mm，细纤维的直径为5μm，长度为10mm。
23.优选的，步骤(2)中，在制备小陶瓷颗粒时，烧结的工艺条件为：800～900℃烧结40～50分钟。
24.优选的，步骤(3)中，所述造孔剂的用量为陶瓷固废质量的10～12％，造孔剂的粒径为5～8μm，所述造孔剂选自碳粉、淀粉、聚乙烯醇、甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯或聚苯乙烯中的任一种。
25.优选的，步骤(3)中，烧结的具体方法为：先利用300～500w微波辐照50～60分钟，然后以200～220℃/min升温至800～850℃，保温烧结1～2小时，接着以10～20℃/min升温至1050～1150℃，保温烧结3～4小时，最后以100～120℃/min降温至室温即可。
26.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
27.本发明以陶瓷固废为原料，制成大陶瓷颗粒、小陶瓷颗粒、陶瓷细粉，然后将大陶瓷颗粒、小陶瓷颗粒、陶瓷细粉和造孔剂混合均匀，并铺设于模具中，挤压成型得到砖坯，烧结，获得一种透水砖。本发明实现了陶瓷固废的再利用，绿色环保，所得透水砖的透水性好，抗压强度高。
28.先将陶瓷固废粉碎成陶瓷粗粉，接着将陶瓷粗粉加水球磨制成陶瓷浆料，将陶瓷浆料分为三部分，第一部分烘干得到陶瓷细粉，第二部分喷雾造粒制成粒径20～40目的小
颗粒，第三部分喷雾造粒制成粒径3～4mm的大颗粒。本发明通过陶瓷浆料的不同处理，获得三种不同粒径的陶瓷粉或颗粒。三种粒径搭配，协同作用，改善透水砖的透水性，并有利于抗压强度的提高。
29.本发明向大颗粒表面均匀喷洒硼硅酸盐玻璃粉，烧结，得到大陶瓷颗粒。在烧结过程中，硼硅酸盐玻璃粉包裹于大颗粒表面，调整大颗粒粒径，进一步改善产品的透水性和抗压强度。
30.将小颗粒加入含有玻璃纤维的硅酸钠水溶液中，超声波振荡均匀，烘干，烧结，得到小陶瓷颗粒。玻璃纤维是由粗纤维、中纤维和细纤维按照质量比5:3:1混合而成，粗纤维的直径为30μm，长度为2mm，中纤维的直径为13μm，长度为5mm，细纤维的直径为5μm，长度为10mm。通过不同直径、长度的玻璃纤维搭配，对小颗粒进行缠绕、包裹，在烧结过程中，玻璃纤维、硅酸钠与小颗粒之间接触烧结，进一步改善产品的透水性和抗压强度。
31.在造孔剂的作用下，大颗粒陶瓷、小颗粒陶瓷、陶瓷细粉都会生成孔隙，进一步改善产品的透水性，同时不会影响抗压强度。
具体实施方式
32.下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。
33.为便于比较，实施例和对比例中所使用的陶瓷固废均来自同一陶瓷加工厂家在烧成时产生的固体废料。
34.如无特殊说明外，本发明中所有商品均通过市场渠道购买。
35.实施例1
36.一种利用陶瓷固废制备透水砖的方法，具体步骤如下：
37.(1)先将陶瓷固废粉碎成粒径1mm的陶瓷粗粉，接着将陶瓷粗粉加入其4倍重量的水，球磨制成粒径150目的陶瓷浆料，将陶瓷浆料按照质量比10：4：1分为第一部分、第二部分、第三部分这三部分，第一部分烘干得到陶瓷细粉，第二部分喷雾造粒制成粒径20目的小颗粒，第三部分喷雾造粒制成粒径3mm的大颗粒；
38.(2)然后向大颗粒表面均匀喷洒其3％重量的硼硅酸盐玻璃粉，1100℃烧结30分钟，得到大陶瓷颗粒；将小颗粒加入含有玻璃纤维的硅酸钠水溶液中，超声波振荡均匀，烘干，800℃烧结40分钟，得到小陶瓷颗粒；
