一种柔性防渗帷幕及其制备方法

技术领域

本申请涉及建筑施工领域，更具体地说，它涉及一种柔性防渗帷幕及其制备方法。

背景技术

帷幕是在与挡水建筑物相接的地基和岸坡内,灌注抗渗材料所形成的连续竖向阻截渗流的设施，其可完全切断地基的透水层，彻底解决地基土的渗透变形问题，也可不完全切断透水层，做成悬挂式，起延长渗流途径、降低下游的逸出坡降。

在公开号为CN110054455A的中国发明专利申请文件中公开了防渗截流地下帷幕墙粉煤灰基防渗材料及施工方法，该防渗材料无需砂、石，且能利用电厂废弃物粉煤灰，可减少固体废弃物排放和减少对环境的破坏，绿色环保；利用该防渗材料来浇筑形成地下帷幕墙，具有施工方便，浇筑工艺流程简单，所形成的地下连续墙适应性强、防渗性好。本发明提供的防渗截流地下帷幕墙粉煤灰基防渗材料，包括如下重量成分：水泥40份、粉煤灰50-70份、硅灰5-10份、膨润土2-4份、氯化钠2-3份、木质素磺酸钙1.5-3份、以及水60-70份。

针对上述中的相关技术，发明人认为当上述产品应用于沿海地区时，受沿海地区土壤中高盐影响，在使用过程中可溶性盐会进入其内部并在后续形成结晶状态，引发体积膨胀，破坏所形成地下帷幕墙的内部结构，进而影响整体的防渗性能，因此，目前亟需提出一种方案以解决上述技术问题。

发明内容

为了使帷幕在沿海高盐环境中保持优异稳定的防渗性能，本申请提供一种柔性防渗帷幕及其制备方法。

第一方面，本申请提供一种柔性防渗帷幕，采用如下的技术方案：

一种柔性防渗帷幕，含以下重量份的组分：

水90-100份；

矿物混合料5-10份；

水泥3-7份；

膨润土30-50份；

羧甲基纤维素钠0.5-3份；

分散剂0.5-1份；

减水剂0.5-1份；

改性聚丙烯纤维6-9份；

所述改性聚丙烯纤维由以下步骤制备获得：

S1、取聚丙烯、聚苯乙烯和微硅粉按质量比为1:(0.4-0.7):(0.2-0.4)共混均匀，造粒后经熔融纺丝得到中间纤维料；

S2、将中间纤维料与玄武岩纤维进行混纺，并浸泡在含有硅烷偶联剂的水溶液中，在70-80℃下处理1.8-2.6h，过程中不断进行搅拌，取出后洗涤，烘干得到改性聚丙烯纤维。

通过采用上述技术方案，将聚丙烯、聚苯乙烯和微硅进行混合造粒，在熔融纺丝后，能够形成结构强度优异，且弹性收张稳定的中间纤维料；再与玄武岩纤维混纺后，可以形成高、低弹性模量交错的纤维混纺体系，能够更好的应对膨胀应力；最后用硅烷偶联剂对纤维表面进行修饰，使最终得到的改性聚丙烯纤维具有优异的分散性，以及与其他组分原料间具有稳定的结合性。本申请在柔性防渗帷幕中使用上述改性聚丙烯纤维，一方面能够提高自身的结构密实性，减少可溶性盐的侵入与渗透，另一方面在受到可溶性盐结晶产生的膨胀应力时，能够有效消除应力，减少内部微裂缝的产生，如此，便可以使柔性防渗帷幕在沿海高盐环境中保持优异稳定的防渗性能，整体应用性优异。

优选的，所述聚丙烯、聚苯乙烯和微硅粉的质量比为10:5:3。

通过采用上述技术方案，上述质量比的聚丙烯、聚苯乙烯和微硅粉在混合造粒、熔融纺丝后，得到中间纤维料，其结构强度和弹性收张稳定性的配合最为优异，使最终得到的改性聚丙烯纤维在防渗和应对可溶性盐结晶产生的膨胀应力时效果最为稳定。

