本发明属于建筑材料，具体涉及一种吸能水泥隔离墩及其制备方法。
背景技术：
1、水泥隔离墩是水泥构件的一种，用来分隔对向或同向行驶的交通流，并有禁止车辆左转进出行驶和行人任意穿越道路的作用，主要用于煤矿井下避硐室及巷道转弯处车辆容易撞击到的地方，可对矿内车辆、车辆内人员、矿用机械及巷道墙体进行保护。
2、专利cn104975576a公开了一种水泥防撞隔离墩，该隔离墩主要依靠混凝土外层包裹的防撞层提供保护，此隔离墩虽能保护车辆或行人撞到隔离墩时被尖锐的隔离墩刮伤或撞伤。但是该种隔离墩并不能够有效吸收车辆撞击的能量，进而减轻碰撞给车辆及驾乘人员带来的伤害，起到保护车辆以及乘员的作用。
3、专利cn111646739b公开了一种轻质隔离墩材料，由以下原料制备而成：水泥、陶泥、粗砂、生物炭、石棉、壳聚糖、abs、eva、聚丙烯、环氧树脂、聚氯乙烯；制备步骤如下：（1）将abs、eva、聚丙烯、环氧树脂、聚氯乙烯混合搅拌得到混合物a；（2）将水泥、陶泥、粗砂、石棉、生物炭、壳聚糖溶胀溶液和适量的水混合得到混合物b；（3）在模具内根据隔离墩所需规格放置已经制作好的合金骨架，倒入混合物b填实，自然晾干后脱模养护得到底胎胚体；（4）在底胎胚体外围包覆的混合物a制成的外壳；（5）在外壳侧面涂刷荧光图案，干燥后得到隔离墩材料。但该方法制得的隔离墩吸收车辆撞击能量的效果有限。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种吸能水泥隔离墩及其制备方法，所述隔离墩兼具优异的强度及耐久性和良好的阻燃、抗压吸能效果，同时成本较低。
2、为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供一种吸能水泥隔离墩，所述隔离墩从内向外依次包括芯层、缓冲吸能层和阻燃层；所述芯层为空腔结构，所述空腔结构的腔体内填充有橡胶颗粒和第一砂粒；其中，所述芯层的原料组成包括水、粉煤灰、水泥、第二砂粒、聚合物乳液、聚丙烯纤维和保水剂，所述水、水泥和第二砂粒的质量比是0.5:0.7-0.8:1。
3、本发明中，所述橡胶颗粒和第一砂粒的质量比为1:1-3。
4、本发明中，所述橡胶颗粒的平均粒径为0.6-2.5mm，所述第一砂粒的平均粒径为1-4.5mm。
5、本发明中，所述第二砂粒的平均粒径为0.5-1mm。
6、本发明中，在所述芯层中，所述粉煤灰的加入量为25-35wt%，所述聚合物乳液的添加量为2.5-4wt%，所述聚丙烯纤维的添加量为0.2-0.6wt%，所述保水剂的添加量为2-3wt%。
7、本发明中，所述聚合物乳液为质量比为1-1.5:1的醋酸乙烯-乙烯共聚乳液和聚丙烯酸酯乳液的混合物。
8、本发明中，所述聚丙烯纤维的长度为15-20mm，纤维直径为100-120μm。
9、本发明中，所述缓冲吸能层为聚合物泡沫。
10、本发明中，所述阻燃层为聚脲涂层。
11、根据本发明的另一个方面，还提供一种制备如上所述的吸能水泥隔离墩的制备方法，包括如下步骤：
12、（1）将水、粉煤灰、水泥、第二砂粒、聚合物乳液、聚丙烯纤维和保水剂混合均匀，加入模具中，放置一定时间后脱模，形成具有空腔结构的芯层；
13、（2）将橡胶颗粒和第一砂粒混合均匀，填充至所述空腔结构的腔体内，在所述芯层的外表面包覆缓冲吸能层；
14、（3）在所述缓冲吸能层的外表面喷涂阻燃层，即得吸能水泥隔离墩。
15、本发明提供一种吸能水泥隔离墩，所述隔离墩从内向外依次包括芯层、缓冲吸能层和阻燃层；所述芯层为空腔结构，所述空腔结构的腔体内填充有橡胶颗粒和第一砂粒。
16、本发明中，所述芯层的原料组成包括水、粉煤灰、水泥、第二砂粒、聚合物乳液、聚丙烯纤维和保水剂，所述水、水泥和第二砂粒的质量比是0.5:0.7-0.8:1，可以理解的是，其质量比可以为0.5:0.7:1、0.5:0.71:1、0.5:0.72:1、0.5:0.73:1、0.5:0.74:1、0.5:0.75:1、0.5:0.76:1、0.5:0.77:1、0.5:0.78:1、0.5:0.79:1、0.5:0.8:1中任一具体数值或者是0.5:0.7-0.8:1范围内的任一数值。优选地，所述芯层的厚度为35-50mm。
