CN112759803B - 一种隧道防水板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种隧道防水板及其制备方法，属于防水板技术领域。本发明提供的隧道防水板包括含有凸壳的弹性体防水板1和位于所述弹性防水板的凸壳内的高阻尼橡胶隔震块2。本发明提供的隧道防水板在不改变隧道防水板施工步骤的条件下，通过加入高阻尼橡胶隔震块赋予隧道防水板隔震阻尼功能，简化了隧道施工难度。实施例的数据表明：本发明提供的隧道防水板的拉伸强度为25～27MPa，延伸率为852～905％，压缩弹性模量为21～29MPa，说明本发明提供的隧道防水板具有优异的力学性能；等效阻尼比为18～20％，说明本发明提供的隧道防水板具有优异的隔震阻尼性。

Description

一种隧道防水板及其制备方法
技术领域
本发明涉及防水板制备领域，尤其涉及一种隧道防水板及其制备方法。
背景技术
随着近十几年来我国公路、铁路及城市轨道交通建设的不断发展以及城市化进程的持续加速，我国已经成为世界上发展最快的隧道和地下工程建设市场。据统计，2019年我国投入运营的铁路隧道16084座，总长18041千米；我国在建铁路隧道2950座，总长度为6419千米。
随着我国隧道建设工程迅猛发展，部分在建隧道处于高烈度地区，地震对于隧道的危害不容忽视。目前隧道结构仍以“抗震”设计理念为主。隧道结构由围岩和衬砌共同组成，现有规范仅将隧道衬砌结构的安全作为隧道抗震的唯一衡量标准，围岩作为隧道主要承载结构，以加固抗震方式为主，提高围岩的承力能力和整体稳定性。但仅仅通过抗震措施不能保证隧道地震中的安全性。拱顶掉块、顶部的渗水、侧墙的渗水、隧道局部涌水，如果是冬天则容易出现冰块，造成隧道内部的事故发生。
将“隔震”理念引入到隧道抗震设计中，在围岩和衬砌之间设置柔性隔震层。当地震时，通过柔性隔震层的剪切及压缩变形改变震动周期，延缓地震对衬砌的破坏。单独铺设隔震层会增加隧道施工难度。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种隧道防水板及其制备方法。本发明提供的隧道防水板便于施工，且具有优异的隔震阻尼性。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种隧道防水板，所述隧道防水板包括含有凸壳的弹性体防水板1和位于所述弹性防水板的凸壳内的高阻尼橡胶隔震块2；所述高阻尼橡胶隔震块2与所述弹性体防水板1的凸壳尺寸相匹配。
优选地，所述弹性体防水板1的厚度为1～10mm；所述弹性体防水板1的凸壳的高度为10～100mm。
优选地，所述弹性体防水板1包括以下重量份数的制备原料：弹性体材料100份、偶联剂0.5～5份和抗氧剂1～2份。
优选地，所述弹性体材料包括乙烯丙烯酸共聚物、聚乙烯、聚丙烯和聚烯烃类中的一种或几种。
优选地，所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂。
优选地，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂。
优选地，所述高阻尼橡胶隔震块2包括以下重量份数的制备原料：橡胶100份，活性剂4～10份，防老剂2～8份，阻尼剂3～20份，炭黑20～60份和硫化剂0.5～3份。
优选地，所述橡胶包括天然橡胶、丁基橡胶、丁苯橡胶、氯丁橡胶、三元乙丙橡胶和异戊二烯橡胶中的一种或几种。