优选的，所述中间纤维料与玄武岩纤维按质量比为3:1进行混纺。

通过采用上述技术方案，上述质量比的中间纤维料与玄武岩纤维混纺后，所形成高、低弹性模量交错的纤维混纺体系，与柔性防渗帷幕其他组分原料间的结合较为稳定，且对膨胀应力的消除作用最为明显，能够有效避免可溶性盐结晶产生的膨胀应力对柔性防渗帷幕结构的损坏。

优选的，所述柔性防渗帷幕的组分中还加入有重量份为3-7份的功能助剂，功能助剂由羟基磷灰石和竹炭纤维组成，且羟基磷灰石和竹炭纤维的重量比为(0.3-0.8):1。

通过采用上述技术方案，羟基磷灰石可有效降低可溶性盐的渗透和侵蚀作用；而竹炭纤维具有优异的填充作用，可提高柔性防渗帷幕结构的密实度，使防渗性能得到提高；而将羟基磷灰石和竹炭纤维组成功能助剂使用时，竹炭纤维表面的微孔结构可将羟基磷灰石吸附，并整体发挥出稳定的相容性，进而可起到复配增效作用，能够有效阻止可溶性盐的侵入与渗透，并配合改性聚丙烯纤维构件完善的增强防护网络，大大提高柔性防渗帷幕在沿海高盐环境中的防渗性能。

优选的，所述羟基磷灰石和竹炭纤维的重量比为0.5:1。

通过采用上述技术方案，上述重量比的羟基磷灰石和竹炭纤维，在应用时，相互间的配合效果最为优异，且在柔性防渗帷幕的内部与改性聚丙烯纤维间形成的防护体系最为稳定，整体带来的提升效果较为优异。

优选的，所述矿物混合料包含以下重量份的组分：

粉煤灰30-40份；

高炉矿渣10-20份；

硅灰4-6份。

通过采用上述技术方案，上述原料按特定用量范围组成的矿物混合料，能够有效配合改性聚丙烯纤维，堵塞、封闭柔性防渗帷幕内的毛细孔和微裂纹形成的通道孔隙，进而使柔性防渗帷幕具有优异的抗可溶性盐侵入与渗透的能力，并能够有效应对可溶性盐结晶产生的膨胀应力，形成的结构不易被破坏，进而保证柔性防渗帷幕在沿海高盐环境中具有优异稳定的防渗性能。

优选的，所述柔性防渗帷幕的组分中还加有重量份数为5-8份的橡胶微粒，橡胶微粒由汽车废弃轮胎经粉碎得到，其粒径为2-6mm。

通过采用上述技术方案，在柔性防渗帷幕中使用橡胶微粒，能够有效应对可溶性盐结晶产生的膨胀应力，且橡胶微粒对柔性防渗帷幕内部孔隙的填充作用明显，并表现出优异的耐久性，能够进一步提高柔性防渗帷幕在沿海高盐环境中的防渗性能。同时，橡胶微粒由汽车废弃轮胎经粉碎得到，有利于废旧资源的合理利用。