17、本发明中，在所述芯层中，所述粉煤灰的加入量为25-35wt%，可以理解的是，其加入量可以为25wt%、26wt%、27wt%、28wt%、29wt%、30wt%、31wt%、32wt%、33wt%、34wt%、35wt%中任一具体数值或者是25-35wt%范围内的任一数值。发明人发现，将粉煤灰的加入量控制在所述范围内，可以保证芯层具有合适的抗裂性能和耐久性，初期粉煤灰可以填充在水泥浆体的空隙中，从而改善水泥浆体的密实性，增大了裂纹扩展的阻力，提高了芯层的抗裂性能；另外，由于粉煤灰具有反应活性，随着时间的延长，活性作用逐渐明显，从而改善芯层的力学性能和耐久性。
18、本发明中，在所述芯层中，所述聚合物乳液的添加量为2.5-4wt%，可以理解的是，其添加量可以为2.5wt%、2.6wt%、2.7wt%、2.8wt%、2.9wt%、3wt%、3.1wt%、3.2wt%、3.3wt%、3.4wt%、3.5wt%、3.6wt%、3.7wt%、3.8wt%、3.9wt%、4wt%中任一具体数值或者是2.5-4wt%范围内的任一数值。本发明中，所述聚合物乳液为质量比为1-1.5:1的醋酸乙烯-乙烯共聚乳液和聚丙烯酸酯乳液的混合物，可以理解的是，其质量比可以为1:1、1.1:1、1.2:1、1.4:1、1.5:1中任一具体数值或者是1-1.5:1范围内的任一数值。本发明中，所述醋酸乙烯-乙烯共聚乳液的固含量为50-55%。本发明中，所述聚丙烯酸酯乳液的固含量为35-40%。令本发明的发明人惊讶的是，特定配比的醋酸乙烯-乙烯共聚乳液和聚丙烯酸酯乳液可以协同提高芯层的抗压强度和粘结强度，原因在于合适比例的醋酸乙烯-乙烯共聚乳液和聚丙烯酸酯乳液共混可以优化水泥浆体的孔结构，有效地改善芯层的力学性能。
19、本发明中，在所述芯层中，所述聚丙烯纤维的添加量为0.2-0.6wt%，可以理解的是，其添加量可以为0.2wt%、0.3wt%、0.4wt%、0.5wt%、0.6wt%中任一具体数值或者是0.2-0.6wt%范围内的任一数值。本发明中，所述聚丙烯纤维的长度为15-20mm，可以理解的是，其长度可以为15mm、16mm、17mm、18mm、19mm、20mm中任一具体数值或者是15-20mm范围内的任一数值；所述纤维直径为100-120μm，可以理解的是，其直径可以为100μm、105μm、110μm、115μm、120μm中任一具体数值或者是100-120μm范围内的任一数值。发明人发现，在芯层组成中加入所述含量和尺寸的聚丙烯纤维能够提高芯层的强度，特别是长期使用后的强度，原因在于所述纤维可以更好地发挥传递载荷的作用，从而改善芯层的力学性能。若纤维加入量过多，极易在水泥浆体中发生团聚，进而降低芯层的力学性能。若纤维的尺寸不合适，长度过长或者过短，纤维传递载荷的作用会急剧下降。
20、本发明中，在所述芯层中，所述保水剂的添加量为2-3wt%，可以理解的是，其添加量可以为2wt%、2.1wt%、2.2wt%、2.3wt%、2.4wt%、2.5wt%、2.6wt%、2.7wt%、2.8wt%、2.9wt%、3wt%中任一具体数值或者是2-3wt%范围内的任一数值。本发明中，所述保水剂为纤维素醚。
21、本发明中，在所述芯层中，所述第二砂粒的平均粒径为0.5-1mm，可以理解的是，其平均粒径可以为0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1mm中任一具体数值或者是0.5-1mm范围内的任一数值。
