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CN108127986B - 复合增强水泥衬垫及其制备方法 - Google Patents

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CN108127986B CN201711421786.4A CN201711421786A CN108127986B CN 108127986 B CN108127986 B CN 108127986B CN 201711421786 A CN201711421786 A CN 201711421786A CN 108127986 B CN108127986 B CN 108127986B
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Abstract

本发明涉及一种复合增强水泥衬垫，自上而下依次包括上层、中间层、下层和保水层；所述中间层内填充干粉砂浆，所述上层、中间层、下层之间通过纤维丝线针刺连接，所述保水层喷涂在所述下层的外表面上。本发明还涉及一种复合增强水泥衬垫的制备方法，包括以下步骤：将编织布与无纺布半成品Ⅱ的组合层平铺在布料平台上；将三维经编织造布平铺在编织布的上方；在三维经编织造布上铺撒干粉砂浆；将无纺布半成品Ⅰ平铺在三维经编织造布的上方；对已经铺好的上层材料、中间层材料及填充的干粉砂浆、下层材料进行针刺复合；对无纺布半成品Ⅱ的外表面喷涂速凝橡胶沥青。采用本发明的技术方案，可提高施工效率、减少资源浪费，性价比极高。

Description

复合增强水泥衬垫及其制备方法
技术领域
本发明属于新型建筑材料制备技术领域，具体涉及一种复合增强水泥衬垫及其制备方法。
背景技术
随着社会的发展和科技的进步，人们对工作和生活的质量要求也在不断提高。近年来在土木工程中人们对工作效率的新要求就是缩短施工周期，减轻工人的劳动强度以及不断出台的新的环保标准就是社会进步、提高人类工作和生活质量的集中体现。
复合增强水泥衬垫（Reinforced Cementitious Liner，简称RCL）是将普通硅酸盐水泥、细骨料与必要的外加剂混合后，填充到芯层已预置了三维间隔织物的复合土工布中，再经过针刺工艺而制成的一种具有早强、高强、防水等性能的新型混凝土制品新材料。其施工特点是将柔软的水泥衬垫覆盖或包裹在结构或物体表面，然后在织物一侧表面浇水，水泥粉体与水发生水化反应，数小时内硬化形成一种水泥制品层，可根据工程需求设计相应的性能指标。
目前，国内外有多种复合增强水泥衬垫的结构和制备方法，但是都存在很多缺陷。国外混凝土帆布的制作工艺较复杂，例如3D织物两个侧面的封闭装配及填充水泥过后，为使其内部的水泥在运输施工过程中不易漏出而采用的涂胶封装或粘接层封装技术均存在缺陷。因为封装前的水泥毯表面连同3D纤维织物表层覆盖了大量的水泥粉尘，此时用胶粘剂封装很难保证粘接效果。若将3D织物层加厚而水泥不填满，这种方式虽然可实现方便牢固的粘接，但是水泥毯在成型后的运输、施工过程中，已被封装在水泥毯内部并经过振动密实的水泥粉体，由于存在富余的空间体积，会发生位移而变得松散，这对水泥毯吸水硬化后的水泥结构的密实度极为不利，会带来诸如强度不高、孔隙率过大而产生渗水、耐久性变差等问题。
国内水泥毯的保护层通常由PVC等防水材料粘接而成，而且有关用于防水、防潮、防漏水泥的说法也存在欠缺。众所周知，PVC等任何一种防水卷材或片材在使用时如果不将其所有的接缝密封处理，则该层材料就不具备防水功能，同时在施工使用过程中，也不能有任何物体将PVC卷材或片材的任何部位刺穿，否则其防水功能将失效。首先，水泥毯在施工时没有对保护层实施密封接缝处理，其次，在施工时又用各种钉子将水泥毯打穿固定，可见此时的PVC层已失去防水功能。另外，水泥毯的结构也存在较大缺陷，这将导致无法实现生产以及严重影响产品的性能，例如采用通常的成品无纺布无法实现将水泥毯上、下层复合到一起的目的。水泥粉体的粒径有90%以上小于80μm，在水泥毯复合后的编织布层上要粘接PVC卷材，其粘接质量令人堪忧。
综上所述，急需开发一种新型的复合增强水泥衬垫及其制备方法，以解决上述技术问题。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种复合增强水泥衬垫，自上而下依次包括上层、中间层、下层和保水层；所述中间层内填充干粉砂浆，所述上层、中间层、下层之间通过纤维丝线针刺连接，所述纤维丝线在垂直方向和倾斜方向上交织排列，所述保水层喷涂在所述下层的外表面上。
