CN114703823A - 一种水泥毯及其制作方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种水泥毯及其制作方法与应用，属于建筑材料技术领域。该水泥毯包括依次连接的第一织物层、可固化层和第二织物层，所述可固化层包括可固化材料和纵向分布在可固化材料中的纤维束，所述纤维束贯穿可固化层并和所述第一织物层及第二织物层相连；所述可固化层中的纤维束的纤度为2‑10D，长度为4‑10cm，所述可固化层中纤维束的分布密度为2.8‑9.35针/cm2。该水泥毯在水平方向及垂直方向上均具有理想的导水性能，因此发生水化反应固化后，应力分布均匀，力学性能优异，此外，该水泥毯具有优异的抗侵蚀性能及抗剥离性能，延长水泥毯的使用寿命。

Description

一种水泥毯及其制作方法与应用
技术领域
本申请涉及一种水泥毯及其制作方法与应用，属于建筑材料技术领域。
背景技术
随着社会经济的发展，建筑工程业和土木工程业得到了迅速发展，对施工的质量要求越来越高，施工领域拓展到了施工条件比较恶劣的地方，比如在地形高险、复杂区域的沟渠、护坡、矿区等，使用现有的建筑用复合材料如混凝土、浆砌片石等时需临时混合搅拌，人工搅拌物料混合不均匀，还会产生大量粉尘，增加了工人的劳动强度，还对环境造成污染。针对以上问题，目前通常使用水泥毯作为施工材料。
水泥毯通常包括由顶层、底层和连接层组成的网状结构，底层和顶层之间的空腔内填充有水泥基干粉，水泥毯施工后，遇水发生固化，形成类混凝土结构。然而，在铺设水泥毯后对其进行施水时，由于施工工人的施水技术参差不一及施水过程的随机性，无法对水泥毯进行均匀施水，可能存在水泥毯的角落或其他部分区域未被施水的情况，此外，现有的水泥毯在遇水发生水化反应时，通常会由于其在横向或纵向上的导水能力不理想，而导致水泥毯的不同位置处发生水化反应的时间及水化程度不同，可能存在部分区域固化而其余部分区域仍呈干燥的粉渣状态，导致硬化后的水泥毯应力分布不均匀，难以保证其力学性能，可能出现卷曲、开裂现象。
发明内容
为了解决上述问题，提供了一种水泥毯及其制作方法与应用，该水泥毯在水平方向及垂直方向上均具有理想的导水性能，因此发生水化反应固化后，应力分布均匀，力学性能优异，此外，该水泥毯具有优异的抗侵蚀性能及抗剥离性能，延长水泥毯的使用寿命。
根据本申请的一个方面，提供了一种水泥毯，包括依次连接的第一织物层、可固化层和第二织物层，所述可固化层包括可固化材料和纵向分布在可固化材料中的纤维束，所述纤维束贯穿可固化层并和所述第一织物层及第二织物层相连；
所述可固化层中的纤维束的纤度为2-10D，所述纤维束中纤维的长度为4-10cm，所述可固化层中纤维束的分布密度为2.8-9.35针/cm2。本申请中，纤维束的分布密度是指单位面积内纤维束的数量。
本申请水泥毯通过第一织物层、第二织物层和纤维束将可固化材料进行固定，在施水固化的过程中，第一织物层和第二织物层能够将水均匀地分布在水泥毯表面，并通过和纤维束的接触，使得水沿着纤维束进行纵向传导的同时，沿着纤维束向着四周进行水的横向传导，使水泥毯在横向上和纵向上均具有良好的导水性能，通过控制可固化层中纤维束中纤维的纤度和长度及纤维束的分布密度，进而显著地提升了该水泥毯在横向及纵向上的导水性能，从而确保该水泥毯在施水后，横向和纵向发生水化反应的程度均匀，硬化后的水泥毯应力分布均匀，力学性能优异；此外，控制纤维的纤度和长度，还能够保证该水泥毯具有优异的抗侵蚀性能及抗剥离性能，延长水泥毯的使用寿命。
具体的，由于加工过程中不可避免的误差，本申请中，纤维束的纤度为2-10D，是指纤维束中重量占比90％以上的纤维的纤度为2-10D；本申请中纤维束中纤维的长度是指纤维的主体长度，长度为4-10cm是指重量占比90％以上的纤维的长度范围在4-10cm。
可选地，所述第一织物层为无纺布层，所述纤维束经所述第一织物层的无纺布针刺形成。
优选的，所述第一织物层中纤维的纤度为4-6D，长度为6-8cm，所述可固化层中纤维束的分布密度为5-7针/cm2。
