【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及陶瓷透水砖，具体涉及高性能陶瓷透水砖及其制备方法。
技术介绍
1、在城市化进程不断加快的背景下，透水砖作为城市建设中不可或缺的环保建材，其性能和质量对于城市环境、生态平衡以及市民的生活质量具有重要影响。目前，市场上的透水砖种类繁多，但普遍存在一些问题。
2、现有技术中，普通透水砖往往存在透水性差、强度不足、易断裂、使用寿命短等问题。这些透水砖往往仅依靠砖体自身的少许吸水能力或砖与砖之间的缝隙进行透水，透水效果有限，透水砖表面易堵塞，无法有效解决城市内涝问题。同时，由于强度不足，这些透水砖在使用过程中容易损坏，需要频繁更换，不仅增加了市政建设的成本，也造成了资源的浪费。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足而提供高性能陶瓷透水砖及其制备方法，本专利技术提供的高性能陶瓷透水砖具有高强度、高透水性和有机物降解功能，且表面不易堵塞。
2、本专利技术为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：
3、一种高性能陶瓷透水砖，所述高性能陶瓷透水砖由下到上依次包括底层大颗粒固废结构(1)、中层高强度结构层(2)、结合层(3)和表层多孔陶瓷层(4)；所述底层大颗粒固废结构(1)、所述中层高强度结构层(2)、所述结合层(3)和所述表层多孔陶瓷层(4)由3d打印技术由下到上依次制备而成；所述中层高强度结构层(2)中排列有多个空隙，每个所述空隙在径向形成文氏管结构；所述文氏管结构开口两端分别连接所述底层大颗粒固废结构(1)与所述结合
4、按上述方案，所述底层大颗粒固废结构(1)包括以下质量份数的原料：固废材料50～60份、陶瓷原料25～35份、增塑剂1～3份、分散剂1～3份；所述底层大颗粒固废结构(1)厚度为20～35mm；
5、所述中层高强度结构层(2)包括以下质量份数的原料：陶瓷原料60～75份、固废材料20～25份、增塑剂3～5份、分散剂2～3份；所述中层高强度结构层(2)厚度为35～45mm；
6、所述结合层(3)包括以下质量份数的原料：高强纤维3～5份、陶瓷原料5～10份；所述结合层(3)厚度为2～5mm；
7、所述表层多孔陶瓷层(4)包括以下质量份数的原料：固废材料15～23份、陶瓷原料60～70份、增塑剂3～5份、分散剂2～3份、造孔剂5～7份、生物活性物质6～8份、催化剂2～15份；所述表层多孔陶瓷层(4)厚度为5～18mm。
8、按上述方案，所述固废材料为废弃陶瓷碎片或玻璃碎片；所述固废材料根据粒径用在所述高性能陶瓷透水砖的不同部位，其中所述底层大颗粒固废结构(1)中所述固废材料粒径为3～5mm，所述中层高强度结构层(2)中所述固废材料粒径为3～6mm，所述表层多孔陶瓷层(4)中所述固废材料粒径为0.5～2mm。选用废弃陶瓷碎片或玻璃碎片作为骨料的原因有：(1)碎瓷片、玻璃片强度高，作为骨料能够更好提升整体强度；(2)由于与陶瓷原料化学成分相似，与陶瓷原料结合强度高，能够更好的粘结到一起；(3)废弃材料的大量应用可以有效节约成本。
9、按上述方案，所述陶瓷原料为氧化铝和氧化硅的混合物；所述氧化硅与所述氧化铝的质量比为3:2～2:1；所述氧化铝为α-al2o3，粒径为0.5～10微米；所述氧化硅为二氧化硅粉末，粒径为1～10微米。
10、按上述方案，所述增塑剂为聚乙二醇或聚乙烯醇。增塑剂用于改善原料的可塑性和烧结性能，改善3d打印性能，保证在3d打印喷嘴挤出后形状不易塌落。
11、按上述方案，所述分散剂为聚丙烯酸钠或硅酸钠。分散剂用于防止原料在混合过程中团聚，通过控制掺入量可以控制干燥时间，避免干燥时间过长导致产品由于重力作用倒塌。
12、按上述方案，所述高强纤维为氧化锆纤维、碳纤维、超高分子量聚乙烯纤维、聚苯并咪唑纤维中的一种。高强纤维用于增强砖体的强度和韧性，同时可以起到过滤水中颗粒的作用，保障有机物等在表层被有效分解，不至于落到下层堵塞通道。
13、按上述方案，所述造孔剂为可燃尽物质，包括木质纤维、碳粉、煤灰。造孔剂用于在烧结过程中形成孔隙，提高透水性能。