优选的，所述减水剂为氨基减水剂、聚羧酸减水剂和木质素磺酸盐减水剂中的一种或几种的组合物。

通过采用上述技术方案，上述种类的减水剂在应用于柔性防渗帷幕中，均能够保证在不改变柔性防渗帷幕强度的同时，节省水泥的用量，并使柔性防渗帷幕保持良好稳定的结构强度。

优选的，所述分散剂为焦磷酸钠、三聚磷酸钠和六偏磷酸钠中的一种或几种的组合物。

通过采用上述技术方案，上述种类的分散剂，能够有效防止各组分原料在混合后发生沉降和凝聚，能够形成稳定的混合态，进而使柔性防渗帷幕保持良好稳定的结构强度。

第二方面，本申请提供一种柔性防渗帷幕的制备方法，采用如下的技术方案：

一种柔性防渗帷幕的制备方法，包括以下步骤：

(1)按配比准备包含水、矿物混合料、水泥、膨润土、羧甲基纤维素钠、分散剂、减水剂和改性聚丙烯纤维的原料；

(2)将步骤(1)中的矿物混合料、水泥和膨润土混合均匀，得到混合料；将步骤(1)中的水、分散剂、减水剂和羧甲基纤维素钠混合均匀，得到混合液；

(3)将步骤(2)中的混合液和混合料不断进行搅拌混合，过程中加入步骤(1)中的改性聚丙烯纤维，混合均匀，施工固化成型，即可得到柔性防渗帷幕。

通过采用上述技术方案，本申请柔性防渗帷幕的制备步骤较少，工艺简单，便于大规模生产。而将各组分原料分步添加进行混合，过程易于进行品质管控。同时，在混合液和混合料混合均匀后，再加入改性聚丙烯纤维，有利于保证施工得到柔性防渗帷幕的品质。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、本申请在柔性防渗帷幕中使用特殊改性得到的改性聚丙烯纤维，不仅能够减少可溶性盐的侵入与渗透，还能够受到可溶性盐结晶产生的膨胀应力时，减少内部微裂缝的产生，进而使柔性防渗帷幕在沿海高盐环境中保持优异稳定的防渗性能，整体应用性优异；

2、加入由羟基磷灰石和竹炭纤维组成功能助剂，二者相互复配，能够有效阻止可溶性盐的侵入与渗透，并配合改性聚丙烯纤维构件完善的增强防护网络，大大提高柔性防渗帷幕在沿海高盐环境中的防渗性能。

具体实施方式

以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。

本申请的各实施例中所用的原料，除特殊说明之外，其他均为市售：

水泥购自济南鑫资源化工有限公司超细硅酸盐水泥K1340(Ⅰ级)；

膨润土购自潍坊市坊子区昊源膨润土厂，型号规格HY-04；

聚丙烯购自为中景石化T30S；

聚苯乙烯购自为奇美PH-879；

微硅粉购自甘肃三远硅材料有限公司，型号规格SY-95；

玄武岩纤维购自尔屿(石家庄)新材料科技有限公司，型号STER-07；

竹炭纤维购自仪征市东南化纤原料有限，规格为6.67*60mm的竹炭中空纤维；

橡胶微粒为灵寿县昆达矿产品加工厂提供的轮胎粉；

氨基减水剂购自淮南市科迪化工科技有限公司，型号为ZM-2；

聚羧酸减水剂购自辽宁科隆精细化工股份有限公司，型号为SP409；

木质素磺酸盐减水剂购自为瑞典杜姆舍DA30；

羟基磷灰石购自广东翁江化学试剂有限公司，规格30μm；

竹炭纤维购自绍兴凯策纺织有限公司，规格为50D、38mm。

原料和/或中间体的制备例

制备例1

改性聚丙烯纤维，其通过以下步骤制备获得：

S1、取聚丙烯、聚苯乙烯和微硅粉按质量比为10:5:3共混均匀，造粒后经熔融纺丝得到中间纤维料，造粒温度170℃，纺丝温度为240℃，中间纤维料直径为30mm；

S2、将中间纤维料与玄武岩纤维进行混纺成单丝，并浸泡在含有硅烷偶联剂的水溶液中，在75℃下处理2.2h，过程中不断进行搅拌，取出后洗涤，烘干得到改性聚丙烯纤维。

注：上述步骤中硅烷偶联剂为KH550，其与水的混合质量比为1:90；中间纤维料与玄武岩纤维按质量比为3:1进行混纺。

制备例2

改性聚丙烯纤维，其通过以下步骤制备获得：

S1、取聚丙烯、聚苯乙烯和微硅粉按质量比为1:0.4:0.2共混均匀，造粒后经熔融纺丝得到中间纤维料，造粒温度170℃，纺丝温度为240℃，中间纤维料直径为30mm；

S2、将中间纤维料与玄武岩纤维进行混纺成单丝，并浸泡在含有硅烷偶联剂的水溶液中，在75℃下处理2.2h，过程中不断进行搅拌，取出后洗涤，烘干得到改性聚丙烯纤维。

制备例3

改性聚丙烯纤维，其通过以下步骤制备获得：

S1、取聚丙烯、聚苯乙烯和微硅粉按质量比为1:0.7:0.4共混均匀，造粒后经熔融纺丝得到中间纤维料，造粒温度170℃，纺丝温度为240℃，中间纤维料直径为30mm；

