一种水泥基渗透结晶材料及其在水泥混凝土桥面防水粘结层中的应用

摘要

本发明涉及一种水泥基渗透结晶材料及其在水泥混凝土桥面防水粘结层中的应用，该水泥基渗透结晶材料包括如下组分：1）A组分乳液，包括纯净水与丙烯酸，质量比为2:1；2）B组分粉体，包括普通硅酸盐水泥P.O42.5与细料，质量比为1:1，所述细料为粒径0.3~2.36的机制砂；3）C组分添加剂，包括纤维、聚羧酸和无水硫酸钠，质量比为1:1:2；所述B组分和C组分的质量比为20:1；所述B组分和C组分的混合物与A组分的质量比为4:1。所述水泥基渗透结晶材料能够改善传统的水泥基渗透结晶材料的柔韧性，使其能够适用于动荷载条件下的水泥混凝土桥面防水粘结层中，并且兼具传统水泥基渗透结晶材料的耐高温、耐腐蚀、耐老化、环保和廉价等优点。

说明书

技术领域

本发明涉及一种水泥基渗透结晶材料及其在水泥混凝土桥面防水粘结层中的应用。

背景技术

水泥基渗透结晶型防水材料（Cementitious Capillary Waterproofing Materials简称CCCW）是由普通硅酸盐水泥、石英砂或硅砂、带有活性功能基团的化学复合物组成。它相对于沥青类、合成高分子类防水材料具有耐老化、耐高温、耐腐蚀、环保等优点，并且其价格相对低廉。但传统的水泥基渗透结晶防水材料柔性较差，一般都应用于水坝、游泳池、房屋建筑、桥梁等静态防水中，而在承受车辆荷载的水泥混凝土桥面防水粘结层中几乎还没人应用。因此有必要开发一种能适用动载条件下的水泥混凝土桥面防水粘结层中的水泥基渗透结晶材料。

孙启等研究了水泥基渗透结晶型防水材料在水库工程中的应用，对水泥基渗透结晶型防水材料的性能特点、施工工艺进行了研究。

蔡国伟等研究了水泥基渗透结晶型防水材料在隧道渗漏处理中的应用，首先对隧道病害现场调查及成因进行了分析，再对隧道渗漏水的整治原则和整治措施进行了总结，最后对水泥基渗透结晶材料在水库工程中的施工工艺及技术措施进行了研究。

朱瑞研究了黏性防挡水、弹性防挡水水泥基渗透结晶型防水材料在民用建筑中的应用，对其用量、施工工艺以及经济效益进行了分析。

王朝强等介绍了水泥基渗透结晶型防水材料的特点、分类、和防水机制，并且综述了其在地下、交通、水利等工程中静态防水的应用及注意事项。

戴刚等选用环氧沥青作为水泥混凝土桥面防水粘结层材料，通过黏度试验确定环氧沥青防水粘结层材料的施工温度为130℃；通过剪切试验和拉拔试验确定环氧沥青的洒布量为0.70L/m2；并且得出水泥混凝土桥面用环氧沥青作为防水粘结层材料洒布后必须严格控制其养护时间在24-32h。

张争奇等采用环氧沥青作为水泥混凝土桥面防水粘结层材料，分别分析了环氧沥青对钢板基面、水泥板基面的粘结强度，并且采用复合板模拟试验，比较了SBS改性沥青、改性乳化沥青、某防水材料RB、环氧沥青几种防水粘结层材料与不同基面和沥青铺装层间的剪切强度和拉拔强度，发现环氧沥青在高温下养生拉拔强度与初始值保持同样水平，而剪切强度还会进一步增长；环氧沥青对钢板基面的拉拔强度和剪切强度均高水泥板基面。

汪洁等选用国产环氧沥青、SBS改性沥青作为水泥混凝土桥面防水粘结层材料，采用不同温度下的剪切试验和拉拔试验来评价两种防水粘结层材料的抗剪性能和粘结性能，并采用电镜扫描试验观察了这两种防水粘结材料撕裂后的微观结构。发现国产环氧沥青的抗剪性能和黏结性能均优于SBS改性沥青，通过微观结构观察的结果与室内模拟试验结果一致。

