本发明属于城市固废处理技术领域，具体涉及一种生活垃圾焚烧炉渣多功能透水砖及其制备方法。

背景技术：

目前，我国对生活垃圾的减量化、资源化、无害化处理的方式主要有填埋法、焚烧法、堆肥法三种。焚烧法是一种高温热处理技术，即以一定的过剩空气量与垃圾在高温(800℃～1000℃)的焚烧炉内进行氧化燃烧反应。焚烧法处理生活垃圾减量化效果十分显著，一般可使垃圾减少70％，体积减少90％。垃圾焚烧技术垃圾焚烧因为具有减容效果显著，无害化程度彻底，在垃圾热值较高，处理达到一定的规模时还具有可以回收废热发电，占地面积小，对周围环境影响小的特点，得到了普遍的应用。

随着城市生活垃圾焚烧方式的普遍应用，炉渣的产量也日益增加。为了节省日益紧张的填埋场地，降低炉渣的处理费用，炉渣资源化势在必行。为了合理处置日益增加的焚烧炉渣，减轻填埋场场地紧张的压力或者省去昂贵的填埋费用，很多国家开始从资源利用和环境影响两个方面考虑，研究炉渣资源利用的可行性。

cn103183499a公开了“一种环保综合利用废弃物烧制的淤泥砖及其方法”，该方法使用疏浚淤泥、污泥、生活垃圾焚烧底渣、飞灰和生石灰，将坯体自然干燥24-48小时后再在1050℃～1200℃的焚烧窑中烧制15-30分钟，即制得淤泥砖成品。由于飞灰本身重金属含量较高，存在耐久性和安全风险问题；另外，该方法需要高温烧制，可操作性也不强。

cn103043959a公开了“利用城市生活垃圾焚烧灰渣制造的复合轻质砖及制备方法”，该方法虽然很好的利用了灰渣，但还存在以下不足：一是其对炉渣的处理过于复杂，需要经过消毒灭菌、塑料分拣处理、粉碎、重金属分离、沉淀等一系列处理，工艺繁琐。二是需要的机械装置多，制造成本高。三是水和料进行混合过程中易产生底灰外扬，污染环境。

cn103496895b公开了“利用固体垃圾制备免烧砖的方法”，该发明公开了一种利用固体垃圾制备免烧砖的方法，包括：以建筑垃圾和生活垃圾焚烧炉渣为原料；对建筑垃圾和生活垃圾焚烧炉渣分别进行分选杂物、粗破碎、磁选、细破碎等系列处理，将得到的建筑垃圾集料、炉渣集料、水、水泥和辅助材料按配料要求进行配料得到制砖混合料，然后利用机制免烧砖设备制成免烧砖。该方法预处理过程复杂，制备的免烧砖体功能单一。

cn105347749a公开了“基于垃圾焚烧炉渣做集料的透水路面砖”制造方法，该发明设计了一种基于垃圾焚烧炉渣作集料的透水路面砖，其至少包括有：水泥、硅砂、胶结剂、水以及垃圾焚烧炉渣，通过引入垃圾焚烧炉渣作集料来代替石子，该方法虽然很好的利用了垃圾焚烧炉渣，但未实现透水砖的多功能化，尤其是对地表径流中的污染物吸附截留作用。

综上，现有的炉渣制备透水砖技术主要是利用炉渣制备常规化用砖，实用性低。如果能对炉渣进行分级处理制备具有多功能的透水砖，既具备透水功能又具备吸附地表径流中的污染物作用，将具有重要的环境意义。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或技术改进需求，本发明的目的是提供一种生活垃圾焚烧炉渣多功能透水砖及其制备方法，其中通过对生活垃圾焚烧炉渣预处理方式(水洗、球磨、筛分)、辅料调配，以及各个后续处理步骤的具体参数(成型方法、成型压力与静压时间、模具压头形状、各层成型厚度比例等)进行改进，与现有技术相比，能够解决现有炉渣制备透水砖的功能单一的问题，本发明能够实现制备具有表层为大孔强度强化层、中层透水并强化吸附层，下层微孔强化吸附层的多功能一体透水砖，使其具备优良的强度、透水性同时，也具有对径流污染物截留吸附固化效果。