S2、将中间纤维料与玄武岩纤维进行混纺成单丝，并浸泡在含有硅烷偶联剂的水溶液中，在75℃下处理2.2h，过程中不断进行搅拌，取出后洗涤，烘干得到改性聚丙烯纤维。

制备例4

改性聚丙烯纤维，其通过以下步骤制备获得：

S1、取聚丙烯、聚苯乙烯和微硅粉按质量比为1:0.55:0.3共混均匀，造粒后经熔融纺丝得到中间纤维料，造粒温度170℃，纺丝温度为240℃，中间纤维料直径为30mm；

S2、将中间纤维料与玄武岩纤维进行混纺成单丝，并浸泡在含有硅烷偶联剂的水溶液中，在75℃下处理2.2h，过程中不断进行搅拌，取出后洗涤，烘干得到改性聚丙烯纤维。

制备例5

改性聚丙烯纤维，其通过以下步骤制备获得：

S1、取聚丙烯、聚苯乙烯和微硅粉按质量比为10:5:3共混均匀，造粒后经熔融纺丝得到中间纤维料，造粒温度170℃，纺丝温度为240℃，中间纤维料直径为30mm；

S2、将中间纤维料与玄武岩纤维进行混纺成单丝，并浸泡在含有硅烷偶联剂的水溶液中，在70℃下处理2.6h，过程中不断进行搅拌，取出后洗涤，烘干得到改性聚丙烯纤维。

制备例6

改性聚丙烯纤维，其通过以下步骤制备获得：

S1、取聚丙烯、聚苯乙烯和微硅粉按质量比为10:5:3共混均匀，造粒后经熔融纺丝得到中间纤维料，造粒温度170℃，纺丝温度为240℃，中间纤维料直径为30mm；

S2、将中间纤维料与玄武岩纤维进行混纺成单丝，并浸泡在含有硅烷偶联剂的水溶液中，在80℃下处理1.8h，过程中不断进行搅拌，取出后洗涤，烘干得到改性聚丙烯纤维。

制备例7

改性聚丙烯纤维，与制备例1的不同之处在于，中间纤维料与玄武岩纤维按质量比为3.2:1进行混纺。

制备例8

改性聚丙烯纤维，与制备例1的不同之处在于，中间纤维料与玄武岩纤维按质量比为2.8:1进行混纺。

制备例9

改性聚丙烯纤维，与制备例1的不同之处在于，步骤S1中，聚丙烯、聚苯乙烯和微硅粉按质量比为1:0.3:0.1。

制备例10

改性聚丙烯纤维，与制备例1的不同之处在于，步骤S1中，聚丙烯、聚苯乙烯和微硅粉按质量比为1:0.8:0.5。

制备例11

改性聚丙烯纤维，与制备例1的不同之处在于，其通过以下步骤制备获得：

取聚丙烯、聚苯乙烯和微硅粉按质量比为10:5:3共混均匀，造粒后经熔融纺丝得到改性聚丙烯纤维，造粒温度170℃，纺丝温度为240℃，改性聚丙烯纤维直径为30mm。

实施例

实施例1

一种柔性防渗帷幕，各组分及其相应的重量如表1所示，包括以下步骤：

(1)按配比准备包含水、矿物混合料、水泥、膨润土、羧甲基纤维素钠、分散剂、减水剂和改性聚丙烯纤维的原料；

(2)将步骤(1)中的矿物混合料、水泥和膨润土混合均匀，得到混合料；将步骤(1)中的水、分散剂、减水剂和羧甲基纤维素钠混合均匀，得到混合液；

(3)将步骤(2)中的混合液和混合料不断进行搅拌混合，过程中加入步骤(1)中的改性聚丙烯纤维，混合均匀，施工固化成型，即可得到柔性防渗帷幕。

注：上述步骤中，减水剂木质素磺酸盐减水剂；分散剂为焦磷酸钠；改性聚丙烯纤维为制备例1中获得；矿物混合料包含以下重量份的组分：粉煤灰35份；高炉矿渣15份；硅灰5份。

实施例2-3

一种柔性防渗帷幕，与实施例1的不同之处在于，各组分及其相应的重量如表1所示。

表1实施例1-3中各组分及其重量份数(kg/份)

