本發明屬于透水鋪裝材料領域，具體為一種燒結粉煤灰膨脹珍珠巖透水磚及其制備方法。由該方法制備的燒結粉煤灰膨脹珍珠巖透水磚適用于人行道、廣場、小區道路等需要透水的鋪裝結構和路面。
背景技術：
透水性鋪裝結構和路面具有緩解城市內澇，調節城市水資源和生態系統的功能，是“海綿城市”建設的重要組成部分。透水磚作為透水性鋪裝結構的組成單元，其透水性來源于磚體所包含的孔隙及其形成的透水通道。透水磚的孔隙率越高，透水通道越豐富，透水性能越好。
工業固體廢棄物粉煤灰在水泥混合料、混凝土摻合料、燒結粉煤灰磚中應用廣泛。但是對于高含碳量粉煤灰（燒失量≥15%的粉煤灰）由于含碳量高，燒失量大，無法直接應用于水泥和混凝土。此外，高含碳量粉煤灰應用于普通燒結粉煤灰磚，導致燒結時間變長，燒結困難，磚體出現黑心，強度過低等問題，這在一定程度上限制了高含碳量粉煤灰的資源化利用效率。
但是，從透水磚的生產角度看，高含碳量粉煤灰中所含的碳不僅能夠作為內燃料提供一部分熱量之外，還能夠為透水磚提供豐富的孔隙結構。碳在高溫下燃燒氧化產生CO2和CO，隨著這些氣體在高溫燒結過程中的逸出或者被高溫燒結過程中產生的液相所包裹，在燒結制品中形成大量的孔隙和氣泡。因此，高含碳量粉煤灰中所含的碳還是一種天然的高溫發泡劑，并且碳含量越高，燒結制品的孔隙率越高。因此，利用高含碳量粉煤灰為原料制作透水磚，可以少用或不用外加發泡劑就可使透水磚制品具有一定的吸水、保水和透水性，同時也可降低透水磚的生產成本。
但是，利用高含碳量粉煤灰中的碳做高溫發泡劑，由于磚坯燒結過程中產生的液相包裹部分氣體，導致這部分氣孔封閉而無法與外界連通，影響透水磚透水性能。膨脹珍珠巖是珍珠巖礦砂高溫焙燒膨脹后制成的一種玻璃質白色顆粒狀多孔材料，在較低焙燒溫度下即發生熔融生成液相，并在其所在位置留下孔洞。因此，膨脹珍珠巖可作為透水磚的造孔劑，并通過改變其粒徑大小和級配來調整透水磚孔隙結構，以此增加透水磚的孔隙率和通孔數量。此外，由于膨脹珍珠巖的主要化學成分為SiO2、Al2O3，所以這也增加了透水磚的燒結強度。
為了促進加入透水磚中的膨脹珍珠巖在燒制過程中充分熔融并獲得最佳的造孔效果，將高含碳量粉煤灰包裹于膨脹珍珠巖表面，焙燒過程中高含碳量粉煤灰中碳的燃燒可以提供很大一部分熱量，加速膨脹珍珠巖熔化，具有助熔劑的效果。同時由于磚體中液相的增多可以進一步提高透水磚的強度。
專利申請《利用城市污泥和濕排粉煤灰生產燒結透水磚的方法》（申請號200810106946.0）公開了一種利用城市污泥和濕排粉煤灰生產燒結透水磚的方法。該專利申請采用了較多有機質造孔劑，如稻殼、稻糠、鋸末、紙漿廢液、啤酒渣的等，在燒結過程中有機質材料會排放大量煙氣，污染環境。
技術實現要素：
本發明目的是提供一種燒結粉煤灰膨脹珍珠巖透水磚及其制備方法，該方法充分利用高含碳量粉煤灰中的碳作為高溫發泡劑、膨脹珍珠巖的助熔劑和內燃料功能，使得該透水磚具有透水性能好、強度高、節能環保的突出特點。
本發明是通過如下技術方案實現的：
一種燒結粉煤灰膨脹珍珠巖透水磚，以高含碳量粉煤灰、黏土、硅微粉、鋁礬土、膨脹珍珠巖為原料，按以下配方燒制而成：
高含碳量粉煤灰 30%~50%，
黏土 50%~70%，
硅微粉 0~5%，
鋁礬土 0~5%；
膨脹珍珠巖 50%~120%；
上述配方中，所述高含碳量粉煤灰、黏土、硅微粉、鋁礬土為質量百分比，四種原料質量總計為100%；