优选地，所述阻尼剂为碳纳米管与载体树脂的混合物；所述载体树脂为对-叔丁基苯酚-甲醛树脂或对-特辛基苯酚树脂；所述碳纳米管与载体树脂的质量比为1：5～1：9。
本发明还提供了上述技术方案所述的隧道防水板的制备方法，包括以下步骤：
将弹性体防水板的制备原料混合，依次进行加热塑化、挤出和压延，得到含有凸壳的弹性体防水板；
将高阻尼橡胶隔震块的制备原料混合，依次进行混炼和模压成型，得到高阻尼橡胶隔震块；
将所述高阻尼橡胶隔震块压入弹性体防水板的凸壳中，得到所述隧道防水板。
本发明提供了一种隧道防水板，所述隧道防水板包括含有凸壳的弹性体防水板1和位于所述弹性防水板的凸壳内的高阻尼橡胶隔震块2；所述高阻尼橡胶隔震块2与所述弹性体防水板1的凸壳尺寸相匹配。本发明提供的隧道防水板在不改变隧道防水板施工步骤的条件下，通过加入高阻尼橡胶隔震块赋予隧道防水板隔震阻尼功能，简化了隧道施工难度。
进一步地，偶联剂改性的弹性体防水板，具有更加优良的变形能力和弹性，在地震时发生较大的变形后能够使隧道防水板快速恢复。
进一步地，通过限定高阻尼橡胶隔震块的制备原料组成，使高阻尼橡胶隔震块具有低剪切，而高阻尼橡胶隔震块的低剪切模量能够延长震动周期；同时，对-叔丁基苯酚-甲醛树脂或对-特辛基苯酚树脂分散在碳纳米管中作为阻尼剂，充分发挥了碳纳米管比表面积大、表面能高、表面原子所占比例大的特点，赋予高阻尼橡胶隔震块更大的粘性和阻尼特性；同时，碳纳米管具有更高的强度和刚度，赋予高阻尼橡胶块更高的抵抗地震力变形的能力，减缓了地震对隧道的破坏作用。
实施例的数据表明：本发明提供的隧道防水板的拉伸强度为25～27MPa，延伸率为852～905％，压缩弹性模量为21～29MPa，说明本发明提供的隧道防水板具有优异的力学性能；等效阻尼比为18～20％，说明本发明提供的隧道防水板具有优异的隔震阻尼性。
附图说明
图1为本发明提供的隧道防水板的结构示意图，其中，1为含有凸壳的弹性体防水板，2为高阻尼橡胶隔震块；
图2为本发明中含有凸壳的弹性体防水板的结构示意图，其中，1-1为凸壳，1-2为凹陷。
具体实施方式
图1为本发明提供的隧道防水板的结构示意图，其中，1为含有凸壳的弹性体防水板，2为高阻尼橡胶隔震块，图2为本发明中含有凸壳的弹性体防水板的结构示意图，其中，1-1为凸壳，1-2为凹陷。下面结合图1和图2对本发明提供的隧道防水板结构进行详细的描述。
本发明提供了一种隧道防水板，所述隧道防水板包括含有凸壳的弹性体防水板1和位于所述弹性防水板的凸壳内的高阻尼橡胶隔震块2；所述高阻尼橡胶隔震块2与所述弹性体防水板1的凸壳尺寸相匹配。
本发明提供的隧道防水板包括含有凸壳的弹性体防水板1，所述弹性体防水板1的厚度优选为1～10mm；所述弹性体防水板1的凸壳的高度优选为10～100mm；所述弹性体防水板1包括凸壳1-1和凹陷1-2；所述凹陷的尺寸与凸壳的尺寸相适应。
本发明提供的隧道防水板包括位于所述弹性防水板的凸壳内的高阻尼橡胶隔震块2，所述高阻尼橡胶隔震块2的高度与所述弹性防水板1的凸壳的高度一致；所述高阻尼橡胶隔震块2的形状优选为圆台状或四棱台状；所述圆台状高阻尼橡胶隔震块的顶面直径优选为10～50mm，底面直径优选为40～100mm；所述四棱台状高阻尼橡胶隔震块的顶面边长优选为10～50mm，底面边长优选为40～100mm。
在本发明中，所述高阻尼橡胶隔震块2与所述弹性体防水板1的凸壳尺寸相匹配的意思具体为，弹性体防水板上的凸壳能够正好塞进一个高阻尼橡胶隔震块；也就是说，弹性防水板的凸壳尺寸与高阻尼橡胶隔震块2的尺寸一致。本发明对所述弹性体防水板1上凸壳的排布密度不做具体限定，本领域技术人员根据实际情况进行选择即可，当隧道防水板需要较高的隔震性能时，凸壳的排布密度大；当隧道防水板需要较低的隔震性能时，凸壳的排布密度小。
