CN110820961B - 基于纤维混凝土的分层防水层及其制备方法 - Google Patents

基于纤维混凝土的分层防水层及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于纤维混凝土的分层防水层及其制备方法，由纤维混凝土层与强‑弱连接层交替复合组成；其中强‑弱连接层是使得上下纤维混凝土层局部强连接、局部弱连接的结构层；所述纤维混凝土是在混凝土中加有超高分子量聚乙烯纤维。本发明分层结构防水材料具有较好的抗渗性和防水、防腐性能，所需原料来源广泛，节能环保，造价较低，制备方法简单，施工方便，适用于各种防水工程。

Description

基于纤维混凝土的分层防水层及其制备方法
技术领域
本发明涉及防水材料技术领域，尤其涉及一种基于超高延性纤维混凝土的具有分层结构的防水材料及其制备方法。
背景技术
随着我国土木建筑行业的迅速发展和人民生活水平的提高，建筑防水工程在整个建筑工程项目中的重要性越来越突出。近年来，由于防水材料选择不合理、防水设计有缺陷、施工管理较混乱和使用管理不足等问题，工程结构出现大量渗漏问题，防水工程返修需花费大量人力和物力，严重影响了建筑结构的使用功能和安全，降低了人民的生产和生活质量。由于规范规定防水工程设计使用年限较低，防水工程倾向于采用价格较为低廉的防水材料来降低成本，质量较好但价格较高的材料很难占据市场的主导地位。
目前防水工程按照防水层材料的不同可分为刚性防水和柔性防水。其中，刚性防水主要包含防水砂浆和防水混凝土；柔性防水主要包括防水卷材和防水涂料。
防水砂浆是以水泥、砂石骨料为主要原材料，掺入水、外加剂、矿物掺合料或高分子聚合物等材料，通过调整配合比、减少孔隙率、改变孔隙特征、增大密实度等方法，制备的具有一定抗渗能力的防水材料。
由于防水砂浆具有良好的耐候性、耐久性、抗渗性、密实度、粘结性能和防水防腐性能，造价较低，施工和维修方便，广泛应用于工业与民用建筑工程(厂房、水池、地下室、屋面、墙面、卫生间、阳台、厨房等)、地下工程(隧道)和水利工程(大坝)。
但建筑结构沉降和振动、温度和湿度变化等原因难免会使防水砂浆发生脆性开裂，产生裂缝，最终引起渗漏。普通防水砂浆和聚合物防水砂浆开裂后裂缝宽度大，裂缝集中产生，裂缝一旦产生往往将贯穿整个防水层，无法阻挡水的渗透。传统防水砂浆的抗拉强度较低，一旦开裂将丧失受力性能。
发明内容
本发明旨在解决上述技术中存在的技术问题，提供了一种基于纤维混凝土的分层结构防水材料及其制备方法，该防水材料具备较高的抗渗性能、力学性能和耐久性能，可用于防水工程中。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种基于纤维混凝土的分层防水层，其特征是：由纤维混凝土层与强-弱连接层交替复合组成；其中强-弱连接层是使得上下纤维混凝土层局部强连接、局部弱连接的结构层；所述纤维混凝土是在混凝土中加有超高分子量聚乙烯纤维。
所述的混凝土为普通混凝土，并掺入体积掺量0.5％～2.5％的超高分子量聚乙烯纤维；或所述的混凝土由下列重量份的组分制成：水泥600-900份、砂400-1000份、粉煤灰和/或矿粉300-900份、硅灰 0-500份，减水剂3-10份、增稠剂0.5-5份，水220-830份，并加入5-30份的超高分子量聚乙烯纤维。
所述的超高分子量聚乙烯纤维，直径为10～45μm，长度为6～ 24mm，长径比＞200，断裂延伸率为1～4％，弹性模量>50GPa，优选弹性模量>100GPa，抗拉强度为2000～3000MPa，密度0.97～ 0.98g/cm3。