所述膨脹珍珠巖為體積百分比，即膨脹珍珠巖體積占高含碳量粉煤灰、黏土、硅微粉、鋁礬土混合料體積的百分比。
其中，所述高含碳量粉煤灰為燒失量≥15%的粉煤灰。
所述黏土還可以是高嶺土、膨潤土、頁巖、巖漿土中的一種。
所述膨脹珍珠巖的粒徑范圍5目~200目。
上述的燒結粉煤灰膨脹珍珠巖透水磚的制備方法如下：
（1）、將高含碳量粉煤灰與黏土、硅微粉、鋁礬土進行混合，待混合均勻后加水攪拌，水的用量為混合料總質量的10%~20%；
（2）、將膨脹珍珠巖按相應體積比加入到步驟（1）獲得的混合料中，并攪拌均勻；
（3）、將步驟（2）獲得的混合料陳化24h~72h，然后按規定尺寸擠壓成型，成型壓力15MPa~30MPa，獲得磚坯；
（4）、磚坯干燥，干燥溫度110℃，干燥至磚坯殘余水分≤6%；
（5）、將干燥后的磚坯入窯爐進行燒結，燒結溫度1000℃~1100℃，燒結時間1h~3h，然后爐內自然降溫至常溫。
優選的，所述膨脹珍珠巖可以由外表包裹高含碳量粉煤灰的膨脹珍珠巖替換。
外表包裹高含碳量粉煤灰的膨脹珍珠巖的制備方法如下：
將膨脹珍珠巖噴水預濕，使膨脹珍珠巖處于飽和但不泌水的狀態，然后將高含碳量粉煤灰與預濕之后的膨脹珍珠巖進行均勻混合，其中高含碳量碳粉煤灰的用量為預濕之前的膨脹珍珠巖質量的1.1~1.5倍，確保膨脹珍珠巖能夠被高含碳量粉煤灰所完全包裹。
本發明燒結粉煤灰膨脹珍珠巖透水磚及其制備方法的有益之處主要表現在以下幾方面：
第一、不用外加高溫發泡劑，直接將高含碳量粉煤灰中所含的碳作為高溫發泡劑，充分利用燒結過程中碳燃燒、氧化產生的孔隙和氣泡，增加透水磚的孔隙率，提高了透水磚的吸水、保水和透水性，同時降低了透水磚的生產成本。
第二、膨脹珍珠巖成本低，易獲得，通過改變其粒徑大小和級配來調整透水磚孔隙結構，可以有效增加透水磚的孔隙率和通孔數量，提高透水磚的透水性能。
第三、將高含碳量粉煤灰包裹于膨脹珍珠巖表面，焙燒過程中粉煤灰中碳的燃燒可以提供很大一部分熱量，加速膨脹珍珠巖熔化，豐富透水磚的孔結構和透水通道，透水磚透水性能大幅提高，同時由于膨脹珍珠巖產生的液相進一步提高了透水磚的強度。
第四、通過加入適量的硅微粉、鋁礬土，調整燒結透水磚中SiO2、Al2O3化學成分的比例，進一步提高了透水磚的強度、韌性和耐磨性。
本發明設計合理，以高含碳量粉煤灰和膨脹珍珠巖為主要原材料，充分利用高含碳量粉煤灰中所含的碳作為高溫發泡劑、膨脹珍珠巖的助熔劑及燒制過程的內燃料，通過膨脹珍珠巖粒徑的大小和級配來調整透水磚孔隙結構，制備的透水磚透水性能好，強度高，環保節能，適用于人行道路、小區、廣場、停車場等的透水鋪裝結構和路面。
具體實施方式
下面對本發明的具體實施例進行詳細說明。
實施例1
燒結粉煤灰膨脹珍珠巖透水磚按以下配方燒制而成：
高含碳量粉煤灰 30%，
黏土 70%，
硅微粉 0%，
鋁礬土 0%，
外表包裹高含碳量粉煤灰的膨脹珍珠巖 50%；
上述配方所述高含碳量粉煤灰、黏土為質量百分比，共計100%。
膨脹珍珠巖為體積百分比，即膨脹珍珠巖體積占高含碳量粉煤灰、黏土混合料體積的百分比。
燒結粉煤灰膨脹珍珠巖透水磚制備方法，具體步驟如下：
（1）、對粒徑為5~10目的膨脹珍珠巖進行噴水預濕，使膨脹珍珠巖處于飽和但不泌水的狀態，然后將高含碳量粉煤灰與預濕之后的膨脹珍珠巖進行均勻混合，其中高含碳量碳粉煤灰的用量為預濕之前的膨脹珍珠巖質量的1.1倍，確保膨脹珍珠巖能夠被高含碳量粉煤灰所完全包裹，獲得外表包裹高含碳量粉煤灰的膨脹珍珠巖；