在本发明中，如无特殊说明，本发明所用制备原料均优选为市售产品。
在本发明中，所述弹性体防水板1优选包括以下重量份数的制备原料：弹性体材料100份、偶联剂0.5～5份和抗氧剂1～2份。
在本发明中，所述弹性体防水板的制备原料优选包括重量份数为100份的弹性体材料，所述弹性体材料优选包括乙烯丙烯酸共聚物、聚乙烯、聚丙烯和聚烯烃类弹性体中的一种或几种，进一步优选为乙烯丙烯酸共聚物和聚乙烯混合物，聚烯烃类弹性体和聚丙烯混合物，聚烯烃类弹性体和聚乙烯混合物，乙烯丙烯酸共聚物和聚烯烃类弹性体混合物；在本发明的具体实施例中，所述弹性体材料具体优选为乙烯丙烯酸共聚物和聚乙烯质量比8：2的混合物，聚烯烃类弹性体和聚丙烯质量比7：3的混合物，聚烯烃类弹性体和聚乙烯质量比2：8的混合物，乙烯丙烯酸共聚物和聚烯烃类弹性体质量比为6：4的混合物。
在本发明中，所述弹性体防水板的制备原料优选包括重量份数为0.5～5份的偶联剂，进一步优选为0.5～2份，更优选为1.5～1.8份，具体优选为0.5份、2份、1.8份或1.5份；所述偶联剂优选为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂。
在本发明中，所述弹性体防水板的制备原料优选包括重量份数为1～2份的抗氧剂，进一步优选为1.5～1.8份，具体优选为1份、1.5份、1.8份或2份；所述抗氧剂优选为受阻酚类抗氧剂。
在本发明中，所述偶联剂改性的弹性体防水板，具有更加优良的变形能力和弹性，在地震时发生较大的变形后使隧道防水板能够快速恢复。
在本发明中，所述高阻尼橡胶隔震块2优选包括以下重量份数的制备原料：橡胶100份，活性剂4～10份，防老剂2～8份，阻尼剂3～20份，炭黑20～60份和硫化剂0.5～3份。
在本发明中，所述高阻尼橡胶隔震块的制备原料优选包括重量份数为100份的橡胶，所述橡胶优选包括天然橡胶、丁基橡胶、丁苯橡胶、氯丁橡胶、三元乙丙橡胶和异戊二烯橡胶中的一种或几种，进一步优选为天然橡胶、丁基橡胶、氯丁橡胶、三元乙丙橡胶或异戊二烯橡胶。
在本发明中，所述高阻尼橡胶隔震块的制备原料优选包括重量份数为4～10份的活性剂，进一步优选为6～9份，具体优选为4份、6份、7.5份、9份或10份；所述活性剂优选为氧化锌和硬脂酸的混合物，所述氧化锌和硬脂酸的质量比优选为1：3～2：3，进一步优选为1：2，在本发明的具体实施例中，所述氧化锌和硬脂酸的质量比具体优选为1：3、1：2或2：3。
在本发明中，所述高阻尼橡胶隔震块的制备原料优选包括重量份数为2～8份的防老剂，进一步优选为4～6份，具体优选为2份、8份、4份、6份或5.5份；所述防老剂优选为N-异丙基-N'-苯基对苯二胺和/或2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体；当所述防老剂优选为N-异丙基-N'-苯基对苯二胺和2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体混合物时，所述N-异丙基-N'-苯基对苯二胺和2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体的质量比优选为(0.8～1)：1，进一步优选为1：1。
