CN106242483A

CN106242483A - 用于半刚性基层表面的防水材料及其制备方法

Info

Publication number: CN106242483A
Application number: CN201610633686.7A
Authority: CN
Inventors: 何锐; 郑睢宁; 黄鑫; 邵玉; 张永朋; 陈华鑫; 朱永光
Original assignee: Changan University
Current assignee: Changan University
Priority date: 2016-08-04
Filing date: 2016-08-04
Publication date: 2016-12-21
Anticipated expiration: 2036-08-04
Also published as: CN106242483B

Abstract

本发明公开一种用于半刚性基层表面的防水材料及其制备方法，用于半刚性基层表面的防水材料，以质量分数计包括10％～15％玻璃鳞片，32％～40％硅藻土，9％～12％水玻璃，8～10％矿渣粉，6％～8％氧化石墨烯，4％～6％椰油酰基甲基牛磺酸钠以及2％～3％的聚硅氧烷消泡剂，余量为水。本发明所提供的用于半刚性基层表面的防水材料能渗透进入半刚性基层内部，提高其内部结构的密实性，改善微结构，并在半刚性基层表面形成平整的硬化层，可以有效提高半刚性基层表面的抗渗、抗冲刷性能和水稳定性，从而提高其耐久性，大幅延长路面的使用寿命。

Description

用于半刚性基层表面的防水材料及其制备方法

【技术领域】

本发明属于道路工程领域，涉及一种防水材料，具体涉及一种用于半刚性基层表面的防水材料及其制备方法。

【背景技术】

半刚性基层沥青路面已逐步发展成为我国高等级公路的主要路面结构型式。无机结合料稳定材料由于具有强度高、稳定性好、整体性好以及经济性明显等许多优点而被广泛应用于半刚性基层。但是由于高低温交替、雨水下渗等自然因素以及高速公路重载交通的影响，半刚性基层沥青路面结构的早期破坏问题变得日益严重，主要表现为通车一两年内即出现唧浆、松散和坑洞等现象，大幅缩短沥青路面的服役年限。目前，针对半刚性基层破坏而提出的大修模式往往是“开膛破肚”式，不仅造成交通的严重干扰，还会带来巨大的经济损失。因此，基于半刚性基层沥青路面破坏机理对半刚性基层表面进行防护，对于预防沥青路面的早期破坏并提高路面的使用寿命具有重大意义。

大量研究表明，半刚性基层表面1～2cm深处最易发生水损害。由于材料自身原因或养护施工不当，半刚性基层表面特别容易出现重皮或浮灰现象，清理后残留的小坑在后期极易引起积水和渗流等问题。此外，铺筑沥青面层前基层表面因清扫不彻底而留下的浮土会在渗流浸泡等外界条件下形成泥浆，造成唧泥、板底脱空等病害，严重影响半刚性基层沥青路面的耐久性，而施工过程中不规范的养护和提前开放交通等因素均对半刚性基层的施工质量提出了更高的要求。

为了保证半刚性基层沥青路面的耐久性，目前对半刚性基层防水渗流的处置原则为“少渗、快排”，处置方法主要为改善排水系统和面层材料，即完善路表排水系统，减少路表水在路面上的停留时间从而减少下渗；选用抗渗能力强的面层结构或加铺上封层，从而减少渗水；在路肩内增设排泄渗流的沙砾层，提升路肩的排水能力；优化半刚性基层的设计方案并完善其施工工艺，用透层或下封层加强面层和基层的层间结合面，提高路面结构的抗渗能力和水稳性。可以看出，目前提高半刚性基层水稳定性和耐久性的措施主要在完善路面结构或提高面层材料性能上，而对于半刚性基层结构或材料自身的优化方面研究较少。

所以针对以上技术现状和半刚性基层施工过程中存在的问题，亟需开发出一种防水性能优良、经济实用，并且使用过程中不会对半刚性基层的物理、力学性能带来不利影响的新型半刚性基层表面防水材料。

【发明内容】

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种既具有优异防水性能，同时不会对半刚性基层的物理、力学性能带来不利影响的半刚性基层表面防水材料。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

用于半刚性基层表面的防水材料，以质量分数计包括以下原料：10％～15％玻璃鳞片，32％～40％硅藻土，9％～12％水玻璃，8～10％矿渣粉，6％～8％氧化石墨烯，4％～6％椰油酰基甲基牛磺酸钠以及2％～3％的聚硅氧烷消泡剂，余量为水。