可选地，所述可固化层中构成纤维束的纤维的根数为4-16根，优选为8-12根。该设置方式能够保证纤维束具有优良的纵向导水能力，同时能够确保纤维束具有较强的抗剥离能力，使得纤维束力学强度大，延长水泥毯的使用寿命。
可选地，所述第一织物层的克重为150-400g/m2，优选为150-250g/m2。
通过控制第一织物层的厚度，确保其对水分具有较强的虹吸能力及锁水能力，进而保证水分在横向的扩散。
可选地，所述纤维束的纤维选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯纤维、聚酰胺和聚丙烯腈中的一种或多种。通过选择纤维的材料，保证其具有良好导水能力的同时，还具备较低的回潮率，使得该水泥毯具有较长的储存保质期。
优选的，所述纤维束的纤维包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯纤维和聚丙烯腈中的一种或多种。
可选地，按重量份数计，所述可固化材料包括60-80份的水泥、10-20份的地质聚合物和1.5-2.5份可固化高分子材料；
其中，所述水泥选自硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥和磷酸盐水泥中的至少一种，
所述地质聚合物为具有Si-O-Al-O键所构成的三维交联硅酸铝结构的无定型聚合物，
所述可固化高分子材料包括70-80份的环氧树脂、5-40份的聚酰胺类固化剂和2-7份的咪唑类固化促进剂。
优选的，所述可固化材料包括70份的水泥、15份的地质聚合物和2份可固化高分子材料。
优选的，所述水泥包括重量比为1-2:1的硅酸盐水泥和氟铝酸盐水泥。
优选的，所述可固化高分子材料包括75份的双酚A型环氧树脂，20份聚丙烯酰胺和5份的2-乙基咪唑。
其中，本申请中的硅酸盐水泥可以为普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥中的至少一种，优选为粉煤灰硅酸盐水泥。
通过控制可固化材料的种类，使得可固化层在遇水后以合适的速度发生水化作用，保证水分在可固化层中横向及纵向的渗透，同时该可固化层固化后强度较高，性能优异。此外，由于地质聚合物具有氧化物三维网络结构，且由于其为无机聚合物，抗侵蚀能力强，因此能够显著提高可固化层的强度、硬度、韧性、高温稳定性及抗冻性；可固化高分子材料的加入，进一步提高了可固化层的强度，且加速了固化速度，能够提高固化后的固化层的致密性。
可选地，所述第二织物层由聚乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸酯和聚对苯二甲酸乙二醇酯中的一种或多种编织得到。
优选的，所述第二织物层的编织密度为80-300g/㎡。
优选的，所述第二织物层由塑料编织得到。通过控制第二织物层的材质及编织密度，保证纤维束能够通过针刺工艺牢固的连接在第二织物层的编织缝隙内。
可选地，所述第一织物层的纤维选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯纤维、聚酰胺和聚丙烯腈中的一种或多种。
优选的，所述第一织物层的纤维包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯纤维和聚丙烯腈中的一种或多种。
具体的，本申请中，聚对苯二甲酸乙二醇酯即涤纶，简称PET；聚丙烯纤维即丙纶，简称PP；聚酰胺即尼龙；聚丙烯腈即腈纶。
根据本申请的另一个方面，提供了一种上述任一项所述的水泥毯的制作方法，其包括以下步骤：将可固化材料填充至所述第一织物层和第二织物层之间，通过针刺工艺，将所述第一织物层的纤维针刺进可固化材料中并和第二织物层连接。
根据本申请的又一方面，提供了一种上述任一项所述的水泥毯在公路、铁路、结构防护或环境治理中的应用；
优选的，包括以下步骤：将所述水泥毯铺设，向所述水泥毯施水若干次以使所述可固化层发生水化，且相邻两次施水的时间相隔不大于3.5h。通过控制相邻两次施水的间隔，能够保证水泥毯在横向上和纵向上水化程度均匀，进而保证其力学性能均匀。