优选的是，所述上层为无纺布半成品Ⅰ，所述无纺布半成品Ⅰ的质量为220-350g/m2，所述无纺布半成品Ⅰ的纤维单丝的直径不小于15D。无纺布半成品Ⅰ为任意一种化学纤维材料，比如聚乙烯材料（PE）、聚丙烯材料（PP）。无纺布半成品不同于常用的无纺布，它是一种在加工时没有完全成型的半成品，处于膨松状态。
在上述任一方案中优选的是，所述中间层为三维经编织造布，所述三维经编织造布的质量不大于800g/m2。
在上述任一方案中优选的是，所述三维经编织造布的厚度为所述复合增强水泥衬垫厚度的75-90%。
在上述任一方案中优选的是，所述三维经编织造布的顶层由上层网孔编织而成，所述上层网孔的尺寸为3-5mm。上层网孔可为任意一种几何形状。
在上述任一方案中优选的是，所述三维经编织造布的底层由下层网孔编织而成，所述下层网孔的尺寸为5-10mm。下层网孔可为任意一种几何形状。
在上述任一方案中优选的是，所述下层网孔的边缘单丝的直径为所述上层网孔的边缘单丝的直径的2-5倍。
在上述任一方案中优选的是，所述下层为编织布与无纺布半成品Ⅱ的组合层，所述编织布在所述无纺布半成品Ⅱ的上方。所述编织布与所述无纺布半成品Ⅱ即可以预先复合，也可以无需预先复合。所述编织布为普通丙纶编织布，无纺布半成品Ⅱ为任意一种化学纤维材料，比如聚乙烯材料（PE）、聚丙烯材料（PP）。
在上述任一方案中优选的是，所述编织布的质量为180-250g/m2，所述编织布的经向单丝宽度和纬向单丝宽度均不大于1.1mm。
在上述任一方案中优选的是，所述无纺布半成品Ⅱ的质量为150-250g/m2，所述无纺布半成品Ⅱ的纤维单丝的直径不小于15D。
在上述任一方案中优选的是，所述保水层为喷涂速凝橡胶沥青，所述喷涂速凝橡胶沥青的厚度为0.3-1.5mm。
在上述任一方案中优选的是，垂直的纤维丝线与所述复合增强水泥衬垫长度方向的夹角为90º；倾斜的纤维丝线与所述复合增强水泥衬垫长度方向的夹角为45-60º。
在上述任一方案中优选的是，所述上层和所述下层的幅面宽度均比所述中间层的幅面宽度大10-20cm，其中所述上层和所述下层的两边分别富余5-10cm。
在上述任一方案中优选的是，所述干粉砂浆由水泥、细骨料和添加剂均匀混合而成，所述水泥、细骨料和添加剂的质量配比为1:0.5-1:0.02-0.06。根据水泥衬垫具有水泥水化反应免搅拌免振捣的特性，选择适当的添加剂。将水泥、细骨料和添加剂按照配比称量，并放入专业的干粉搅拌设备中搅拌均匀后，即可得到本发明的干粉砂浆。所述细骨料可选择天然砂、石英砂和陶粒等。
在上述任一方案中优选的是，所述水泥为通用硅酸盐水泥和/或特种水泥。
在上述任一方案中优选的是，所述细骨料的粒径不大于1.5mm。
在上述任一方案中优选的是，所述添加剂包括减水剂、速凝剂、早强剂、防水剂和膨胀剂。
在上述任一方案中优选的是，所述减水剂为木质素磺酸盐、萘磺酸盐甲醛聚合物和聚羧酸盐中的一种或几种；所述速凝剂为碱土金属碳酸盐、碱土金属氢氧化物和铝酸盐中的一种或几种；所述早强剂为亚硝酸盐、铬酸盐、三乙醇胺和甲酸钙中的一种或几种；所述防水剂为无机铝盐和/或有机硅；所述膨胀剂为硫铝酸钙和/或氧化钙。
本发明的复合增强水泥衬垫的结构设置以及各层结构的材料选用都是经过大量试验研究获得的，具有重要的社会经济意义。
上层：上层材料须使用膨松状态的无纺布半成品，而绝不能使用无纺布成品，是为了使水泥衬垫在针刺复合时，能够将更多的、有效的上层无纺布半成品的纤维与下层编织布和下层无纺布半成品的纤维进行缠绕复合。同时要求纤维单丝的直径不小于15D，即为加粗的纤维单丝，由于使用了加粗的纤维单丝，再配合适当的克重，可确保有足够的缠绕纤维数量，从而使水泥衬垫的复合效果大大提高，体现出更高更强的剥离强度。由于剥离强度的增大，水泥衬垫在装卸、运输、施工时，填充在中间层内的干粉砂浆层不会产生位移，从而使水泥衬垫的厚度和性能都保持一致，不会出现薄厚不均和性能波动较大的现象。若干粉砂浆层在本身厚度就不高（通常为15mm左右）的水泥衬垫中产生位移，即便是轻微的移动，也会给水泥衬垫的性能带来极大影响。
中间层：中间层材料为聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）等化学纤维材料，由于存在纤维，使得硬化后水泥衬垫的抗折强度得到提升，并且可以防止开裂。同时对下层无纺布半成品的网格纤维有目的的加粗，并布置在水泥衬垫的底部，可起到类似于钢筋砼结构中的拉筋作用，按照结构力学的受力规律，这是其最佳的拉筋位置。此外，施工时须按照固定的方向安装、铺设水泥衬垫，加筋部位应处于受拉应力的位置（通常是拉筋朝下）。
