CN109231936B - 一种自流平防水砂浆及其制备方法和应用 - Google Patents

一种自流平防水砂浆及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种自流平防水砂浆，该自流平防水砂浆具有流动性大、结构致密防水、耐久性优异等特点。按照质量份数计，所述自流平防水砂浆包含水泥20～30份、矿物掺和料2～10份、砂40～60份、矿物填料5～15份、减水剂0.05～0.3份、消泡剂0.002～0.015份、稳定剂0.002～0.06份、聚合物乳液1～5份、水性环氧树脂乳液0.1～0.3份、固化剂0.1～0.3份、水4～10份。本发明还提供所述自流平防水砂浆的制备方法及其在铁路混凝土桥梁桥面的线间防水体系中的应用。

Description

一种自流平防水砂浆及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及防水建筑材料技术领域，具体涉及一种流动性大、结构致密、防水、耐久性优异的自流平防水砂浆及其制备方法和应用。
背景技术
铁路混凝土桥梁桥面防水体系是提高桥梁结构耐久性的重要技术手段。既有桥梁如果由于桥面防水失效会造成桥面板渗水、钢筋锈蚀，直接影响到桥梁的使用寿命和列车的行车安全。
我国铁路混凝土桥梁桥面的线间防水体系(即桥面上下行铁轨之间的防水体系)都采用先铺设防水卷材层，然后浇注一定厚度(10cm左右)的混凝土作为保护层。目前高速无砟轨道仍然采用“防水卷材+保护层”这种防水体系。例如中国发明专利申请“用于严寒地区高速铁路桥面防水封闭体系及其施工方法”(公开号CN108149569A，公开日2018年1月25日)公开了一种用于严寒地区高速铁路桥面的线间防水体系，包括防水卷材层和纤维混凝土保护层。
铁路高速化之前，由于全路网都采用有砟轨道，保护层上面覆盖道砟，整个铁路混凝土桥梁桥面的防水层在使用过程中的状态如何，一直没有得到关注。但是铁路高速化和无砟化之后，在东北严寒地区个别局部路段仅仅两三年就已经出现了混凝土保护层粉化、掉块、拱起等病害。这样不仅影响行车安全，而且对下部结构起不到防水作用，导致桥梁出现漏水、墩台腐蚀松动、墩台不稳定等问题。分析可能的原因有：(1)混凝土保护层施工后，没有养护到位，在初期固化时造成微裂纹，在运营一段时间后，出现粉化等病害；(2)该保护层混凝土组分中的纤维，虽具有抗形变、抗裂等优点，但东北地区冬季低温时间长，冬雪覆盖下多次冻融循环，纤维形成的界面形成了新的水通道，反而增加了冻融破坏。
发明内容
针对以上问题，本发明的目的是提供一种自流平防水砂浆。该自流平防水砂浆具有流动性大、结构致密防水、耐久性优异等特点，特别适合严寒地区铁路混凝土桥梁桥面的线间防水体系。
为了实现上述技术效果，本发明采用了如下的技术方案：
一种自流平防水砂浆，按照质量份数计，包含水泥20～30份、矿物掺和料2～10份、砂40～60份、矿物填料5～15份、减水剂0.05～0.3份、消泡剂0.002～0.015份、稳定剂0.002～0.06份、聚合物乳液1～5份、水性环氧树脂乳液0.1～0.3份、固化剂0.1～0.3份、水4～10份。
优选地，所述自流平防水砂浆，按质量份数计，包含水泥20～25份、矿物掺和料5～10份、砂40～50份、矿物填料5～12份、减水剂0.1～0.3份、消泡剂0.005～0.01份、稳定剂0.005～0.05份、聚合物乳液2～5份、水性环氧树脂乳液0.1～0.2份、固化剂0.1～0.2份、水4～9份。