实施例4

一种柔性防渗帷幕，与实施例1的不同之处在于，减水剂为氨基减水剂和聚羧酸减水剂按质量比为1:1组成。

实施例5

一种柔性防渗帷幕，与实施例1的不同之处在于，分散剂为三聚磷酸钠和六偏磷酸钠按质量比为1:1组成。

实施例6

一种柔性防渗帷幕，与实施例1的不同之处在于，矿物混合料包含以下重量份的组分：粉煤灰30份；高炉矿渣10份；硅灰4份。

实施例7

一种柔性防渗帷幕，与实施例1的不同之处在于，矿物混合料包含以下重量份的组分：粉煤灰40份；高炉矿渣20份；硅灰6份。

实施例8

一种柔性防渗帷幕，与实施例1的不同之处在于，矿物混合料中的高炉矿渣和硅灰等质量替换为粉煤灰。

实施例9

一种柔性防渗帷幕，与实施例1的不同之处在于，矿物混合料中的粉煤灰和硅灰等质量替换为高炉矿渣。

实施例10

一种柔性防渗帷幕，与实施例1的不同之处在于，矿物混合料中的粉煤灰和高炉矿渣等质量替换为硅灰。

实施例11

一种柔性防渗帷幕，与实施例1的不同之处在于，改性聚丙烯纤维为制备例2中获得。

实施例12

一种柔性防渗帷幕，与实施例1的不同之处在于，改性聚丙烯纤维为制备例3中获得。

实施例13

一种柔性防渗帷幕，与实施例1的不同之处在于，改性聚丙烯纤维为制备例4中获得。

实施例14

一种柔性防渗帷幕，与实施例1的不同之处在于，改性聚丙烯纤维为制备例5中获得。

实施例15

一种柔性防渗帷幕，与实施例1的不同之处在于，改性聚丙烯纤维为制备例6中获得。

实施例16

一种柔性防渗帷幕，与实施例1的不同之处在于，改性聚丙烯纤维为制备例7中获得。

实施例17

一种柔性防渗帷幕，与实施例1的不同之处在于，改性聚丙烯纤维为制备例8中获得。

实施例18

一种柔性防渗帷幕，与实施例1的不同之处在于，步骤(3)具体设置为：将步骤(2)中的混合液和混合料不断进行搅拌混合，过程中加入步骤(1)中的改性聚丙烯纤维和5份的功能助剂，功能助剂由羟基磷灰石和竹炭纤维按重量比为0.5:1组成，混合均匀，施工固化成型，即可得到柔性防渗帷幕。

