CN103803845B - 建筑工程防渗砌块用凝固剂、防渗砌块及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种建筑工程防渗砌块用凝固剂，包括由特定质量分数配比组成的甲基硅酸钠溶液、氢氧化钙、氟硅酸钠、甲基纤维素、烯丙基磺酸钠、无水乙醚、聚乙酸乙烯酯、甲基丙烯酸、聚丙烯酰胺和水，制备时先将甲基硅酸钠溶液等组分混合，经加热、保温后得到复合预聚体；再将无水乙醚等成分混合得混合溶液；将水与聚丙烯酰胺混合得乳化溶液；将混合溶液添加到复合预聚体中得中间产物；将乳化溶液添加到中间产物内得到凝固剂。本发明还公开了一种由土壤、碎石料、水泥和本发明凝固剂经混合、压制成型、养护后得到的建筑工程用防渗砌块及其制备方法，本发明的凝固剂具有配方简单、成本低、制作方便等优点，可显著提高砌块的防渗性和力学性能。

Description

建筑工程防渗砌块用凝固剂、防渗砌块及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种建筑用凝固剂、建筑砌块及其制备方法，尤其涉及一种建筑防渗用凝固剂、防渗砌块及其制备工艺。

背景技术

传统的湖、渠堤坝等水利建筑工程的防渗材料一般都是采用水泥沙石，需要清除处理的废弃土壤量很大，产生的搬运费用显著提升，同时工程对水泥的要求量也显著增加，大量水泥的使用不仅对环境保护不利，而且需要耗费大量资源，施工周期长；特别是随着原材料价格、人工成本的不断上涨，以及水利建筑工程项目（特别是人工湿地建设项目）的不断增加，这迫切要求本领域技术人员提出一种既经济环保、又快速高效的施工方案或者施工材料，从而协调环境保护与工程建设之间日益突出的矛盾。

从目前已有的建筑工程施工方案来看，一般都是就地将开挖的土壤制成免烧砖，或者将开挖的土壤与水泥、粉煤灰等胶凝材料混合后制成免烧砖，或是将开挖的土壤、水泥及粉状的固化剂混合后压制成免烧砖，这种就地取材的施工方式确实在一定程度上提高了建筑工程的施工效率，减小了施工成本，但是已有的工程实践表明，现有就地制取的免烧砖在产品的抗压强度、抗剪能力及防冻效果上都不尽如人意，尤其是对水利防渗加固工程而言，这些免烧砖的防渗效果还远远达不到工程防渗指标的要求，这便大大限制了现有免烧砖的应用范围。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种配方简单、成本低、可显著提高砌块防渗性和力学性能的建筑工程防渗砌块用凝固剂，还提供一种可就地取材、成本低、资源节约、绿色环保、防渗性和力学强度都显著提升的建筑工程防渗砌块，并相应提供一种步骤简单、施工方便的该凝固剂及防渗砌块的制备工艺。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种建筑工程防渗砌块用凝固剂，其主要由以下质量分数的原料组分混合配制而成：

上述本发明的凝固剂中，甲基硅酸钠属于一种新型刚性建筑防水材料，具有良好的渗透结晶性，其分子结构中的硅醇基与硅酸盐材料中的硅醇基反应脱水交联，从而实现“反毛细管效应”形成优异的憎水层，具有微膨胀、增加密实度功能；其不仅具有优良的抗渗性，而且可使防渗砌块中的骨料成分保持稳定的粘结强度，还可用于调节泥浆粘度和密度。而氟硅酸钠不仅可以起到凝固效果，而且与建筑工程材料混合后还具有一定的助溶和吸湿作用；甲基纤维素在热水中会迅速分散、溶胀，降温后迅速溶解，具有优良的分散性、粘接性和增稠性；烯丙基磺酸钠则能起到对防渗砌块骨料的减水和增强效果；再配合聚乙酸乙烯酯的胶粘性及耐碱性，以及聚丙烯酰胺的乳化作用，本发明的凝固剂真正实现了上述各种组分的优势互补、协同增效，最后获得的组合物在应用于防渗砌块的制备后，对防渗砌块的防渗性能、力学性能的提升，起到了很好的效果。

上述的建筑工程防渗砌块用凝固剂中，优选的，所述甲基纤维素是以水溶液形式作为组分配制，且该水溶液中甲基纤维素的质量分数不超过2%。

上述的建筑工程防渗砌块用凝固剂中，优选的，所述甲基硅酸钠溶液是硅酮含量为18%、固含量≥30%的溶液。

作为一个总的技术构思，本发明还提供一种建筑工程防渗砌块用凝固剂的制备方法，包括以下步骤：

制备复合预聚体：将30～50质量份的甲基硅酸钠溶液、4～8质量份的氢氧化钙、4～8质量份的氟硅酸钠、1～2质量份的甲基纤维素和1～3质量份的烯丙基磺酸钠混合，经缓慢加热、分阶段保温后得到液态的复合预聚体；