14、按上述方案，所述催化剂为纳米二氧化钛；所述生物活性物质为活性炭或生物碳。
15、由于纳米二氧化钛的高温稳定性，即使在高温烧结过程中也能保持其光催化降解有机物的功能；此外，活性炭与生物炭的添加不仅提供了纳米二氧化钛的分散介质，还因其耐热性，确保了在烧结过程中生物活性物质的功能不受影响。
16、本专利技术还提供上述高性能陶瓷透水砖的制备方法，包括如下步骤：
17、(1)准备所述底层大颗粒固废结构(1)、中层高强度结构层(2)、结合层(3)和表层多孔陶瓷层(4)的原料，进行预处理；
18、(2)将所述每层的原料分别混合均匀，形成浆料；
19、(3)利用3d打印技术按照预设的模型数据，使用步骤(2)所得浆料由下到上依次逐层打印底层大颗粒固废结构(1)、中层高强度结构层(2)、结合层(3)和表层多孔陶瓷层(4)得到陶瓷透水砖；
20、(4)对步骤(3)所得陶瓷透水砖进行干燥和烧结处理，即得所述高性能陶瓷透水砖。
21、按上述方案，步骤(1)中所述预处理包括预混合、干燥；所述预混合为所述催化剂与所述生物活性物质提前搅拌混合均匀；对于湿度达到20％的原料，需要进行干燥处理，所述干燥温度为600～750℃，干燥时间为3～5h；
22、按上述方案，步骤(4)中所述干燥的条件为：温度为20℃～30℃，湿度为75％rh～90％rh；所述烧结的具体方法为：(1)预烧阶段，将经过干燥处理的陶瓷透水砖升温到800～1000℃的预设温度，其中升温速率为100～150℃/min；(2)烧结阶段，继续以升温速率100～150℃/min升温到烧结温度1000～1050℃下保温3～8小时；(3)冷却阶段，烧结完毕后控制降温速率在45～60℃/min冷却至室温。
23、在本专利技术中，通过特殊的制备工艺和结构设计，实现了陶瓷透水砖的高强度、高透水性能和有机物降解功能。具体来说，本专利技术采用陶瓷废料等固废材料为原料，通过溶胶-凝胶法制备陶瓷透水砖的原料，并利用3d打印技术制备具有复杂空间结构的陶瓷透水砖，其强度高于普通透水砖，同时陶瓷透水砖采用多层结构设计，每层材料配比和功能明确，确保整体透水性能优异，其中底层大颗粒固废结构通过陶瓷作为胶黏材料相互交联，提供基础支撑；中层高强度结构层采用高强度高密度陶瓷形成文氏管结构，保证整体强度；结合层(过滤层)设置了氧化锆纤维层，作为界面层稳定连接上下层结构，并过滤杂质，确保透水砖的持久性；表层多孔陶瓷层通过毛细作用吸水并降解有机物，实现高效透水。
24、在本专利技术中，表层多孔陶瓷层结合了纳米二氧化钛的光催化降解功能与活性炭和生物炭的高效吸附特性，可降解有机物避免堵塞。本专利技术通过在透水砖表层掺入纳米二氧化钛，并利用活性炭和生物炭的纳米级孔隙结构，实现纳米本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高性能陶瓷透水砖，其特征在于，所述高性能陶瓷透水砖由下到上依次包括底层大颗粒固废结构(1)、中层高强度结构层(2)、结合层(3)和表层多孔陶瓷层(4)；所述底层大颗粒固废结构(1)、所述中层高强度结构层(2)、所述结合层(3)和所述表层多孔陶瓷层(4)由3D打印技术由下到上依次制备而成；所述中层高强度结构层(2)中排列有多个空隙，每个所述空隙在径向形成文氏管结构；所述文氏管结构开口两端分别连接所述底层大颗粒固废结构(1)与所述结合层(3)。
2.根据权利要求1所述高性能陶瓷透水砖，其特征在于，所述底层大颗粒固废结构(1)包括以下质量份数的原料：固废材料50～60份、陶瓷原料25～35份、增塑剂1～3份、分散剂1～3份；所述底层大颗粒固废结构(1)厚度为20～35mm；
3.根据权利要求2所述高性能陶瓷透水砖，其特征在于，所述固废材料为废弃陶瓷碎片或玻璃碎片；其中所述底层大颗粒固废结构(1)中所述固废材料粒径为3～5mm，所述中层高强度结构层(2)中所述固废材料粒径为3～6mm，所述表层多孔陶瓷层(4)中所述固废材料粒径为0.5～2mm。
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