22、本发明中，所述芯层为空腔结构，所述空腔结构的腔体内填充有橡胶颗粒和第一砂粒。本发明中，所述橡胶颗粒和第一砂粒的质量比为1:1-3，可以理解的是，其质量比可以为1:1、1:1.5、1:2、1:2.5、1:3中任一具体数值或者是1:1-3范围内的任一数值。本发明中，所述橡胶颗粒是由废旧轮胎经过机械破碎后得到的。本发明中，所述橡胶颗粒的平均粒径为0.6-2.5mm，可以理解的是，其平均粒径可以为0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1mm、1.1mm、1.2mm、1.3mm、1.4mm、1.5mm、1.6mm、1.7mm、1.8mm、1.9mm、2mm、2.1mm、2.2mm、2.3mm、2.4mm、2.5mm中任一具体数值或者是0.6-2.5mm范围内的任一数值。本发明中，所述第一砂粒的平均粒径为1-4.5mm，优选为2-4mm。本发明通过选择特定配比的橡胶颗粒和第一沙粒混合，可以最大程度发挥橡胶颗粒的吸能效果，同时保证合适的力学强度。
23、本发明中，所述缓冲吸能层为聚合物泡沫。优选地，所述聚合物泡沫为聚苯乙烯泡沫，所述聚苯乙烯泡沫的原料按重量份包括：聚苯乙烯50-100份、偶联剂3-5份、发泡剂10-20份、增塑剂4-6份、抗氧剂2-4份。本发明中，所述聚合物泡沫的密度优选为0.30-0.35g/cm3，可以理解的是，其密度可以为0.30g/cm3、0.31g/cm3、0.32g/cm3、0.33g/cm3、0.34g/cm3、0.35g/cm3中任一具体数值或者是0.30-0.35g/cm3范围内的任一数值。
24、优选的，所述偶联剂为硅烷偶联剂kh550，所述发泡剂为偶氮二甲酰胺，所述抗氧剂为抗氧剂1010。
25、本发明中，所述阻燃层为聚脲涂层，所述聚脲涂层可以通过在缓冲吸能层外表面喷涂阻燃聚脲涂料。优选地，所述阻燃聚脲涂料包括a组分和b组分，所述a组分的原料按重量份包括：聚醚多元醇40-50份、异氰酸酯40-50份；所述b组分的原料按重量份包括：端氨基聚醚35-50份、胺扩链剂30-40份、阻燃剂20-30份、分散剂0.1-0.5份、消泡剂0.5-1.0份；a组分和b组分的质量比为1:1。本发明中，所述阻燃层的厚度为0.05-0.2mm。
26、优选的，所述聚醚多元醇为r2304聚醚多元醇，所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯；优选的，端氨基聚醚为d-2000端氨基聚醚，所述胺扩链剂为二乙基甲苯二胺，所述阻燃为甲基磷酸二甲酯，所述分散剂为dispers610分散剂，所述消泡剂为jx883消泡剂。
27、根据本发明的另一个方面，还提供一种制备如上所述的吸能水泥隔离墩的制备方法，包括如下步骤：
28、（1）将水、粉煤灰、水泥、第二砂粒、聚合物乳液、聚丙烯纤维和保水剂混合均匀，加入模具中，放置一定时间后脱模，形成具有空腔结构的芯层；
29、（2）将橡胶颗粒和第一砂粒混合均匀，加至所述空腔结构的腔体内，在所述芯层的外表面包覆缓冲吸能层；
30、（3）在所述缓冲吸能层的外表面喷涂阻燃层，即得吸能水泥隔离墩。
31、本发明中，步骤（1）中，将水、粉煤灰、水泥、第二砂粒、聚合物乳液、聚丙烯纤维和保水剂混合均匀，加入模具中，放置一定时间后脱模，形成具有空腔结构的芯层。本发明中，先将粉煤灰、水泥、第二砂粒、聚合物乳液、聚丙烯纤维和保水剂搅拌均匀，然后倒入水中快速搅拌均匀。本发明可以根据实际尺寸需要选择合适的模具。本发明中，放置时间可以为24-26h。优选的，所述具有空腔结构的芯层的顶部设置有填充口，用于步骤（2）中橡胶颗粒和第一砂粒填充至所述空腔结构的腔体内。更优选的，所述填充口的数量为1-5个，所述填充口的直径为10-20mm。
