一种阻碍内部裂隙扩展的风积沙路面基料及其制备方法与流程

本发明涉及风积沙路面基料制备，具体是涉及一种阻碍内部裂隙扩展的风积沙路面基料及其制备方法。

背景技术：

1、对于路面而言，由于长时间的车辆通行和自然环境的影响，会出现各种裂隙和损坏，进而导致路面修复和维护成本的增加，影响道路使用寿命和车辆行驶安全。因此，研究和开发防裂路面材料已成为当前道路建设和交通运输领域研究的热点之一

2、现有的路面裂纹修复多采用在路面裂缝处灌注浆料的方式，如公开号为cn115010454b的专利就公开了一种混凝土灌浆料及其生产工艺及道路面层修复工艺，在该方案中通过灌注界面粘结剂修复路面断裂边角。

3、可以看出，现有的路面修复技术多以事后修补为主，对于以风积沙和工业固废为主要材料且事先在路面基料中预设阻缝剂的方法鲜有报道。

技术实现思路

1、为了实现上述目的，本发明提供了一种阻碍内部裂隙扩展的风积沙路面基料及其制备方法，通过在路面基料中预设阻缝剂，能够有效阻止路面裂纹的扩展，防止小裂纹发展成大裂纹。该阻缝剂外壳为双球形陶瓷，内部包裹有水玻璃，双球交接处烧结有纤维外层；当路面裂纹生成时，剪切力会使阻缝剂的结构薄弱处——双球交接处断裂，释放出内部的水玻璃，在水玻璃和球间纤维的共同阻碍下，能够阻止裂纹两侧的路面基料界面进一步分离，起到锚定裂缝的作用，方案见下。

2、本发明设计的一种阻碍内部裂隙扩展的风积沙路面基料，其中各组分按质量配比计为：

3、预处理磷石膏：10～20份、钢渣：5～10份、矿渣：5～10份、风积沙：50～60份、硅酸盐水泥：2～5份、阻缝剂：3～5份、pva纤维：0.3～2份、聚羧酸减水剂0.5～2份、水：15～20份。

4、说明：风积沙是天然的沙丘风化遗留物，获取成本和对环境的影响都比较小，因此利用风积沙替代传统砂石骨料，制备的路面基层材料具有较好的经济环保效益；除此之外，事先在路面基料中预设阻缝剂，阻缝剂可以持续缓慢地释放出来，确保路面在较长的时间内对损坏部位进行修复，延长路面的使用寿命，大大减少后续的维修成本。

5、本发明还设计了阻碍内部裂隙扩展的风积沙路面基料的制备方法，路面基料的成品形态为预制砌块，预制砌块的制备步骤为：

6、sa1、将预处理磷石膏、钢渣、矿渣、风积沙、硅酸盐水泥、阻缝剂、pva纤维、聚羧酸减水剂和水按配比混合混匀，得第一混合料；

7、sa2、将第一混合料置于模具中振实，20～24h脱模，得坯料；

8、sa3、将坯料于养护箱中养护至28d时取出，得预制砌块。

9、说明：通过预制砌块的方式，可以将路面基料提前在工厂进行制备，减少了现场施工的复杂性和工期，提高了施工效率；不仅如此，预制砌块采用固定模具，可以保证每个砌块的尺寸、形状和质量一致，降低了施工中出现的变异性和品质问题

10、进一步地，阻缝剂的制备步骤为：

11、sb1、以a12o3悬浮液作为基料，使用dlp光固化3d打印技术制备a12o3单层圈；

12、dlp光固化3d打印技术的参数为：紫外光机功率为1.05mw/cm2，曝光时间为30～40s；

13、sb2、重复sb1中步骤制备多种直径的a12o3单层圈，将多种直径的a12o3单层圈累加粘结，得到a12o3空心双球坯料；a12o3空心双球坯料一端球体封口，另一端球体开口；

14、a12o3空心双球坯料的单个球体的直径范围为10～12mm，开口的直径为3～5mm，双球交汇处的直径范围为5～6mm；

15、sb3、在a12o3空心双球坯料的双球交接处涂覆2～3mm纤维混料，并做固化处理；

16、按质量配比计，纤维混料的组成为：a12o3悬浮液：30～35份，质量份数为50％的pva纤维：7～10份；

17、sb4、将经sb3处理后的a12o3空心双球坯料于升温梯度下烧制，得到a12o3空心双球成品；

18、升温梯度为：首先以4～5℃/min的速率由室温升温至50℃，保温7～10min；然后以10～15℃/min的速率由50℃升温至200℃，保温20～30min；接着以10～15℃/min的速率由200℃升温至1000℃，保温20～30min；其次以2～3℃/min的速率由1000℃升温至1200℃，保温1～1.5h；最后随炉冷却至室温；