强-弱连接层包括使得上下纤维混凝土层强连接的强连接区和弱连接的弱连接区；所述强连接区通过纤维混凝土表面拉毛结构或设置促进连接的界面剂或上下纤维混凝土层直接连接，使上下纤维混凝土层呈强连接形式；所述弱连接区通过设置分隔膜或纸、或设置促进分离的界面剂使上下纤维混凝土层呈弱连接形式；相邻二个强-弱连接层的强连接区和弱连接区呈相互错开的形式。
所述纤维混凝土层和层间分隔采用交替施工形成分层结构，上下纤维混凝土层在弱连接区位置相互间隔，在强连接区位置相互粘结。
所述纤维混凝土由普通混凝土与短切超高分子量聚乙烯纤维搅拌而成；或由水泥、砂、粉煤灰和/或矿粉、水、减水剂、增稠剂、短切超高分子量聚乙烯纤维搅拌而成。
一种基于纤维混凝土的分层防水层的制备方法，其特征是：包括以下步骤：
(1)首先将待防水基层清理干净；
(2)将搅拌好的纤维混凝土按照指定厚度喷射或涂抹并压实，再将强-弱连接层施加在其表面，然后继续在上方喷射或涂抹并压实指定厚度的纤维混凝土，再将强-弱连接层施加在其表面；
(3)重复步骤(2)直至防水层总厚度达到设计厚度；
(4)常温下洒水养护，直至防水层硬化达到预定强度即完成该防水工程。
所述纤维混凝土，其制备方法包括以下步骤：
(1)首先按配合比称量各种材料的重量；
(2)其次，将水泥、砂、粉煤灰和/或矿粉、硅灰、减水剂、增稠剂加入搅拌容器中，采用搅拌机将干粉搅拌2～5min，使干粉充分混合均匀；
(3)然后将水加入到搅拌容器中，继续搅拌2～5min至流动浆体状；
(4)接着缓慢加入超高分子量聚乙烯纤维，继续搅拌2～5min 至纤维充分分散于水泥浆体中，不发生纤维结团现象。
优选的，所述的水泥为硅酸盐水泥或者铝酸盐水泥或者硫铝酸盐水泥或者铁铝酸盐水泥或者氟铝酸盐水泥或者磷酸盐水泥，并且所述水泥的28天抗压强度≥42.5MPa，28天抗折强度≥5.4MPa，比表面积≥300m2/kg。
优选的，所述的砂的粒径为0.05-2.0mm，砂可以为天然砂或人工砂或再生砂。
优选的，所述的粉煤灰、矿粉、硅灰的比表面积≥400m2/kg。粉煤灰为一级粉煤灰，矿粉为S95或S105粒化高炉矿渣粉。
优选的，所述的减水剂为聚羧酸减水剂、萘系减水剂及木质素系减水剂等粉体减水剂或液体减水剂，减水率≥30％。
优选的，所述的增稠剂为纤维素醚。
工作原理
通常情况下，未开裂的纤维混凝土均具备较好的密实度，能够实现迎水面的渗透。如果由于环境作用或者荷载作用，使防水层发生变形，从而产生裂缝。分层结构将随机产生裂缝。由于纤维混凝土开裂时将形成多条细微裂缝，裂缝宽度不超过150微米，裂缝之间纤维仍能实现水泥基材的桥接作用，不使裂缝宽度进一步扩大，仅裂缝数量进一步增加。
若外界作用下，裂缝进一步发展，由于分层和层间强-弱连通区的存在，不同层纤维混凝土的裂缝将无法从头到尾贯通，从而实现了裂缝在防水层厚度方向的限制。当水从表层微裂缝进入防水层内部，由于层间裂缝没有贯通，水会沿着层间渗透，但由于强连通措施的存在，水会被阻断在弱连通区域内，最终达到抗渗的目的。渗透进入的水由于无法继续渗透，将随时间发展而蒸发排出，或者参与到水泥基材料的进一步水化作用中，该水化作用将减小上述微裂缝的宽度，实现微裂缝的自修复。