为了实现上述目的，按照本发明，提供一种多层的多种功能一体的一种生活垃圾焚烧炉渣多功能透水砖，其中：

表层基料：由2.36～9.5mm生活垃圾焚烧炉渣30～50％，水泥20～35％，长度0.5～1.5mm的废玻璃纤维0.5～2％；1.70～4.00mm、0.6～1.70mm或0.3～1.18mm的集料25～50％；

中层基料：由0.85～2.36mm生活垃圾焚烧炉渣35～55％，水泥15～40％，0.15～0.425mm蛭石粉1～5％，1.70～4.00mm、0.6～1.70mm或0.3～1.18mm的集料25～45％；

下层基料：由0.075～1.18mm生活垃圾焚烧炉渣30～55％，水泥20～40％，添加剂1～5％，1.70～4.00mm、0.6～1.70mm或0.3～1.18mm的集料15～25％。

本发明的另一目的在于提供一种生活垃圾焚烧炉渣多功能透水砖的制备方法，经过以下步骤：

(1)原料

预处理生活垃圾焚烧炉渣：将熟化的生活垃圾焚烧炉渣与水按照1：3～6固液比进行搅拌清洗1～3次，去除浮渣。将清洗后炉渣球磨，筛分，去掉＞9.5mm大颗粒物。进一步获得0.075～1.18mm，0.85～2.36mm，2.36～9.5mm的生活垃圾焚烧炉渣，备用。

集料：高炉矿渣、废陶瓷、污泥灰渣等一种或几种；0.3～1.18mm，0.6～1.70mm，1.70～4.00mm，备用；

添加剂：0.15～0.425mm煅烧蛭石粉；长度为0.5～1.5mm废玻璃纤维；

(2)配料按重量分数进行配比

表层基料：由2.36～9.5mm生活垃圾焚烧炉渣30～50％，水泥20～35％，长度0.5～1.5mm的废玻璃纤维0.5～2％，1.70～4.00mm、0.6～1.70mm或0.3～1.18mm的集料25～50％；

中层基料：由0.85～2.36mm生活垃圾焚烧炉渣35～55％，水泥15～40％，0.15～0.425mm蛭石粉1～5％，1.70～4.00mm、0.6～1.70mm或0.3～1.18mm的集料25～45％；

下层基料：由0.075～1.18mm生活垃圾焚烧炉渣30～55％，水泥20～40％，添加剂1～5％，1.70～4.00mm、0.6～1.70mm或0.3～1.18mm的集料15～25％；

(3)混合将配料中各基料的原料混合均匀，加水搅拌至混料含水率为18～23％，保证各层混料的含水率一致。分别得到表层混料、中层混料、下层混料。

(4)成型采用分层压制模式制备一体透水砖，其表层为大孔强度强化层、中层透水并强化吸附层，下层微孔强化吸附层。按照先将下层混料加入模具高压压制成型；再在成型的下层混料基础上倒入中层混料压制；最后在成型的中层混料基础上加入表层混料压制。脱模，制备整体成型的砖块。

(5)养护将成型后的试块自然养护或蒸养养护，得到多功能透水砖。

作为本发明的进一步优选，所述一体化成型制备步骤中，下、中、表层成型时模具压头面依次为齿状、齿状、平面。

作为本发明的进一步优选，所述一体化成型制备步骤中，下、中、表层成型压力依次增大，优选为15～20、20～25、25～30mpa，该压力下保压时间依次减小，优选为40～60s，30～40s，20～30s。

作为本发明的进一步优选，所述一体化成型制备步骤中，可根据强度要求设定砖体下、中、表成型层的厚度比例，优选为1：1～2：1。

作为本发明的进一步优选，所述一体化成型制备步骤中，模具底板上可预留直径为1～2cm，高度为下层成型厚度的1/3～1/2的凸针，以使砖体脱模后在下层中形成非贯穿孔道。

