本發(fā)明涉及工程建材，具體涉及一種仿石井蓋及其制造方法。

背景技術(shù)：

1、在在市政工程設(shè)施中，井蓋作為城市道路、排水系統(tǒng)及地下管線的重要覆蓋構(gòu)件，其力學(xué)性能與耐久性直接關(guān)系到公共安全與維護(hù)成本。傳統(tǒng)井蓋多采用普通混凝土或鑄鐵材質(zhì)，普通混凝土井蓋因抗壓強(qiáng)度低(通?！?0mpa)、易開裂及耐腐蝕性差，長(zhǎng)期暴露于潮濕、凍融及化學(xué)侵蝕環(huán)境中易出現(xiàn)表面剝落、鋼筋銹蝕等問題，導(dǎo)致承載力急劇下降；鑄鐵井蓋雖具有較高強(qiáng)度，但自重過大、易被盜且與城市景觀協(xié)調(diào)性差，尤其在仿石紋理需求日益提升的現(xiàn)代市政建設(shè)中，其單一色澤與工業(yè)質(zhì)感難以滿足美觀性要求。

2、現(xiàn)有技術(shù)中，雖然部分改進(jìn)方案嘗試通過添加鋼纖維或優(yōu)化混凝土配比提升井蓋強(qiáng)度，但其聚焦于面層噴涂工藝，未解決井蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中安裝精度低、維護(hù)困難的核心問題。傳統(tǒng)井蓋的金屬外框與內(nèi)槽多采用垂直嵌套結(jié)構(gòu)，檢修時(shí)需多點(diǎn)同步提拉或借助重型設(shè)備，操作效率低下且易因受力不均導(dǎo)致結(jié)構(gòu)損傷。此外，常規(guī)井蓋的仿石面層多依賴涂料或貼片工藝，存在易褪色、耐磨性不足及與基層粘結(jié)力弱等問題，難以承受高頻車輛碾壓及極端氣候條件。

3、因此，亟需一種新型井蓋結(jié)構(gòu)及制備方法，能夠在提升井蓋的承重能力的同時(shí)便于拆卸維護(hù)，并且解決傳統(tǒng)井蓋與城市景觀不協(xié)調(diào)、易污染的技術(shù)瓶頸。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：現(xiàn)有井蓋存在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度低、安裝精度差、維護(hù)困難且與城市景觀協(xié)調(diào)性不足的問題。

2、(二)技術(shù)方案

3、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種仿石井蓋，主要用于石質(zhì)路面井口的封閉，包括：金屬外框，固定預(yù)埋于井口處，包括環(huán)狀外邊框及支撐部，所述支撐部與所述環(huán)狀外邊框底部固定連接，并向井口中心延伸預(yù)設(shè)的距離，形成與井口尺寸匹配的通道開口；

4、金屬內(nèi)槽，嵌套于所述外框結(jié)構(gòu)內(nèi)，包括與所述環(huán)狀外邊框幾何匹配的內(nèi)邊框及封閉所述內(nèi)邊框底部的承載板，所述承載板與所述支撐部上表面搭接形成支撐界面；金屬內(nèi)槽與支撐部搭接形成的支撐界面均勻分散載荷，避免局部應(yīng)力集中，保障井蓋在高頻車輛碾壓下的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。同時(shí)，金屬外框與金屬內(nèi)槽的幾何適配結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)快速定位安裝，減少尺寸偏差；支撐部向井口中心延伸形成的通道開口，與承載板搭接形成的支撐界面，使金屬內(nèi)槽可定向提拉脫離，簡(jiǎn)化檢修流程，降低維護(hù)過程中的結(jié)構(gòu)損傷風(fēng)險(xiǎn)。

5、復(fù)合承力層，填充于所述金屬內(nèi)槽的容納腔體內(nèi)，包括纖維增強(qiáng)的基體材料及與所述金屬內(nèi)槽內(nèi)壁固定連接的鋼筋骨架；金屬外框與金屬內(nèi)槽的嵌套式幾何匹配設(shè)計(jì)，結(jié)合復(fù)合承力層中的纖維增強(qiáng)基體材料及鋼筋骨架，形成多級(jí)受力體系，大幅提高井蓋的抗壓、抗剪及抗沖擊性能。