该特殊防水层具有良好的耐候性、耐久性、抗渗性、密实度、粘结性能和防水防腐性能，所需原料来源广泛，多为废弃物资源化利用材料，节能环保，造价较低，制备方法简单，施工方便，适用于各种防水工程。相比传统刚性防水材料(防水砂浆和防水混凝土)，纤维混凝土具有更高的力学性能(极限受拉强度、极限受拉应变、抗压强度、裂缝宽度、多裂缝开展和应变硬化性能)，分层结构阻隔了裂缝的深入发展，将渗透限制在表层范围内，从而显著提高了防水层的抗渗性能。相比柔性防水材料(防水卷材和防水涂料)，本发明具有低的造价和耐候性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1防水层的剖面结构示意图。
图2强-弱连接层的平面示意图。
图 中:1-纤维混凝土层，2-强弱连通层，3- 微裂缝，4-水渗透方向，5-水，6-强连接区。
具体实施方式
实施例中所使用的原材料若非特指，均为公知的市售化工原料。
实施例1
本实施例采用的原材料包括P.O 52.5普通硅酸盐水泥、河砂、一级粉煤灰、硅灰、聚羧酸粉体减水剂、增稠剂、自来水以及超高分子量聚乙烯纤维。各组分如表1所示，表中各组分为重量份含量，其中，超高分子量聚乙烯纤维长度为12mm，直径24微米，长径比为 500。
表1原料及重量份含量
Figure GDA0002805257510000051
基于纤维混凝土的分层结构防水材料的制备过程如下：
(1)首先按配合比称量各种材料的重量；
(2)其次，将水泥、河砂、粉煤灰、硅灰、减水剂、增稠剂等加入搅拌容器中，采用搅拌机将干粉搅拌2min，使干粉充分混合均匀；
(3)然后将水加入到搅拌容器中，继续搅拌2min至流动浆体状；
(4)接着缓慢加入超高分子量聚乙烯纤维，继续搅拌2min至纤维充分分散于水泥浆体，不发生纤维结团现象；
(5)将待防水基层清理干净；
(6)其次，将搅拌好的纤维混凝土按照10mm厚度铺装压实，进行层面的部分区域进行抹平，涂抹一层皂类混凝土脱模剂，其它部分拉毛，待1小时材料初凝后，再次铺装一层10mm厚度的纤维混凝土；
(7)重复步骤(6)直至防水层总厚度达到100mm的设计厚度；
(8)常温下洒水养护7天，直至防水层硬化即完成该防水工程。
表2例1试验测试结果
Figure GDA0002805257510000061
抗拉强度、极限拉应变及抗压强度试验依据《高延性纤维增强水泥基复合材料力学性能试验方法JC/T 2461-2018》，抗渗试验依据《混凝土质量控制标准GB50164-2011》。
实施例2
本实施例采用的原材料包括P.O 42.5普通硅酸盐水泥、河砂、矿粉S95、硅灰、聚羧酸粉体减水剂、增稠剂、自来水以及超高分子量聚乙烯纤维。各组分如表3所示，表中各组分为重量份含量，其中，超高分子量聚乙烯纤维长度为18mm，直径24微米，长径比为750。
表3原料及重量份含量
Figure GDA0002805257510000062
基于纤维混凝土的分层结构防水材料的制备过程如下：
(1)首先按配合比称量各种材料的重量；
(2)其次，将水泥、河砂、矿粉、硅灰、减水剂、增稠剂等加入搅拌容器中，采用搅拌机将干粉搅拌2min，使干粉充分混合均匀；
(3)然后将水加入到搅拌容器中，继续搅拌3min至流动浆体状；
(4)接着缓慢加入超高分子量聚乙烯纤维，继续搅拌3min至纤维充分分散于水泥浆体，不发生纤维结团现象；
(5)将待防水基层清理干净，然后采用普通水泥砂浆进行找平；
(6)其次，将搅拌好的纤维混凝土按照厚度15mm铺装压实，然后将有分隔和连通的纸膜布置在纤维混凝土表面，马上铺装下一层的纤维混凝土；
(7)重复步骤(6)直至防水层总厚度达到设计厚度150mm；
