一、项目背景
2013年12月，习近平总书记在中央城镇化工作会议上发表讲话时谈到，建设自然积存、自然渗透、自然净化的“海绵城市”。海绵城市就是比喻城市像海绵一样，遇到有降雨时能够就地或者就近“吸收、存蓄、渗透、净化”径流雨水，补充地下水、调节水循环，在干旱缺水时有条件将蓄存的水“释放”出来并加以利用，从而让水在城市中的迁移活动更加“自然”。海绵城市建成后，排走的雨水和留下的雨水将实现“倒挂”。比如，以前一座城市70%的水都是快排进入管道排走的，海绵城市则要让70%的水留下。
2015年10月，国务院办公厅印发《关于推进海绵城市建设的指导意见》，通过海绵城市建设，综合采取“渗、滞、蓄、净、用、排”等措施，最大限度地减少城市开发建设对生态环境的影响，将70%的降雨就地消纳和利用。意见中明确规定“到2020年，城市建成区20%以上的面积达到目标要求；到2030年，城市建成区80%以上的面积达到目标要求”。在国家《全国城市市政基础设施规划建设“十三五“规划》中明确规定，十三五期间的目标是“使满足海绵城市建设要求的城市建成区达到1.1 万平方公里”，即110亿平方米。
透水砖的使用是海绵城市建设的第一步。在国家住建部推出的《海绵城市建设技术指南》文件里，透水性铺装材料成为海绵城市建设的重要材料。在城市建筑与小区、道路、绿地等场地源头，通过大规模推行透水铺装、雨水花园等生态设施首先对雨水进行下渗、调蓄。由此可见，生产高性能的透水砖材料势在必行，能够满足社会发展的迫切需求，其市场广阔，潜力巨大。
二、技术简介
1.技术背景
当前应用较多的透水砖在生产上主要有两种工艺，一种是普通混凝土水泥基透水砖，另一种是经过烧结的陶瓷基透水砖；本发明突破传统思想，提出了一种新型的生产工艺制备超高透水超高强透水砖（混凝土）。
（1）混凝土水泥基透水砖
混凝土水泥基透水砖是由粗骨料、水泥和水拌制而成的一种多孔混凝土，它不含细骨料，由粗骨料表面包覆一薄层水泥浆相互粘结而形成孔穴均匀分布的蜂窝状结构从而实现透水。混凝土水泥基透水砖具有以下缺点：（1）强度低：蜂窝状结构造成混凝土结构疏松、强度低（尤其是石子间为点接触，混凝土抗折强度极低）；（2）孔隙连通性较差，造成混凝土的透水差，市面上的大多数透水砖只能算是吸水，基本上不透水或透水性很差；（3）强度和透水不兼容，实现和提高透水性能的唯一办法就是进一步提高混凝土的孔隙率，这样使原本不高混凝土强度进一步大幅下降，即使实现了透水性，在抗折强度上却无法满足城市建设的需要；（4）成本高：混凝土水泥基透水砖由于不加细骨料，水泥用量大，生产成本约30-35元/m2，折合单方成本高达600-700元/m3；（5）生产效率低：普通砖机每次挤压透水砖小于2m2，生产效率很低；（6）现场施工不便：新拌混凝土呈半干硬性，工厂制砖尚能满足工艺要求，但如果现场摊铺透水混凝土，则需要现场拌制，这不符合国家的方针政策要求。
（2）陶瓷基烧结透水砖
陶瓷基烧结透水砖是以陶瓷废料为原料，经高温煅烧而成。这种透水砖的透水率和力学强度均远高于混凝土透水砖，能够满足车辆行驶的要求，因此应用领域更加广泛。陶瓷基烧结透水砖虽然性能优良，但也存在一系列问题：（1）原材料资源有限：当前，国内真正生产烧结透水砖的企业并不多，总数在10家之内，大多分布在传统陶瓷产区附近，如山东淄博、江西高安、江苏宜兴、福建泉州等地区，产量也并不突出，而且部分地区已呈现原材料资源枯竭的迹象。