下层：下层材料由编织布与膨松的无纺布半成品共同组合而成。下层的编织布能够为水泥衬垫提供足够的纵横向抗拉强度，同时又能够很好的将上层无纺布半成品带下来的纤维握裹住，从而为水泥衬垫提供大部分剥离强度，承载下层无纺布半成品的复合强度，此外它还能够为水泥衬垫贡献部分抗折强度。下层的无纺布半成品能够实现水泥衬垫上下层的连接复合，此外由于无纺布特有的过滤作用，使得它能够防止细小的水泥颗粒漏出，更重要的是它能够使上下针刺工艺得以实现。
保水层：保水层采用具有高延伸率的喷涂速凝橡胶沥青防水涂层，该防水涂层的最大特点是喷涂后可在数秒内迅速干燥固化，为连续生产水泥衬垫提供了连续可靠的保水层。设置保水层具有重要的意义，当水泥衬垫施工铺设完成后，需要多次浇水，使水能够与水泥发生充分的水化反应，这样才能使水泥衬垫有足够的强度满足工程需要。如果不设置保水层，则应该参与水化反应的水分还未来得及参加反应或反应还未完全实现，水就已经渗出，其后果是浇水后水泥衬垫上层的水泥已经完全反应，而下层的水泥还没来得及反应或没有完全反应，水就已经渗出流走，造成水化反应不充分，从而无法保证水泥衬垫的性能。
另外，水化反应需要严格控制用水比例，即控制水灰比，本发明施工时的水灰比控制在0.45-0.55。水灰比在该数值范围内，既能缩短硬化时间，又能保证水泥衬垫的强度，同时节省水资源，降低施工成本，提高施工效率。
干粉砂浆层：干粉砂浆是水泥衬垫浇水硬化后最主要的性能贡献者，如抗压强度、抗折强度、凝固时间、防水性能和材料寿命等，这些性能决定了工程施工的质量、进度和成本。根据水泥衬垫的施工特点和使用特点，干粉砂浆与普通混凝土相比，最大的区别在于它在水化过程中无需搅拌和振捣。对于普通混凝土来说，如果免去搅拌和振捣这两项操作，则水泥的水化反应可能无法进行，对混凝土的成形和强度是极为不利的，通常混凝土的强度会损失50%左右。如果不解决这一问题，将使水泥衬垫失去工程应用的意义，因此需要使用相应的添加剂并配合疏水性细骨料弥补水泥水化反应的上下不均匀，使水泥在不搅拌、不振捣的情况下也能充分反应，从而保证水泥强度的发挥。
添加剂：为使水泥衬垫具有更好的防水性能和更长的使用寿命，就必须提高水泥水化后的密实度，这需要靠添加剂来实现。此外，为使水泥衬垫具有更快的凝结固化时间，进而缩短工期或者用于抢修、抢险工程的急用，也需要加入相应的添加剂来实现。本发明中使用的添加剂全部为粉状材料，在生产时一次性加入干粉砂浆中，无需在浇水时再加入任何添加剂，以避免现场添加带来的掺和不准确、不均匀以及施工现场掺和条件不满足要求等带来的不利。
本发明还提供一种复合增强水泥衬垫的制备方法，可用于上述任一种复合增强水泥衬垫，其按照先后顺序包括以下步骤：
步骤一：通过放卷机铺设下层材料，即将编织布与无纺布半成品Ⅱ的组合层平铺在复合增强水泥衬垫生产线的布料平台上，其中无纺布半成品Ⅱ在下方，编织布在上方；
步骤二：通过放卷机铺设中间层材料，即将三维经编织造布平铺在编织布的上方，其中三维经编织造布的上层网孔朝上，下层网孔朝下；
步骤三：在三维经编织造布上铺撒已经配制好的干粉砂浆，在铺撒过程中，通过布料平台上的震动装置使干粉砂浆均匀、密实的填充在三维经编织造布内，直至填充的干粉砂浆的厚度和宽度分别与三维经编织造布的厚度和宽度相等；
步骤四：通过放卷机铺设上层材料，即将无纺布半成品Ⅰ平铺在三维经编织造布的上方；
步骤五：启动上下双刺针刺机，对已经铺好的上层材料、中间层材料及填充的干粉砂浆、下层材料进行针刺复合，同时对上层材料和下层材料位于中间层材料及填充的干粉砂浆两侧的富余部分进行针刺复合；
步骤六：启动安装在无纺布半成品Ⅱ下方的自动喷涂机，对无纺布半成品Ⅱ的外表面喷涂速凝橡胶沥青，待喷涂速凝橡胶沥青凝固后，即形成复合增强水泥衬垫；
步骤七：步骤一至步骤六的放卷平铺、震动填充、针刺复合、喷涂工序均连续进行，最后裁边、打卷、包装。
优选的是，步骤五中，所述上下双刺针刺机包括上刺刺针和下刺刺针，所述上刺刺针垂直向下针刺，所述下刺刺针沿着上层材料、中间层材料、下层材料向前运动的方向倾斜向上针刺。
在上述任一方案中优选的是，在上下双刺针刺机启动时，所述下刺刺针早于所述上刺刺针先行针刺。
在上述任一方案中优选的是，所述上刺刺针的针刺频率大于所述下刺刺针的针刺频率。