(8)常温下洒水养护，直至防水层硬化即完成该防水工程。
表4例2试验测试结果
Figure GDA0002805257510000071
抗拉强度、极限拉应变及抗压强度试验依据《高延性纤维增强水泥基复合材料力学性能试验方法JC/T 2461-2018》，抗渗试验依据《混凝土质量控制标准GB50164-2011》。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于纤维混凝土的分层防水层，其特征是：由纤维混凝土层与强-弱连接层交替复合组成；其中纤维混凝土是在混凝土中加有超高分子量聚乙烯纤维；强-弱连接层是使得上下纤维混凝土层局部强连接、局部弱连接的结构层；所述强-弱连接层包括使得上下纤维混凝土层强连接的强连接区和弱连接的弱连接区。
2.根据权利要求1所述的基于纤维混凝土的分层防水层，其特征是：所述的混凝土为普通混凝土，并掺入体积掺量0.5%～2.5%的超高分子量聚乙烯纤维；或所述的混凝土由下列重量份的组分制成：水泥600-900份、砂400-1000份、粉煤灰和/或矿粉300-900份、硅灰0-500份、减水剂3-10份、增稠剂0.5-5份，水220-830份，并加入5-30份超高分子量聚乙烯纤维。
3.根据权利要求1所述的基于纤维混凝土的分层防水层，其特征是：所述的超高分子量聚乙烯纤维，直径为10～45μm，长度为8～24mm，长径比＞200，断裂延伸率为1～4%，弹性模量>50GPa，抗拉强度为2000～3000MPa，密度0.97～0.98 g/cm3。
4.根据权利要求1所述的基于纤维混凝土的分层防水层，其特征是：所述强连接区通过纤维混凝土表面拉毛结构或设置促进连接的界面剂或上下纤维混凝土层直接连接，使上下纤维混凝土层呈强连接形式；所述弱连接区通过设置生物纤维质或塑料质分隔膜、或设置促进分离的界面剂使上下纤维混凝土层呈弱连接形式；相邻二个强-弱连接层的强连接区和弱连接区呈相互错开的形式。
5.根据权利要求1所述的基于纤维混凝土的分层防水层，其特征是：所述纤维混凝土层和层间分隔采用交替施工形成分层结构，上下纤维混凝土层在弱连接区位置相互间隔，在强连接区位置相互粘结。
6.一种基于纤维混凝土的分层防水层的制备方法，其特征是：包括以下步骤：
（1）首先将待防水基层清理干净；
（2）将搅拌好的纤维混凝土按照指定厚度喷射或涂抹并压实，再将强-弱连接层施加在其表面，然后继续在上方喷射或涂抹并压实指定厚度的纤维混凝土，再将强-弱连接层施加在其表面；
（3）重复步骤（2）直至防水层总厚度达到设计厚度；
（4）常温下洒水养护，直至防水层硬化达到预定强度即完成该防水工程。
7.根据权利要求6所述的基于纤维混凝土的分层防水层的制备方法，其特征是：所述纤维混凝土，其制备方法包括以下步骤：
（1）首先按配合比称量各种材料的重量；
（2）其次，将水泥、砂、粉煤灰和/或矿粉、硅灰、减水剂、增稠剂加入搅拌容器中，采用搅拌机将干粉搅拌2～5 min，使干粉充分混合均匀；
（3）然后将水加入到搅拌容器中，继续搅拌2～5 min至流动浆体状；
（4）接着缓慢加入超高分子量聚乙烯纤维，继续搅拌2～5 min至纤维充分分散于水泥浆体中，不发生纤维结团现象。
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GR01 Patent grant
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