本发明涉及透水砖领域，具体涉及一种高耐磨自洁性生态透水砖及其制备方法。
背景技术：
1、随着城市化进程的加快，城市面临着诸多挑战，其中之一便是城市地面硬化导致的雨水排水不畅和环境污染间题。传统的硬化地面材料如混凝土、石材等，虽然坚固耐用，但缺乏透水性能，导致雨水无法快速渗透，增加了城市内涝的风险。同时，这些材料表面易于积聚灰尘和污垢，不仅影响美观，还可能导致二次污染。在这一背景下，高耐磨自洁性生态透水砖应运而生。这种新型环保建材不仅具备传统建材的坚固耐用特点，更重要的是，它具有良好的透水性和自洁功能，能够在保证地面美观和实用的同时，有效缓解城市排水压力，减少环境污染，为城市居民创造更加舒适、健康的生活环境。因此，高耐磨自洁性生态透水砖在城市建设、园林景观、市政工程等领域具有广阔的应用前景。
2、尽管生态透水砖在近年来取得了显著的进展，其设计和应用均有所突破，但仍有诸多方面亟待提升。首要问题在于耐磨性的不足，这主要源于传统生态透水砖所采用的材料较为脆弱，难以有效抵抗外界环境的摩擦和冲击，同时材料的硬度和结构设计也未能达到理想的耐磨标准。其次，自洁性方面的缺陷也不容忽视，这主要是由于砖体表面的粗糙度和特殊的孔隙结构容易积聚污物，加之材料的亲水性不足，使得污物难以被有效清除。在透水砖的制造过程中，对于自洁性能的有待提高。再者，透水性不足也是一个显著的问题，这主要归咎于透水砖的孔隙结构和通道设计不够合理，以及材料本身透水性能的局限。因此，为了克服这些挑战，迫切需要开发一种新型的透水砖，这种透水砖不仅需要具备高耐磨性，能够在各种恶劣环境下保持长久的耐用性，还需要拥有出色的自洁性能，确保表面的清洁和美观，同时更要有卓越的透水性，以应对城市排水系统的压力。只有这样，才能满足市场对高性能透水砖的迫切需求，推动城市建设的可持续发展。
技术实现思路
1、(1)解决的技术问题
2、本发明的目的是提供种一种高耐磨自洁性生态透水砖及其制备方法，解决目前透水砖在耐磨、自洁性和透水性性能不足的问题。
3、(2)技术方案
4、为了实现上述目的，本发明提供如下的技术方案：
5、一种高耐磨自沽性生态透水砖，以下组份按照重量份数制成：60～95份骨料、4～9份烧结助剂、2～4份十二烷基磺酸钠、5～10份水和21～43份含钛前驱体溶液；
6、所述骨料为球状，由微纳米双尺度刚玉颗粒和wc相组成；
7、所述微纳米双尺度刚玉颗粒由粒径为4～45μm的微米尺度刚玉颗粒和粒径为30～90nm的纳米尺度刚玉颗粒组成；
8、所述含钛前驱体溶液由以下组份按照重量份数制成：4～9份钛酸四丁酯、8～12份无水乙醇、3～8份乙酸、3～6份聚乙烯醇和3～8份水；
9、所述wc相为wc前驱体溶液干燥后再高温下原位自生而成；
10、所述wc前驱体溶液以下组份按照重量份数制成：20～45份钨酸铵水合物、8～15份葡萄糖、2～4份十二烷基苯磺酸钠和30～45份水；
11、所述微纳米双尺度刚玉颗粒和wc相之间的界面含有共格界面；
12、所述烧结助剂为sio2和膨润土混合物，sio2和膨润土的质量比为1：(1～3)；
13、所述高耐磨自洁性生态透水砖内部多孔表面有仿荷叶结构tio2层；
14、所述tio2层为钛前驱体溶液干燥后在高温下合成；
15、所述骨料的粒径为2～10mm；
16、所述微米尺度刚玉颗粒和纳米尺度刚玉颗粒的体积百分比为(75～85％)：