19、sb5、通过a12o3空心双球成品中一端上的开口向内注入水玻璃并封口。

20、说明：通过层层累加的方式，本发明将多种直径的a12o3单层圈按照双球形状逐层粘结，之后通过烧结的方式制备成阻缝剂，其外壳为双球形陶瓷，内部包裹有水玻璃，双球交接处烧结有纤维外层；当剪切力使阻缝剂的结构薄弱处——双球交接处断裂时，会释放出内部的水玻璃，释放出的水玻璃和球间纤维能够起到锚定界面裂缝的作用。

21、进一步地，sb1中制备a12o3悬浮液的步骤为：

22、sb1-1、将预处理al2o3粉体分散于无水乙醇中，并加入oa，于80～85℃下持续搅拌3～3.5h，然后于80～90℃下烘干10～11h；

23、sb1-1中按质量配比计，al2o3粉体的加入量为：40～50份，oa的加入量为：3～5份，无水乙醇的加入量为：50～55份；

24、sb1-2、将烘干后的al2o3粉体过80目筛后加入hdda中，搅拌5～7min后加入二氯双(二甲基苯基膦酰基)氧化锌，持续搅拌30～40min，得混合物；

25、sb1-2中按质量配比计，al2o3粉体的加入量为：30～40份，hdda的加入量为：20～30份，二氯双(二甲基苯基膦酰基)氧化锌的加入量为：2～3份；

26、sb1-3、将sb1-2中混合物经球磨、除泡后得到a12o3悬浮液；

27、说明：悬浮液中加入了二氯双(二甲基苯基膦酰基)氧化锌等物质，能够增强悬浮液的稳定性，防止颗粒沉淀和析出，保持悬浮液的长期稳定性；通过球磨和除泡处理，可以进一步控制和细化悬浮液中al2o3颗粒的粒径，获得所需的粒径分布和粒子尺寸，提高了粒子的一致性和可靠性。

28、进一步地，sb1-1中预处理al2o3粉体的制备步骤为：

29、sb1-1-1、将al2o3粉体置入质量分数为10％的naoh溶液中，持续搅拌3～5min；

30、sb1-1-2、分别使用乙醇和去离子水洗涤经sc1-1-1处理后的al2o3粉体，直至洗涤液呈中性；

31、sb1-1-3、将经sb1-1-2处理后的al2o3粉体于180～200℃下烘干10～11h，得到预处理al2o3粉体。

32、说明：naoh溶液起到清洁和去除表面杂质的作用，能够提高al2o3粉体的纯净度和质量；而通过使用乙醇和去离子水洗涤al2o3粉体，可以中和naoh残留和调节粉体的酸碱性，使其接近中性，有助于提高后续步骤的操作效果和产品的稳定性。

33、进一步地，预处理磷石膏的制备步骤为：

34、sc1、首先将酸性磷石膏与生石灰混合，然后加入水混合均匀，得第二混合料；

35、按质量配比计，酸性磷石膏的加入量为：80～85份，生石灰的加入量为：1～1.5份，水的加入量为：10～15份；

36、sc2、将第二混合料在密封环境中静置20～24h，然后与60～65℃下烘干20～30min；

37、sc3、将烘干后的第二混合料破碎过孔径为1.18mm的筛后得到预处理磷石膏。

38、说明：上述方法将将酸性磷石膏与生石灰加水混合的目的是进行碱性调整，该反应可以中和酸性磷石膏的酸性特性，并将其转化为较为稳定的化合物，以提高基料的耐久性。

39、与现有的风积沙路面基料相比，本发明的有益效果是：

40、(1)本发明设计的一种阻碍内部裂隙扩展的路面基料，通过在风积沙路面基料中预设阻缝剂，能够有效阻止路面裂纹的扩展，防止小裂纹发展成大裂纹。

41、(2)本发明设计的阻缝剂外壳为双球形陶瓷，内部包裹有水玻璃，双球交接处烧结有纤维外层；当路面裂纹生成时，剪切力会使阻缝剂的结构薄弱处——双球交接处断裂，释放出内部的水玻璃，在水玻璃和球间纤维的共同阻碍下，能够阻止裂纹两侧的水泥界面进一步分离，起到锚定裂缝的作用。