39.(3)最后将大陶瓷颗粒、小陶瓷颗粒、陶瓷细粉和造孔剂混合均匀，并铺设于模具中，挤压成型得到砖坯，烧结，即得透水砖。
40.其中，步骤(2)中，小颗粒与含有玻璃纤维的硅酸钠水溶液的质量比为1：8，所述水溶液中，玻璃纤维和硅酸钠的质量百分比分别为1％、5％。
41.所述玻璃纤维是由粗纤维、中纤维和细纤维按照质量比5:3:1混合而成，粗纤维的直径为30μm，长度为2mm，中纤维的直径为13μm，长度为5mm，细纤维的直径为5μm，长度为10mm。
42.步骤(3)中，所述造孔剂的用量为陶瓷固废质量的10％，造孔剂的粒径为5μm，所述
造孔剂为淀粉。
43.步骤(3)中，烧结的具体方法为：先利用300w微波辐照50分钟，然后以200℃/min升温至800℃，保温烧结1小时，接着以10℃/min升温至1050℃，保温烧结3小时，最后以100℃/min降温至室温即可。
44.实施例2
45.一种利用陶瓷固废制备透水砖的方法，具体步骤如下：
46.(1)先将陶瓷固废粉碎成粒径2mm的陶瓷粗粉，接着将陶瓷粗粉加入其5倍重量的水，球磨制成粒径200目的陶瓷浆料，将陶瓷浆料按照质量比10：5：2分为第一部分、第二部分、第三部分这三部分，第一部分烘干得到陶瓷细粉，第二部分喷雾造粒制成粒径40目的小颗粒，第三部分喷雾造粒制成粒径4mm的大颗粒；
47.(2)然后向大颗粒表面均匀喷洒其4％重量的硼硅酸盐玻璃粉，1200℃烧结40分钟，得到大陶瓷颗粒；将小颗粒加入含有玻璃纤维的硅酸钠水溶液中，超声波振荡均匀，烘干，900℃烧结50分钟，得到小陶瓷颗粒；
48.(3)最后将大陶瓷颗粒、小陶瓷颗粒、陶瓷细粉和造孔剂混合均匀，并铺设于模具中，挤压成型得到砖坯，烧结，即得透水砖。
49.其中，步骤(2)中，小颗粒与含有玻璃纤维的硅酸钠水溶液的质量比为1：10，所述水溶液中，玻璃纤维和硅酸钠的质量百分比分别为2％、6％。
50.所述玻璃纤维是由粗纤维、中纤维和细纤维按照质量比5:3:1混合而成，粗纤维的直径为30μm，长度为2mm，中纤维的直径为13μm，长度为5mm，细纤维的直径为5μm，长度为10mm。
51.步骤(3)中，所述造孔剂的用量为陶瓷固废质量的12％，造孔剂的粒径为8μm，所述造孔剂为聚乙烯醇。
52.步骤(3)中，烧结的具体方法为：先利用500w微波辐照60分钟，然后以220℃/min升温至850℃，保温烧结2小时，接着以20℃/min升温至1150℃，保温烧结4小时，最后以120℃/min降温至室温即可。
53.实施例3
54.一种利用陶瓷固废制备透水砖的方法，具体步骤如下：
55.(1)先将陶瓷固废粉碎成粒径1mm的陶瓷粗粉，接着将陶瓷粗粉加入其5倍重量的水，球磨制成粒径150目的陶瓷浆料，将陶瓷浆料按照质量比10：5：1分为第一部分、第二部分、第三部分这三部分，第一部分烘干得到陶瓷细粉，第二部分喷雾造粒制成粒径40目的小颗粒，第三部分喷雾造粒制成粒径3mm的大颗粒；
56.(2)然后向大颗粒表面均匀喷洒其4％重量的硼硅酸盐玻璃粉，1100℃烧结40分钟，得到大陶瓷颗粒；将小颗粒加入含有玻璃纤维的硅酸钠水溶液中，超声波振荡均匀，烘干，800℃烧结50分钟，得到小陶瓷颗粒；
57.(3)最后将大陶瓷颗粒、小陶瓷颗粒、陶瓷细粉和造孔剂混合均匀，并铺设于模具中，挤压成型得到砖坯，烧结，即得透水砖。
58.其中，步骤(2)中，小颗粒与含有玻璃纤维的硅酸钠水溶液的质量比为1：8，所述水溶液中，玻璃纤维和硅酸钠的质量百分比分别为2％、5％。
59.所述玻璃纤维是由粗纤维、中纤维和细纤维按照质量比5:3:1混合而成，粗纤维的