通过本发明所提出的技术方案，与现有技术相比，本发明能够实现制备具有表层为大孔强度强化层、中层透水并强化吸附层，下层微孔强化吸附层的多功能一体透水砖，使其具备优良的强度与透水性同时，也具有对径流污染物截留吸附固化效果。现有利用炉渣等材料制备透水砖，往往只考虑强度等变化，导致功能性单一。本发明的透水砖基于不同粒径的炉渣与辅料的调控具备多层复合特性，在保证强度与透水性同时，具备对污染物的吸附能力，能提高炉渣资源化的功能性，具备推广价值。

本发明的难点在于如何构建具备透水砖的多层功能结构。尽管目前有不少报道提出以炉渣辅以各种添加剂制备透水砖，但仍没有提出一种能满足产品的强度、透水性要求，也具备吸附污染物的多层功能结构产品。本发明则通过对陈化生活垃圾焚烧炉渣进行球磨、水洗等预处理得到不同粒径活性的炉渣，辅以不同的基料和添加剂基料，通过适当的压制成型方法将各基料单独成层后构建具备不同功能层的透水砖。其中，表层主要由较大颗粒基料组成，辅以废玻璃纤维增强其耐磨性和强度以构建大孔强度强化层；中层为中等粒径基料组成，辅以蛭石粉增强对污染物的吸附性以构建透水/强化吸附层；下层为细粒径基料组成构建微孔强化吸附层，同时辅以特定的非贯穿孔以增强其透水性。在压制成型方法方面，构建不同形状的下、中、表层成型模具压头面(依次为齿状、齿状、平面)，按照下层成型、中层成型、表层成型的压制顺序，在对应的成型压力和保压时间下，构建具有合适的成型层厚度比例的透水砖。

当该透水砖铺设地面有地表水时，表层大孔结构利于表面水的快速通过下渗进入透水/强化吸附层。当表层被泥渍、杂物等堵塞时，可用高压水冲洗以恢复其表面通透性。动态吸附实验结果显示，该多功能透水砖对雨水中的氮磷和重金属具有明显的吸附效果；动态重金属浸出实验结果显示，砖体原材料中及吸附的重金属浸出浓度得到降低。

本发明具备以下两个效果：

(1)利用了炉渣与辅料的粒径匹配，以及各层基料和添加剂的特定作用构建功能层，能很好地协调砖体强度、透水性和吸附性的关系，克服了传统的炉渣制砖的方法粗放和产品功能单一的局限性。

(2)提高了炉渣制砖的利用价值，实现了炉渣在制砖资源化过程中的精细化利用与功能性开发，克服了传统的炉渣制砖利用率和价值偏低的问题。

附图说明

图1本发明的多功能透水砖示意图。

图中1、表层，2、中层，3、底层，4、炉渣，5、水泥，6、玻璃纤维，7、蛭石粉，8、添加剂，9、集料。

具体实施方式

以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

本发明公开了一种生活垃圾焚烧炉渣多功能透水砖及其制备方法，属于固废资源化领域。将生活垃圾焚烧炉渣进行水洗、球磨、分级预处理后辅以高炉矿渣、废陶瓷、污泥灰渣等骨料和添加剂，采用分层压制成型制备一种多层功能一体透水砖。该透水砖表层为大孔强度强化层、中层透水并强化吸附层、下层微孔强化吸附层。本发明所得多功能透水砖具备不同层结不同功能，进而达到吸附通透水中的污染物及重金属的作用，减少二次污染。本发明的透水砖强度高，功能性强，生产方法简单，适用性好。

实施例1

(1)原料

预处理生活垃圾焚烧炉渣：将熟化90天以上的生活垃圾焚烧炉渣与水按照1：3固液比进行搅拌清洗3次，去除浮渣。将清洗后炉渣球磨，筛分，去掉＞9.5mm大颗粒物。进一步获得0.075～1.18mm，0.85～2.36mm，2.36～9.5mm的生活垃圾焚烧炉渣，备用。

