非织造布透水保湿模板衬及其制造方法 【技术领域】
本发明涉及混凝土浇注用材料领域，特别是非织造布透水保湿模板衬及其制造方法。
背景技术
一.现有混凝土浇注施工模式的弊端
受恶劣的自然环境影响，混凝土的破坏往往是先从表面开始，继而逐步发展的。所以人们不断的研究采用各种方法来提高表层混凝土的耐久性，透水模板工艺就是提高和改善表层混凝土性能的一项新技术。
传统的混凝土施工工艺，其模板与混凝土接触面是完全封闭的，混凝土入模后其技术指标不会改变。为满足一定的施工和易性要求所需要的水约占胶结材料总量的40％～75％，远远高于水泥的水化作用所需的水量(约占水泥用量的20％～25％)。目前在混凝土浇注施工中，一般采用在模板内侧加脱模剂的方法改善脱模效果，在脱模后，再在浇注体表面重新抹素浆或者整修。这种方法存在以下缺点：
1.不利于排出多余水分。超过水泥的水化作用所需要的水在混凝土的浇筑工序完成后就成了混凝土中的有害成分。混凝土的离析使骨料与水泥砂浆分离；骨料之间由于缺乏水泥浆地粘结作用而形成薄弱的界面连接；水泥砂浆在硬化过程中的体积收缩在混凝土中留下许多孔隙与裂缝；水分的局部积聚形成大量宏观大孔与毛细孔。
2.不利于排出气泡。混凝土在搅拌及浇注后采用振动器振捣的过程中，将产生大量气泡，大部分的的气泡无法排出，由于气泡的存在造成混凝土气孔多，水份容易进入到混凝土内部，浸蚀混凝土，并使内部的钢筋锈蚀，锈蚀钢筋体积增大，对水泥产生膨胀力，减小水泥强度。从而殃及质量。
3.养护困难。传统模板浇注混凝土使养护困难，特别是港口码头等风大、有盐雾、酸雾的情况下，混凝土养护期内需要的水的流失较快，结果导致养护水分不够，而使混凝土表面皱缩，产生裂纹，降低表面强度。水份难于均匀分布并保留在浇注体的整体表面上。
4.表面质量差。卸去模板后混凝土表面凹凸不平，易产生裂纹和孔洞。脱模后再抹素浆的牢度不够，容易形成两张皮现象，影响表面的光洁度和平整度。
这样，外界细菌、微生物及酸碱物质易侵蚀混凝土，其结果必然导致混凝土强度的下降，缩短混凝土结构的耐久性和寿命。
二.现行几种模板的特点
混凝土表层的质量对混凝土结构物的耐久性关系很大。
目前有以下方法用于改善表面质量。如水泥砂浆抹面+铺塑料薄膜法、水泥砂浆抹面或木模板+贴薄丽板法、水泥砂浆抹面+铺地板革法、钢模+喷塑法、钢模+贴PVC板法和钢模+喷漆法。用这些方法浇筑的构造物表面平整、光亮，但都存在一些不足，比如施工难度大，工艺复杂，成本高等，关键是都不能透水、透气，对于提高混凝土耐久性和表面表面质量没有明显作用。
因此，有人研究了以下透水性模板，以便能将混凝土表层的水和空气由模板的表面排出，使混凝土的组织结构更加密实。透水性模板一般在模板内侧铺贴透水性片材，这种片材具有将剩余的水份与空气传递并排出的功能。
1.“排水板+滤布”型透水模板
这一类型的透水模板主要利用滤布阻止水泥颗粒被排出，保证使混凝土中的水分能通过排水板顺利排出。但由于滤布刚度差，易起皱，不易在模板上铺平。布料的拉伸移动折痕能破坏混凝土表面的平整度。且滤布的蓄水能力差，易先于浇灌混凝土变干，导致织布松弛并起皱，并在混凝土表面生成沟槽。滤布强度低，不能反复利用，增加了成本。另外，该方法工艺复杂，增加了施工难度。
2.“无纺布模板衬”型透水模板