郭健彬选用AMP-100、SBS改性沥青、环氧沥青作为水泥混凝土桥面防水粘结层材料，分别采用剪切试验、拉拔试验评价三种防水粘结层材料的抗剪性能和粘结性能。SBS改性沥青和环氧沥青的抗剪性能和粘结性能相当，远高于AMP-100专用防水粘结材料。

钱国平等选用SBS改性沥青作为水泥混凝土桥面防水粘结层材料，通过剪切试验分别评价了不同界面类型、法向正应力、温度、加载速率等因素对桥面铺装层间抗剪性能的影响规律。发现桥面板表面的抗剪强度随构造深度的增大而增大；抗剪强度随法向正压力成线性增长；当温度为60℃时，抗剪强度为25℃时的57.8%；随着剪切速率的增大，抗剪强度先增大后小幅减小。

在水泥基渗透结晶材料的应用方面，人们普遍应用在水库、房屋建筑、桥梁等静态防水工程中；而在水泥混凝土桥面防水粘结层材料的选择上，人们普遍选择沥青类、合成高分子类等有机防水材料。传统的水泥基渗透结晶材料具有耐高温、耐腐蚀、耐老化等优点，并且价格低廉，但其柔韧性差，不适用于动载条件下的防水粘结层，而沥青类、合成高分子类等有机防水材料不但价格昂贵，而且不环保。因此，有必要开发一种柔性较好的水泥基渗透结晶材料应用于水泥混凝土桥面防水粘结层中。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种水泥基渗透结晶材料，包括如下组分：

1）A组分乳液，包括纯净水与丙烯酸，质量比为2:1；

2）B组分粉体，包括普通硅酸盐水泥P.O42.5与细料，质量比为1:1，所述细料为粒径0.3~2.36的机制砂；

3）C组分添加剂，包括纤维、聚羧酸和无水硫酸钠，质量比为1:1:2；

所述B组分和C组分的质量比为20:1；所述B组分和C组分的混合物与A组分的质量比为4:1。

本发明还提供了一种上述水泥基渗透结晶材料的制备方法，包括如下步骤：

1）将纯净水与丙烯酸搅拌均匀，得到A组分乳液；

2）将普通硅酸盐水泥P.O42.5与细料混合均匀，得到B组分粉体；

3）将B组分粉体和C组分添加剂混合均匀；

4）向B组分粉体和C组分添加剂混合物中缓慢加入A组分乳液，用小型搅拌机搅拌2min，静置1min，再搅拌3~5min。

本发明还提供了一种上述水泥基渗透结晶材料在水泥混凝土桥面防水粘结层中的应用，包括如下步骤：

1）在预制好的C40水泥混凝土块上用A组分乳液湿润，用量为100~300g/m²，常温静置3~5分钟；

2）在湿润好的水泥混凝土块上涂抹所述水泥基渗透结晶材料，用水泥刮平刀刮平，厚度控制在3~5mm；

3）将涂抹水泥基渗透结晶材料的水泥混凝土块常温放置3~6小时；

4）待水泥基渗透结晶材料初凝状态时加铺沥青混合料；

5）将铺好沥青混合料的水泥混凝土复合试件常温养生14天。

本发明的技术方案能够改善传统的水泥基渗透结晶材料的柔韧性，使其能够适用于动荷载条件下的水泥混凝土桥面防水粘结层中，并且兼具传统水泥基渗透结晶材料的耐高温、耐腐蚀、耐老化、环保和廉价等优点。本发明技术方案具有明显的经济和社会效益。