在本发明中，所述高阻尼橡胶隔震块的制备原料优选包括重量份数为3～20份的阻尼剂，进一步优选为5～15份，具体优选为3份、20份、10份、15份或5份；所述阻尼剂优选为碳纳米管与载体树脂的混合物；所述载体树脂优选为对-叔丁基苯酚-甲醛树脂或对-特辛基苯酚树脂；所述碳纳米管与载体树脂的质量比优选为1：5～1：9，具体优选为1：9或1：5。在本发明中，对-叔丁基苯酚-甲醛树脂或对-特辛基苯酚树脂分散在碳纳米管中，充分发挥碳纳米管比表面积大、表面能高、表面原子所占比例大的特点，赋予高阻尼橡胶隔震块更大的粘性和阻尼特性；同时，碳纳米管具有更高的强度和刚度，赋予高阻尼橡胶块更高的抵抗地震力变形的能力。
在本发明中，所述高阻尼橡胶隔震块的制备原料优选包括重量份数为20～60份的炭黑，进一步优选为30～50份，具体优选为20份、60份、30份、40份或50份；所述炭黑优选为N110、N115、N220、N330和N774中的一种或几种，进一步优选为N110、N115、N220、N330或N774。
在本发明中，所述高阻尼橡胶隔震块的制备原料优选包括重量份数为0.5～3份的硫化剂，进一步优选为2～2.5份，具体优选为0.5份、3份、2份或2.5份；所述硫化剂优选为硫磺或/或过氧化苯甲酰；当所述硫化剂为硫磺和过氧化苯甲酰混合物时，硫磺和过氧化苯甲酰的质量比优选为(1～4)：1。
本发明还提供了上述技术方案所述的隧道防水板的制备方法，包括以下步骤：
将弹性体防水板的制备原料混合，依次进行加热塑化、挤出和压延，得到含有凸壳的弹性体防水板；
将高阻尼橡胶隔震块的制备原料混合，依次进行混炼和模压成型，得到高阻尼橡胶隔震块；
将所述高阻尼橡胶隔震块压入弹性体防水板的凸壳中，得到所述隧道防水板。
本发明将弹性体防水板的制备原料混合，依次进行加热塑化、挤出和压延，得到含有凸壳的弹性体防水板。在本发明中，所述混合优选在搅拌的条件下进行，所述搅拌的时间优选为20～60min；所述挤出的温度优选为150～200℃。在本发明中，所述加热塑化是在挤出机中进行，而挤出是原料从挤出机中挤出，所以加热塑化和挤出均是描述挤出机中物料的参数，所以挤出的温度与加热塑化的温度一致。
本发明将高阻尼橡胶隔震块的制备原料混合，依次进行混炼和模压成型，得到高阻尼橡胶隔震块。在本发明中，所述混炼优选在密炼机中进行，所述混炼的转速优选为20～80r/min，时间优选为10～60min；所述模压成型优选在平板硫化机中进行。
得到含有凸壳的弹性体防水板和高阻尼橡胶隔震块后，本发明将所述高阻尼橡胶隔震块压入弹性体防水板的凸壳中，得到所述隧道防水板。
在本发明中，所述压入的方式优选为通过机械手臂或是夹具将高阻尼橡胶隔震块镶嵌入弹性体防水板的凸壳中。
下面结合实施例对本发明提供的隧道防水板及其制备方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
高阻尼橡胶隔震块制备：将天然橡胶100份、氧化锌1份、硬脂酸3份、N-异丙基-N'-苯基对苯二胺2份、碳纳米管0.5份、对-叔丁基苯酚-甲醛树脂2.5份、炭黑N11060份、硫磺0.5份在密炼中混炼40min，转速30r/min，在平板硫化机中模压成型。
弹性体防水板的制备：将乙烯丙烯酸共聚物80份、聚乙烯20份、硅烷偶联剂0.5份、受阻酚类抗氧剂1份混合搅拌20min、加热塑化、挤出压延成含有凸壳的弹性体防水板，挤出机温度150℃。
将高阻尼橡胶隔震块压入弹性体防水板的凸壳中，形成具有图1所示结构的隧道防水板，收卷包装。
其中，高阻尼橡胶隔震块为四棱台状；所述四棱台的高度为180mm，底面边长为100mm，顶面边长为50mm，弹性体防水板的凸壳之间距离为50mm。
