全球新能源產業的高速擴張正催生海量工業固廢，鋰電產業鏈副產物的堆積與處置已成為制約行業可持續發展的關鍵瓶頸。與此同時，海綿城市建設對透水鋪裝材料的需求持續攀升，為固廢資源化利用開闢了廣闊空間。透水磚作為連接環保處置與功能建材的核心載體，其以工業固廢為原料的製備技術正成為產學研融合的熱點領域。本文立足固廢特性與建材性能的雙重視角，系統梳理透水磚製備的技術路徑、性能調控機理及產業化前景，為綠色建材創新發展提供參考。
《2025-2030年中國透水磚行業發展趨勢分析與未來投資研究報告》透水磚作為海綿城市建設的主要技術措施，是一種具有連續孔隙結構、允許水分快速滲透通過的路面鋪裝材料，對緩解城市內澇、補充地下水資源和改善城市生態環境具有重要意義。隨著城市化進程加快，傳統透水磚生產面臨天然骨料短缺與能耗高企的雙重壓力，利用工業固廢替代天然原料成為行業轉型的必然選擇。
在新能源產業端，鋰電產業鏈的爆發式增長產生了巨量固廢堆積。以國內重點產區為例，2024年鋰渣產量已達千萬噸級別，2025年預計繼續增長超過三成。這些固廢若直接堆存，其中的硫酸鹽殘留物可能污染土壤和水體，細顆粒物的揚散還會加劇空氣污染。然而，這類固廢並非毫無價值，其普遍含有大量二氧化矽和三氧化二鋁等活性組分，經適當處理後可作為膠凝材料或骨料應用於透水磚製備，實現從"環境負擔"到"資源寶庫"的轉變。
當前，固廢綜合利用率的提升空間巨大。重點產區綜合利用率不足三成，大量鋰渣仍處於露天堆存狀態。將這類固廢引入透水磚生產線，既能消納固廢存量、降低環境污染風險，又能減少天然骨料開採、降低建材生產成本，形成環境效益與經濟效益的良性循環。
根據製備工藝和材料組成的不同，透水磚可分為燒結型和非燒結型兩大類，固廢原料在不同類型透水磚中的應用呈現差異化特徵。
燒結透水磚以高溫燒結形成多孔結構，具有強度高、耐久性好的特點。固廢基燒結透水磚通常以鋼渣、尾礦等為原料，在1300°C左右的高溫下燒結成型，抗壓強度可達30MPa以上，透水係數保持在3×10⁻²cm/s以上。研究表明，通過優化原料配比和燒結工藝，固廢基燒結透水磚完全可以達到甚至超過傳統產品的性能指標。然而，高溫燒結能耗較高，且部分固廢中的有害成分可能在高溫下揮發，對燒結型透水磚的環保性提出更高要求。
非燒結透水磚則通過膠凝材料粘結骨料，在常溫或低溫下壓製成型，具有工藝簡單、能耗低的顯著優勢。固廢基非燒結透水磚通常以水泥、粉煤灰等為膠凝組分，以鋰渣、礦渣等為骨料或輔助膠凝材料，通過化學激發或機械活化實現強度發展。典型研究表明，採用鋰渣和壓榨細泥製備的免燒固化磚，28天抗壓強度可達28.7MPa，透水係數滿足國家標準要求，展現出良好的工程應用潛力。
此外，複合結構透水磚作為新興技術方向，將樹脂-砂混合料面層與水泥透水混凝土基層結合，抗壓強度超過35MPa，透水係數高於2.3×10⁻²cm/s，且表面不易堵塞，代表了透水磚功能化、高性能化的發展趨勢。
透水磚的性能主要取決於其孔隙結構和膠結相特徵，而這些微觀結構又受到原料組成、顆粒級配、成型工藝和養護條件等多因素耦合影響。
原料組成與配比是決定透水磚性能的首要因素。骨料與黏結劑的比例直接影響透水磚的孔隙率和強度平衡。當固廢骨料與膠凝材料配比控制在特定範圍時，透水磚可在保持較高抗壓強度的同時實現良好的透水性能。固廢的化學組成也至關重要，富含矽鋁成分的固廢在鹼性環境下可發生火山灰反應，生成水化矽酸鈣凝膠等膠結產物，增強透水磚的結構強度。
顆粒級配對形成理想的貫通孔隙結構至關重要。骨料的粒徑分布直接影響透水磚的孔隙連通性和滲透效率。研究表明，透水係數隨粗骨料粒徑增大呈先增後減的趨勢，存在最優粒徑範圍。固廢顆粒多呈不規則形狀、粒徑分布較廣，有助於形成貫通孔隙，但也需通過篩分和配比優化避免過大孔隙導致強度下降。
成型壓力是影響透水磚密實度和初始孔隙結構的關鍵工藝參數。當成型壓力從15MPa增至20MPa時，透水磚抗壓強度顯著提高，但繼續增加壓力會導致透水性下降。因此，需在強度與透水性之間尋求最優平衡點，通常通過試驗確定特定原料體系的最佳成型壓力。
養護或燒結制度對透水磚性能發展具有決定性作用。對於非燒結透水磚，二氧化碳養護可促進固廢的水化和碳化反應，降低孔隙率並顯著提高強度。微觀結構顯示，二氧化碳養護條件下水化產物與碳酸鈣共同填充孔隙，形成大量水化矽酸鈣凝膠和鈣礬石晶體交織的緻密結構。對於燒結透水磚，燒結溫度是核心參數，隨著溫度升高，製品逐漸緻密化，透水性和孔隙率降低而強度提高，需通過系統試驗確定最優燒結溫度。