6、仿石面層，覆蓋于所述復(fù)合承力層表面，外表面與所述金屬內(nèi)槽頂部齊平，仿石面層與復(fù)合承力層一體化成型，表面與金屬內(nèi)槽頂部齊平，確保井蓋與路面無縫銜接；仿石面層通過模壓工藝形成天然石材紋理，實(shí)現(xiàn)高仿真視覺效果，且表面無接縫、無色差，顯著提升與周邊環(huán)境的協(xié)調(diào)性。

7、根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述復(fù)合承力層的纖維增強(qiáng)基體材料為鋼纖維增強(qiáng)混凝土，按質(zhì)量份計(jì)包括：

8、膠凝材料：硅酸鹽水泥800-850份、粉煤灰35-45份、礦粉190-210份、硅灰130-140份；骨料：粒徑1.25-0.63mm的石英砂550-650份、粒徑0.63-0.315mm的石英砂90-110份、粒徑0.315-0.16mm的石英砂190-210份；

9、鋼纖維：直徑0.15-0.25mm、長(zhǎng)度12-15mm、長(zhǎng)徑比50-70、抗拉強(qiáng)度≥2000mpa的鋼纖維4-6份；

10、外加劑：聚羧酸減水劑5-8份；

11、其中，所述膠凝材料的水膠比為0.16-0.20，所述鋼纖維經(jīng)表面改性劑處理并以三維亂向分散于基體中。

12、通過鋼纖維增強(qiáng)混凝土配比及三維亂向分散技術(shù)，進(jìn)一步優(yōu)化材料性能。膠凝材料中硅酸鹽水泥、粉煤灰、礦粉與硅灰的協(xié)同作用顯著提升基體密實(shí)度與耐久性；三級(jí)連續(xù)級(jí)配石英砂形成致密骨料堆積體系，配合超低水膠比(0.16-0.20)及聚羧酸減水劑，實(shí)現(xiàn)漿料流動(dòng)性與抗壓強(qiáng)度的提高。經(jīng)表面改性的微細(xì)鋼纖維以三維亂向分散于基體中，與鋼筋骨架形成多尺度增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)，大幅抑制裂縫擴(kuò)展并提升抗沖擊性，使井蓋在極端載荷下仍保持結(jié)構(gòu)完整性，同時(shí)減少因材料脆性導(dǎo)致的安裝破損風(fēng)險(xiǎn)。

13、進(jìn)一步地，所述膠凝材料中還摻入氧化石墨烯，摻量為硅酸鹽水泥質(zhì)量的0.03％-0.1％，且氧化石墨烯與鋼纖維的質(zhì)量比為1:50至1:30；

14、所述膠凝材料的質(zhì)量配比為：硅酸鹽水泥:硅灰:氧化石墨烯＝100:15:0.05；

15、所述氧化石墨烯經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑表面改性后，通過超聲波震蕩分散于混凝土漿體中。

16、通過氧化石墨烯改性技術(shù)，復(fù)合承力層在極端低溫環(huán)境下的性能得到顯著優(yōu)化。氧化石墨烯以硅酸鹽水泥質(zhì)量的0.03％-0.1％精準(zhǔn)摻入，并與鋼纖維形成協(xié)同增強(qiáng)機(jī)制(質(zhì)量比1:50至1:30)，通過硅烷偶聯(lián)劑表面改性及超聲波分散工藝，確保其在膠凝體系中均勻分布并緊密包覆鋼纖維表面。氧化石墨烯的二維片層結(jié)構(gòu)有效填充水泥基體微孔隙，降低孔隙率并抑制凍融循環(huán)下的微裂紋萌生；同時(shí)，其與硅灰的協(xié)同作用增強(qiáng)基體界面過渡區(qū)強(qiáng)度，提升材料在-40℃環(huán)境中的抗裂性與抗凍性。經(jīng)此改性的uhpc基體兼具高韌性與低溫穩(wěn)定性，可滿足高寒地區(qū)井蓋對(duì)極端溫度沖擊的抗性需求，填補(bǔ)傳統(tǒng)uhpc材料在低溫脆性方面的不足。