（2）、按照質量百分比高含碳量粉煤灰30%，黏土70%進行混合，待混合均勻后加水攪拌，水的用量為混合料總質量的10%；；
（3）、將步驟（1）獲得的外表包裹高含碳量粉煤灰的膨脹珍珠巖按體積比50%加入到步驟（2）獲得的混合料中，并攪拌均勻；
（4）、將步驟（3）獲得的混合料陳化24h，然后按規定尺寸擠壓成型，成型壓力30MPa，獲得磚坯；
（5）、將磚坯進行干燥，干燥溫度110℃，干燥至磚坯殘余水分≤6%；
（6）、將干燥后的磚坯入窯爐進行燒結，燒結溫度1000℃，燒結時間1h，然后爐內自然降溫至常溫。
由以上配方和制備方法制得的燒結粉煤灰膨脹珍珠巖透水磚，透水系數≥1.3×10-2cm/s，劈裂抗拉強度≥3.0MPa，抗凍性、耐磨性和防滑性均滿足現行規范要求。
注：本實施例中，步驟（1）可以省略，直接將粒徑為5~10目的膨脹珍珠巖加入到粉煤灰和黏土的混合料中，其它步驟參數相同，制備的燒結粉煤灰膨脹珍珠巖透水磚，透水系數≥1.0×10-2cm/s，劈裂抗拉強度≥3.0MPa，抗凍性、耐磨性和防滑性均滿足現行規范要求。
實施例2
燒結粉煤灰膨脹珍珠巖透水磚按以下配方燒制而成：
高含碳量粉煤灰 50%，
黏土 50%，
硅微粉 0%，
鋁礬土 0%，
外表包裹高含碳量粉煤灰的膨脹珍珠巖 120%；
上述配方所述高含碳量粉煤灰、黏土為質量百分比，共計100%。
膨脹珍珠巖為體積百分比，即膨脹珍珠巖體積占高含碳量粉煤灰、黏土混合料體積的百分比。
燒結粉煤灰膨脹珍珠巖透水磚制備方法，具體步驟如下：
（1）、對粒徑為150目~200目的膨脹珍珠巖進行噴水預濕，使膨脹珍珠巖處于飽和但不泌水的狀態，然后將高含碳量粉煤灰與預濕之后的膨脹珍珠巖進行均勻混合，其中高含碳量碳粉煤灰的用量為預濕之前的膨脹珍珠巖質量的1.5倍，確保膨脹珍珠巖能夠被高含碳量粉煤灰所完全包裹，獲得外表包裹高含碳量粉煤灰的膨脹珍珠巖；
（2）、按照質量百分比高含碳量粉煤灰50%，黏土50%進行混合，待混合均勻后加水攪拌，水的用量為混合料總質量的20%；
（3）將步驟（1）獲得的包裹高含碳量粉煤灰的膨脹珍珠巖按體積比120%加入到步驟（2）獲得的混合料中，并攪拌均勻；
（4）、將步驟（3）獲得的混合料陳化72h，然后按規定尺寸擠壓成型，成型壓力20MPa，獲得磚坯；
（5）、將磚坯進行干燥，干燥溫度110℃，干燥至磚坯殘余水分低于6%；
（6）、將干燥后的磚坯入窯爐進行燒結，燒結溫度1050℃，燒結時間2h，然后爐內自然降溫至常溫。
由以上配方和制備方法制得的燒結粉煤灰膨脹珍珠巖透水磚，透水系數≥1.5×10-2cm/s，劈裂抗拉強度≥3MPa，抗凍性、耐磨性和防滑性均滿足現行規范要求。
實施例3
燒結粉煤灰膨脹珍珠巖透水磚按以下配方燒制而成：
高含碳量粉煤灰 30%，
黏土 60%，
硅微粉 5%，
鋁礬土 5%，
外表包裹高含碳量粉煤灰的膨脹珍珠巖 80%；
上述配方所述高含碳量粉煤灰、黏土、硅微粉、鋁礬土為質量百分比，共計100%。
膨脹珍珠巖為體積百分比，即膨脹珍珠巖堆積體積占高含碳量粉煤灰、黏土、硅微粉、鋁礬土混合料松散堆積體積的百分比。
燒結高含碳量粉煤灰膨脹珍珠巖透水磚制備方法，具體步驟如下：