此透水模板无纺布模板衬，一般为两层结构，采用能透水并防止水泥颗粒流失的微孔膜和有较大透水、透气性的多孔层层压而成，有时还并置一层排水平纹织物。另一种由具有不同孔径的双层结构的织物构成的材料，它和混凝土直接接触的一面涂敷一层多微孔的涂层，如聚氯乙烯，以保证透水、透气和防止水泥颗粒流失。还可采用热粘合的无纺布作为模板衬，效果较好，其与混凝土接触的一侧表现较光滑、孔径较小(0.2～20μm)，用作过滤层，阻碍水泥排出，另一侧粘贴于模板上，孔径较大(10～250μm)用于透气，并排出混凝土中多余的水分。因而此类透水模板具有透水、透气性，它使表层一定深度混凝土的部分水化剩余水和较大气泡排出，并防止水泥颗粒不会大量流失，从而降低了混凝土的水灰比，达到改善表层混凝土性能的目的。由于无纺布约为1～3mm，刚度较好，硬度较高，因而其抗皱性和抗松驰性较纺织布好得多，其施工方法也相对简单，一般只需拉伸后粘贴于模板上即可，且因为无纺布模板衬强度较高，表面经过砑光处理，较光滑，易脱模，所以，它可以反复使用几次，相应地工艺成本也较为低廉。但由于制造无纺布模板衬的材料多为聚烯烃等亲水性较差的材料，不具备保湿特性，因而不利于混凝土的养护，特别是沿海地区风大、盐碱度高，混凝土表面易干裂，不利于保证其质量。
现有的非织造型模板衬有较大透水、透气性，但不具备保湿特性。混凝土养护期内需要的水的流失较快，结果导致养护水分不够，而使混凝土表面皱缩，产生裂纹，降低表面强度，特别是港口、码头等风大、有盐雾、酸雾的情况下，且补充的水也难于均匀分布并保留在浇注体的整体表面上。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题是：提供一种适于工业化生产和易于推广的非织造布透水保湿模板衬，以便在解决混凝土滤器过程中，可排除混凝土制品中的气体和多余的水分，从而改善混凝土制品的表面性能，同时在养护期间能够保持混凝土表面适当的湿度，防止其表面干裂。
透气、排水、过滤是混凝土非织造布模板衬的主要功能之一，因此它必须具备两个条件：其一，模板衬必须具有一定的孔隙率和亲水性，以获得良好的透气、透水性能，当水流通过滤层后，水的流量不明显减少。其二，模板衬的孔隙孔径必须比较小以阻止水泥内混凝土颗粒的大量流失，以防止产生破坏混凝土表面、降低表面质量的现象。而这些因素与其密度、厚度、孔隙度、加工方法及其表面处理等有关。
一方面，混凝土非织造布模板衬的孔隙率和孔隙大小直接影响织物的透通性、导水性和阻止微粒通过的能力。如果孔径太小，孔隙率过低，水分子就不容易透过模板衬，达不到预期的效果；一般孔隙率愈大则所含孔隙体积愈多，渗透系数愈大，透通性愈好。另一方面，由于水泥浆的颗粒直径是在0-10mil，如果孔径太大，水泥浆会和水一起流损失，导致混凝土表面强度下降，孔径的分布也会影响凝土非织造布模板衬的使用性能。所以，合理设计孔径、孔径分布及孔隙率非常重要。一般来说，混凝土非织造布模板衬的孔径大小应该在0-10mil之间，并呈现正态分布，可满足设计要求。在本发明中，每层结构的孔径主要选择合适的纤维细度和制造工艺来实现。在其它条件相同的情况下，纤维的线密度越小，纤维间的抱合力越大，而且越容易均匀分布，纤维间的孔隙减小，孔隙率降低，渗透系数减小，保砂性增强。
为此，本发明采用如下的技术方案：
本发明提供的非织造布透水保湿模板衬由具有不同孔径的两层或三层结构的非织造布构成，其中：两层结构由具有亲水性的表面层和具有透水、透气性的多孔层构成，它们分别与混凝土直接接触、模板相连，并且分别采用细度为0.7～1.5、1～3.3dtex的纤维，这两层孔隙的孔径分别为1～10、4～15μm；三层结构由自上而下排列的表面层、多孔层和具有透水、透气和支撑作用的粘结层构成，表面层和粘结层分别与混凝土直接接触、模板相连，粘结层采用细度为2.2～4.4dtex的纤维，该层孔隙的孔径为10～30μm。
上述非织造布透水保湿模板衬由下述方法制成，其步骤包括：
a.非织造布生产