17、根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述仿石面層的原料包括：

18、白水泥：強(qiáng)度等級(jí)不低于p·w?42.5，占所述仿石面層總質(zhì)量的30％-50％；

19、連續(xù)級(jí)配石英砂：由粒徑0.425-0.85mm的第一級(jí)配砂與粒徑0.18-0.425mm的第二級(jí)配砂組成，二者質(zhì)量比為(3:7)至(7:3)，占所述仿石面層總質(zhì)量的50％-70％，形成致密基體結(jié)構(gòu)；

20、無機(jī)顏料：占所述白水泥質(zhì)量的0.5％-2％；

21、所述仿石面層表面通過模壓成型工藝形成仿天然石材紋理。

22、仿石面層采用高強(qiáng)度白水泥與連續(xù)級(jí)配石英砂復(fù)合體系，通過優(yōu)化原料配比與成型工藝實(shí)現(xiàn)高仿真與高耐久性。無機(jī)顏料以白水泥質(zhì)量的精準(zhǔn)摻入，通過分子級(jí)均勻分散實(shí)現(xiàn)色彩穩(wěn)定性，長(zhǎng)期暴露于紫外線環(huán)境下無明顯褪色。模壓成型工藝直接復(fù)刻天然石材紋理，且消除人工拼接接縫，表面與基層無縫粘接，有效避免面層剝離風(fēng)險(xiǎn)，顯著提升井蓋美觀性及環(huán)境融合度。

23、進(jìn)一步地，所述仿石面層表面還設(shè)有納米二氧化鈦(tio2)光催化涂層，所述光催化涂層的厚度為10-20μm，且包含以下組成：

24、納米二氧化鈦顆粒：粒徑10-50nm，占涂層材料總質(zhì)量的3％-8％；

25、無機(jī)粘結(jié)劑：硅溶膠或鋁溶膠，占涂層材料總質(zhì)量的15％-25％；

26、分散劑：聚丙烯酸鈉，占涂層材料總質(zhì)量的0.1％-0.5％；

27、所述納米二氧化鈦顆粒經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑表面改性，并以均勻分散狀態(tài)嵌入涂層中。

28、通過材料配比與工藝優(yōu)化實(shí)現(xiàn)自清潔與抗污染功能。納米二氧化鈦顆粒經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑表面改性后與硅溶膠/鋁溶膠形成穩(wěn)定結(jié)合體系，聚丙烯酸鈉分散劑確保顆粒均勻分散。該涂層在自然光或紫外線照射下激發(fā)強(qiáng)氧化活性，可分解表面附著的有機(jī)污染物，顯著減少污漬沉積。同時(shí)，納米顆粒的嵌入提升涂層硬度與耐磨性，且無機(jī)粘結(jié)體系耐候性優(yōu)異，長(zhǎng)期暴露于濕熱、酸雨環(huán)境下無粉化脫落現(xiàn)象，保障井蓋表面長(zhǎng)期潔凈美觀，降低維護(hù)頻次。

29、根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述金屬外框的外邊框由兩對(duì)相對(duì)設(shè)置的圍合板構(gòu)成，其中第一對(duì)相對(duì)設(shè)置的圍合板呈傾斜狀態(tài)，與所述支撐界面形成相同傾斜角度的幾何適配關(guān)系；第二對(duì)相對(duì)設(shè)置的圍合板保持豎直狀態(tài)；

30、所述金屬內(nèi)槽的內(nèi)邊框形狀與所述外邊框的傾斜適配關(guān)系匹配，使得所述內(nèi)槽沿所述第一對(duì)圍合板對(duì)向方向的豎直截面呈菱形輪廓；

31、所述支撐部沿金屬外框底部周向延伸，且位于所述第一對(duì)圍合板中向內(nèi)傾斜的圍合板的一端設(shè)有支撐部的偏轉(zhuǎn)缺口，所述偏轉(zhuǎn)缺口的尺寸配置為允許所述金屬內(nèi)槽在另一端被提拉時(shí)繞所述偏轉(zhuǎn)缺口邊緣產(chǎn)生定向偏轉(zhuǎn)，從而使所述金屬內(nèi)槽的銳角端部分嵌入支撐界面內(nèi)以完成金屬內(nèi)槽的脫離動(dòng)作。