（1）、對膨脹珍珠巖粒徑體積比為，（30目~40目）：（40目~60目）：（60目~120目）：（120目~200目）=10%：15%：20%：25%：15%：15%級配的膨脹珍珠巖進行噴水預濕，使膨脹珍珠巖處于飽和但不泌水的狀態，然后將高含碳量粉煤灰與預濕之后的膨脹珍珠巖進行均勻混合，其中高含碳量碳粉煤灰的用量為預濕之前的膨脹珍珠巖質量的1.4倍，確保膨脹珍珠巖能夠被高含碳量粉煤灰所完全包裹，獲得外表包裹高含碳量粉煤灰的膨脹珍珠巖；
（2）、按照質量百分比高含碳量粉煤灰30%，黏土60%，硅微粉 5%，鋁礬土5%進行混合，待混合均勻后加水攪拌，水的用量為混合料總質量的15%；
（3）、將步驟（1）獲得的包裹高含碳量粉煤灰的膨脹珍珠巖按體積比80%加入到步驟（2）獲得的混合料中，并攪拌均勻；
（4）、將步驟（3）獲得的混合料陳化36h，然后按規定尺寸擠壓成型，成型壓力15MPa，獲得磚坯；
（5）、將磚坯進行干燥，干燥溫度110℃，干燥至磚坯殘余水分低于6%；
（6）、將干燥后的磚坯入窯爐進行燒結，燒結溫度1100℃，燒結時間2h，然后爐內自然降溫至常溫。
由以上配方和制備方法制得的燒結粉煤灰膨脹珍珠巖透水磚，透水系數≥2.5×10-2cm/s，劈裂抗拉強度≥3MPa，抗凍性、耐磨性和防滑性均滿足現行規范要求。
本實施例中，通過改變膨脹珍珠巖粒徑大小和級配來調整透水磚孔隙結構，有效增加透水磚的孔隙率和通孔數量，提高透水磚的透水性能。
實施例4
燒結粉煤灰膨脹珍珠巖透水磚按以下配方燒制而成：
高含碳量粉煤灰 35%，
黏土 60%，
硅微粉 2.5%，
鋁礬土 2.5%，
外表包裹高含碳量粉煤灰的膨脹珍珠巖 100%；
上述配方所述高含碳量粉煤灰、黏土、硅微粉、鋁礬土為質量百分，共計100%。
膨脹珍珠巖為體積百分比，即膨脹珍珠巖堆積體積占高含碳量粉煤灰、黏土、硅微粉、鋁礬土混合料松散堆積體積的百分比。
燒結高含碳量粉煤灰膨脹珍珠巖透水磚制備方法，具體步驟如下：
（1）、對粒徑為30目~40目的膨脹珍珠巖進行噴水預濕，使膨脹珍珠巖處于飽和但不泌水的狀態，然后將高含碳量粉煤灰與預濕之后的膨脹珍珠巖進行均勻混合，其中高含碳量碳粉煤灰的用量為預濕之前的膨脹珍珠巖質量的1.2倍，確保膨脹珍珠巖能夠被高含碳量粉煤灰所完全包裹，獲得外表包裹高含碳量粉煤灰的膨脹珍珠巖；
（2）、按照質量百分比高含碳量粉煤灰35%，黏土60%，硅微粉 2.5%，鋁礬土2.5%進行混合，待混合均勻后加水攪拌，水的用量為混合料總質量的16%；
（3）、將步驟（1）獲得的包裹高含碳量粉煤灰的膨脹珍珠巖按體積比100%加入到步驟（2）獲得的混合料中，并攪拌均勻；
（4）、將步驟（3）獲得的混合料陳化36h，然后按規定尺寸擠壓成型，成型壓力30MPa，獲得磚坯；
（5）、將磚坯進行干燥，干燥溫度110℃，干燥至磚坯殘余水分低于6%；
（6）、將干燥后的磚坯入窯爐進行燒結，燒結溫度1080℃，燒結時間1.5h，然后爐內自然降溫至常溫。
由以上配方和制備方法制得的燒結粉煤灰膨脹珍珠巖透水磚，透水系數≥2.0×10-2cm/s，劈裂抗拉強度≥3MPa，抗凍性、耐磨性和防滑性均滿足現行規范要求。
最后所應說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡管參照本發明實施例進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，都不脫離本發明的技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋權利要求保護范圍中。