一种基于纳米效应的岩土材料性能提高方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于岩土工程与新材料交叉领域，特别涉及一种基于纳米效应的岩土材料性能提高方法及装置，适用于土木工程等的建筑材料及其使用。
【背景技术】
[0002]发展新型建筑材料是解决资源利用与环境保护的有效途径，也是岩土工程与新材料领域的前沿课题之一。建筑材料要求具有强度高、耐久性好、适应性广、使用功能好等特征，以水泥、混凝土、钢筋混凝土、砖等为代表的主要建筑材料改进已经取得了一定进展与成果。但是，目前，水泥、混凝土、钢筋混凝土、砖等建筑材料生产加工、构筑成型等过程中严重损耗了资源、严重破坏了生态环境、造成了大量污染，且强度、耐久性等基本性能仍难以满足工程需要，难以可循环利用，成本高。同时，基坑、地基、基础、隧道、边坡等几乎所有工程施工过程中会产生大量的无用岩土体，这些岩土体的开挖、运输与堆放不仅破坏生态环境、难以有效控制，也会极大的提升工程成本。这些自然岩土材料的无用主要因为其强度低、耐久性差、难以通过砌筑达到相关功能要求，从而造成浪费与损耗。而自然岩土材料具有可结性、可筑性、可重复使用性且分布广、易于获取等特征，并具有一定强度和耐久性，使得这些自然岩土材料拥有巨大的潜在可改造空间，可望形成无损无害的新型建筑材料。因此，利用自然岩土材料的可结性、可筑性、可重复使用性及其自身强度与耐久性，发明一种基于纳米效应的岩土材料性能提高方法及装置，解决目前水泥、混凝土、钢筋混凝土、砖等建筑材料的损耗大、破坏生态环境突出、污染重、控制难、成本高等问题；同时可较现有上述建筑材料进一步提升强度、耐久性、循环利用性等性能，对寻求替代现有高损耗高污染的建筑材料，具有十分重要的科学意义和实际应用价值。
【发明内容】
[0003]本发明的目是，针对水泥、混凝土、钢筋混凝土、砖等建筑材料的损耗大、破坏生态环境突出、污染重、控制难、成本高、难循环利用等问题，提供一种利用自身及其纳米效应提高岩土材料性能方法及装置，实现建筑材料的节约、环保、低成本、可循环利用。
[0004]本发明涉及的一种基于纳米效应的岩土材料性能提高方法，利用自然岩土材料的可结性、可筑性、可重复使用性及其自身强度与耐久性，首先将自然岩土体采集放入岩土材料收集分选系统，初步分选出易纳米化与难纳米化的岩土材料。接着将易纳米化岩土材料输送到岩土材料纳米化系统，利用高压粉碎等纳米材料制备技术，根据不同强度需求将岩土材料的纳米化，形成颗粒直径小于岩石微空隙的纳米岩土材料，用于颗粒联接致密成型；再结合二次分选将剩余的难纳米化的岩土土材料的再次分离；同时，将初步分选与二次分选出的难纳米化的岩土材料输送到高强岩土材料成型系统，利用高磨压技术，根据不同工程实际需求使难纳米化的高强岩土材料制备成所需类型，用于加强致密成型材料的性能。然后，根据工程对材料性能需求，将上述二者产生的纳米岩土材料、高强岩土成型材料分别输送到岩土材料高熵电/磁混合系统中，利用电/磁作用、翻转振动等使纳米岩土材料与高强岩土成型材料充分混合，从而降低纳米岩土材料的有序性，提高其熵值。而后通过岩土材料高熵传输系统，将混合岩土材料的传输与供给到工程指定位置，并在传输过程中通过旋转/振动进一步提高混合岩土材料熵值。最后，根据工程需求制作成各种形式的模板，在工程指定位置进行拼装联接成混合岩土材料致密成型系统;根据纳米颗粒间的范德华力等相互作用机制与效应，利用热压等纳米材料致密化技术，结合工程需求将混合岩土材料致密与成型，即将纳米材料颗粒联接致密成整体，也使纳米材料颗粒进入高强岩土材料的微空隙并外延相互联接，以让整个混合岩土材料成为整体，实现岩土材料性能的提升，用于建造各种工程。此外，由于岩土材料经过纳米化、致密化处理，其抗拉、抗压、抗剪等强度、耐久性等性能指标远远高于其自然状态，并可根据不同需求便捷快速的进行工程建造，以寻求替代现有高损耗高污染的建筑材料。