32、金屬外框與內(nèi)槽的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)通過幾何適配與定向偏轉(zhuǎn)機(jī)制，大幅簡(jiǎn)化井蓋維護(hù)時(shí)的內(nèi)槽取放操作。外邊框的兩對(duì)圍合板中，第一對(duì)傾斜設(shè)置并與支撐界面形成適配角度，第二對(duì)保持豎直，配合內(nèi)槽的菱形輪廓設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)快速對(duì)位安裝，避免傳統(tǒng)垂直嵌套結(jié)構(gòu)的定位偏差。維護(hù)時(shí)，通過提拉內(nèi)槽一端，其銳角端受支撐部偏轉(zhuǎn)缺口引導(dǎo)，繞缺口邊緣定向偏轉(zhuǎn)，使銳角端嵌入支撐界面并脫離搭接面，僅需單側(cè)提拉即可完成內(nèi)槽拆卸。從而突破傳統(tǒng)多點(diǎn)提拉的限制，減少操作步驟及工具依賴，降低提拉過程中因受力不均導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)變形或邊緣破損風(fēng)險(xiǎn)，提升維護(hù)效率與安全性。

33、根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述支撐部包括與所述外邊框固定連接的托板，所述托板上設(shè)有搭接槽；

34、所述金屬外框還包括至少一根承載橫梁，所述承載橫梁可拆卸的搭接于所述搭接槽，且所述承載橫梁的承載面與所述托板的承載面持平。

35、支撐部與承載橫梁的協(xié)同設(shè)計(jì)顯著提升井蓋的承載穩(wěn)定性與檢修便捷性。托板與搭接槽的精密配合確保承載橫梁可快速安裝或拆卸，其承載面與托板持平，實(shí)現(xiàn)載荷均勻傳遞，減少局部應(yīng)力集中，避免井蓋在高頻碾壓下變形或開裂。檢修時(shí)，僅需移除承載橫梁即可解除內(nèi)槽約束，直接開放井口，無需復(fù)雜工具或破壞性操作，簡(jiǎn)化維護(hù)流程并縮短作業(yè)時(shí)間。模塊化設(shè)計(jì)還支持根據(jù)井口實(shí)際荷載需求靈活調(diào)整橫梁數(shù)量，適配不同工況，兼顧結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與維護(hù)效率，顯著降低施工成本與長(zhǎng)期運(yùn)維難度。

36、進(jìn)一步地，至少一根所述承載橫梁設(shè)置于所述偏轉(zhuǎn)缺口的邊緣處，且頂部偏轉(zhuǎn)缺口的一側(cè)呈弧面設(shè)置，形成所述金屬內(nèi)槽執(zhí)行脫離動(dòng)作時(shí)與所述承載板抵接的抵接面。

37、通過承載橫梁的弧面抵接面的設(shè)置，進(jìn)一步優(yōu)化金屬內(nèi)槽脫離過程的平順性與結(jié)構(gòu)可靠性。橫梁設(shè)置于偏轉(zhuǎn)缺口邊緣處，其頂部弧面與金屬內(nèi)槽承載板形成滑動(dòng)接觸界面，在提拉脫離時(shí)引導(dǎo)內(nèi)槽沿預(yù)定軌跡偏轉(zhuǎn)，減少摩擦阻力及接觸應(yīng)力集中?；∶嬖O(shè)計(jì)同步分散提拉過程中的瞬時(shí)沖擊載荷，避免棱角接觸導(dǎo)致的邊緣磨損或變形，延長(zhǎng)金屬內(nèi)槽與外框的使用壽命。