17、(15～25％)；
18、所述微纳米双尺度刚玉颗粒和wc相的体积百分比为(55～75％)：(25～45％)。本发明还提供一种高耐磨自洁性生态透水砖的制备方法，以下步骤组成：
19、s1：制备刚玉颗粒：将废旧刚玉陶瓷依次通过破碎、球磨和筛分，分别筛分出粒径为4～45μm的微米尺度刚玉颗粒和粒径为30～90nm的纳米尺度刚玉颗粒备用；
20、s2：制备wc前驱体：以重量份数计，将20～45份钨酸铵水合物、8～15份葡萄糖、4～8份十二烷基苯磺酸钠和30～45份水混合均匀后即可。
21、s3：制备骨料：以重量份数计，将40～65份s1获得的微纳米双尺度刚玉颗粒、20～45份s2获得的wc前驱体溶液和3～8份聚乙烯醇混合均匀后制备成陶瓷浆料，接着通过喷雾造粒法获得骨料素坯，然后将其在高温下进行热处理获得骨料。
22、s4：透水砖初次烧结：60～95份骨料、4～9份烧结助剂、2～4份十二烷基磺酸钠和5～10份水混合均匀后，放入模具中压制成型获得透水砖素坯，干燥完后进行初次烧结获得透水砖预成品。
23、s5：制备浸渍含钛前驱体溶液：将4～9份钛酸四丁酯和8～12份无水乙醇混合均匀后获得a溶液备用，然后将3～8份乙酸和3～8份水混合均匀后获得b溶液，然后将b溶液逐滴滴入a溶液中，滴完后获得浸渍含钛前驱体溶液。
24、s6：透水砖二次烧结：将s4制备的透水砖预成品完全浸渍在s5制备的含钛前驱体溶液，浸渍5～10min后取出透水砖预成品干燥后，将其进行二次烧结，在最后获得高耐磨自洁性生态透水砖。
25、进一步，所述步骤s3中喷雾造粒法的参数为：雾化盘离心变频为25～35，进风温度为160～210℃，出风温度为85～100℃，进浆压力为40～60。
26、进一步，所述步骤s3中热处理的参数为：在氩气气氛中进行热处理，热处理温度为900～1000℃，热处理时间为1～3h。
27、进一步，所述步骤s4中初次烧结的参数为：在常压和空气气氛中，烧结温度为1100～1250℃，烧结时间为4～8h。
28、进一步，所述步骤s6中二次烧结的参数为：在常压下和氮气气氛中，烧结温度为500～600℃，烧结时间为2～5h。
29、本发明采用废旧刚玉通过破碎、球磨和筛分获得刚玉颗粒具有以下多重效果：首先，在资源利用方面，废旧刚玉的再利用极大地节约了新材料的需求，降低了能源消耗和原材料消耗，实现了资源的有效利用。其次，从环保减排的角度来看，该方法的实施显著减少了对环境的污染，避免了因开采和加工天然刚玉矿石所产生的环境破坏，展现了强烈的环保意识。再者，废旧刚玉的采用还降低了材料成本，提高了产品的市场竞争力。此外，经过处理的刚玉颗粒具有良好的透水性能，使得透水砖能够更有效地减少城市雨水径流，改善城市排水系统，防止水灾的发生。最后，刚玉颗粒的高硬度和耐磨性提高了透水砖的强度和耐久性，使其能够长期承受车辆和行人的压力，延长了使用寿命。综上所述，本发明不仅实现了废旧资源的再利用，降低了环境污染，还提高了透水砖的性能和经济效益，具有深远的环保意义和市场前景。