[0005]本发明涉及的一种基于纳米效应的岩土材料性能提高装置，由岩土材料收集分选系统、岩土材料纳米化系统、高强岩土材料成型系统、岩土材料高熵电/磁混合系统、混合岩土材料高熵传输系统、混合岩土材料致密成型系统组成。
[0006]1、岩土材料收集分选系统
[0007]岩土材料收集分选系统由岩土材料输入接口、材料一次分选器、易纳米化岩土材料输出控制器、易纳米化岩土材料输出接口、高强岩土材料输出控制器、高强岩土材料输出接口等组成，可实现岩土材料收集，实现易纳米化、难纳米化的岩土材料的初步分选与输出及其控制。
[0008]2、岩土材料纳米化系统
[0009]岩土材料纳米化系统由岩土材料输入接口、纳米材料制备器、材料二次分选器、纳米材料输出控制器、纳米材料输出接口、高强材料输出控制器、高强材料输出接口等组成，可实现根据不同强度需求将岩土材料的纳米化，实现不同强度需求条件下可纳米化与难纳米化的岩土土材料的分离。
[0010]3、高强岩土材料成型系统
[0011]高强岩土材料成型系统由高强岩土材料输入接口、高强岩土材料接收接口、高强岩土材料成型器、高强成型材料输出控制器、高强成型材料输出接口等组成，可实现根据需求使难纳米化的高强岩土材料制备成所需类型，实现不同需求条件下高强成型材料输出量的控制。
[0012]4、岩土材料高熵电/磁混合系统
[0013]岩土材料高熵电/磁混合系统由纳米材料输入接口、高强成型材料输入接口、岩土材料综合混合器、电/磁发生与控制器、混合岩土材料输出控制器、混合岩土材料输出接口等组成，可实现纳米岩土材料、高强岩土成型材料的混合，实现纳米岩土材料有序性的降低、熵值的提高。
[0014]5、混合岩土材料高熵传输系统
[0015]岩土材料高熵传输系统由混合岩土材料输入接口、混合岩土材料收集器、混合岩土材料传输通道、振动/旋转控制器、高熵混合岩土材料输出控制器、高熵混合岩土材料输出接口等组成，可实现混合岩土材料的传输与供给，实现混合岩土材料熵值的进一步提高。
[0016]6、混合岩土材料致密成型系统
[0017]混合岩土材料致密成型系统由热量控制器、压力控制器、上施压模板、侧施压模板、底施压模板、内嵌热压器等组成，可实现不同需求条件下混合岩土材料的致密与成型，实现岩土材料性能的提升。
[0018]本发明具有以下优点:
[0019]1、能够实现将自然岩土材料转化为可满足不同工程需求的建筑材料。
[0020]2、能够实现不同需求条件下岩土材料强度、耐久性等性能的快速提升。
[0021]3、能够实现建筑用材料的节约、环保、低成本、可循环利用。
[0022]4、能够实现不同需求条件下预制或现场便捷建造的任意形状结构物。
[0023]5、能够实现不同需求条件下土木工程等建造期限的大幅缩短。
[0024]6、本方法及装置稳定性高、连续性高、可控性强、节能、效率高、成本低、结构简单、操作方便，对技术操作人员没有很强的技术要求。
【附图说明】
[0025]图1是本发明装置的整体组成结构示意图。
[0026]其中:
[0027]A.岩土材料收集分选系统:Al.岩土材料输入接口 ；A2.材料一次分选器;A3.易纳米化岩土材料输出控制器;A4.易纳米化岩土材料输出接口；A5.高强岩土材料输出控制器；A6.高强岩土材料输出接口。
[0028]B.岩土材料纳米化系统:B1.岩土材料输入接口； B2.纳米材料制备器;B3.材料二次分选器;B4.纳米材料输出控制器;B5.纳米材料输出接口； B6.高强材料输出控制器;B7.高强材料输出接口。
[0029]C.高强岩土材料成型系统:Cl.高强岩土材料输入接口 ；C2.高强岩土材料接收接口；C3.高强岩土材料成型器;C4.高强成型材料输出控制器;C5.高强成型材料输出接口。
[0030]D.岩土材料高熵电/磁混合系统:Dl.纳米材料输入接口； D2.高强成型材料输入接口；D3.岩土材料综合混合器;D4.电/磁发生与控制器;D5.混合岩土材料输出控制器;D6.混合岩土材料输出接口。
[0031 ] E.混合岩土材料高熵传输系