在上述任一方案中优选的是，步骤六中，所述喷涂速凝橡胶沥青的凝固时间为2-10s。当水泥衬垫复合完成后，在下层的无纺布半成品的外表面上喷涂速凝橡胶沥青，且在2-10s内迅速干燥凝固，喷膜厚度为0.3-1.5mm，耐静水压力不小于0.15MPa，同时具有良好的与无纺布半成品相粘接的性能，而且与无纺布半成品具有同步的延伸率，以及具有钉杆穿刺后的水密性等特点。
成品包装复合增强水泥衬垫中的水泥材料在施工前的储运过程中严禁遇水或受潮，因此为保证复合增强水泥衬垫的储存期限，其包装必须满足防潮要求。本发明采用双层包装，内层为缠绕膜包装，外层为密封塑料袋包装。
本发明的复合增强水泥衬垫及其制备方法，具有如下有益效果，有效的解决了目前水泥毯在土木工程应用中存在的技术难题和经济难题：
（1）施工效率高：现有技术是依靠人工砌砖、抹灰实现的，若使用本发明的复合增强水泥衬垫铺设、浇水的方法替代人工操作，则施工效率大幅度提高。
（2）减少资源浪费：现有技术的施工厚度需要10cm左右，甚至更厚，若使用本发明的复合增强水泥衬垫，仅需要1-2cm厚即可满足工程需求。
（3）减轻人工劳动强度：传统砌砖、抹灰均须人工操作，而本发明的复合增强水泥衬垫的铺设可由机械来协助完成。
（4）减少工地扬尘：抹灰时现场搅拌的水泥砂浆会带来很大的扬尘，而本发明的复合增强水泥衬垫中的水泥已被包裹在编织物层中，可从根本上去除扬尘。
（5）工程质量得到提高：抹灰砂浆层中无法实现加筋，而本发明的复合增强水泥衬垫中已植入了加筋，可有效避免砂浆层的开裂、脱落等问题，同时大大提高了砂浆层的抗折强度。
（7）性价比高：本发明的复合增强水泥衬垫可在工厂里高效、精准的生产，同时可根据工程需要，掺加多种改善砼或水泥砂浆性能的添加剂，使产品性能得到提升，还可实现精准的成本控制，具有极高的性价比。
本发明的复合增强水泥衬垫具有以下特性：
（a）施工使用温度≥0℃
（b）抗渗能力（28天）≥0.4MPa
（c）早强、高强度性能：硬化时间6h-24h可调
7天抗压强度≥30MPa
28天抗压强度≥60MPa
（d）抗折强度（28天）≥6.5MPa
（e）抗冻融循环（28天）：经25次冻融循环，无开裂、起皮、脱落等现象
（f）施工水灰比：0.45-0.55
本发明的复合增强水泥衬垫可广泛用于多种土木工程中，例如水利防渗、山体护坡、河堤加固、沟渠衬砌、管道保护、屋顶防护等。
需要说明的是：本发明的复合增强水泥衬垫及其制备方法中用到的各个参数，比如材料的选择、每层材料的克重、干粉砂浆的组成及配比、制备过程中的工艺参数等，都是经过大量试验探索、总结获得的，这些参数之间需要相互配合、综合考虑才能制备出高性能的水泥衬垫。
附图说明
图1为按照本发明的复合增强水泥衬垫的一优选实施例的结构示意图，中间层和干粉砂浆被上层和下层幅面宽度富余的部分包裹起来；
图2为按照本发明的复合增强水泥衬垫的图1所示实施例沿宽度方向的横截面示意图；
图3为按照本发明的复合增强水泥衬垫的图1所示实施例沿长度方向的横截面示意图；
图4为按照本发明的复合增强水泥衬垫的图1所示实施例中间层的结构示意图；
图5为按照本发明的复合增强水泥衬垫的图1所示实施例三维经编织造布顶层的上层网孔的排布示意图；
图6为按照本发明的复合增强水泥衬垫的图1所示实施例三维经编织造布底层的下层网孔的排布示意图；
图7为按照本发明的复合增强水泥衬垫的图1所示实施例下层的结构示意图。
图中标注说明：
1-上层；
2-中间层，21-三维经编织造布的顶层，22-三维经编织造布的底层，23-上层网孔，24-下层网孔，25-上层网孔的边缘单丝，26-下层网孔的边缘单丝；
3-下层，31-编织布，32-无纺布半成品Ⅱ；
4-保水层；
5-干粉砂浆；
6-纤维丝线。
具体实施方式
为了更进一步了解本发明的发明内容，下面将结合具体实施例详细阐述本发明。
实施例一：
如图1-7所示，按照本发明的复合增强水泥衬垫的一实施例，自上而下依次包括上层1、中间层2、下层3和保水层4；所述中间层2内填充干粉砂浆5，所述上层1、中间层2、下层3之间通过纤维丝线6针刺连接，所述纤维丝线6在垂直方向和倾斜方向上交织排列，所述保水层4喷涂在所述下层3的外表面上。
所述上层1的无纺布半成品Ⅰ为聚乙烯材料（PE）；所述无纺布半成品Ⅰ的质量为220g/m2，所述无纺布半成品Ⅰ的纤维单丝的直径为15D。
所述中间层2为三维经编织造布，所述三维经编织造布的质量为800g/m2；所述三维经编织造布的厚度为所述复合增强水泥衬垫厚度的90%。所述三维经编织造布的顶层21由上层网孔23编织而成，所述上层网孔23的尺寸为3mm；所述三维经编织造布的底层22由下层网孔24编织而成，所述下层网孔24的尺寸为5mm。所述下层网孔的边缘单丝26的直径为所述上层网孔的边缘单丝25的直径的2倍。