优选地，所述水泥包括快硬硫酸铝盐水泥。
还优选地，所述水泥还包括选自普通硅酸盐水泥、硅酸盐水泥和高铝水泥中的一种或多种。
优选地，所述矿物掺和料选自粉煤灰、矿渣粉、硅灰中一种或多种。
优选地，所述砂选自河砂、海砂、山砂和机制硅砂中的一种或多种；所述砂的细度模数为0.9～1.4，含泥量或石粉含量小于1％重量。
优选地，所述矿物填料选自磨细碳酸钙粉、重钙粉和200～400目白云石粉中的一种或多种。
优选地，所述减水剂选自萘系和聚羧酸类中的一种或多种。
优选地，所述消泡剂选自有机磷酸酯、有机硅树脂、改性有机硅树脂和二氧化硅与有机硅树脂配合物中的一种或多种。
优选地，所述稳定剂选自羟丙基甲基纤维素醚、羟乙基甲基纤维素醚、甲基纤维素醚中的一种或多种。
更优选地，所述稳定剂为羟丙基甲基纤维素醚，粘度100000mPa·s左右。
优选地，所述聚合物乳液选自丁苯乳液、羧基丁苯乳液、苯丙乳液、改性丙烯酸树脂乳液、乙烯/醋酸乙烯共聚物乳液和氯丁乳液中一种或多种。
更优选地，所述聚合物为改性丙烯酸树脂乳液。
优选地，所述水性环氧树脂乳液选自AB-EP-51、AB-EP-44、DDR331、GEM02、GEM03和EB300中的一种或多种。
优选地，所述固化剂选自AB-HGT、AB-HGA、GCA01、EA-31和JL-16中的一种或多种。
本发明还有一个目的在于提供所述自流平防水砂浆的制备方法，包括如下步骤：
A.向搅拌机内依次加入所述质量份的聚合物乳液、水、消泡剂、减水剂、水性环氧树脂乳液、固化剂并搅拌混匀，搅拌速度为20～40rpm；
B.加入所述质量份的砂并搅拌混匀，搅拌速度为60～80rpm；
C.再依次加入所述质量份的水泥、矿物掺和料、矿物填料、稳定剂并搅拌混匀，搅拌速度为100～140rpm；
D.再以100～140rpm的搅拌速度搅拌3～5分钟，然后将搅拌速度调整为20～40rpm继续搅拌1分钟，即得；
或
A'.将所述质量份的水泥、砂、矿物掺和料、矿物填料、稳定剂混合均匀，得到干粉；
B'.将所述质量份的聚合物乳液、水、消泡剂、减水剂、水性环氧树脂乳液、固化剂依次加入砂浆搅拌机内，慢速搅拌，搅拌速度为20～40rpm；
C'.加入步骤A'制备得到的干料，快速搅拌3～5分钟，搅拌速度为100～140rpm，然后将搅拌速度调整为20～40rpm继续搅拌1分钟，即得。
本发明的另一个目的在于提供上述自流平防水砂浆在铁路混凝土桥梁桥面的线间防水体系中的应用；尤其是在严寒地区铁路混凝土桥梁桥面的线间防水体系中的应用。
优选地，本发明所述应用，包括如下步骤：
I.铁路混凝土桥梁桥面线间防水卷材表面清理干净后，喷洒1～3遍界面剂，充分润湿表面；
II.按照本发明前述制备方法现场搅拌制备本发明所述自流平防水砂浆，灌注，至砂浆厚度达到5±1cm；
III.待砂浆终凝后，立即在砂浆表面喷洒养护剂至全部覆盖。
优选地，所述界面剂选自异丁基三乙氧基硅烷、异丁烯三乙氧基硅烷、异辛基三乙氧基硅烷中的一种或两种。
优选地，所述养护剂选自环氧改性苯丙乳液、阴离子苯丙乳液、丙烯酸乳液中的一种或多种。
本发明的目的是针对目前无砟轨道混凝土桥面的线间防水体系，提供一种流动性大、结构致密防水、耐久性优异的自流平防水砂浆，施工厚度大约5±1cm，仅为传统线间防水体系混凝土保护层厚度的一半。
在本发明所述自流平防水砂浆中，所述水泥选自普通硅酸盐水泥、硅酸盐水泥、高铝水泥、快硬硫铝酸盐水泥中的中的一种或多种。所述矿物掺和料对砂浆起到改善性能和节约费用的作用。所述砂选自河砂、海砂、山砂和机制硅砂中的一种或多种；所述砂的细度模数为0.9～1.4，含泥量或石粉含量小于1％重量。