32、本发明中，步骤（2）中，将橡胶颗粒和第一砂粒混合均匀，加至所述空腔结构的腔体内，在所述芯层的外表面包覆缓冲吸能层。本发明中，在所述芯层的外表面包覆缓冲吸能层具体可以为：将发泡剂之外的其它原料混合均匀后，110-120℃下混炼10-15分钟；然后加入发泡剂进行混合均匀，95-100℃下混炼5-7分钟，然后在压力5-7mpa下加压成型，保压10-15min后脱模，将制得的聚苯乙烯泡沫包覆在所述芯层的外表面，形成缓冲吸能层。本发明中，所述缓冲吸能层的厚度为10-20mm。
33、本发明中，步骤（3）中，在所述缓冲吸能层的外表面喷涂阻燃层，即得吸能水泥隔离墩。本发明中可以使用本领域常规喷枪进行喷涂阻燃层，具体为：将a组分和b组分分别从各自独立的进料箱中分别进入流量泵，各自按预先调整好的配比，输送至混合室，在混合室内进行搅拌后，从喷嘴中喷射在所述缓冲吸能层的外表面，在温度为35-50℃下固化后形成阻燃层。本发明中，所述阻燃层的喷涂厚度为0.05-0.2mm。
34、本发明的水泥隔离墩的尺寸参考标准gb/t18046-2008的规定。
35、与现有技术相比，本发明有益技术效果是：
36、（1）本发明通过设计了一种特殊结构的水泥隔离墩，并进一步调控各层中组分的种类及含量，特别是芯层中各组分的种类和含量的选择，使得各组分协同作用，改变了水泥隔离墩的内部微观结构，尤其是优化了孔结构，明显提高了隔离墩的强度及耐久性，使得隔离墩同时具有良好的阻燃、抗压吸能效果。
37、（2）本发明中所述水泥隔离墩的制备方法简单，产品性能稳定，适合大规模生产。
1.一种吸能水泥隔离墩，其特征在于：从内向外依次包括芯层、缓冲吸能层和阻燃层；所述芯层为空腔结构，所述空腔结构的腔体内填充有橡胶颗粒和第一砂粒；其中，所述芯层的原料组成包括水、粉煤灰、水泥、第二砂粒、聚合物乳液、聚丙烯纤维和保水剂，所述水、水泥和第二砂粒的质量比是0.5:0.7-0.8:1；缓冲吸能层为聚合物泡沫，所述缓冲吸能层的原料按重量份包括：聚苯乙烯50-100份、偶联剂3-5份、发泡剂10-20份、增塑剂4-6份、抗氧剂2-4份。
2.根据权利要求1所述的吸能水泥隔离墩，其特征在于：所述偶联剂为硅烷偶联剂kh550，所述发泡剂为偶氮二甲酰胺。
3.根据权利要求1所述的吸能水泥隔离墩，其特征在于：所述阻燃层包括a组分和b组分，所述a组分的原料按重量份包括：聚醚多元醇40-50份、异氰酸酯40-50份；所述b组分的原料按重量份包括：端氨基聚醚35-50份、胺扩链剂30-40份、阻燃剂20-30份、分散剂0.1-0.5份、消泡剂0.5-1.0份；a组分和b组分的质量比为1:1。
4.根据权利要求3所述的吸能水泥隔离墩，其特征在于：所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯，所述胺扩链剂为二乙基甲苯二胺，所述阻燃剂为甲基磷酸二甲酯。
5.根据权利要求1所述的吸能水泥隔离墩，其特征在于，所述橡胶颗粒和第一砂粒的质量比为1:1-3；所述橡胶颗粒的平均粒径为0.6-2.5mm，所述第一砂粒的平均粒径为1-4.5mm。
6.根据权利要求1所述的吸能水泥隔离墩，其特征在于，在所述芯层中，所述粉煤灰的加入量为25-35wt%，所述聚合物乳液的添加量为2.5-4wt%，所述聚丙烯纤维的添加量为0.2-0.6wt%，所述保水剂的添加量为2-3wt%。
7.根据权利要求1或6所述的吸能水泥隔离墩，其特征在于，所述聚合物乳液为质量比为1-1.5:1的醋酸乙烯-乙烯共聚乳液和聚丙烯酸酯乳液的混合物。
8.根据权利要求1或6所述的吸能水泥隔离墩，其特征在于：所述保水剂为纤维素醚。
9.根据权利要求1所述的吸能水泥隔离墩，其特征在于，所述聚丙烯纤维的长度为15-20mm，纤维直径为100-120μm；所述第二砂粒的平均粒径为0.5-1mm。
10.一种权利要求1-9任一项所述吸能水泥隔离墩的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