38、根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述外邊框與所述內(nèi)邊框分別設(shè)有相互配合的限位槽與限位凸起，外邊框與內(nèi)邊框的限位槽與限位凸起設(shè)計(jì)顯著提升井蓋安裝精度與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。限位凸起與限位槽的幾何適配確保金屬內(nèi)槽與外框快速精準(zhǔn)對(duì)位，避免因錯(cuò)位導(dǎo)致的局部應(yīng)力集中或密封失效。該限位機(jī)制同步約束內(nèi)槽在車輛碾壓或震動(dòng)環(huán)境下的橫向位移，防止長(zhǎng)期使用中因微動(dòng)磨損引發(fā)的結(jié)構(gòu)松動(dòng)。此外，限位結(jié)構(gòu)在維護(hù)拆卸后復(fù)位時(shí)提供明確導(dǎo)向，保障重復(fù)安裝的一致性，降低人工校準(zhǔn)難度，提升施工效率與井蓋整體可靠性。

39、本發(fā)明還提供了一種仿石井蓋制備方法，用于制造上述任一項(xiàng)所述的仿石井蓋，步驟如下：

40、s1:將纖維增強(qiáng)基體材料的膠凝組分、級(jí)配骨料及增強(qiáng)纖維投入高速攪拌機(jī)中混合攪拌，形成流動(dòng)度滿足澆筑要求的漿料；

41、s2:將所述漿料澆筑至金屬內(nèi)槽的容置腔體內(nèi)，通過內(nèi)部與外部協(xié)同振搗使?jié){料密實(shí)成型；

42、s3:對(duì)成型后的基層進(jìn)行初步溫控養(yǎng)護(hù)；

43、在基層表面澆筑仿石面層漿料，并通過振搗工藝使面層漿料均勻分布；

44、s4:對(duì)井蓋依次進(jìn)行蒸汽養(yǎng)護(hù)和自然養(yǎng)護(hù)，以控制水化反應(yīng)進(jìn)程并穩(wěn)定材料性能；

45、s5:對(duì)養(yǎng)護(hù)后的井蓋表面進(jìn)行多階段研磨處理，包括粗磨、精磨及拋光，以獲得預(yù)定表面粗糙度與光澤度。

46、該制備方法通過優(yōu)化材料處理與成型工藝，實(shí)現(xiàn)仿石井蓋的高效生產(chǎn)與性能可控。高速攪拌工藝確保膠凝材料、級(jí)配骨料及鋼纖維的充分分散與均勻混合，漿料流動(dòng)度滿足復(fù)雜腔體澆筑需求。內(nèi)部(插入式振搗棒)與外部(附著式振搗器)協(xié)同振搗使基體密實(shí)度提升，孔隙率減少，顯著提升抗壓強(qiáng)度與抗?jié)B性。分層澆筑結(jié)合溫控養(yǎng)護(hù)保障基層與仿石面層的界面粘結(jié)強(qiáng)度，避免層間剝離。階梯式養(yǎng)護(hù)精準(zhǔn)控制水化進(jìn)程，材料抗壓強(qiáng)度提升，且收縮率減少。多階段研磨工藝使表面粗糙度降低的同時(shí)光澤度提升，同時(shí)保留仿石紋理細(xì)節(jié)，實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度、高仿真與高耐久性井蓋的批量化穩(wěn)定生產(chǎn)。

47、(三)本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明通過金屬外框與金屬內(nèi)槽的幾何適配嵌套結(jié)構(gòu)及復(fù)合承力層與仿石面層的一體化設(shè)計(jì)，顯著提升井蓋的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和安裝精度，同時(shí)優(yōu)化維護(hù)便捷性與城市景觀協(xié)調(diào)性。金屬外框的支撐部與金屬內(nèi)槽的承載板形成均勻受力的支撐界面，有效分散載荷并避免應(yīng)力集中，保障高承載穩(wěn)定性；嵌套式結(jié)構(gòu)結(jié)合定向提拉脫離設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化檢修操作并降低維護(hù)損傷風(fēng)險(xiǎn)。仿石面層與井蓋表面無縫銜接，通過模壓工藝實(shí)現(xiàn)高仿真石材紋理，確保視覺統(tǒng)一性，且無接縫、無色差，大幅增強(qiáng)與城市環(huán)境的融合度。此外，纖維增強(qiáng)基體與鋼筋骨架協(xié)同抑制裂紋擴(kuò)展，結(jié)合防銹密封設(shè)計(jì)，全面提升井蓋在惡劣環(huán)境下的耐久性與抗腐蝕性能。