制备混合溶液：将8～12质量份的无水乙醚、8～12质量份的聚乙酸乙烯酯乳液和4～8质量份的甲基丙烯酸混合，充分搅拌均匀，得混合溶液；

制备乳化溶液：将15～20质量份的水与1～3质量份的聚丙烯酰胺混合，并在室温下充分搅拌均匀得乳化溶液；

将上述制备得到的混合溶液快速添加（快速添加优选是指5min～8min内添加完毕）到上述制得的复合预聚体中，迅速搅拌均匀，并通水冷却得中间产物；最后将上述制得的乳化溶液添加到中间产物内，再充分搅拌混匀，得到建筑工程防渗砌块用凝固剂。

上述的制备方法中，优选的，所述制备复合预聚体的步骤中，所述缓慢加热、分阶段保温是指先加热至60℃～70℃，保温1.2h～1.5h，然后在0.5h内升至95℃～105℃，再保温2.5h～3.5h。

作为一个总的技术构思，本发明还提供一种建筑工程用防渗砌块，所述防渗砌块主要由土壤、碎石料、水泥和上述的凝固剂经混合、压制成型、养护后得到；其中，土壤、碎石料、水泥三者的质量配比范围为70～90：10～20：2～8；所述凝固剂的用量为土壤、碎石料、水泥的混合总质量的0.02%～0.1%。

上述的建筑工程用防渗砌块，优选的，所述防渗砌块中还添加有占土壤、碎石料、水泥的混合总质量0.1%～0.5%的玻璃纤维短切丝或生物秸秆碎料。上述的建筑工程用防渗砌块中还可添加有10%～30%的工业废弃物，所述工业废弃物包括粉煤灰、炉渣、矿渣、电石泥、煤矸石与建筑废弃物中一种或多种。

作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述建筑工程用防渗砌块的制备方法，包括以下步骤：

（1）将建筑工程现场开挖的土壤摊铺晒干，再将晒干后的土壤用粉碎机粉碎，然后将碎石料（或就地取用风化土石）、水泥（例如普通325）和粉碎后的土壤输送到搅拌机中，使其拌匀；

（2）将所述凝固剂用水稀释，然后使用设在上述搅拌机旁的喷雾装置均匀喷施在搅拌机内的混合料中；凝固剂的用量为土壤、碎石料、水泥的混合总质量的0.02%～0.1%；

（3）再向上述搅拌机内的混合料中添加玻璃纤维短切丝或生物秸秆碎料，玻璃纤维短切丝或生物秸秆碎料的用量占土壤、碎石料、水泥的混合总质量的0.1%～0.5%；再次搅拌均匀；

（4）将上述步骤（3）后的混合料送入压制成型装置进行压制成型，最后经常温养护得到建筑工程用防渗砌块。

上述的制备方法中，优选的，所述碎石料的粒度控制在5mm～10mm，玻璃纤维短切丝或生物秸秆碎料的长度控制在5mm～15mm。

上述的制备方法中，优选的，所述常温养护的时间为7～10天。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明的凝固剂不同于其他现有使用的粉状固化剂，本发明的凝固剂综合了有机硅防水剂、高分子胶凝剂等优点，同时辅之以乳化剂、减水剂、增稠剂、表面活性剂等助剂，使得本发明的凝固剂不仅具有良好的固结效果，而且固结后性能持久稳定，制成的防渗砌块不仅强度高、填充致密，而且防水、抗渗性能优越；

2、本发明的凝固剂不仅仅是适用于单纯以砂石料作为骨料的防渗砌块，更重要的是，还可在防渗砌块的原料中增加土壤、粘土等成分，制造大体积的防渗砌块，使得建筑工程中开挖的土壤可以得到充分利用，减小搬运成本；

3、本发明的防渗砌块中可进一步添加玻璃纤维短切丝或生物秸秆碎料，不仅可以增强防渗砌块骨料间的连结作用，而且可以提到防渗砌块的韧性、强度和抗剪能力；

4、本发明凝固剂及防渗砌块的生产配制工艺简单，使用现有常规的搅拌装置、压制成型设备及移动式成套机械设备即可生产，自动化程度高，操作简单，易于实施，通过采用400吨的压制成型设备即可一次成型；

5、本发明制造的防渗砌块由于是免烧、压力成型，且自然养护，故节省能源，不会对大气环境造成污染，制成的砌块产品具有密实度大、内部致密、颗粒稳定、持久性好、防冻抗热涨能力强等特点；甚至在砌块中还可掺入高达30%的工业废弃物（如：粉煤灰、炉渣、矿渣、电石泥、煤矸石与建筑废弃物等），在废弃资源利用和环境保护方面具有重要意义。