本申请的有益效果包括但不限于：
1.根据本申请的水泥毯，在横向及纵向上均具有理想的导水性能，因此发生水化反应固化后，应力分布均匀，力学性能优异，此外，该水泥毯具有优异的抗侵蚀性能及抗剥离性能，延长水泥毯的使用寿命。
2.根据本申请的水泥毯的制作方法，工艺简单，便于工业化中的批量生产。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本申请实施例1涉及的水泥毯结构示意图；
图2为本申请实施例1涉及的水泥毯截面示意图；
图3为本申请实施例1涉及的涤纶与丙纶纵向引水时间与纤维细度关系图。
图4为本申请实施例1涉及的涤纶与丙纶耐久时间与纤维细度关系图。
图5为本申请实施例1涉及的涤纶与丙纶纵向引水时间与纤维长度关系图。
图6为本申请实施例1涉及的涤纶与丙纶剥离力与纤维长度关系图。
图7为本申请实施例1涉及的涤纶与丙纶剥离力与纤维根数关系图。
图8为本申请实施例1涉及的涤纶与丙纶纵向引水时间与纤维根数关系图。
图9为本申请实施例1涉及的涤纶与丙纶横向引水时间与纤维细度关系图。
图10为本申请实施例1涉及的涤纶与丙纶横向引水时间与纤维长度关系图。
图11为本申请实施例1涉及的涤纶与丙纶横向引水时间与纤维厚度关系图。
图12为本申请实施例1涉及的涤纶与丙纶横向引水时间与纤维束密度关系图。
图13为本申请实施例3涉及的相邻两次施水时间间隔与耐压力关系图。
图14为本申请实施例3涉及的相邻两次施水时间间隔与耐冲击能力关系图。
图15为本申请实施例3涉及的相邻两次施水时间间隔与耐折弯能力关系图。
图16为本申请实施例3涉及的测试点距中心点距离与耐压力关系图。
图17为本申请实施例3涉及的测试点距中心点距离与耐冲击能力关系图。
图18为本申请实施例3涉及的测试点距中心点距离与耐折弯能力关系图。
具体实施方式
下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。
如无特别说明，本申请的实施例中的原料和催化剂均通过商业途径购买。
实施例1
水泥毯的制作方法如下：
参考图1-2，将可固化材料1填充至第一织物层2和第二织物层3之间，通过针刺工艺，将第一织物层2的纤维针刺进可固化材料中形成纤维束4，并和第二织物层3连接。
各个实施例和对比例中具体制备参数如表1所示，制得水泥毯1#-49#、对比水泥毯D1#-D6#。
表1
Figure BDA0003526062880000071
Figure BDA0003526062880000081
Figure BDA0003526062880000091
Figure BDA0003526062880000101
Figure BDA0003526062880000111
Figure BDA0003526062880000121
Figure BDA0003526062880000131
实施例2
将上述制得的水泥毯1#-49#、对比水泥毯D1#-D6#进行渗透实验，分别测试表面张力、回潮率、垂直引水时间、耐久时间、剥离力、垂直水平扩散比、水平引水时间，测试方法如下，测试结果如表2所示。
表面张力：采用表面张力仪进行测试。
回潮率：抽取特定数量的纤维，测试烘干前后的重量差，回潮率＝(烘干前的重量-烘干后的重量)/烘干前的重量。
引水时间：采用粉体材料虹吸表征测试仪，以固定速率注水，测试水在1cm厚度的水泥毯中传导所需的时间。
耐久时间：测试纤维在特定的水解盐环境下，强度降低至80％时所消耗的时间。
剥离力：通过针刺结合在一起的两层水泥毯剥离开所需要的强力。
垂直水平扩散比：测试水在纤维的垂直方向上渗透1cm时，纤维的润湿直径，垂直水平扩散比＝1/润湿直径。
水平扩散能力：采用粉体材料虹吸表征测试仪，以固定速率注水，在水泥毯中10cm直径处设置传感器，测试水传导至传感器位置的时间，并观察水分是否出现下淌现象。
表2
Figure BDA0003526062880000132