所述下层3为编织布31与无纺布半成品Ⅱ32的组合层，所述编织布31在所述无纺布半成品Ⅱ32的上方。所述编织布31与所述无纺布半成品Ⅱ32无需预先复合。所述编织布31为普通丙纶编织布，无纺布半成品Ⅱ32为聚乙烯材料（PE）。
所述编织布31的质量为180g/m2，所述编织布31的经向单丝宽度和纬向单丝宽度均为1.1mm。所述无纺布半成品Ⅱ32的质量为250g/m2，所述无纺布半成品Ⅱ32的纤维单丝的直径为15D。
所述保水层4为喷涂速凝橡胶沥青，所述喷涂速凝橡胶沥青的厚度为0.3mm。垂直的纤维丝线6与所述复合增强水泥衬垫长度方向的夹角为90º；倾斜的纤维丝线6与所述复合增强水泥衬垫长度方向的夹角为60º。所述上层1和所述下层3的幅面宽度均比所述中间层2的幅面宽度大10cm，其中所述上层1和所述下层3的两边分别富余5cm。
所述干粉砂浆由水泥、细骨料和添加剂均匀混合而成，所述水泥、细骨料和添加剂的质量配比为1:0.5:0.02。根据水泥衬垫具有水泥水化反应免搅拌免振捣的特性，选择适当的添加剂。将水泥、细骨料和添加剂按照配比称量，并放入专业的干粉搅拌设备中搅拌均匀后，即可得到本实施例的干粉砂浆。
所述水泥为通用硅酸盐水泥和特种水泥。所述细骨料的粒径为1.5mm。所述添加剂包括减水剂、速凝剂、早强剂、防水剂和膨胀剂。所述减水剂为木质素磺酸盐；所述速凝剂为碱土金属碳酸盐；所述早强剂为亚硝酸盐；所述防水剂为无机铝盐；所述膨胀剂为硫铝酸钙。
本实施例的复合增强水泥衬垫的结构设置以及各层结构的材料选用都是经过大量试验研究获得的，具有重要的社会经济意义。
上层：上层材料须使用膨松状态的无纺布半成品，而绝不能使用无纺布成品，是为了使水泥衬垫在针刺复合时，能够将更多的、有效的上层无纺布半成品的纤维与下层编织布和下层无纺布半成品的纤维进行缠绕复合。同时要求纤维单丝的直径不小于15D，即为加粗的纤维单丝，由于使用了加粗的纤维单丝，再配合适当的克重，可确保有足够的缠绕纤维数量，从而使水泥衬垫的复合效果大大提高，体现出更高更强的剥离强度。由于剥离强度的增大，水泥衬垫在装卸、运输、施工时，填充在中间层内的干粉砂浆层不会产生位移，从而使水泥衬垫的厚度和性能都保持一致，不会出现薄厚不均和性能波动较大的现象。若干粉砂浆层在本身厚度就不高（通常为15mm左右）的水泥衬垫中产生位移，即便是轻微的移动，也会给水泥衬垫的性能带来极大影响。
中间层：中间层材料为化学纤维，由于存在纤维，使得硬化后水泥衬垫的抗折强度得到提升，并且可以防止开裂。同时对下层无纺布半成品的网格纤维有目的的加粗，并布置在水泥衬垫的底部，可起到类似于钢筋砼结构中的拉筋作用，按照结构力学的受力规律，这是其最佳的拉筋位置。此外，施工时须按照固定的方向安装、铺设水泥衬垫，加筋部位应处于受拉应力的位置（通常是拉筋朝下）。
下层：下层材料由编织布与膨松的无纺布半成品共同组合而成。下层的编织布能够为水泥衬垫提供足够的纵横向抗拉强度，同时又能够很好的将上层无纺布半成品带下来的纤维握裹住，从而为水泥衬垫提供大部分剥离强度，承载下层无纺布半成品的复合强度，此外它还能够为水泥衬垫贡献部分抗折强度。下层的无纺布半成品能够实现水泥衬垫上下层的连接复合，此外由于无纺布特有的过滤作用，使得它能够防止细小的水泥颗粒漏出，更重要的是它能够使上下针刺工艺得以实现。
保水层：保水层采用具有高延伸率的喷涂速凝橡胶沥青防水涂层，该防水涂层的最大特点是喷涂后可在数秒内迅速干燥固化，为连续生产水泥衬垫提供了连续可靠的保水层。设置保水层具有重要的意义，当水泥衬垫施工铺设完成后，需要多次浇水，使水能够与水泥发生充分的水化反应，这样才能使水泥衬垫有足够的强度满足工程需要。如果不设置保水层，则应该参与水化反应的水分还未来得及参加反应或反应还未完全实现，水就已经渗出，其后果是浇水后水泥衬垫上层的水泥已经完全反应，而下层的水泥还没来得及反应或没有完全反应，水就已经渗出流走，造成水化反应不充分，从而无法保证水泥衬垫的性能。
另外，水化反应需要严格控制用水比例，即控制水灰比，本实施例施工时的水灰比控制在0.45，既能缩短硬化时间，又能保证水泥衬垫的强度，同时节省水资源，降低施工成本，提高施工效率。