6、本发明制造的防渗砌块在湖渠道防渗方面，传统的湖渠防渗方式一般都是采用水泥沙石，清除的废弃土壤很大，产生的搬运费用随之增大，同时工程所需的水泥要求量大，大量的水泥使用对环保不利，防渗砖凝结剂及相关技术就可以使用施工现场的开挖的土壤，利用车载式动成型设备就地制作，成本低廉并未湖渠低成本防渗提供了一个有力的解决方案。

总的来说，本发明制作的防渗砌块相比传统采用的水泥砂石料进行防渗的成本低50%以上，且防渗效果不低于30年，不受天气条件限制，施工方便，还可大大缩短项目施工周期，对今后建筑工程业的可持续发展具有重要意义。

附图说明：

图1为本发明实施例中现场加工制作的建筑工程用防渗砌块的外观照片。

图2为本发明实施例中现场加工制作的建筑工程用防渗砌块的外观放大照片。

图3为本发明实施例中制作的建筑工程用防渗砌块在建筑工程应用前的堆砌照片。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。

除有特别说明，本发明中用到的各种试剂、原料均为可以从市场上购买的商品或者可以通过公知的方法制得的产品。

实施例：

一种本发明的建筑工程防渗砌块用凝固剂，该凝固剂主要由以下质量分数的原料组分混合配制而成：

上述的甲基纤维素是以水溶液形式作为组分配制，且该水溶液中甲基纤维素的质量分数为2%。上述的甲基硅酸钠溶液是选用的硅酮含量为18%、固含量≥30%的溶液。

上述本实施例的建筑工程防渗砌块用凝固剂的制备方法，具体包括以下步骤：

制备复合预聚体：在一强制反应釜中将100质量份的甲基硅酸钠溶液（硅酮含量为18%、固含量≥30%）、12.5质量份的氢氧化钙、12.5质量份的氟硅酸钠（Na₂SiF₆）、5质量份的甲基纤维素和5质量份的烯丙基磺酸钠混合，经缓慢加热升温至70℃，在70℃条件下保温1.2h～1.5h，然后在0.5h内升至100℃，再在98℃～102℃温度下保温3h左右，最后通过回流冷凝器冷却至30℃～40℃，得到液态的复合预聚体；

制备混合溶液：在一容器中依次将25质量份的无水乙醚、25质量份的聚乙酸乙烯酯乳液和12.5质量份的甲基丙烯酸混合，使用液体搅拌装置对该混合液缓慢搅拌，使混合液充分搅拌均匀，搅拌混合30min后得混合溶液备用；

制备乳化溶液：在另一容器中将50质量份的水与2.5质量份的聚丙烯酰胺混合，并在室温下进行高速搅拌，充分混匀，20min～30min后得乳化溶液备用；

将上述制备得到的混合溶液快速添加（5min～8min内添加完毕）到上述制得的复合预聚体中，并迅速搅拌10min～15min，通水冷却后得中间产物；最后将上述制得的乳化溶液添加到中间产物内，使用高速混合搅拌机在室温下均匀混合（15min～30min），得到建筑工程防渗砌块用的凝固剂。

本实施例还提供一种如图1～图3所示本发明建筑工程用防渗砌块，该防渗砌块主要由土壤、碎石料、水泥和上述本实施例的凝固剂经混合、压制成型、养护后得到；其中，土壤、碎石料、水泥三者的质量配比范围为80：15：5；该凝固剂的用量为土壤、碎石料、水泥的混合总质量的0.04%。该防渗砌块中还添加有占土壤、碎石料、水泥的混合总质量0.3%的玻璃纤维短切丝（或生物秸秆碎料）。

上述本实施例的建筑工程用防渗砌块的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）将建筑工程现场开挖的土壤摊铺晒干，再将晒干后的土壤用粉碎机粉碎，然后将10质量份碎石料（碎石料的粒度控制在5mm～10mm）、5质量份水泥（普通325）和粉碎后的75质量份土壤输送到搅拌机中（很显然，此处1质量份与本实施例凝固剂配制中1质量份所表示的具体质量不同），使其拌匀；

（2）将本实施例中上述配制的凝固剂用水稀释，然后使用设在上述步骤（1）中搅拌机旁的喷雾装置均匀喷施在搅拌机内的混合料中；凝固剂的用量为土壤、碎石料、水泥的混合总质量的0.04%；

（3）再向上述搅拌机内的混合料中添加玻璃纤维短切丝（长度控制在5mm～15mm），玻璃纤维短切丝或生物秸秆碎料的用量占土壤、碎石料、水泥的混合总质量的0.3%；再次搅拌均匀（3min～5min即可）；