所述矿物填料选自磨细碳酸钙粉、重钙粉和白云石粉(200-400目)中的一种或多种。所述减水剂能使砂浆在低水灰比下达到大流动度，并能有效降低流动度损失。所述消泡剂减少小气泡，有助于获得优质表面。所述稳定剂可以克服自流平砂浆中水分的蒸发及基层的吸水，有助于延长开放时间；同时通过增稠作用防止离析和沉降，有助于形成更均匀的结构，从而提高黏结强度，形成光滑细腻的表面。但用量超过某一范围，砂浆会出现流动度损失较大的问题，影响流平时间。所述聚合物乳液可改善砂浆的韧性、拉伸粘接强度、耐磨性，提高抗裂性。所述双组分水性环氧树脂，可以调节砂浆凝结时间，提高砂浆的强度、抗渗和耐酸碱盐等性能。
综上所述，根据使用特点和施工要求，本发明优选水泥和矿物掺和料为复合胶凝组分，砂和矿物填料为粗细配合的集料；聚合物提高砂浆的韧性和耐水性；消泡剂能消除内部以及表面的气泡，从而得到致密的表面；稳定剂提高砂浆的保水性，初期吸收的水随着水泥的逐渐水化，后期会向砂浆补充一定的水；双组分水性环氧树脂，可以调节砂浆凝结时间，提高砂浆的强度、抗渗和耐酸碱盐等性能。上述组分协同作用，使本发明所述砂浆结构致密无表面裂纹，具有优异的防水性和综合性能。
本发明提供的界面剂，为异丁基三乙氧基硅烷、异丁烯三乙氧基硅烷和异辛基三乙氧基硅烷中的一种或两种。界面剂的使用增加了卷材与砂浆的粘接力，实现一体化防水。
砂浆终凝后，喷洒乳液型养护剂，能够在表面形成一层连续的隔膜，固化后牢牢地附着在砂浆表面，大幅度降低水分从砂浆表面蒸发损失，水泥水化更完全，避免早期收缩导致的表面裂纹，提高砂浆凝固后的防水性能。此外，所述养护剂还有优异的耐候性、高强度、耐水性、耐腐蚀、附着力强等优点。本发明优选的养护剂，克服了常用养护剂的缺陷，如无机养护剂成膜效果不好，保水率低；聚合物单体树脂型养护剂成膜封闭性差，附着力低，不耐冲洗等缺点，而且常选用有机溶剂作为分散相，毒性和挥发性太大不能满足目前环保要求；石蜡基养护剂耐磨性差，成膜易脆、易开裂。
总之，本发明提供的所述自流平水泥砂浆在高速铁路混凝土桥梁桥面线间防水体系中的应用及应用方法，从多个方面尝试克服现有技术中存在的混凝土保护层容易开裂、粉化的问题，从而增强对铁路桥梁的保护，提高列车行车的安全性，延长维修间隔，节约铁路维护成本。
具体实施方式
以下参照具体的实施例来说明本发明。本领域技术人员能够理解，这些实施例仅用于说明本发明，其不以任何方式限制本发明的范围。
下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的原料、试剂材料等，如无特殊说明，均为市售购买产品。其中部分原材料的来源情况为：
实施例1：一种自流平防水砂浆
本实施例所述自流平防水砂浆的原料组成，见表1；通过如下方法制备：
A.向搅拌机内依次加入所述质量份的聚合物乳液、水、消泡剂、减水剂、水性环氧树脂乳液、固化剂并搅拌混匀，搅拌速度为20～40rpm；
B.加入所述质量份的砂并搅拌混匀，搅拌速度为60～80rpm；
C.再依次加入所述质量份的水泥、矿物掺和料、矿物填料、稳定剂并搅拌混匀，搅拌速度为100～140rpm；
D.再以100～140rpm的搅拌速度搅拌3～5分钟，然后将搅拌速度调整为20～40rpm继续搅拌1分钟，即得。
实施例2：一种自流平防水砂浆
本实施例所述自流平防水砂浆的原料组成，见表1；通过如下方法制备：
A.将所述质量份的水泥、砂、矿物掺和料、矿物填料、稳定剂混合均匀，得到干粉；
