普通刚性防水砂浆的主要成分是水泥,通常其抗压强度优异,但抗折强度都相对较低,且随着抗压强度的提高,其脆性越大,这就大大限制了普通水泥防水砂浆的应用,因此探求水泥基刚性材料柔性化是很有必要的。长期以来,聚合物改性广泛应用于水泥基材料的增韧,应用较多的改性材料通常有苯丙乳液、纯丙乳液、乙丙乳液等,然而这些方法一定程度上存在柔性有所提高但强度损失较大、性价比偏低等问题。此外,针对乳化沥青改性防水砂浆的研究也较多,但其也存在和易性及流动性差等问题中国沥青网sinoasphalt.com。若用乳化沥青复合胶乳改性防水砂浆,通过试验研究该复合改性材料是否能起到扬长避短的作用,此外,同时利用乳化沥青&胶乳对水泥防水砂浆进行改性的研究较少,该文尝试利用乳化沥青&氯丁胶乳混合乳液对防水砂浆进行改性,协同其他助剂在复合体系中的稳定、分散作用,分析改性后的防水砂浆的工作性能、力学性能及防渗性,研究乳化沥青&氯丁胶乳混合乳液改性防水砂浆性能的技术措施。

试验部分

试验原料

水泥为32.5级普通硅酸盐水泥;砂为中砂(粒径3mm以下);乳化沥青&氯丁胶乳混合乳液为自制;减水剂为聚羧酸高效减水剂;消泡剂为磷酸三丁脂。

仪器设备

乳化SBS改性沥青设备、养护箱、水泥胶砂流动度测定仪(跳桌)、水泥胶砂搅拌机、天平、振动台、砂浆渗透仪、压力机。

试验方法

乳化改性沥青制备

通过专门的乳化SBS改性沥青设备实现,主要分为以下3个阶段:

(1)沥青改性阶段:利用SBS改性,经过溶胀、剪切、发育三阶段,温度控制在170~175<span "="">℃之间。

(2)乳化阶段:经过加压、搅拌、碾磨和剪切作用,沥青最终被分散成均一、稳定、粒径较小的微粒分布在皂液内部。

(3)二次改性阶段:将乳化好的沥青中加入阴离子氯丁胶乳搅拌均匀即可。

防水砂浆的制备

参照JTJ053-94《公路工程水泥混凝土试验规程》中水泥胶砂成型方法。掺加顺序为:将乳化沥青及胶乳混合乳液倒入搅拌锅内拌匀,再加入消泡剂,然后再加入溶有高效减水剂的水泥,最后加入砂一起搅拌。

结果与讨论

乳化沥青&氯丁胶乳混合乳液制备的控制性过程研究

沥青改性效果的好坏取决于SBS在沥青中的分散效果。通过荧光显微镜观察SBS相态变化,结果表明:随着剪切时间的增加,SBS在沥青中的分散越均匀。发育的目的是通过沥青中的轻质油分的作用,在改性剂微粒表面形成具有一定厚度的界面吸附层,从而在一定程度提高物质体系的稳定性。用荧光显微镜观察SBS相态变化,结果表明:随保温时间增加SBS与沥青结合越好,SBS在沥青中的分散也越均匀。这些均有利于混合乳液在砂浆大量的凝胶孔、毛细孔中均匀填充,从而在水泥水化过程中形成稳定的薄膜。

配合比设计

乳化沥青&氯丁胶乳混合乳液改性防水砂浆力学性能研究

混合乳液改性防水砂浆的强度与混合乳液的掺量有关可以看出:随着混合乳液掺量的增加,28d抗折强度呈现先增后减的趋势,当乳液掺量达到8%时,28d抗折强度达到8.2MPa,比基准砂浆增加了30.2%。可以看出:28d抗压强度随着混合乳液掺量的增加同样呈现先增后减的趋势,当乳液掺量达到4%时,28d抗压强度达到31.7MPa,比基准砂浆增加了3.9%。