干粉砂浆层：干粉砂浆是水泥衬垫浇水硬化后最主要的性能贡献者，如抗压强度、抗折强度、凝固时间、防水性能和材料寿命等，这些性能决定了工程施工的质量、进度和成本。根据水泥衬垫的施工特点和使用特点，干粉砂浆与普通混凝土相比，最大的区别在于它在水化过程中无需搅拌和振捣。对于普通混凝土来说，如果免去搅拌和振捣这两项操作，则水泥的水化反应可能无法进行，对混凝土的成形和强度是极为不利的，通常混凝土的强度会损失50%左右。如果不解决这一问题，将使水泥衬垫失去工程应用的意义，因此需要使用相应的添加剂并配合疏水性细骨料弥补水泥水化反应的上下不均匀，使水泥在不搅拌、不振捣的情况下也能充分反应，从而保证水泥强度的发挥。
添加剂：为使水泥衬垫具有更好的防水性能和更长的使用寿命，就必须提高水泥水化后的密实度，这需要靠添加剂来实现。此外，为使水泥衬垫具有更快的凝结固化时间，进而缩短工期或者用于抢修、抢险工程的急用，也需要加入相应的添加剂来实现。本发明中使用的添加剂全部为粉状材料，在生产时一次性加入干粉砂浆中，无需在浇水时再加入任何添加剂，以避免现场添加带来的掺和不准确、不均匀以及施工现场掺和条件不满足要求等带来的不利。
本实施例还提供一种上述复合增强水泥衬垫的制备方法，其按照先后顺序包括以下步骤：
步骤一：通过放卷机铺设下层材料，即将编织布与无纺布半成品Ⅱ的组合层平铺在复合增强水泥衬垫生产线的布料平台上，其中无纺布半成品Ⅱ在下方，编织布在上方；
步骤二：通过放卷机铺设中间层材料，即将三维经编织造布平铺在编织布的上方，其中三维经编织造布的上层网孔朝上，下层网孔朝下；
步骤三：在三维经编织造布上铺撒已经配制好的干粉砂浆，在铺撒过程中，通过布料平台上的震动装置使干粉砂浆均匀、密实的填充在三维经编织造布内，直至填充的干粉砂浆的厚度和宽度分别与三维经编织造布的厚度和宽度相等；
步骤四：通过放卷机铺设上层材料，即将无纺布半成品Ⅰ平铺在三维经编织造布的上方；
步骤五：启动上下双刺针刺机，对已经铺好的上层材料、中间层材料及填充的干粉砂浆、下层材料进行针刺复合，同时对上层材料和下层材料位于中间层材料及填充的干粉砂浆两侧的富余部分进行针刺复合；
步骤六：启动安装在无纺布半成品Ⅱ下方的自动喷涂机，对无纺布半成品Ⅱ的外表面喷涂速凝橡胶沥青，待喷涂速凝橡胶沥青凝固后，即形成复合增强水泥衬垫；
步骤七：步骤一至步骤六的放卷平铺、震动填充、针刺复合、喷涂工序均连续进行，最后裁边、打卷、包装。
步骤五中，所述上下双刺针刺机包括上刺刺针和下刺刺针，所述上刺刺针垂直向下针刺，所述下刺刺针沿着上层材料、中间层材料、下层材料向前运动的方向倾斜向上针刺。在上下双刺针刺机启动时，所述下刺刺针早于所述上刺刺针先行针刺。所述上刺刺针的针刺频率大于所述下刺刺针的针刺频率。
步骤六中，所述喷涂速凝橡胶沥青的凝固时间为2s。当水泥衬垫复合完成后，在下层的无纺布半成品的外表面上喷涂速凝橡胶沥青，且在2s内迅速干燥凝固，喷膜厚度为0.3mm，耐静水压力为0.15MPa，同时具有良好的与无纺布半成品相粘接的性能，而且与无纺布半成品具有同步的延伸率，以及具有钉杆穿刺后的水密性等特点。
本实施例的复合增强水泥衬垫及其制备方法，具有如下有益效果，有效的解决了目前水泥毯在土木工程应用中存在的技术难题和经济难题：
（1）施工效率高：现有技术是依靠人工砌砖、抹灰实现的，若使用本实施例的复合增强水泥衬垫铺设、浇水的方法替代人工操作，则施工效率大幅度提高。
（2）减少资源浪费：现有技术的施工厚度需要10cm左右，甚至更厚，若使用本实施例的复合增强水泥衬垫，仅需要1-2cm厚即可满足工程需求。
（3）减轻人工劳动强度：传统砌砖、抹灰均须人工操作，而本实施例的复合增强水泥衬垫的铺设可由机械来协助完成。
（4）减少工地扬尘：抹灰时现场搅拌的水泥砂浆会带来很大的扬尘，而本实施例的复合增强水泥衬垫中的水泥已被包裹在编织物层中，可从根本上去除扬尘。
（5）工程质量得到提高：抹灰砂浆层中无法实现加筋，而本实施例的复合增强水泥衬垫中已植入了加筋，可有效避免砂浆层的开裂、脱落等问题，同时大大提高了砂浆层的抗折强度。
（7）性价比高：本实施例的复合增强水泥衬垫可在工厂里高效、精准的生产，同时可根据工程需要，掺加多种改善砼或水泥砂浆性能的添加剂，使产品性能得到提升，还可实现精准的成本控制，具有极高的性价比。
本实施例的复合增强水泥衬垫具有以下特性：
（a）施工使用温度≥0℃
（b）抗渗能力（28天）≥0.4MPa
（c）早强、高强度性能：硬化时间6h-24h可调
7天抗压强度≥30MPa
28天抗压强度≥60MPa
（d）抗折强度（28天）≥6.5MPa
（e）抗冻融循环（28天）：经25次冻融循环，无开裂、起皮、脱落等现象