直径为30μm，长度为2mm，中纤维的直径为13μm，长度为5mm，细纤维的直径为5μm，长度为10mm。
60.步骤(3)中，所述造孔剂的用量为陶瓷固废质量的12％，造孔剂的粒径为5μm，所述造孔剂为聚氯乙烯。
61.步骤(3)中，烧结的具体方法为：先利用500w微波辐照50分钟，然后以220℃/min升温至800℃，保温烧结2小时，接着以10℃/min升温至1150℃，保温烧结3小时，最后以120℃/min降温至室温即可。
62.实施例4
63.一种利用陶瓷固废制备透水砖的方法，具体步骤如下：
64.(1)先将陶瓷固废粉碎成粒径1mm的陶瓷粗粉，接着将陶瓷粗粉加入其4.5倍重量的水，球磨制成粒径200目的陶瓷浆料，将陶瓷浆料按照质量比10：4.5：1.5分为第一部分、第二部分、第三部分这三部分，第一部分烘干得到陶瓷细粉，第二部分喷雾造粒制成粒径30目的小颗粒，第三部分喷雾造粒制成粒径3.5mm的大颗粒；
65.(2)然后向大颗粒表面均匀喷洒其3.5％重量的硼硅酸盐玻璃粉，1150℃烧结35分钟，得到大陶瓷颗粒；将小颗粒加入含有玻璃纤维的硅酸钠水溶液中，超声波振荡均匀，烘干，850℃烧结45分钟，得到小陶瓷颗粒；
66.(3)最后将大陶瓷颗粒、小陶瓷颗粒、陶瓷细粉和造孔剂混合均匀，并铺设于模具中，挤压成型得到砖坯，烧结，即得透水砖。
67.其中，步骤(2)中，小颗粒与含有玻璃纤维的硅酸钠水溶液的质量比为1：9，所述水溶液中，玻璃纤维和硅酸钠的质量百分比分别为1.5％、5.5％。
68.所述玻璃纤维是由粗纤维、中纤维和细纤维按照质量比5:3:1混合而成，粗纤维的直径为30μm，长度为2mm，中纤维的直径为13μm，长度为5mm，细纤维的直径为5μm，长度为10mm。
69.步骤(3)中，所述造孔剂的用量为陶瓷固废质量的11％，造孔剂的粒径为6μm，所述造孔剂为淀粉。
70.步骤(3)中，烧结的具体方法为：先利用450w微波辐照55分钟，然后以210℃/min升温至830℃，保温烧结1.5小时，接着以15℃/min升温至1100℃，保温烧结3.5小时，最后以110℃/min降温至室温即可。
71.对比例1
72.一种利用陶瓷固废制备透水砖的方法，具体步骤如下：
73.(1)先将陶瓷固废粉碎成粒径1mm的陶瓷粗粉，接着将陶瓷粗粉加入其4倍重量的水，球磨制成粒径150目的陶瓷浆料，将陶瓷浆料按照质量比10：4：1分为第一部分、第二部分、第三部分这三部分，第一部分烘干得到陶瓷细粉，第二部分喷雾造粒制成粒径20目的小颗粒，第三部分喷雾造粒制成粒径3mm的大颗粒；
74.(2)然后向大颗粒表面均匀喷洒其3％重量的硼硅酸盐玻璃粉，1100℃烧结30分钟，得到大陶瓷颗粒；将小颗粒加入硅酸钠水溶液中，超声波振荡均匀，烘干，800℃烧结40分钟，得到小陶瓷颗粒；
75.(3)最后将大陶瓷颗粒、小陶瓷颗粒、陶瓷细粉和造孔剂混合均匀，并铺设于模具中，挤压成型得到砖坯，烧结，即得透水砖。
76.其中，步骤(2)中，小颗粒与硅酸钠水溶液的质量比为1：8，硅酸钠水溶液的质量浓度为5％。
77.步骤(3)中，所述造孔剂的用量为陶瓷固废质量的10％，造孔剂的粒径为5μm，所述造孔剂为淀粉。
78.步骤(3)中，烧结的具体方法为：先利用300w微波辐照50分钟，然后以200℃/min升温至800℃，保温烧结1小时，接着以10℃/min升温至1050℃，保温烧结3小时，最后以100℃/min降温至室温即可。
79.对比例2
80.一种利用陶瓷固废制备透水砖的方法，具体步骤如下：