30、本发明采用微纳米双尺度刚玉颗粒设计具有以下多重效果：在微纳米双尺度层面，微尺度的刚玉颗粒提供了透水砖的基础强度和稳定性，而纳米尺度的颗粒则填充了微尺度颗粒间的空隙，增强了界面结合，从而显著提高了透水砖的强度和耐磨性。这种双尺度设计使得透水砖在承受外力时，能够更有效地分散和抵抗应力，延长了使用寿命。同时，通过合理的颗粒集配设计，即不同尺寸和形状的刚玉颗粒按一定比例混合，形成了紧密的堆积结构，显著增加了透水砖的致密性，提高了透水砖的抗压强度、抗折强度和抗冻融性能等整体性能，使其能够适应更为复杂多变的环境。因此，本发明的透水砖不仅实现了资源的循环利用，降低了环境污染，还具备了更高的强度和耐磨性，以及更优异的致密性和整体性能，为城市建设和环保事业做出了积极贡献。
31、本发明采用微纳米双尺度刚玉颗粒和wc制备骨料具有以下多重效果：首先，通过微纳米双尺度刚玉颗粒的利用，透水砖在微观和纳米尺度上都得到了强化，为砖体提供了基础强度和稳定性。与此同时，加入的wc通过原位合成技术，与刚玉颗粒紧密结合，形成了强大的结合力。这种wc与刚玉颗粒之间的原位合成，不仅增加了骨料颗粒之间的结合强度，还使得wc与刚玉颗粒之间形成了共格界面。共格界面的存在意味着wc与刚玉颗粒的晶体结构能够相互匹配，使得界面间的原子能够紧密排列，从而大大增强了界面结合强度。这种增强的界面结合力使得透水砖在受到外力作用时，能够更有效地分散和抵抗应力，从而提高了透水砖的强度和耐磨性。此外，wc作为一种具有高硬度、高耐磨性的材料，其加入进一步提升了透水砖的耐磨性能。这使得透水砖在承受车辆和行人的频繁摩擦时，能够保持较长的使用寿命，减少维修和更换的频率。综上所述，本发明通过采用微纳米双尺度刚玉颗粒与wc共同制备透水砖的骨料，不仅实现了废旧刚玉的再利用，提高了资源利用率，还通过原位合成技术和共格界面的形成，显著增强了透水砖的强度和耐磨性，为城市建设和环保事业提供了更加优质、耐用的建材选择。
32、本发明设计tio2层具有仿荷叶结构具有以下多重效果：首先，这种独特的结构赋予了tio2层优异的疏水性能，仿荷叶表面的微观结构使得水滴在接触表面时能够迅速形成球状，从而有效地减少水与表面的接触面积，实现高效的疏水效果。这一特性对于透水砖来说至关重要，因为它能够防止水分在砖体表面积聚，保持砖体的干燥和清洁。其次，tio2本身具有光催化作用，能够在光照条件下分解有机污染物，减少环境污染。当tio2层暴露在太阳光或其他光源下时，它能够吸收光能并产生光生电子和空穴，这些光生电子和空穴能够与水中的氧气和污染物发生反应，从而将其分解为无害的物质。这种光催化作用不仅有助于保持透水砖的清洁，还能够对周围环境产生积极的环保效果。更为重要的是，本发明tio2层在刚玉表面，刚玉主要成分为a12o3，tio2与a12o3相结合，形成了半导体偶合结构，这种结构能够显著提高tio2的光催化效率。刚玉作为一种半导体材料，其导电性能与tio2相互补充，形成了更加有效的电子传输通道。在光照条件下，刚玉能够迅速将光生电子传递给tio2，促进光催化反应的进行。同时，刚玉的加入还能够增强tio2层的稳定性和耐久性，使其能够更好地应对复杂多变的环境条件。综上所述，本发明设计的tio2层具有仿荷叶结构的疏水效果、tio2本征的光催化作用以及刚玉与tio2形成的半导体偶合结构，这些特点共同赋予了透水砖优异的自洁净性能。不仅能够保持砖体的干燥和清洁，还能够对周围环境产生积极的环保效果，具有广阔的应用前景。
33、(3)有益的技术效果