实施例19

一种柔性防渗帷幕，与实施例18的不同之处在于，功能助剂由羟基磷灰石和竹炭纤维按重量比为0.3:1组成。

实施例20

一种柔性防渗帷幕，与实施例18的不同之处在于，功能助剂由羟基磷灰石和竹炭纤维按重量比为0.8:1组成。

实施例21

一种柔性防渗帷幕，与实施例18的不同之处在于，功能助剂由羟基磷灰石和竹炭纤维按重量比为0.55:1组成。

实施例22

一种柔性防渗帷幕，与实施例18的不同之处在于，功能助剂的重量份为3份。

实施例23

一种柔性防渗帷幕，与实施例18的不同之处在于，功能助剂的重量份为7份。

实施例24

一种柔性防渗帷幕，与实施例18的不同之处在于，功能助剂为羟基磷灰石。

实施例25

一种柔性防渗帷幕，与实施例18的不同之处在于，功能助剂为竹炭纤维。

实施例26

一种柔性防渗帷幕，与实施例1的不同之处在于，柔性防渗帷幕的组分中还加有重量份数为6.5份的橡胶微粒，橡胶微粒由汽车废弃轮胎经粉碎得到，其粒径为4mm。

实施例27

一种柔性防渗帷幕，与实施例1的不同之处在于，柔性防渗帷幕的组分中还加有重量份数为5份的橡胶微粒，橡胶微粒由汽车废弃轮胎经粉碎得到，其粒径为6mm。

实施例28

一种柔性防渗帷幕，与实施例1的不同之处在于，柔性防渗帷幕的组分中还加有重量份数为8份的橡胶微粒，橡胶微粒由汽车废弃轮胎经粉碎得到，其粒径为2mm。

对比例

对比例1

一种柔性防渗帷幕，与实施例1的不同之处在于，改性聚丙烯纤维等质量替换为聚丙烯纤维。

对比例2

一种柔性防渗帷幕，与实施例1的不同之处在于，改性聚丙烯纤维为制备例9中获得。

对比例3

一种柔性防渗帷幕，与实施例1的不同之处在于，改性聚丙烯纤维为制备例10中获得。

对比例4

一种柔性防渗帷幕，与实施例1的不同之处在于，改性聚丙烯纤维为制备例11中获得。

对比例5

一种柔性防渗帷幕，与实施例1的不同之处在于，改性聚丙烯纤维等质量替换为玄武岩纤维。

对比例6

一种柔性防渗帷幕，与实施例1的不同之处在于，不含有改性聚丙烯纤维。

性能检测试验试验样品：采用实施例1-28中获得的柔性防渗帷幕作为试验样品1-28，采用对比例1-6中获得的柔性防渗帷幕作为对照样品1-6。

试验方法：将试验样品1-28和对照样品1-6分别制作100mm×100mm×100mm的标准试件各10个,然后将各标准试件在温度为20℃、湿度为95％的标准养护箱中进行养护28d，用万能拉力试验机测每个样品对应其中5个随机标准试件抗压强度，以平均抗压强度记为对应样品的初始抗压强度A1；同时，将每个样品对应剩余的5个标准试件，浸泡在盐溶液中，盐溶液由质量分数为5％的硫酸钠溶液和5％的氯化钠溶液混合而得，浸泡7d后取出风干，然后万能拉力试验机测每个样品对应其中5个标准试件抗压强度，以平均抗压强度记为对应样品的试验后抗压强度A2；然后以(A1-A2)/A1×100％＝抗压强度损失率，对应各样品，记录在表2中。

表2试验样品1-28和对照样品1-6的测试结果

结合实施例1和对比例1并结合表2可以看出，相比普通聚丙烯纤维的使用，本申请通过特殊改性的改性聚丙烯纤维，能够减少可溶性盐的侵入与渗透，进而使柔性防渗帷幕在经过盐溶液浸泡后，自身抗压强度损失率较低。再结合对比例4-6可以看出，若仅使用改性过程中未混纺玄武岩纤维的原料作为改性聚丙烯纤维使用，或单独使用玄武岩纤维，对柔性防渗帷幕的抗盐侵蚀能力提升效果有限，远不如二者结合形成改性聚丙烯纤维应用所带来的提升效果优异。

结合实施例1和实施例6-9并结合表2可以看出，粉煤灰、高炉矿渣和硅灰组成矿物混合料使用时，相比单一使用粉煤灰、高炉矿渣、硅灰中的任意一种，对减少可溶性盐的侵入与渗透，效果最为明显。再结合对比例2-3可以看出，按特定用量范围组成的矿物混合料，能够使柔性防渗帷幕保持优异稳定的抗可溶性盐侵入与渗透的能力，而低于或超过上述配比范围时，则会导致柔性防渗帷幕的抗压强度损失率明显提高。

结合实施例1和实施例16-17并结合表2可以看出，中间纤维料与玄武岩纤维按质量比为3:1进行混纺，得到的改性聚丙烯纤维具有优异的应用效果，使柔性防渗帷幕在经过盐溶液浸泡后，自身抗压强度损失率较低。而低于或高于这一比例，均会使柔性防渗帷幕的抗压强度损失率明显提高。

结合实施例1和实施例18-23并结合表2可以看出，加入由羟基磷灰石和竹炭纤维组成功能助剂，能够进一步降低柔性防渗帷幕在试验过程中的抗压强度损失率。再结合实施例24-25可以看出，将羟基磷灰石和竹炭纤维中的任意一种作为功能助剂使用，其对柔性防渗帷幕的抗盐侵蚀能力提升效果有限，远不如二者复配带来的效果优异。

结合实施例1和实施例26-28并结合表2可以看出，在柔性防渗帷幕中使用橡胶微粒，能够进一步提高柔性防渗帷幕在沿海高盐环境中的防渗性能，进而降低柔性防渗帷幕的抗压强度损失率。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。