Figure BDA0003526062880000141
Figure BDA0003526062880000151
Figure BDA0003526062880000161
由上表可以看出，结合图3-12，随着纤维细度的增加，纤维之间的空隙随之增加，因此滞水能力提升，导水能力变差，水分可能会在纤维之间形成水流，导致水流窜；此外，随着纤维细度的减小，纤维的比表面积增加，因此被盐侵蚀的速度也加快；由于涤纶的亲水性较好，纤维越长，导水性越好，丙纶的亲水性较差，纤维越短越有利于导水，对于涤纶和丙纶来说，剥离力均是随着纤维长度的增大先上升后降低；随着纤维束中纤维根数的增多，涤纶和丙纶的导水能力均变差，这是由于纤维根数增加，即纤维束减少，因此与可固化材料的接触面积减小，导水能力变差，同时，纤维根数的增加会提高纤维之间的协同力，从而提高抗剥离能力，然而纤维根数过多时，会导致部分纤维无法将第一织物层和第二织物层相连，从而降低抗剥离能力；随着针刺密度的增加，水平导水能力变差。
实施例3
另外，对水泥毯1#、D1#-D6#进行缺水固化测试，控制两次施水的时间间隔，并测试固化后的水泥毯的耐压力、耐冲击能力、耐折弯能力，测试结果如表3-表9所示，并对水泥毯1#、D1#-D6#的中心点滴水，每半小时滴水2mL，测试距中心点不同距离的测试点的耐压力、耐冲击能力、耐折弯能力，测试结果如表10-16所示，测试方法如下：
耐压力：按0.1kPa/min的增压速率，对特定面积的材料施加压力，直至压力-时间曲线出现明显峰值，以峰值的压力值作为材料的耐压力。
耐冲击能力：采用落锤冲击试验测试，落锤重量为1500g，落锤高度为1000mm。
耐折弯能力：采用强力机的标准折弯测试仪，测试特定跨度、特定宽度的材料试样被中点压弯的压力-位移曲线，以峰值压力表示耐折弯能力。
表3
Figure BDA0003526062880000171
表4
Figure BDA0003526062880000172
表5
Figure BDA0003526062880000173
表6
Figure BDA0003526062880000181
表7
Figure BDA0003526062880000182
表8
Figure BDA0003526062880000183
表9
Figure BDA0003526062880000184
Figure BDA0003526062880000191
由上表可知，结合图13-15，本申请的水泥毯随着两次施水的时间间隔增加，不同位置的水泥毯的水化程度均匀，固化后的水泥毯耐压力、耐冲击能力及耐折弯能力下降较小，力学性能优异；对比水泥毯D1#-D6#受施水时间间隔影响较大，当施水时间间隔较长时，可能由于部分区域固化而导致水分无法传输至其余区域，因此力学性能下降。
表10
Figure BDA0003526062880000192
表11
Figure BDA0003526062880000193
Figure BDA0003526062880000203
表12
Figure BDA0003526062880000201
表13
Figure BDA0003526062880000202
Figure BDA0003526062880000211
表14
Figure BDA0003526062880000212
表15
Figure BDA0003526062880000213
表16
Figure BDA0003526062880000221
由上表可知，结合图16-18，在水平方向的不同位置处，本申请的水泥毯的耐压能力、耐冲击能力及耐折弯能力均较为均匀，说明该水泥毯导水性能优异，固化时间对水泥毯的耐压能力、耐冲击能力及耐折弯能力影响较小，可以克服施工过程中施水的随机性及不均匀性，保证水泥毯在固化后应力分布均匀，此外，本申请的水泥毯在测试点距中心点距离超过10cm时，由于水没有湿润未发生固化，因此不存在强度；对比水泥毯D1#-D6#在水平方向上导水性能较差，因此随着测试点与施水点之间距离的增加，存在部分区域未透水的现象，因此应力分布不均匀，力学性能较差，在后期的使用过程中会出现弯曲甚至开裂现象。