先将纤维织物经梳理机或废棉开松机制成纤维网，加以交叉叠铺，或直接由气流成网机制成纤维杂乱排列的纤维网，以达到成布时的各向同性，再采用针刺工艺即用针板对其进行针刺和穿刺，使纤维网的纤维相互纠缠、挤压在一起，形成符合上述工艺要求的非织造布。
针刺工艺条件：针刺密度为3.5～4.5针/mm2，针刺深度为9～12mm。
b.后处理
将上述表面层和多孔层的非织造布料，或者表面层、多孔层和粘结层的非织造布料，自上而下排列好，再通过复针刺、热处理、轧光工艺，形成半成品的非织造布透水保湿模板衬，然后，进行亲水整理，制成具有两层或三层结构的非织造布透水保湿模板衬产品。
本发明提供的非织造布透水保湿模板衬与现有技术相比具有如下有益的效果：
1.具有透水、透气性能：可以排除早期混凝土中多余的水分和空气，并防止水泥颗粒的流失；有利于提高混凝土建筑物的质量和寿命，特别是表面质量。
2.具有保湿性能，有利于混凝土的养护。
3.便于施工：既不需要特别的建筑材料，也不需要特殊的施工技术。
4.模板衬可以反复使用2～8次，有利于降低成本。
由于混凝土中水分与气体的大量排出，提高了混凝土的密实程度。当混凝土内部的水分向表面移动时，带动内部的水泥颗粒同时向外移动。但由于滤布对水泥颗粒的阻挡作用，水泥颗粒在混凝土表面停留，最终形成了非常致密的混凝土硬化层，改善了混凝土的表面状况。混凝土的表面缺陷率由对比组的3.1％下降至试验组的0.3％。
采用透水模板的混凝土内部强度远远高于对比组。由于混凝土密实度的提高和抗压强度的提高，进一步有效地提高了混凝土耐久性和长期性。这些性能包括抗渗性能、抗冻性能、
抗碳化性能以及抗钢筋锈蚀性能等。因为随着混凝土密实度的提高，环境中的有害气体和水分就难以渗透进混凝土内部，因而混凝土的耐久性和长期性就更好。
本发明提供的非织造布透水保湿模板衬性能优越，容易制造，工艺简单，适于工业化生产，易于推广。同时，由于采用了低温等离子体模板衬表面处理技术，因此环保节能。
【附图说明】
图1是具有二层结构的非织造布透水保湿模板衬的剖面示意图。
图2是具有三层结构的非织造布透水保湿模板衬的剖面示意图。
【具体实施方式】
本发明是一种混凝土浇注用非织造布透水保湿模板衬及其制造方法。
非织造布透水保湿模板衬设有二层结构，一层是微孔透水层即表面层1，其孔隙较小，并具有亲水性，以保证透水、透气和防止水泥颗粒流失，若降低水和水泥的比值，同时，表面进行砑光处理，使其较为光滑，提高表层强度和硬度，使混凝土表面致密、坚硬；一层是多孔层2，其为孔隙较大的透水保湿层，以保证透水、透气，并能在养护期保湿。或者，再增加一层导水性好且易与模板粘合的支撑层3，从而构成具有三层结构的非织造布透水保湿模板衬；支撑层3的孔隙具有更大孔径，便于导水，在浇注初期，排出空气和水分，在养护期便于补水，对浇注体进行良好养护，使混凝土结构表面致密、坚硬，不易受外界侵蚀，从而延长其寿命，并且模板衬可以反复利用，能有效降低施工成本。
下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明。
一.非织造布透水保湿模板衬
其结构是：由具有不同孔径的两层或三层结构的非织造布构成。两层结构如图1所示，由具有亲水性的表面层1和具有透水、透气性的多孔层2构成，它们分别与混凝土直接接触、模板相连，并且分别采用细度为0.7～1.5、1～3.3dtex的纤维，这两层孔隙的孔径分别为1～10、4～15μm。三层结构如图2所示，其由自上而下排列的表面层1、多孔层2和具有透水、透气和支撑作用的粘结层3构成，表面层1和粘结层3分别与混凝土直接接触、模板相连，粘结层3采用细度为2.2～4.4dtex的纤维，该层孔隙的孔径为10～30μm。