（2）投资大、成本高：一条烧结生产线投资约3000-5000万；烧结温度1300度以上，生产成本约65-80元/m2，折合单方成本高达1300-1600元/m3；（3）生产效率低：砖机每次挤压透水砖约2-4块（小于1m2），而且烧结时间长，生产效率比混凝土水泥基透水砖更低。虽然陶瓷基烧结透水砖生产成本很高，但售价更高。目前市场上陶瓷基烧结透水砖的出厂价格是每平米120-200元，折合2400-4000元/m3，利润依然十分丰厚。目前陶瓷基烧结透水砖由于其优良的透水性能和力学强度，正成为海绵城市建设的首选铺装材料，在内蒙、山西、山东等省份的部分城市，已经明确规定在城市建设中使用陶瓷基道路材料。展现了广阔的应用前景。
（3）超高透水超高强透水砖针对上述两种透水砖存在的问题，本团队经过多年的不懈努力研发了一种新型的超高透水超高强透水砖。这种透水砖具有以下特点：（1）高强高透水本发明彻底解决了传统透水混凝土强度和透水不兼容的难题，其强度等级可以按照普通商品混凝土设计，抗压和抗折强度均和普通商品混凝土相当，强度等级可调，甚至可以配置C80以上的超高强透水混凝土，这种高强度即使是陶瓷基烧结透水砖也是无法达到的。其透水和强度等级无关，无论多高的强度均可以实现高透水，其透水率高达5-10mm/s，是陶瓷基烧结透水砖10倍以上。（2）浇筑成型，制作方便超高透水超高强透水砖（混凝土）是通过在普通商品混凝土中添加特种材料制备而成，其生产工艺可以像普通混凝土一样直接浇筑成型，制作方式简单方便，可在工厂内工业化生产超高透水超高强透水砖，也可以购买商品混凝土在施工现场直接浇筑超高透水超高强透水混凝土，无需现场拌制，施工过程十分简单方便。
（3）投资少，生产效率高
将现有装配式结构PC板生产线中的混凝土浇筑成型的那部分工艺独立出来，在大模板上直接浇筑透水混凝土砖，一次可成型20m2，是陶瓷基烧结透水砖和普通混凝土水泥基透水砖生产效率的几十倍。仅需将PC板生产线中的混凝土浇筑成型的那部分工艺独立出来，稍作改造即可生产透水砖，和陶瓷基烧结透水砖投资较小。
（4）以固体废弃物为主要原料，成本低廉
超高透水超高强透水砖（混凝土）可以采用普通商品混凝土，也可以采用固体废弃物为主要原料，矿渣、粉煤灰、高岭土、煤矸石、赤泥，各种尾矿、建筑垃圾、钢渣、炉渣、赤泥、电石泥、脱硫灰、垃圾焚烧炉渣、采石场碎屑等常见的固体废弃物均可，成本不仅大大低于陶瓷基烧结透水砖，而且也明显低于普通混凝土水泥基透水砖。
（5）耐磨性好
面层为高耐磨性透水材料，大大提高了这种透水试件的表面耐磨性能。
（6）产品多样，使用范围广
本发明既可生产透水砖，又可生产预制的透水路面板；既可用于非机动车行驶的人行道、自行车道、社区内地面、园林景观地面、城市广场、游泳池旁边及体育场等道路的铺设，也可用于有机动车行驶的户外停车场及轻重级道路的铺设。
除了改善因路面不透水而带来的不良“内涝”现象之外，超高透水超高强透水砖还具有其他方面的优点，如对地下水资源进行补充，提高土壤的透水透气性，改善地面植物的生长环境，调整生态平衡等。透水砖还可以保证大地与大气之间的水汽与热能交换，减小城市因太阳辐射所产生的热岛效应。另外，
超高透水超高强透水砖也能够一定程度地吸收噪音，增加了城市居住的舒适度。因此，在透水砖产品方面，本超高透水超高强透水砖（混凝土）作为铺装材料将成为目前技术和应用的发展趋势。
2.工艺原理
图1 工艺流程图
3.产品性能