进一步，所述玻璃鳞片选用中碱玻璃鳞片，其片径为0.2～0.4mm，厚度为5±2μm，密度为2.52g/cm³，巴氏硬度为57。

进一步，所述硅藻土呈白色或灰白色，SiO₂的含量大于等于98％，密度为1.9～2.3g/cm³。

进一步，所述水玻璃的模数为2.2～2.8，波美度为35～45。

进一步，所述矿渣粉为S105级矿渣粉，其质量系数大于等于1.85。

进一步，所述氧化石墨烯为琥珀色粉末状，纯度大于等于99％，片径为0.5～10μm，层数为1层，单层率大于等于99％。

进一步，所述椰油酰基甲基牛磺酸钠为白色晶状粉末，纯度大于等于95％，氯化钠含量小于等于3％。

进一步，所述聚硅氧烷消泡剂由聚二甲硅氧烷和二氧化硅以质量比3:1适配而成。

一种防水材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一，将称量好的硅藻土、玻璃鳞片以及椰油酰基甲基牛磺酸钠混合搅拌均匀，得到混合物A，备用；

步骤二，将称量好的氧化石墨烯和矿渣粉以及50％的水混合搅拌均匀，得到混合物B，备用；

步骤三，将称量好的水玻璃和剩余50％质量的水在玻璃杯中充分搅拌均匀，配制成稀溶液C，备用；

步骤四，首先将混合物B加入到混合物A中，在常温下边加入边搅拌，在整个搅拌过程中，搅拌速度保持在50r/min，搅拌2min；接着再将稀溶液C在常温下加入到上述混合物中，在搅拌速度200r/min的条件下搅拌5min；最后加入称量好的聚硅氧烷消泡剂，并在200r/min的条件下持续搅拌3min得到均匀稳定的混合物D，所述的混合物D即为用于半刚性基层表面的防水材料。

进一步，步骤一中将称量好的硅藻土、玻璃鳞片以及椰油酰基甲基牛磺酸钠加入到行星式搅拌锅中，在常温常压100r/min的条件下搅拌5～8min得到均匀的混合物A；

步骤二中将称量好的氧化石墨烯和矿渣粉以及50％的水加入到另一个行星式搅拌锅中，在常温常压100r/min的条件下搅拌3～5min，得到均匀的混合物B。

本发明与现有技术相比，有益的技术效果是：

(Ⅰ)本发明的优势在于由于椰油酰基甲基牛磺酸钠的表面活性作用使制得的防水材料与半刚性基层材料具有良好的相容性，较强的渗透性。在喷洒该材料3～5小时后，该材料可以渗透进入基层3～5cm。又因玻璃鳞片目数较小和表面光滑，半刚性基层表面可以在短时间内形成平整的硬化层，提高半刚性基层表面的平整度。硅藻土、矿渣粉在氧化石墨烯的作用下可以激发半刚性基层的火山灰反应，提高半刚性基层材料的密实度，从而使其具备优异的抗渗、抗冲刷性能，有效提高半刚性基层的水稳定性，防止半刚性基层在早期发生水损害。

(Ⅱ)本发明的用于半刚性基层表面防水材料的制备条件和制备工艺较为简单，在制备半刚性基层表面防水材料时加入椰油酰基甲基牛磺酸钠，大幅度提高了硅藻土和玻璃鳞片之间的相容性。首先将硅藻土和玻璃鳞片以及椰油酰基甲基牛磺酸钠搅拌混合可以形成半刚性基层表面防水材料的骨架结构，之后将氧化石墨烯和矿渣粉以及50％质量的水混合形成混合物B，一方面是为了更好的激发火山灰反应，另一方面使氧化石墨烯和矿渣粉充分混合均匀，利于改善氧化石墨烯和其他材料之间的表面张力。将水玻璃和50％质量的水配制成稀溶液能使水玻璃充分溶解且能充分发挥其粘结作用，提高表面防水材料整体强度。最后，在混合搅拌时引入聚硅氧烷消泡剂，能有效控制半刚性基层材料在体系内产生气泡，使半刚性基层的变得更加致密平整。此制备方法操作简单，工序简易，所有仪器均为实验室内常规仪器，制备过程中充分考虑并利用了各原材料的优点，使得制备的防水材料达到最佳使用效果。

【具体实施方式】

下面结合具体实施方式对本发明做进一步详细描述：

遵从上述技术方案，以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。

实施例1：

本实施例给出一种用于半刚性基层表面的防水材料，以质量分数计，由以下原料组成：10％玻璃鳞片，40％硅藻土，9％水玻璃，10％矿渣粉，6％氧化石墨烯，6％椰油酰基甲基牛磺酸钠，3％的聚硅氧烷消泡剂，余量为16％的水，原材料的重量百分数之和为100％。

