[发明专利]一种仿生耐磨透水路面砖及其制备方法

说明书

本发明公开了一种仿生耐磨透水路面砖及其制备方法，该路面砖包括基层砖体和覆盖在基层砖体表面的面层，其中面层表面具有仿生物表皮的类沟槽结构；面层按质量份数计，包括8～12份环氧树脂、5～7份柔性纤维和100～141份20～40目的石英砂。首先制作得到透水砖基层，然后在其表面用带有仿生物表皮的类沟槽结构的压块施加成型压力制作面层，自然养护即得仿生耐磨透水路面砖。本发明从宏观上设计多沟道类生物表皮结构透水砖表面，从微观上设计透水砖内部结构，通过提升骨料强度，增加胶凝材料韧性，以及利用磨损过程中单一细骨料脱落后制造的空穴作为缓冲带提升耐磨性能，所得透水砖耐磨性有显著提升。

技术领域

本发明属于透水砖技术领域，具体涉及一种仿生耐磨透水路面砖及其制备方法。

背景技术

随着城市建设的不断推进，原本裸露在自然界之中的土壤，植物等被不透水的钢筋混凝土、沥青、玻璃等建筑用料代替。这破坏了城市中原本的水循环，热循环平衡，从而产生严重的“热岛效应”和“雨岛效应”。相较于不透水路面，透水砖路面具有改善环境中水循环、净化路面雨水、降低城市“热岛效应”、吸收城市噪音等作用。目前，免烧结方式制作的透水砖存在耐磨性差的问题，导致透水砖寿命有限。

目前解决材料耐磨性问题的方法中，通过生物摩擦学研发仿生结构被广泛应用在各个领域^[1]。生物摩擦学为材料耐磨性提升提供很多的参考依据，其研究目的不仅局限于揭示生物体结构和功能的奥秘，同时也试图从仿生角度，借鉴这些优异的生物学特性并将其应用到器件上，以提高其性能^[2]。有学者研究表示有些贝壳的干滑动耐磨性甚至可与类金刚石碳涂层相比，这与其表面的凹凸不平的沟道结构有关^[3]。还有学者在对沙漠蝎子抗冲蚀磨损特性研究后，发现体表硬质相角质层、角皮层与其下软质相的中层、结缔组织层等构成软硬相间梯度材料，硬质相能减少切削和犁削，软质相能吸收沙粒冲蚀的能量，从而有利于抵抗冲蚀磨损^[4]。

当前缺乏单一对透水砖耐磨性提升的研究，研究方法主要集中在通过外加剂(如：减水剂，胶粉料，纳米二氧化硅)提升砖体的耐磨性，主要研究方向是伴随提升砖体强度的同时提升砖体的耐磨性。

但是目前缺少从结构方面提升透水砖面层耐磨性的方式，同时在透水砖领域并没有以仿生方式提升耐磨性的研究。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种仿生耐磨透水路面砖及其制备方法。本发明分别从宏观和微观两个角度利用仿生学结构原理对透水砖耐磨性进行提升。首先从宏观角度的表面上可以设计多沟道类生物表皮结构透水砖表面，其次从微观角度设计透水砖内部结构，通过提升骨料强度，增加胶凝材料韧性，以及利用磨损过程中单一细骨料脱落后制造的空穴作为缓冲带提升耐磨性能。

为了解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：

提供一种仿生耐磨透水路面砖，所述路面砖包括基层砖体和覆盖在所述基层砖体表面的面层，其中

所述面层表面具有仿生物表皮的类沟槽结构；

所述面层按质量份数计，包括8～12份面层胶凝材料、5～7份面层外加剂和100～141份面层细骨料；所述面层胶凝材料为环氧树脂；所述面层外加剂为柔性纤维；所述面层细骨料为20～40目的石英砂，选定石英砂的原因是石英砂的硬度较高，可以提升整体耐磨性。

按上述方案，所述环氧树脂断裂伸长率≥15％。

按上述方案，所述柔性纤维为聚丙烯纤维。

按上述方案，所述柔性纤维长度不超过10mm，直径为0.05～0.3mm。

按上述方案，所述基层砖体按质量份数计，包括225～335份基层胶凝材料、800～1100份粗骨料和42～64份水；其中所述粗骨料为5～10目的石英砂或黄砂或风化砂。

优选地，所述基层胶凝材料为水泥。