以上所述，仅为本申请的实施例而已，本申请的保护范围并不受这些具体实施例的限制，而是由本申请的权利要求书来确定。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的技术思想和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水泥毯，其特征在于，包括依次连接的第一织物层、可固化层和第二织物层，所述可固化层包括可固化材料和纵向分布在可固化材料中的纤维束，所述纤维束贯穿可固化层并和所述第一织物层及第二织物层相连；
所述可固化层中的纤维束的纤度为2-10D，所述纤维束中纤维的长度为4-10cm，所述可固化层中纤维束的分布密度为2.8-9.35针/cm2。
2.根据权利要求1所述的水泥毯，其特征在于，所述第一织物层为无纺布层，所述纤维束经所述第一织物层的无纺布针刺形成；
优选的，所述第一织物层中纤维的纤度为4-6D，长度为6-8cm，所述可固化层中纤维束的分布密度为5-7针/cm2。
3.根据权利要求1所述的水泥毯，其特征在于，所述可固化层中构成纤维束的纤维的根数为4-16根，优选为8-12根。
4.根据权利要求1所述的水泥毯，其特征在于，所述第一织物层的克重为150-400g/m2，优选为150-250g/m2。
5.根据权利要求1-4任一项所述的水泥毯，其特征在于，所述纤维束的纤维选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯纤维、聚酰胺和聚丙烯腈中的一种或多种；
优选的，所述纤维束的纤维包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯纤维和聚丙烯腈中的一种或多种。
6.根据权利要求1-4任一项所述的水泥毯，其特征在于，按重量份数计，所述可固化材料包括60-80份的水泥、10-20份的地质聚合物和1.5-2.5份可固化高分子材料；
其中，所述水泥选自硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥和磷酸盐水泥中的至少一种，
所述地质聚合物为具有Si-O-Al-O键所构成的三维交联硅酸铝结构的无定型聚合物，
所述可固化高分子材料包括70-80份的环氧树脂、5-40份的聚酰胺类固化剂和2-7份的咪唑类固化促进剂。
7.根据权利要求1-4任一项所述的水泥毯，其特征在于，所述第二织物层由聚乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸酯和聚对苯二甲酸乙二醇酯中的一种或多种编织得到；
优选的，所述第二织物层的编织密度为80-300g/㎡。
8.根据权利要求1-4任一项所述的水泥毯，其特征在于，所述第一织物层的纤维选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯纤维、聚酰胺和聚丙烯腈中的一种或多种；
优选的，所述第一织物层的纤维包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯纤维和聚丙烯腈中的一种或多种。
9.权利要求1-8任一项所述的水泥毯的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：将可固化材料填充至所述第一织物层和第二织物层之间，通过针刺工艺，将所述第一织物层的纤维针刺进可固化材料中并和第二织物层连接。
10.权利要求1-8任一项所述的水泥毯在公路、铁路、结构防护或环境治理中的应用；
优选的，包括以下步骤：将所述水泥毯铺设，向所述水泥毯施水若干次以使所述可固化层发生水化，且相邻两次施水的时间相隔不大于3.5h。
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