附图说明

图1是本发明所述一组优选实施例的复合试件的剪切试验示意图。

图2是本发明所述一组优选实施例的复合试件的拉拔试验示意图。

具体实施方式

以下结合具体实例对本发明做进一步说明，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1

将纯净水与丙烯酸按质量比2:1混合，用玻璃棒搅拌均匀，制成A组分乳液；2）将普通硅酸盐水泥P.O42.5与细料按质量比1:1混合均匀，细料为粒径0.3~2.36的机制砂，制成B组分粉体；3）将纤维、聚羧酸和无水硫酸钠按质量比1:1:2混合均匀，制成C组分添加剂；4）将B组分粉体和C组分添加剂按质量比20:1混合均匀；5）在B组分粉体和C组分添加剂混合物中缓慢加入A组分乳液，所述B组分粉体和C组分添加剂的混合物与A组分乳液的质量比为4:1；用小型搅拌机搅拌2分钟，静置1分钟，再搅拌3~5分钟，制成水泥基渗透结晶材料；6）在预制好的300mm×300mm×50mm的C40水泥混凝土块上用A组分乳液湿润，用量为100~300g/m²，常温静置3~5分钟；7）在湿润好的水泥混凝土块上涂抹所述水泥基渗透结晶材料，用水泥刀刮平，厚度控制在3~5mm；8）将涂抹所述水泥基渗透结晶材料的水泥混凝土块常温放置3~6小时，待其初凝状态；9）将水泥混凝土块放入双层车辙试模中，加铺AC-13沥青混合料，使整个复合试件的厚度为100mm；10）将复合试件常温养生14天，然后脱模。

（1）剪切试验结果

将复合试件切割成100mm×100mm×100mm的小试件，分别测不同温度（0、25、40、60℃）、不同剪切速率（1、5、10、20、50mm/min）下试件的抗剪强度，剪切角度为45°。不同温度条件下抗剪强度如表1所示，不同剪切速率条件下的抗剪强度如表2所示。

表1 不同温度条件下的抗剪强度

表2 不同剪切速率下的抗剪强度

由附图1可以看出：

剪切强度随着温度的升高迅速降低，25℃时剪切强度相对于0℃时下降了37%，60℃时剪切强度相对于25℃时下降了72%。但在0℃和25℃时破坏界面是出现在水泥基渗透结晶防水材料与水泥混凝土板之间，40℃和60℃时破坏界面是出现在水泥基渗透结晶防水材料与沥青混合料之间，这是由于沥青混合料加铺在水泥基渗透结晶材料时嵌挤在水泥基材料中，接触面积大，因而低温时水泥基材料与沥青混合料的粘结力大于与水泥基材料与水泥混凝土板的粘结力；但高温时沥青混合料抗变形性能差，与水泥基材料形成的物理空间结构被破坏，因此高温时的剪切强度相对较低。

剪切强度随着剪切速率的增加呈线性增加，剪切速率为50mm/min时的剪切强度是1mm/min时的1.8倍，说明剪切速率对剪切强度有较大的影响。

（2）拉拔试验结果

用直径50mm钻芯机钻至50mm深；分别测不同温度下（0、25、40、60℃）试件的拉拔强度，拉伸速率为10mm/min。拉拔试验结果见表3。

表3 不同温度下的拉拔强度

由附图2可以看出，拉拔强度随着温度的升高迅速降低，60℃时的拉拔强度相对于0℃时下降了73%，说明温度对拉拔强度有较大的影响。0℃和25℃时拉拔破坏界面出现在防水粘结层与水泥混凝土板之间，40℃和60℃时拉拔破坏界面出现在防水粘结层与沥青混合料之间，这主要是由于高温时沥青混合料与水泥基形成的物理空间结构被破坏，导致粘结强度降低。

（3）复合车辙试验结果

将复合车辙试件放入车辙试验仪中，温度为60℃，保温5小时后进行复合车辙试验。复合车辙试验结果见表4。

表4 复合车辙试验结果

由表4可以看出，复合车辙试件的动稳定度超过了6000次/mm，变形量为2.220，说明水泥基渗透结晶材料作为水泥混凝土桥面防水粘结层对其整个结构的高温性能影响不大。