（f）施工水灰比：0.45-0.55
本实施例的复合增强水泥衬垫可广泛用于多种土木工程中，例如水利防渗、山体护坡、河堤加固、沟渠衬砌、管道保护、屋顶防护等。
需要说明的是：本实施例的复合增强水泥衬垫及其制备方法中用到的各个参数，比如材料的选择、每层材料的克重、干粉砂浆的组成及配比、制备过程中的工艺参数等，都是经过大量试验探索、总结获得的，这些参数之间需要相互配合、综合考虑才能制备出高性能的水泥衬垫。
实施例二：
按照本发明的复合增强水泥衬垫及其制备方法的另一实施例，其结构、各层结构所使用的材料、制备工艺、设计原理、有益效果等均与实施例一相同，不同的是：
所述无纺布半成品Ⅰ的质量为350g/m2，所述无纺布半成品Ⅰ的纤维单丝的直径为20D。所述三维经编织造布的质量为750g/m2；所述三维经编织造布的厚度为所述复合增强水泥衬垫厚度的75%；所述三维经编织造布顶层的上层网孔的尺寸为5mm；所述三维经编织造布底层的下层网孔的尺寸为10mm；所述下层网孔的边缘单丝的直径为所述上层网孔的边缘单丝的直径的5倍。所述编织布的质量为250g/m2；所述无纺布半成品Ⅱ的质量为150g/m2，所述无纺布半成品Ⅱ的纤维单丝的直径为20D。所述喷涂速凝橡胶沥青的厚度为1.5mm。倾斜的纤维丝线与所述复合增强水泥衬垫长度方向的夹角为45º。所述上层和所述下层的幅面宽度均比所述中间层的幅面宽度大20cm，其中所述上层和所述下层的两边分别富余10cm。
所述干粉砂浆由水泥、细骨料和添加剂均匀混合而成，所述水泥、细骨料和添加剂的质量配比为1:1:0.06。所述水泥为高标号的通用硅酸盐水泥。所述细骨料的粒径为1.0mm。所述减水剂为萘磺酸盐甲醛聚合物；所述速凝剂为碱土金属氢氧化物；所述早强剂为铬酸盐；所述防水剂为有机硅；所述膨胀剂为氧化钙。本实施例施工时的水灰比控制在0.55。
步骤六中，所述喷涂速凝橡胶沥青的凝固时间为10s，喷膜厚度为1.5mm，耐静水压力为0.20MPa。
实施例三：
按照本发明的复合增强水泥衬垫及其制备方法的另一实施例，其结构、各层结构所使用的材料、制备工艺、设计原理、有益效果等均与实施例一相同，不同的是：
所述无纺布半成品Ⅰ的质量为300g/m2，所述无纺布半成品Ⅰ的纤维单丝的直径为25D。所述三维经编织造布的质量为780g/m2；所述三维经编织造布的厚度为所述复合增强水泥衬垫厚度的85%；所述三维经编织造布顶层的上层网孔的尺寸为4mm；所述三维经编织造布底层的下层网孔的尺寸为8mm；所述下层网孔的边缘单丝的直径为所述上层网孔的边缘单丝的直径的4倍。所述编织布的质量为220g/m2；所述无纺布半成品Ⅱ的质量为200g/m2，所述无纺布半成品Ⅱ的纤维单丝的直径为25D。所述喷涂速凝橡胶沥青的厚度为1.0mm。倾斜的纤维丝线与所述复合增强水泥衬垫长度方向的夹角为50º。所述上层和所述下层的幅面宽度均比所述中间层的幅面宽度大12cm，其中所述上层和所述下层的两边分别富余6cm。
所述干粉砂浆由水泥、细骨料和添加剂均匀混合而成，所述水泥、细骨料和添加剂的质量配比为1:0.8:0.04。所述水泥为特种水泥。所述细骨料的粒径为1.2mm。本实施例施工时的水灰比控制在0.50。
步骤六中，所述喷涂速凝橡胶沥青的凝固时间为5s，喷膜厚度为1.0mm，耐静水压力为0.25MPa。
本领域技术人员不难理解，本发明的复合增强水泥衬垫及其制备方法包括上述本发明说明书的发明内容和具体实施方式部分以及附图所示出的各部分的任意组合，限于篇幅并为使说明书简明而没有将这些组合构成的各方案一一描述。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (21)

1.复合增强水泥衬垫的制备方法，自上而下依次包括上层、中间层、下层和保水层，其特征在于：所述中间层内填充干粉砂浆，所述上层、中间层、下层之间通过纤维丝线针刺连接，所述纤维丝线在垂直方向和倾斜方向上交织排列，所述保水层喷涂在所述下层的外表面上，其按照先后顺序包括以下步骤：
步骤一：通过放卷机铺设下层材料，即将编织布与无纺布半成品Ⅱ的组合层平铺在复合增强水泥衬垫生产线的布料平台上，其中无纺布半成品Ⅱ在下方，编织布在上方；
步骤二：通过放卷机铺设中间层材料，即将三维经编织造布平铺在编织布的上方，其中三维经编织造布的上层网孔朝上，下层网孔朝下；
步骤三：在三维经编织造布上铺撒已经配制好的干粉砂浆，在铺撒过程中，通过布料平台上的震动装置使干粉砂浆均匀、密实的填充在三维经编织造布内，直至填充的干粉砂浆的厚度和宽度分别与三维经编织造布的厚度和宽度相等；