（4）将上述步骤（3）后的混合料送入压制成型装置进行压制成型，成型砖的表面要略见湿润；脱模后使用机械手将成型的防渗砌块半成品搬运至养护区；最后经常温（25℃）自然养护（保湿10天，养护湿度＜75%）得到如图1、图2所示的建筑工程用防渗砌块。

对本实施例制得的建筑工程用防渗砌块进行强度测试，其强度均在10PMa以上，抗压强度达15.7Mpa，防水检测显示渗透系数为小于1ml/min，属密实不透水。

Claims (9)

1.一种建筑工程防渗砌块用凝固剂的制备方法，包括以下步骤：

制备复合预聚体：将30～50质量份的甲基硅酸钠溶液、4～8质量份的氢氧化钙、4～8质量份的氟硅酸钠、1～2质量份的甲基纤维素和1～3质量份的烯丙基磺酸钠混合，经缓慢加热、分阶段保温后得到液态的复合预聚体；

制备混合溶液：将8～12质量份的无水乙醚、8～12质量份的聚乙酸乙烯酯和4～8质量份的甲基丙烯酸混合，充分搅拌均匀，得混合溶液；

制备乳化溶液：将15～20质量份的水与1～3质量份的聚丙烯酰胺混合，并在室温下充分搅拌均匀得乳化溶液；

将上述制备得到的混合溶液快速添加到上述制得的复合预聚体中，迅速搅拌均匀，并通水冷却得中间产物；最后将上述制得的乳化溶液添加到中间产物内，再充分搅拌混匀，得到建筑工程防渗砌块用凝固剂。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述制备复合预聚体的步骤中，所述缓慢加热、分阶段保温是指先加热至60℃～70℃，保温1.2h～1.5h，然后在0.5h内升至95℃～105℃，再保温2.5h～3.5h。

3.一种建筑工程用防渗砌块，其特征在于：所述防渗砌块主要由土壤、碎石料、水泥和凝固剂经混合、压制成型、养护后得到；其中，土壤、碎石料、水泥三者的质量配比范围为70~90：10~20：2~8；所述凝固剂的用量为土壤、碎石料、水泥的混合总质量的0.02%～0.1%；

所述凝固剂主要由以下质量分数的原料组分混合配制而成：

甲基硅酸钠溶液30%～50%；

氢氧化钙4%～8%；

氟硅酸钠4%～8%；

甲基纤维素1%～2%；

烯丙基磺酸钠1%～3%；

无水乙醚8%～12%；

聚乙酸乙烯酯8%～12%；

甲基丙烯酸4%～8%；

聚丙烯酰胺1%～3%；

水15%～30%。

4.根据权利要求3所述的建筑工程防渗砌块，其特征在于：所述甲基纤维素是以水溶液形式作为组分配制，且该水溶液中甲基纤维素的质量分数不超过2%。

5.根据权利要求3所述的建筑工程防渗砌块，其特征在于：所述甲基硅酸钠溶液是硅酮含量为18%、固含量≥30%的溶液。

6.根据权利要求3、4或5所述的建筑工程用防渗砌块，其特征在于：所述防渗砌块中还添加有占土壤、碎石料、水泥的混合总质量0.1%～0.5%的玻璃纤维短切丝或生物秸秆碎料；所述防渗砌块中还添加有10%～30%的工业废弃物，所述工业废弃物包括粉煤灰、炉渣、矿渣、电石泥、煤矸石与建筑废弃物中一种或多种。

7.一种如权利要求3～5中任一项所述建筑工程用防渗砌块的制备方法，包括以下步骤：

（1）将建筑工程现场开挖的土壤摊铺晒干，再将晒干后的土壤用粉碎机粉碎，然后将碎石料、水泥和粉碎后的土壤输送到搅拌机中，使其拌匀；

（2）将所述凝固剂用水稀释，然后使用设在上述搅拌机旁的喷雾装置均匀喷施在搅拌机内的混合料中；凝固剂的用量为土壤、碎石料、水泥的混合总质量的0.02%～0.1%；

（3）再向上述搅拌机内的混合料中添加玻璃纤维短切丝或生物秸秆碎料，玻璃纤维短切丝或生物秸秆碎料的用量占土壤、碎石料、水泥的混合总质量的0.1%～0.5%；再次搅拌均匀；

（4）将上述步骤（3）后的混合料送入压制成型装置进行压制成型，最后经常温养护得到建筑工程用防渗砌块。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述碎石料的粒度控制在5mm～10mm，玻璃纤维短切丝或生物秸秆碎料的长度控制在5mm～15mm。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述常温养护的时间为7～10天。