材料的压折比反映材料的脆性。压折比越小,材料的脆性越小,柔性越好。可以看出:随着乳液掺量的增加,体系的压折比降低,混合乳液的添加量越少时,压折比的降低幅度越大,这是由于混合乳液加入到水泥砂浆中,氯丁胶乳、乳化沥青填充了砂浆内部孔隙。此外,水泥为骨架结构,沥青与其缠绕各自胶凝形成互相交联的空间网络结构,从而降低水泥砂浆的脆性,柔性增加、抵抗变形能力提高,材料的安全性能越高。当混合液的掺量过大时,水泥颗粒表面包裹了大量的混合乳液,从而延缓了水泥的水化,使得砂浆内部空隙率反而增大,导致砂浆干缩性大、耐久性不足、强度降低。

抗渗性能研究

水泥砂浆本身具有自防水功能,但由于其同时也是一种多孔材料,在一定水压作用下,水仍有可能浸润到一定深度,进而影响砂浆的耐久性,因此抗渗性是水泥砂浆性能的一个重要指标。由表2可以看出:掺入混合乳液后,水泥砂浆的抗渗水能力随着混合乳液掺量的增大呈现先增后减的趋势。当混合乳液掺量为24%时,抗渗压力达到最大,相比素水泥砂浆提高了2倍多。这是由于掺加混合乳液后,混合乳液能够渗透并填充一部分孔隙,使大孔隙转变为小孔隙,小孔隙转变为闭合空间。此外,水泥水化过程中混合乳液逐渐失水形成薄膜贯穿于砂浆中,阻断了材料与外界的通道,最终有效提高了砂浆的抗渗性。

乳化沥青&氯丁胶乳混合乳液改性防水砂浆工作性能研究

可以看出:随着聚灰比的增加,改性防水砂浆的工作性逐渐降低。当聚灰比较小时,与基准砂浆流动度相差不大;当聚灰比在16%~24%之间时,虽流动性降低,但仍能密实成型,孔隙较小;当聚灰比大于32%时,试件无法密实成型,孔隙也相对较大。原因在于乳化沥青&氯丁胶乳混合乳液本身属于粘稠性乳液,它的掺入会大大增加砂浆内部颗粒之间的阻力,使砂浆流动困难,工作性能降低。

工程应用

白家湾隧道位于开阳至息烽高速公路T3合同段,属左右线分离式曲线形隧道,全长790m。该隧道于2015年7月底进行防水层施工。由于工程地处贵阳市息烽县内,地形地貌复杂,山区多雨水,作为该项目的依托工程,经研究决定使用该文研发的乳化沥青&胶乳混合乳液改性防水砂浆对隧道初期支护进行防水处理,以达到充填裂隙和止水的目的。施工时,首先确保初期支护混凝土基面应无裂缝、蜂窝麻面等缺陷,并用清水彻底润湿作业面,然后将按现场最佳配合比配置好的改性防水砂浆涂刷在混凝土基面上,每层厚度控制在0.4~0.6cm,不宜过厚从而造成养护困难,一般涂刷2遍即可,通过观察检查涂层的均匀程度,并按规定做好养护即可进行下一步施工。从施工过程来看,施工所需工具简单,施工效率高。从施工效果看,使用乳化沥青&胶乳混合乳液改性防水砂浆进行初期防水施工,后期辅以防水卷材等防水手段,将使整个防水体系更加合理、更加耐久。

结论

(1)乳化沥青&胶乳混合乳液的分散性对砂浆改性具有较大影响。

(2)随着聚灰比的增大,混合乳液改性防水砂浆脆性降低、柔性增大,表明混合乳液在一定程度上能有效改善砂浆的抗变形能力。

(3)混合乳液对防水砂浆抗压性能增强作用不明显;但有利于防水砂浆抗渗性能的提高。

(4)混合乳液的掺入影响水泥砂浆的工作性,随着聚灰比的增大,工作性呈下降的趋势,因此聚灰比不宜过大。

(5)当聚灰比为4%~8%时,材料的综合性能(柔韧性、抗压强度、工作性、抗渗强度)最佳。