添加劑的合理使用可進一步改善透水磚性能。玻璃纖維增強、表面活性劑改性等技術手段已被證實可有效提高透水磚的力學性能和耐久性。部分研究還探索了透水磚的多功能化，如利用固廢製備的透水磚不僅力學性能和透水性能達標，而且重金屬浸出濃度符合環保標準，或對雨水中的懸浮物和磷酸鹽具有優異吸附性能。
固廢在透水磚製備中的應用效果與其物理化學特性密切相關，深入理解固廢特性是實現高性能透水磚設計的基礎。
固廢的化學成分是決定其適用性的首要指標。富含二氧化矽和三氧化二鋁的固廢具有火山灰活性，可作為膠凝組分參與水化反應。這類固廢在鹼性激發劑作用下，矽鋁相溶解並重新聚合形成膠凝產物，賦予透水磚結構強度。然而，固廢中可能存在的硫酸鹽、氟化物等特殊組分會對水化過程產生影響，如延長凝結時間、改變水化放熱特性等。研究表明，適量固廢摻入可延緩膠凝體系的凝結，有利於透水磚的施工操作，同時早期強度發展也能滿足工程需求。
固廢的物理特性同樣影響透水磚性能。固廢顆粒通常呈不規則形狀，表面粗糙度較高，這有利於與膠凝材料的粘結，但也可能影響漿體的工作性。固廢的粒徑分布較廣，有助於形成貫通的孔隙網絡，但需通過預處理控制細粉含量，避免過度緻密或強度不足。
固廢的活化處理是提升其在透水磚中應用效果的關鍵環節。機械粉磨可提高固廢的反應活性，化學激發劑如水玻璃、鹼溶液等可促進矽鋁相的溶解和重組。二氧化碳養護作為一種綠色養護方式，不僅可加速強度發展，還能通過碳化反應固定二氧化碳，實現透水磚的低碳製備。
環境友好性是固廢基透水磚應用的前提。固廢經建材化固化後，其浸出毒性需滿足環保標準。研究表明，合理配比的固廢基透水磚重金屬浸出濃度符合國家標準，環境風險可控。這不僅解決了固廢處置難題，也為透水磚的推廣應用掃清了障礙。
儘管固廢基透水磚在實驗室階段已取得顯著進展，但距離大規模產業化應用仍存在若干技術瓶頸亟待突破。
基礎機理研究尚需深化。固廢組分差異大，不同來源、不同工藝產生的固廢化學組成和礦物相存在顯著差異，其對水化過程、孔隙結構、長期性能的影響規律尚不完全明確。固廢中複雜組分的交互作用、水化產物的演變規律、微觀結構與宏觀性能的關聯等基礎科學問題，需要更系統的研究支撐。
長期性能數據積累不足。當前研究多聚焦於28天強度等短期性能指標，而對透水磚在長期使用過程中的性能演變缺乏持續觀測。抗凍融性能、抗堵塞性能、耐磨性能等耐久性指標，以及在實際服役環境下的性能衰減規律，是評價透水磚工程適用性的關鍵，亟需開展長期跟蹤研究。
工程實踐應用相對滯後。現有研究多基於實驗室小試，缺乏實際工程驗證。大規模生產條件下的工藝穩定性、產品質量一致性、成本控制等問題，需要在實際生產線上進行驗證和優化。此外，固廢來源的穩定性、預處理的能耗與成本、產品標準的完善等產業化問題，也是制約固廢基透水磚推廣應用的重要因素。
面向未來，透水磚領域的技術發展應聚焦以下方向：一是深化固廢活化機理研究，建立固廢特性與透水磚性能的定量關聯模型，實現原料選擇的科學化和產品設計的精準化;二是加強多元固廢協同利用研究，通過不同固廢的複合配伍，優化透水磚的綜合性能，提高固廢消納效率;三是推動工程實踐應用，建立示範生產線，積累工程應用經驗，完善產品標準體系，促進固廢基透水磚從實驗室走向市場。
總結
本文系統梳理了透水磚行業在固廢資源化利用領域的技術現狀與發展前景。從行業背景看，新能源產業固廢的堆積與海綿城市建設的需求形成供需契合，為透水磚行業轉型提供了契機。從技術路線看，燒結型與非燒結型透水磚各具優勢，固廢原料的引入需根據產品類型進行適配。從性能調控看，原料配比、顆粒級配、成型壓力、養護制度等參數共同決定透水磚的力學性能與透水性能，需通過系統優化實現性能平衡。
固廢基透水磚的發展不僅關乎單一產品的技術進步，更是循環經濟和綠色建材戰略的重要實踐。通過深化基礎研究、突破技術瓶頸、推動工程應用，透水磚行業有望實現從傳統建材向綠色功能材料的轉型升級，為海綿城市建設和"雙碳"目標的實現貢獻力量。這一技術路徑的成功，將為其他工業固廢的資源化利用提供可複製的經驗，推動建材行業向更加綠色、低碳、循環的方向邁進。
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