步骤四：通过放卷机铺设上层材料，即将无纺布半成品Ⅰ平铺在三维经编织造布的上方；
步骤五：启动上下双刺针刺机，对已经铺好的上层材料、中间层材料及填充的干粉砂浆、下层材料进行针刺复合，同时对上层材料和下层材料位于中间层材料及填充的干粉砂浆两侧的富余部分进行针刺复合；
步骤六：启动安装在无纺布半成品Ⅱ下方的自动喷涂机，对无纺布半成品Ⅱ的外表面喷涂速凝橡胶沥青，待喷涂速凝橡胶沥青凝固后，即形成复合增强水泥衬垫；
步骤七：步骤一至步骤六的放卷平铺、震动填充、针刺复合、喷涂工序均连续进行，最后裁边、打卷、包装。
2.如权利要求1所述的复合增强水泥衬垫的制备方法，其特征在于：所述无纺布半成品Ⅰ的质量为220-350g/m2，所述无纺布半成品Ⅰ的纤维单丝的直径不小于15D。
3.如权利要求1所述的复合增强水泥衬垫的制备方法，其特征在于：所述三维经编织造布的质量不大于800g/m2。
4.如权利要求3所述的复合增强水泥衬垫的制备方法，其特征在于：所述三维经编织造布的厚度为所述复合增强水泥衬垫厚度的75-90%。
5.如权利要求4所述的复合增强水泥衬垫的制备方法，其特征在于：所述三维经编织造布的顶层由上层网孔编织而成，所述上层网孔的尺寸为3-5mm。
6.如权利要求4所述的复合增强水泥衬垫的制备方法，其特征在于：所述三维经编织造布的底层由下层网孔编织而成，所述下层网孔的尺寸为5-10mm。
7.如权利要求6所述的复合增强水泥衬垫的制备方法，其特征在于：所述下层网孔的边缘单丝的直径为所述上层网孔的边缘单丝的直径的2-5倍。
8.如权利要求1所述的复合增强水泥衬垫的制备方法，其特征在于：下层材料中，所述编织布的质量为180-250g/m2，所述编织布的经向单丝宽度和纬向单丝宽度均不大于1.1mm。
9.如权利要求1所述的复合增强水泥衬垫的制备方法，其特征在于：所述无纺布半成品Ⅱ的质量为150-250g/m2，所述无纺布半成品Ⅱ的纤维单丝的直径不小于15D。
10.如权利要求1所述的复合增强水泥衬垫的制备方法，其特征在于：喷涂速凝橡胶沥青的厚度为0.3-1.5mm。
11.如权利要求1所述的复合增强水泥衬垫的制备方法，其特征在于：步骤五中对已经铺好的上层材料、中间层材料及填充的干粉砂浆、下层材料通过纤维丝线针刺连接，所述纤维丝线在垂直方向和倾斜方
向上交织排列垂直的纤维丝线与所述复合增强水泥衬垫长度方向的
夹角为 90º；倾斜的纤维丝线与所述复合增强水泥衬垫长度方向的夹角为 45-60º。
12.如权利要求1所述的复合增强水泥衬垫的制备方法，其特征在于：上层和下层的幅面宽度均比所述中间层的幅面宽度大10-20cm。
13.如权利要求1所述的复合增强水泥衬垫的制备方法，其特征在于：所述干粉砂浆由水泥、细骨料和添加剂均匀混合而成，所述水泥、细骨料和添加剂的质量配比为1:0.5-1:0.02-0.06。
14.如权利要求13所述的复合增强水泥衬垫的制备方法，其特征在于：所述水泥为通用硅酸盐水泥和/或特种水泥。
15.如权利要求13所述的复合增强水泥衬垫的制备方法，其特征在于：所述细骨料的粒径不大于1.5mm。
16.如权利要求13所述的复合增强水泥衬垫的制备方法，其特征在于：所述添加剂包括减水剂、速凝剂、早强剂、防水剂和膨胀剂。
17.如权利要求16所述的复合增强水泥衬垫的制备方法，其特征在于：所述减水剂为木质素磺酸盐、萘磺酸盐甲醛聚合物和聚羧酸盐中的一种或几种；所述速凝剂为碱土金属碳酸盐、碱土金属氢氧化物和铝酸盐中的一种或几种；所述早强剂为亚硝酸盐、铬酸盐、三乙醇胺和甲酸钙中的一种或几种；所述防水剂为无机铝盐和/或有机硅；所述膨胀剂为硫铝酸钙和/或氧化钙。
18.如权利要求1所述的复合增强水泥衬垫的制备方法，其特征在于：步骤五中，所述上下双刺针刺机包括上刺刺针和下刺刺针，所述上刺刺针垂直向下针刺，所述下刺刺针沿着上层材料、中间层材料、下层材料向前运动的方向倾斜向上针刺。
19.如权利要求18所述的复合增强水泥衬垫的制备方法，其特征在于：在上下双刺针刺机启动时，所述下刺刺针早于所述上刺刺针先行针刺。
20.如权利要求19所述的复合增强水泥衬垫的制备方法，其特征在于：所述上刺刺针的针刺频率大于所述下刺刺针的针刺频率。
21.如权利要求20所述的复合增强水泥衬垫的制备方法，其特征在于：步骤六中，所述喷涂速凝橡胶沥青的凝固时间为2-10s。
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