34、本发明通过一系列创新设计，不仅实现了废旧刚玉的循环利用，降低环境污染，而且显著提升了透水砖的综合性能，为城市建设和环保事业带来了深远的影响。首先，利用废旧刚玉经过精细处理，制成了微纳米双尺度刚玉颗粒。这些颗粒在微观和纳米尺度上均发挥了重要作用：微尺度颗粒为透水砖提供了坚实的基础强度，而纳米尺度颗粒则填充了微尺度颗粒间的空隙，增强了界面结合，从而提高了透水砖的强度和耐磨性。此外，通过合理的颗粒集配设计，这些刚玉颗粒形成了紧密的堆积结构，显著增加了透水砖的致密性，提高了其抗压、抗折、抗冻融等整体性能。为了进一步提升透水砖的性能，采用了wc与微纳米双尺度刚玉颗粒共同制备透水砖骨料的方法。wc通过原位合成技术与刚玉颗粒紧密结合，形成了强大的结合力，并形成了共格界面。这种界面结构使得wc与刚玉颗粒的晶体结构能够相互匹配，大大增强了界面结合强度，进一步提升了透水砖的强度和耐磨性。这种设计不仅实现了废旧刚玉的再利用，而且为城市建设和环保事业提供了更加优质、耐用的建材选择。最后，在透水砖表面设计了具有仿荷叶结构的tio2层。这种结构赋予了tio2层优异的疏水性能，使得水滴在接触表面时能够迅速形成球状，有效防止水分在砖体表面积聚，保持砖体的干燥和清洁。同时，tio2层本身具有光催化作用，能够在光照条件下分解有机污染物，减少环境污染。更为特别的是，tio2与刚玉(a12o3)结合形成了半导体偶合结构，显著提高了光催化效率，并增强了tio2层的稳定性和耐久性。这些特点共同赋予了透水砖优异的自洁净性能，具有广阔的应用前景。综上所述，本发明的创新设计通过协同作用，实现了废旧刚玉的循环利用，降低了环境污染，并显著提升了透水砖的性能和寿命。这些创新设计不仅展现了强大的环保意义，也为城市建设和环保事业提供了有力的支持。
1.一种高耐磨自洁性生态透水砖，以下组份按照重量份数制成：60～95份骨料、4～9份烧结助剂、2～4份十二烷基磺酸钠、5～10份水和21～43份含钛前驱体溶液；
2.如权利要求1所述的一种高耐磨自洁性生态透水砖，其特征在于，所述骨料的粒径为2～10mm。
3.如权利要求1所述的一种高耐磨自洁性生态透水砖，其特征在于，所述微米尺度刚玉颗粒和纳米尺度刚玉颗粒的体积百分比为(75～85％)：(15～25％)。
4.如权利要求1所述的一种高耐磨自洁性生态透水砖，其特征在于，所述微纳米双尺度刚玉颗粒和wc相的体积百分比为(55～75％)：(25～45％)。
5.如权利要求1-4中任意一项所述的一种高耐磨自洁性生态透水砖的制备方法，包括以下步骤：
6.如权利要求5所述的一种高耐磨自洁性生态透水砖的制备方法，其特征在于，所述步骤s3中喷雾造粒法的参数为：雾化盘离心变频为25～35，进风温度为160～210℃，出风温度为85～100℃，进浆压力为40～60。
7.如权利要求5所述的一种高耐磨自洁性生态透水砖的制备方法，其特征在于，所述步骤s3中热处理的参数为：在氩气气氛中进行热处理，热处理温度为900～1000℃，热处理时间为1～3h。
8.如权利要求5所述的一种高耐磨自洁性生态透水砖的制备方法，其特征在于，所述步骤s4中初次烧结的参数为：在常压和空气气氛中，烧结温度为1100～1250℃，烧结时间为4～8h。
9.如权利要求5所述的一种高耐磨自洁性生态透水砖的制备方法，其特征在于，所述步骤s6中二次烧结的参数为：在常压下和氮气气氛中，烧结温度为500～600℃，烧结时间为2～5h。