玻璃鳞片选用中碱玻璃鳞片，其片径为0.2～0.4mm，厚度为5±2μm，密度为2.52g/cm³，巴氏硬度为57。

硅藻土呈白色或灰白色，SiO₂的含量大于等于98％，密度为1.9～2.3g/cm³。

水玻璃的模数为2.5，波美度为37。

矿渣粉为S105级矿渣粉，其质量系数为1.86。

氧化石墨烯为琥珀色粉末状，纯度大于等于99％，片径为0.5～10μm，层数为1层，单层率大于等于99％。

椰油酰基甲基牛磺酸钠为白色晶状粉末，纯度大于等于95％，氯化钠含量小于等于3％。

聚硅氧烷消泡剂为聚二甲硅氧烷和二氧化硅以质量比3:1适配而成。

水为普通饮用水。

本发明既达到了防水、抗渗和抗冲刷的功效，又改善了半刚性基层的养护效果，经济实用，具有重要的现实意义和工程应用价值。

上述半刚性基层表面的防水材料的制备方法包括以下步骤：

步骤一，将称量好的硅藻土和玻璃鳞片以及椰油酰基甲基牛磺酸钠加入到行星式搅拌锅中，在常温常压100r/min的条件下搅拌5～8min得到均匀的混合物A，备用；

步骤二，将称量好的氧化石墨烯和矿渣粉以及50％的水加入到另一个行星式搅拌锅中，在常温常压100r/min的条件下搅拌3～5min得到均匀的混合物B，备用；

步骤四，首先将混合物B加入到混合物A中，在常温下边加入边搅拌，在整个搅拌过程中，搅拌速度保持在50r/min，搅拌2min；接着再将稀溶液C在常温下加入到上述混合物中，在搅拌速度200r/min的条件下搅拌5min；最后加入称量好的聚硅氧烷消泡剂，并在200r/min的条件下持续搅拌3min得到均匀稳定的混合物D，所述的混合物D即为用于半刚性基层表面的防水材料，编号1#。

实施例2：本实施例给出一种用于半刚性基层表面的防水材料，以质量分数计，由以下原料组成：15％玻璃鳞片，32％硅藻土，12％水玻璃，8％矿渣粉，8％氧化石墨烯，4％椰油酰基甲基牛磺酸钠，2％的聚硅氧烷消泡剂，余量为19％的水，原材料的重量百分数之和为100％。

本实施例中对各原料的要求与实施例1相同。

本实施例的制备方法与实施例1的步骤相同，最后制得用于半刚性基层表面的防水材料，编号2#。

实施例3：

本实施例给出一种用于半刚性基层表面的防水材料，以质量分数计，由以下原料组成：13％玻璃鳞片，35％硅藻土，10％水玻璃，9％矿渣粉，7％氧化石墨烯，5％椰油酰基甲基牛磺酸钠，2.5％的聚硅氧烷消泡剂，余量为18.5％的水，原材料的重量百分数之和为100％。

本实施例中对各原料的要求与实施例1相同。

本实施例的制备方法与实施例1的步骤相同，最后制得用于半刚性基层表面的防水材料，编号3#。

效果分析：

首先采用42.5普通硅酸盐水泥制备水泥稳定碎石半刚性基层材料，其掺量为5％。矿料级配如表1所示。分别成型三批试件，用于无侧限抗压强度测试、渗水性测试和抗冲刷测试。然后取上述制得的1#、2#、3#表面养护材料做室内对比分析。

表1 矿料级配

试验一：分别取三种防水材料，均匀涂抹在第一批水泥稳定碎石试样的表面上，涂抹量为40g/个，然后将试样放入标准养护室养护。待到28d龄期后，取出试样进行无侧限抗压强度测试。无侧限抗压强度计算结果如表2所示。

表2 试样28d无侧限抗压强度

编号	1	2	3	无涂抹
					强度(MPa)	9.25	9.87	10.14	8.92

试验二：分别取三种防水材料，均匀涂抹在第二批水泥稳定碎石试样的表面上，涂抹量为40g/个，然后将试样放入标准养护室养护。待到28d龄期后取出，待表面干燥后，在试件侧面滚涂一层熔化的密封材料；然后立即在螺旋加压器上压人经过烘箱或电炉预热过的试模中，使试件底面和试模底平齐。待试模变冷后，即可解除压力，装在渗水仪上进行试验。渗水仪的上面加上施压装置，在试件的下方放上接水容器，水压控制恒定为0.8MPa±0.05MPa，加上水压的同时开始记录时间(精确至1min)，并观察水从试件下流出的时间。若试件透水，记录24h内流出水的量；若试件不透水，24h后停止试验，取出试件。根据透水性试验结果，计算出试样的渗水系数如表3所示。