实施例2
高阻尼橡胶隔震块制备：将丁基橡胶100份、氧化锌4份、硬脂酸6份、N-异丙基-N'-苯基对苯二胺4份、2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体4份、碳纳米管2份、对-特辛基苯酚树脂18份、炭黑N77420份、硫磺3份在密炼中混炼10min，转速80r/min，在平板硫化机中模压成型。
弹性体防水板的制备：将聚烯烃类弹性体70份、聚丙烯30份、钛酸酯偶联剂2份、受阻酚类抗氧剂2份混合搅拌30min、加热塑化、挤出压延成含有凸壳的弹性体防水板，挤出机温度160℃。
将高阻尼橡胶隔震块压入弹性体防水板的凸壳中，形成具有图1所示结构的隧道防水板，收卷包装。
其中，高阻尼橡胶隔震块为四棱台状，四棱台的高度为150mm，底面边长为80mm，顶面边长为40mm，弹性体防水板的凸壳之间距离为100mm。
实施例3
高阻尼橡胶隔震块制备：将氯丁橡胶100份、氧化锌2份、硬脂酸4份、N-异丙基-N'-苯基对苯二胺2份、2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体2份、碳纳米管1份、对-特辛基苯酚树脂9份、炭黑N22030份、硫磺1份、过氧化苯甲酰1份在密炼中混炼20min，转速60r/min，在平板硫化机中模压成型。
弹性体防水板的制备：将聚烯烃类弹性体20份、聚乙烯80份、铝酸酯偶联剂1.8份、受阻酚类抗氧剂1.8份混合搅拌40min、加热塑化、挤出压延成含有凸壳的弹性体防水板，挤出机温度170℃。
将高阻尼橡胶隔震块压入弹性体防水板的凸壳中，形成具有图1所示结构的隧道防水板，收卷包装。
其中，高阻尼橡胶隔震块为四棱台状，四棱台的高度120mm，底面边长为60mm，顶面边长为30mm，弹性体防水板的凸壳之间距离为80mm。
实施例4
高阻尼橡胶隔震块制备：将三元乙丙橡胶100份、氧化锌3份、硬脂酸6份、N-异丙基-N'-苯基对苯二胺3份、2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体3份、碳纳米管1.5份、对-特辛基苯酚树脂13.5份、炭黑N33040份、硫磺1.5份、过氧化苯甲酰1份在密炼中混炼30min，转速50r/min，在平板硫化机中模压成型。
弹性体防水板的制备：将聚烯烃类弹性体20份、聚乙烯80份、钛酸酯偶联剂1.5份、受阻酚类抗氧剂1.5份混合搅拌50min、加热塑化、挤出压延成含有凸壳结构的弹性体防水板，挤出机温度180℃。
将高阻尼橡胶隔震块压入弹性体防水板的凸壳中，形成具有图1所示结构的隧道防水板，收卷包装。
其中，高阻尼橡胶隔震块为四棱台状，四棱台的高度为60mm，底面边长为40mm，顶面边长为15mm，弹性体防水板的凸壳之间距离为15mm。
实施例5
高阻尼橡胶隔震块制备：将异戊二烯橡胶100份、氧化锌2.5份、硬脂酸5份、N-异丙基-N'-苯基对苯二胺2.5份、2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体3份、碳纳米管0.5份、对-特辛基苯酚树脂4.5份、炭黑N11550份、硫磺2份、过氧化苯甲酰0.5份在密炼中混炼40min，转速40r/min，在平板硫化机中模压成型。
弹性体防水板的制备：将乙烯丙烯酸共聚物60份、聚烯烃类弹性体40份、硅氧烷偶联剂2份、受阻酚类抗氧剂1份混合搅拌60min、加热塑化、挤出压延成含有凸壳的弹性体防水板，挤出机温度200℃。