81.(1)先将陶瓷固废粉碎成粒径1mm的陶瓷粗粉，接着将陶瓷粗粉加入其4倍重量的水，球磨制成粒径150目的陶瓷浆料，将陶瓷浆料喷雾造粒制成粒径20目的小颗粒；
82.(2)然后将小颗粒加入含有玻璃纤维的硅酸钠水溶液中，超声波振荡均匀，烘干，800℃烧结40分钟，得到小陶瓷颗粒；
83.(3)最后将小陶瓷颗粒和造孔剂混合均匀，并铺设于模具中，挤压成型得到砖坯，烧结，即得透水砖。
84.其中，步骤(2)中，小颗粒与含有玻璃纤维的硅酸钠水溶液的质量比为1：8，所述水溶液中，玻璃纤维和硅酸钠的质量百分比分别为1％、5％。
85.所述玻璃纤维是由粗纤维、中纤维和细纤维按照质量比5:3:1混合而成，粗纤维的直径为30μm，长度为2mm，中纤维的直径为13μm，长度为5mm，细纤维的直径为5μm，长度为10mm。
86.步骤(3)中，所述造孔剂的用量为陶瓷固废质量的10％，造孔剂的粒径为5μm，所述造孔剂为淀粉。
87.步骤(3)中，烧结的具体方法为：先利用300w微波辐照50分钟，然后以200℃/min升温至800℃，保温烧结1小时，接着以10℃/min升温至1050℃，保温烧结3小时，最后以100℃/min降温至室温即可。
88.分别对实施例1～4和对比例1、2所得透水砖进行性能测试，具体如下：
89.1、透水系数：
90.参考jc/t945-2005《透水砖》，透水系数表示透水砖水渗透能力的指标。
91.取直径75mm、厚度2mm(同产品厚度)的圆柱体作为试样，将试样的四周密封，水仅从试样的上下表面进行渗透。将试样放入真空装置，抽真空至90kpa，保持30分钟，在保持真空的同时，加入足够的水将试样覆盖并使得水位高出试样10cm，停止抽真空，浸泡20分钟，将其取出，装入透水系数试验装置，使得无气水进入容器，记录五分钟流出的水量，按照公式计算透水系数：k
t
＝ql/aht，其中，k
t
为水温为t℃(取15℃)时的透水系数，q为时间t秒内的渗出水量，l为试样厚度，a为试样的上表面积，h为水位差，t为时间。
92.2、抗压强度：
93.参考jc/t945-2005《透水砖》，清除试样表面的粘渣、毛刺等，放入室温水中浸泡24小时，从水中取出后擦干，置于压力试验机下压板的中心位置，在试样的上表面中心对称位置放置垫压板。启动压力试验机，调整加荷速度为0.4-0.6mpa，均匀连续加荷，直至试样破坏，记录试样破坏时候的破坏荷载，按照公式计算抗压强度：rc＝p/a，其中，rc为抗压强度，p
为破坏荷载，a为试样上垫压板面积或试样受压面积。
94.性能测试结果见表1。
95.表1.性能测试结果
[0096] 透水系数(cm/s)抗压强度(mpa)实施例18.5
×
10-2
61实施例28.7
×
10-2
62实施例39.0
×
10-2
65实施例49.5
×
10-2
68对比例17.9
×
10-2
56对比例23.3
×
10-2
45
[0097]
由表1可知，实施例1～4所得透水砖的透水性好，抗压强度高。
[0098]
对比例1在制备小陶瓷颗粒时略去玻璃纤维，对比例2将陶瓷浆料全部加工成小颗粒，透水性和抗压强度均明显变差，说明陶瓷浆料制成不同粒径的粉料或颗粒以及颗粒表面修饰有助于改善透水砖的孔隙结构，进而改善透水性和抗压强度。
[0099]
本发明通过上述实施例来说明本发明的技术构思，但本发明并不局限于上述实施例，即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品个别原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。