表3 试样渗水系数

编号	1	2	3	无涂抹
					渗水系数(mL/min)	3.37	2.95	3.48	4.92

试验三：分别取三种防水材料，均匀涂抹在第三批水泥稳定碎石试样的表面上，涂抹量为40g/个，然后将试样放入标准养护室养护。待到28d龄期后取出，称其质量。把准备好的试件放人冲刷桶内。用夹具将试件固定于冲刷桶的底面，然后将装有试件的冲刷桶牢固地安置在试验机上。向冲刷桶中注人清水。调整好试验机的施力状态，冲击力峰值为0.5MPa，冲刷频率为10Hz，冲刷时间为30min，冲刷完成后，将冲刷桶从试验机底板上卸下，把桶中混浊的水连同冲刷物小心地倒入金属盆中进行沉淀。冲刷物沉淀12h后，将盆中上部的清水小心地倒出，剩下的沉淀物放入烘箱中烘干，然后称其质量，得到30min的累计冲刷量，计算出试样的冲刷质量损失结果如表4所示。

表4 试件冲刷质量损失

编号	1	2	3	无涂抹
					冲刷质量损失(g)	69.5	60.1	65.7	108.6

注：上述试验一、试验二和试验三的测试方法和技术指标参照规范JTG E51－2009《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》进行。

从试验一、试验二和试验三可以看出，涂抹该表面防水材料的半刚性基层试件与不涂抹防水材料的相比，28d无侧限抗压强度最大增长了1.19MPa即13.3％，说明该防水材料对半刚性基层材料表面有一定的增强作用；渗水系数最大降低了1.97mL/min即40.0％，说明一定时间内透过试件的水分急剧减少，试件的抗渗性能得到显著提高；半刚性基层的冲刷质量损失最大降低了47.4g即44.1％，表明该防水材料涂抹于半刚性基层后，由于表面得以强化减少了试件冲刷后的质量损失，有效提高了试件的抗冲刷性能。

综合以上测试结果可以得出，本发明的用于半刚性基层表面的防水材料材料制作工艺简单，不仅可以提高半刚性基层的抗渗、抗冲刷性能，效果优良，对其强度也有所改善，提高半刚性基层的工程质量和耐久性。以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims

1.用于半刚性基层表面的防水材料，其特征在于以质量分数计包括以下原料：10％～15％玻璃鳞片，32％～40％硅藻土，9％～12％水玻璃，8～10％矿渣粉，6％～8％氧化石墨烯，4％～6％椰油酰基甲基牛磺酸钠以及2％～3％的聚硅氧烷消泡剂，余量为水。

2.根据权利要求1所述的用于半刚性基层表面的防水材料，其特征在于：所述玻璃鳞片选用中碱玻璃鳞片，其片径为0.2～0.4mm，厚度为5±2μm，密度为2.52g/cm³，巴氏硬度为57。

3.根据权利要求1所述的用于半刚性基层表面的防水材料，其特征在于：所述硅藻土呈白色或灰白色，SiO₂的含量大于等于98％，密度为1.9～2.3g/cm³。

4.根据权利要求1所述的用于半刚性基层表面的防水材料，其特征在于：所述水玻璃的模数为2.2～2.8，波美度为35～45。

5.根据权利要求1所述的用于半刚性基层表面的防水材料，其特征在于：所述矿渣粉为S105级矿渣粉，其质量系数大于等于1.85。

6.根据权利要求1所述的用于半刚性基层表面的防水材料，其特征在于：所述氧化石墨烯为琥珀色粉末状，纯度大于等于99％，片径为0.5～10μm，层数为1层，单层率大于等于99％。

7.根据权利要求1所述的用于半刚性基层表面的防水材料，其特征在于：所述椰油酰基甲基牛磺酸钠为白色晶状粉末，纯度大于等于95％，氯化钠含量小于等于3％。

8.根据权利要求1所述的用于半刚性基层表面的防水材料，其特征在于：所述聚硅氧烷消泡剂由聚二甲硅氧烷和二氧化硅以质量比3:1适配而成。

9.根据权利要求1所述的用于半刚性基层表面的防水材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的防水材料的制备方法，其特征在于：

步骤一中将称量好的硅藻土、玻璃鳞片以及椰油酰基甲基牛磺酸钠加入到行星式搅拌锅中，在常温常压100r/min的条件下搅拌5～8min得到均匀的混合物A；

步骤二中将称量好的氧化石墨烯和矿渣粉以及50％的水加入到另一个行星式搅拌锅中，在常温常压100r/min的条件下搅拌3～5min得到均匀的混合物B。