上述具有两层结构的非织造布透水保湿模板衬，表面层1和多孔层2的厚度分别为0.15～0.25mm、1.25～1.45mm；具有三层结构的非织造布透水保湿模板衬，表面层1厚度为0.15～0.25mm，多孔层2的厚度为1.05～1.25mm，粘结层3厚度为0.2～0.3mm。或者，它们的厚度也可以按照实际情况而定。
上述非织造布所使用的原料是经过包括针刺工艺和亲水处理的丙纶、涤纶、聚酰胺和尼龙纤维中的一种，或将其混合使用。
二.非织造布透水保湿模板衬的制造方法
包括非织造布生产及后处理。
a.非织造布生产
先将纤维织物经梳理机或废棉开松机制成纤维网，加以交叉叠铺，或直接由气流成网机制成纤维杂乱排列的纤维网，以达到成布时的各向同性，再采用针刺工艺即用针板对其进行针刺和穿刺，使纤维网的纤维相互纠缠、挤压在一起，形成符合上述非织造布透水保湿模板衬工艺要求使用的非织造布。
针刺工艺条件：针刺密度为3.5～4.5针/mm2，针刺深度为9～12mm。
b.后处理
将上述表面层1和多孔层2的非织造布料，或者表面层1、多孔层2和粘结层3的非织造布料，自上而下排列好，再通过复针刺、热处理、轧光工艺，形成半成品的非织造布透水保湿模板衬。
然后，进行亲水整理，制成具有两层或三层结构的非织造布透水保湿模板衬产品。
本方法中，非织造布可以使用丙纶、涤纶、聚酰胺和尼龙纤维中的一种，或者将其混合使用。为了增强保湿效果，多孔层2还可由丙纶纤维和掺入OASIS高吸水性纤维或高吸湿性粘胶纤维制成，掺入量为1～2％；或者由丙纶纤维浸渍吸水材料制成，浸渍吸水材料为丙烯酸盐一淀粉或聚丙烯酸盐共聚的高吸水性树脂。这些纤维织物由于亲水性差，故水在一般情况下对其是难以润湿的，如不经处理，用其制造的模板衬透水性很差，达不到透水要求，所以必须对其进行亲水处理。
对于没有极性基团的丙纶纤维制成的非织造布透水保湿模板衬的半成品，其亲水整理工艺可采用浸轧法、喷洒法、泡沫整理法或低温等离子体表面处理工艺，具体如下：
浸轧法：先将半成品在有机硅柔软整理剂溶液中进行一浸一轧或二浸二轧，溶液温度为30～50℃，布速控制在40～70m/min，然后经热风拉幅烘干，烘干温度为80～120℃。二浸二轧时，先将半成品在亲水整理剂中进行浸轧，浸轧的溶液温度为45℃，布速控制在50m/min，然后经热风拉幅烘干，烘干温度为110℃。亲水整理剂可采用专用硅树脂(如有机硅柔软整理剂)、变性的三甲基铵乙内酯和季铵化的油酸三异丙醇酰胺、聚丙烯酰胺中的一种，或二种以上的混合物。
喷洒法：用0.5～1.5％的Nuwet 300(一种硅酮和聚醚的共聚物Silicone PolyetherCopolymers)分散液直接喷洒丙纶非织造布，然后在120℃下烘干、上卷。
泡沫整理工艺：用泵输送泡沫到轧辊的轧点处，当布从轧辊间通过时，泡沫即被机械作用挤破，使整理液分散涂布与布上。
低温等离子体表面处理工艺：用氧气或氮气作为介质，对丙纶薄膜进行等离子体处理，在其表面引进了亲水性的基团(COOH、-CN、-NH2、-NH等形式)降低其接触角，同时聚丙烯纤维经表面明显被毛化，纤维的表面积和表面能增大，提高了其亲水性。处理工艺条件可采用：压力25～30Pa，功率为100W，气体流量为20ml/min，处理时间1～5min。
非织造布模板衬表面经过亲水整理后，布的前进角与后退角都是0度，因此它们的亲水性能、渗透性能十分优良。
具体实例1：
1.非织造布生产
取细度为0.7～1.5dtex的纤维2kg，经混合、开松、梳理、铺网，然后进行针刺。其针刺密度为：2.2～2.4针/mm2，针刺深度为7～9mm。织成表面层1。