B.将所述质量份的聚合物乳液、水、消泡剂、减水剂、水性环氧树脂乳液、固化剂依次加入砂浆搅拌机内，慢速搅拌，搅拌速度为20～40rpm；
C.加入步骤A'制备得到的干料，快速搅拌3～5分钟，搅拌速度为100～140rpm，然后将搅拌速度调整为20～40rpm继续搅拌1分钟，即得。
实施例3：一种自流平防水砂浆
本实施例所述自流平防水砂浆的原料组成，见表1；按照实施例1相同的方法和步骤制备得到本实施例所述自流平防水砂浆。
对比例1：一种砂浆
对比例1的所述砂浆的原料组成，见表1；按照实施例1相同的方法和步骤制备得到。
表1各实施例和对比例的砂浆原料配比(其中1份＝1kg)
实施例1 实施例2 实施例3 对比例1
42.5硅酸盐水泥 20 / 20 /
42.5普通硅酸盐水泥 / 20 / 20
42.5快硬硫铝酸盐水泥 5 4 7 /
粉煤灰 3 3 7 /
矿渣粉 2 / / /
硅灰 / 3 / 6
机制砂 45 50 40 50
白云石粉(200～400目) 10 / / /
磨细碳酸钙粉 / 10 10 /
聚羧酸减水剂 0.2 0.2 0.1 0.4
有机硅消泡剂 0.006 0.007 0.008 0.009
羟丙基甲基纤维素醚 0.05 0.02 0.03 0.04
改性丙烯酸乳液 4 / 5 /
苯丙乳液 / 2 / 6
水性环氧树脂乳液AB-EP-51 0.20 /
水性环氧树脂乳液GEM02 / 0.17 /
水性环氧树脂乳液EB-300 / / 0.15
固化剂AB-HGT 0.11 /
固化剂JL-16 / 0.15 /
固化剂EA-31 / / 0.10
水 7 7 6 8
测试例：各实施例和对比例的砂浆性能测定
参照JC/T985-2005《地面用水泥基自流平砂浆》收载的方法，对实施例1-3和对比例制备得到的砂浆分别进行性能测定，测定结果见表2。
表2各实施例和对比例的砂浆性能
Figure GDA0003149514610000061
Figure GDA0003149514610000071
a：实施例1-3的砂浆表面喷洒养护剂环氧改性苯丙乳液，对比例1的砂浆表面没有喷洒养护剂。
从表2的数据可以看出：本发明实施例与对比例相比，在原料组成上有快硬硫铝酸盐水泥、水性环氧树脂、聚合物乳液等复合使用，制得的砂浆初始流动度与对比例相当，但是20min后的流动度明显高于对比例，说明本发明的砂浆流动性大，灌注后能够实现自流平。本发明的砂浆还有优异的抗冻性能，且结构致密，收缩率极小，防水性能好。另外，砂浆表面喷覆养护剂，能够有效提高其抗冲击开裂性。因此，本发明提供的自流平防水砂浆完全适于作为铁路混凝土桥梁桥面的线间防水体系的混凝土保护层，尤其适用于严寒地区。本发明的自流平防水砂浆应用于高速无砟铁路混凝土桥梁桥面的线间防水体系，将有助于延长线间防水体系的使用寿命，减少维护成本，保证列车行程安全。
总之，以上对本发明具体实施方式的描述并不限制本发明，本领域技术人员可以根据本发明作出各种改变或变形，只要不脱离本发明的精神，均应属于本发明所附权利要求的范围。

Claims (9)

1.一种用于严寒地区铁路混凝土桥梁桥面的线间防水体系的自流平防水砂浆，按照质量份数计，组成为42.5硅酸盐水泥20份，42.5快硬硫铝酸盐水泥5份，粉煤灰3份，矿渣粉2份，机制砂45份，200~400目白云石粉10份，聚羧酸减水剂0.2份，有机硅消泡剂0.006份，羟丙基甲基纤维素醚0.05份，改性丙烯酸乳液4份，水性环氧树脂乳液0.2份，固化剂0.11份，水7份；