集料：0.3～1.18mm高炉矿渣，0.6～1.70mm污泥灰渣；污泥灰渣使用常规市政污泥灰渣或者河湖底泥灰渣。

添加剂：0.15～0.425mm煅烧蛭石粉；长度为0.5～1.5mm废玻璃纤维；

(2)配料按重量分数进行配比

表层基料：由2.36～9.5mm生活垃圾焚烧炉渣50％，32.5#水泥20％，0.6～1.70mm污泥灰渣24％，长度为0.5～1.5mm废玻璃纤维1％；

中层基料：由0.85～2.36mm生活垃圾焚烧炉渣45％，水泥20％，0.6～1.70mm污泥灰渣30％，0.15～0.425mm蛭石粉5％；

下层基料：由0.075～1.18mm生活垃圾焚烧炉渣50％，水泥30％，0.3～1.18mm高炉矿渣19％，长度为0.5～1.5mm废玻璃纤维1％；

(3)混合将配料中各基料的原料混合均匀，加水搅拌，保证各层混料的含水率为20％。分别得到表层混料、中层混料、下层混料。

(4)成型采用分层压制模式制备一体透水砖，按照先将下层混料加入模具，齿状压头，15mpa压力下保压50s成型；其次，在成型的下层混料基础上倒入中层混料，齿状压头，20mpa压力下保压35s；最后，在成型的中层混料基础上加入表层混料，平面压头，25mpa压力下保压30s；脱模，制备整体成型块。

(5)养护将成型后的试块在25℃，空气湿度95％下养护，得到多功能透水砖。

所制透水砖的第28天抗压强度42.6mpa，抗折强度13.8mpa，透水系数达到5.5×10-2cm/s。采用重金属(cu、zn、pb、cr、cd)模拟液对其进行透水淋滤吸附，出水重金属的脱去率达70％以上。试块破碎采用动态重金属浸出实验，结果显示砖体中总重金属浸出浓度均低于限制标准，其浓度随着液固比增加而降低，最后趋于稳定。pb、cr、cd等重金属无法检出。

实施例2

(1)原料

预处理生活垃圾焚烧炉渣：将熟化60天以上的生活垃圾焚烧炉渣与水按照1：6固液比进行搅拌清洗2次，去除浮渣。将清洗后炉渣球磨，筛分，去掉＞9.5mm大颗粒物。进一步获得0.075～1.18mm，0.85～2.36mm，2.36～9.5mm的炉渣，备用。

集料：0.3～1.18mm高炉矿渣、0.6～1.70mm废陶瓷；

添加剂：0.15～0.425mm煅烧蛭石粉；长度为0.5～1.5mm废玻璃纤维；

(2)配料按重量分数进行配比

表层基料：由2.36～9.5mm生活垃圾焚烧炉渣40％，42.5#水泥30％，0.3～1.18mm高炉矿渣29.5％，长度0.5～1.5mm的废玻璃纤维0.5％；

中层基料：由0.85～2.36mm生活垃圾焚烧炉渣48％，水泥25％，0.6～1.70mm废陶瓷25％，0.15～0.425mm蛭石粉2％；

下层基料：由0.075～1.18mm生活垃圾焚烧炉渣45％，水泥30％，0.3～1.18mm高炉矿渣24％，长度为0.5～1.5mm废玻璃纤维1％。

(3)混合将配料中各基料的原料混合均匀，加水搅拌至各层混料的含水率为19％。分别得到表层混料、中层混料、下层混料。

(4)成型采用分层压制模式制备一体透水砖，按照先将下层混料加入模具，齿状压头，15mpa压力下保压55s成型；其次，在成型的下层混料基础上倒入中层混料，齿状压头，20mpa压力下保压40s；最后，在成型的中层混料基础上加入表层混料，平面压头，25mpa压力下保压30s；脱模，制备整体成型块。

(5)养护将成型后的试块在25℃，空气湿度95％下养护，得到多功能透水砖。

所制透水砖的第28天抗压强度45.8mpa，抗折强度15.6mpa，透水系数达到5.0×10-2cm/s。采用重金属(cu、zn、pb、cr、cd)模拟液对其进行透水淋滤吸附，出水重金属的脱去率达65％以上。试块破碎采用动态重金属浸出实验，结果显示砖体中总重金属浸出浓度均低于限制标准，其浓度随着液固比增加而降低，最后趋于稳定。pb、cd等重金属无法检出。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。