超高透水超高强透水砖的抗压强度取决于所设计的混凝土强度等级，其抗压强度可达到30~100MPa，抗折强度可达到5~12MPa，透水系数达到5~10mm/s，是目前市场上透水性能最好的陶瓷基烧结透水砖的5-10倍；各项性能指标均远远高于国家标准的要求（GB／T25993―2010《透水路面砖和透水路面板》）。
4.技术优势
（1）大规模利用固废：除建筑弃土外，还实现了钢渣、尾矿、粉煤灰和赤泥等原料制备超高透水超高强透水砖产品技术。
（2）成本低：免烧免蒸养，原材料价格低廉。
（3）高强高透水：彻底解决了传统透水混凝土强度和透水不兼容的难题。
（4）制作方便：浇筑成型。
（5）投资少：仅需将PC板生产线中的混凝土浇筑成型的那部分工艺独立出来，稍作改造即可生产透水砖，和陶瓷基烧结透水砖投资较小。
（6）生产效率高：PC板生产线的模板面积大，用于生产透水砖一模可成型20m2，流水线作业，生产效率高。
（7）享受海绵城市建设和环保固废利用的双重优惠政策。
三、产品市场预期
在海绵城市建设过程中，陶瓷透水砖是钢性需求。十三五期间预期将建成满足海绵城市建设要求的城市1.1 万平方公里”，即110亿平方米，相应形成陶瓷透水砖2万亿元产值的广阔市场。
当前，国内真正生产烧结透水砖的企业并不多，总数在10家之内，大多分布在传统陶瓷产区附近，如山东淄博、江西高安、江苏宜兴、福建泉州等地区，产量也并不突出。然而，随着各地方政府对城市排水系统建设的日益重视，以及海绵城市战略的提出，现有的透水砖产能已呈现供不应求之势。行内人士预测，未来陶瓷透水砖市场必然会出现爆发式的增长，因为目前很多城市市政建设上要求一定比例的“透水铺装”。目前，先后两批海绵城市试点，共30个城市，按照财政的补助政策，直辖市每年补6亿元，省会城市每年5亿元，其他城市每年4亿元，30个城市平均一年就是差不多150亿的投资，连续资助三年就有400多个亿，虽然建设海绵城市的主题不完全是做砖，还包括地下管网建设等一系列工程，但透水砖的市场依旧很大，尤其近年全国各地闹水灾，导致这个领域开始火爆起来，关注到这个领域的企业也越来越多。
五、风险评估及对策
在环保方面，烧制过程使用燃料是这一生产流程唯一可能产生污染源的因素。但采用洁净的天然气作为燃料，可以满足清洁环保生产的要求。废水和废渣经处理可以实现完全的循环利用，无对外排放。
在经济性评估中，未获得原料运距等方面信息，因此原料运距未纳入成本，存在一定成本增加风险。但是，原料成本在总生产成本的比例很小，所以即使因运距而增加原料成本，对整个产品的生产成本影响并不大。
在市场方面，由于生产的陶瓷透水砖产品符合国家关于透水砖的各项指标，优于普通混凝土透水砖等，可以从市政、大型建筑工程等渠道获得新的大量订单。
本项目因为利用冶金渣、尾矿等固废资源，属于国家鼓励支持的循环经济项目，具有减少土地占用，增加资源利用率，提供大量就业岗位等社会效益，能够在政策、资金、产品销售、税收等方面获得政府等支持。
注：
1、普通砖机生产透水砖为挤压成型，生产墙体砖、多孔砖等效率较高，但生产透水砖效率较低，大多砖机一次成型不到一个平方。本发明的透水砖可以通过普通砖机挤压成型，也可以通过在PC板生产线的大模板上浇筑成型，PC板生产线的模板面积大，用于生产透水砖一模即可成型20m2，流水线作业，生产效率是砖机的几十倍。
2、本产品为本团队所发明，不是从其他国家或领域学习借鉴得来的。从近年来和国内外专家的交流来看，目前国际上还没有这种设计理念。所以本产品是世界上独一无二的，我们正在申请国家发明专利和国际发明专利。