其中，所述水性环氧树脂乳液是水性环氧树脂乳液AB-EP-51；所述固化剂是AB-HGT。
2.一种用于严寒地区铁路混凝土桥梁桥面的线间防水体系的自流平防水砂浆，按照质量份数计，组成为42.5普通硅酸盐水泥20份，42.5快硬硫铝酸盐水泥4份，粉煤灰3份，硅灰3份，机制砂50份，磨细碳酸钙粉10份，聚羧酸减水剂0.2份，有机硅消泡剂0.007份，羟丙基甲基纤维素醚0.02份，苯丙乳液2份，水性环氧树脂乳液0.17份，固化剂0.15份，水7份；
其中，所述水性环氧树脂乳液是水性环氧树脂乳液GEM02；所述固化剂是JL-16。
3.一种用于严寒地区铁路混凝土桥梁桥面的线间防水体系的自流平防水砂浆，按照质量份数计，组成为42.5硅酸盐水泥20份，42.5快硬硫铝酸盐水泥7份，粉煤灰7份，机制砂40份，磨细碳酸钙粉10份，聚羧酸减水剂0.1份，有机硅消泡剂0.008份，羟丙基甲基纤维素醚0.03份，改性丙烯酸乳液5份，水性环氧树脂乳液0.15份，固化剂0.10份，水6份；
其中，所述水性环氧树脂乳液是水性环氧树脂乳液EB-300；所述固化剂是EA-31。
4.权利要求1至3中任一项所述的自流平防水砂浆的制备方法，包括如下步骤：
A. 向搅拌机内依次加入所述质量份的聚合物乳液、水、消泡剂、减水剂、水性环氧树脂乳液、固化剂并搅拌混匀，搅拌速度为20~40rpm；
B. 加入所述质量份的砂并搅拌混匀，搅拌速度为60~80rpm；
C. 再依次加入所述质量份的水泥、矿物掺和料、矿物填料、稳定剂并搅拌混匀，搅拌速度为100~140rpm；
D. 再以100~140rpm的搅拌速度搅拌3~5分钟，然后将搅拌速度调整为20~40rpm继续搅拌1分钟，即得；
或
A' .将所述质量份的水泥、砂、矿物掺和料、矿物填料、稳定剂混合均匀，得到干粉；
B'. 将所述质量份的聚合物乳液、水、消泡剂、减水剂、水性环氧树脂乳液、固化剂依次加入砂浆搅拌机内，慢速搅拌，搅拌速度为20~40rpm；
C' . 加入步骤A'制备得到的干料，快速搅拌3~5分钟，搅拌速度为100~140rpm，然后将搅拌速度调整为20~40rpm继续搅拌1分钟，即得。
5.权利要求1至3中任一项所述的自流平防水砂浆或者根据权利要求4所述的制备方法制备得到的自流平防水砂浆在铁路混凝土桥梁桥面的线间防水体系中的应用；所述应用为所述自流平防水砂浆作为铁路混凝土桥梁桥面的线间防水体系的混凝土保护层。
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述应用是指在严寒地区铁路混凝土桥梁桥面的线间防水体系中的应用。
7.根据权利要求5或6所述的应用，其特征在于，包括如下步骤：
I. 铁路混凝土桥梁桥面线间防水卷材表面清理干净后，喷洒1~3遍界面剂，充分润湿表面；
II．按照权利要求4所述制备方法现场搅拌制备所述自流平防水砂浆，灌注，至砂浆厚度达到5±1cm；
III．待砂浆终凝后，立即在砂浆表面喷洒养护剂至全部覆盖。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述界面剂选自异丁基三乙氧基硅烷、异丁烯三乙氧基硅烷、异辛基三乙氧基硅烷中的一种或两种。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述养护剂选自环氧改性苯丙乳液、阴离子苯丙乳液、丙烯酸乳液中的一种或多种。
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