将高阻尼橡胶隔震块压入弹性体防水板的凸壳中，形成具有图1所示结构的隧道防水板，收卷包装。
其中，高阻尼橡胶隔震块为四棱台状，四棱台的高度为90mm，底面边长为50mm，顶面边长为20mm，弹性体防水板的凸壳之间距离为15mm。
对比例1
与实施例1类似，区别仅在于，阻尼剂为受阻酚类阻尼助剂。
采用GBT 528-2009法测试实施例1～5和对比例1所得隧道防水板的拉伸强度、采用GB/T 528-2009法测试实施例1～5和对比例1所得隧道防水板的延伸率，采用GB/T20688.1-2007法测试实施例1～5和对比例1所得隧道防水板的等效阻尼比，采用GB/T14694-1993法测试实施例1～5和对比例1所得隧道防水板的压缩弹性模量，结果如表1所示。
表1实施例1～5和对比例1所得隧道防水板的性能测试结果
Figure BDA0002858024980000091
从表1可以看出，本发明提供的隧道防水板的拉伸强度为25～27MPa，延伸率为852～905％，压缩弹性模量为21～29MPa，说明本发明提供的隧道防水板具有优异的力学性能；等效阻尼比为18～20％，说明本发明提供的隧道防水板具有优异的隔震效果。
所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种隧道防水板，其特征在于，所述隧道防水板包括含有凸壳的弹性体防水板(1)和位于所述弹性防水板的凸壳内的高阻尼橡胶隔震块(2)；所述高阻尼橡胶隔震块(2)与所述弹性体防水板(1)的凸壳尺寸相匹配；
所述弹性体防水板(1)的厚度为1~10mm；所述弹性体防水板(1)的凸壳的高度为10~100mm；
所述弹性体防水板(1)包括以下重量份数的制备原料：弹性体材料100份、偶联剂0.5～5份和抗氧剂1~2份；
所述高阻尼橡胶隔震块(2)包括以下重量份数的制备原料：橡胶100份，活性剂4~10份，防老剂2~8份，阻尼剂3~20份，炭黑20~60份和硫化剂0.5~3份；
所述阻尼剂为碳纳米管与载体树脂的混合物；所述载体树脂为对-叔丁基苯酚-甲醛树脂或对-特辛基苯酚树脂；所述碳纳米管与载体树脂的质量比为1:5~1:9。
2.根据权利要求1所述的隧道防水板，其特征在于，所述弹性体材料包括乙烯丙烯酸共聚物、聚乙烯、聚丙烯和聚烯烃类中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的隧道防水板，其特征在于，所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂。
4.根据权利要求1所述的隧道防水板，其特征在于，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂。
5.根据权利要求1所述的隧道防水板，其特征在于，所述橡胶包括天然橡胶、丁基橡胶中、丁苯橡胶、氯丁橡胶、三元乙丙橡胶和异戊二烯橡胶中的一种或几种。
6.权利要求1~5任一项所述的隧道防水板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将弹性体防水板的制备原料混合，依次进行加热塑化、挤出和压延，得到含有凸壳的弹性体防水板；
将高阻尼橡胶隔震块的制备原料混合，依次进行混炼和模压成型，得到高阻尼橡胶隔震块；
将所述高阻尼橡胶隔震块压入弹性体防水板的凸壳中，得到所述隧道防水板。
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