取细度为1～3.3dtex的纤维26kg，经混合、开松、梳理、铺网，然后进行针刺。其针刺密度为：2.2～2.4针/mm2，针刺深度为7～9mm。织成多孔层2。如保湿性要求较高，多孔层2可掺入少量(例如0.5kg)高吸水性纤维(例如OASIS)或浸渍吸水材料(丙烯酸盐—淀粉或聚丙烯酸盐共聚的高吸水性树脂)。
取细度为2.2～4.4dtex的纤维3kg，经混合、开松、梳理、铺网，然后进行针刺。其针刺密度为：2.2～2.4针/mm2，针刺深度为7～9mm。织成粘结层3。
将上述表面层1、多孔层2和粘结层3的非织造布料自上而下排列好，再通过复针刺、热处理、轧光工艺，形成半成品的非织造布透水保湿模板衬，其针刺密度为：3.5～4.5针/mm2，针刺深度为9～12mm。
2.亲水处理：
采用浸轧法：将成布在整理液中进行进行一浸一轧或二浸二轧，浸轧温度为30℃～50℃，布速一般控制在40～70m/min。然后经热风拉幅烘干，温度为80℃～120℃。
其具体作法是在浸轧设备上设置整理液槽，整理液槽内装整理液，在辊的带动下，非织造布连续通过整理液。
整理液的配方同常规工艺。例如：由丙烯酰胺(AM)单体通过自由基聚合反应而得到聚丙烯酰胺(简称PAM)，溶液的浓度大于1.44％。
具体实例2：
1.非织造布生产
取细度为0.7～1.5dtex的纤维5kg，经混合、开松、梳理、铺网，然后进行针刺。其针刺密度为：2.2～2.4针/mm2，针刺深度为7～9mm。织成表面层1。
取细度为1～3.3dtex的纤维26kg，经混合、开松、梳理、铺网，然后进行针刺。其针刺密度为：2.2～2.4针/mm2，针刺深度为7～9mm。织成多孔层2。如保湿性要求较高，多孔层2可掺入少量(0.5kg)高吸水性纤维(OASIS等)或浸渍吸水材料(丙烯酸盐—淀粉或聚丙烯酸盐共聚的高吸水性树脂)。
将上述表面层1、多孔层2的非织造布料自上而下排列好，再通过复针刺、热处理、轧光工艺，形成半成品的非织造布透水保湿模板衬，其针刺密度为：3.5～4.5针/mm2，针刺深度为9～12mm。
2.亲水整理
用氧气或氮气作为介质；对上述非织造布进行等离子体处理。在其表面引进了亲水性的基团(COOH、-CN、-NH2、-NH等形式)降低其接触角，同时纤维表面明显被毛化，纤维的表面积和表面能增大，提高了其亲水性。
等离子体表面改性装置是电容耦合式外电极辉光放电。其频率为13156MHz，处理条件为压力25～30Pa，功率为100W，气体流量为20ml/min，处理时间1～5min。
本发明技术方案简单，其实施涉及原材料配料，加工和整理液的配制等，生产中所用的设备大都是纺织业上的通用设备，其中包括开松机、梳棉机、针刺机、热压机等，参照本说明书按其操作即可实现本发明。
本发明提供的非织造布透水保湿模板衬，其技术参数是：厚度为1.4～1.8mm；密度为320～360g/m2；渗水时间为3～5s；在200MPa压力下，渗水率为200～260L/m2；纵向抗拉强度为不少于500N，横向抗拉强度为不少于300N；断裂伸长率为40～60％；撕破强力纵向为32.825～54.405N，横向为25.85～45.17N；顶破强度为709～1022.6N。或者，非织造布透水保湿模板衬的技术参数也可以依实际需要而定。
将本发明提供的非织造布透水保湿模板衬制成透水模板，用其浇筑混凝土，与传统钢模板比较，7天钻芯取样混凝土强度，透水模板的为31.5～35.6(MPa)，钢模板的为21.2(MPa)；28天钻芯取样混凝土强度，透水模板的为41.0～44.2，钢模板的为32.8(MPa)。对混凝土进行外观检查，没有贴透水模板的混凝土表面凹凸不平，有气泡，孔洞，而贴透水模板的混凝土表面平整，无气泡，无缺陷。