CN113861532B - 一种防渗墙钢板橡胶止水带及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防渗墙钢板橡胶止水带及其制备方法，属于防水密封材料技术领域。具体公开了，橡胶基体的原料包括丁苯橡胶、改性碳纳米管、硫化剂、天然橡胶、防老剂及交联剂；制备方法为：向丁苯橡胶中依次加入改性后的碳纳米管、硫化剂，以及天然橡胶、防老剂和交联剂，分步混炼得到胶料；将胶料与镀锌钢板复合，硫化，得到防渗墙钢板橡胶止水带。本发明以丁苯橡胶为主体橡胶材料，加入改性碳纳米管作为胶料增强剂，同时加入交联剂，使得胶体材料中的碳纳米管与防渗墙混凝土间发生交联，形成稳定交联层，克服了橡胶材料自身弹性难以满足防渗性能需求的难题。

Description

一种防渗墙钢板橡胶止水带及其制备方法

技术领域

本发明涉及防水密封材料技术领域，特别是涉及一种防渗墙钢板橡胶止水带及其制备方法。

背景技术

防渗墙是一种修建在松散透水层或土石坝(堰)中起防渗作用的连续墙。防渗墙技术因其结构可靠、防渗效果好、适应各类地层条件、施工简便以及造价低等优点，尤其是在处理坝基渗漏、坝后“流土”、“管涌”等渗透变形隐患问题上效果良好，在国内外得到了广泛的应用。

混凝土防渗墙施工时，要分成若干个槽段单独造孔成槽，然后分别浇铸混凝土成墙，单个板墙连接起来组成一道混凝土防渗墙，混凝土防渗墙的接缝处需要采用止水带进行防渗处理。

目前，通常采用橡胶止水带进行防渗墙接缝处的防渗处理，主要是利用其自身的弹性来弥补结构缝处缝隙的变化，从而实现防水、防渗效果，但是，混凝土防渗墙结构缝受温差、水压等环境因素的影响发生变化，橡胶止水带自身的弹性难以弥补该变化，同时材质易发生老化，从而导致防渗墙工程发生渗漏，带来极为严重的后果。

因此，提供一种性能优异的止水带用于防渗墙的防水、防渗，对于提高防渗墙的性能是十分重要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种防渗墙钢板橡胶止水带及其制备方法，以解决上述现有技术存在的问题，使止水带具有优异的防渗性能，满足防渗墙对于止水带的性能需求。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种防渗墙钢板橡胶止水带，橡胶基体的原料包括以下质量份数的组分：

所述改性碳纳米管的制备包括以下步骤：

将碳纳米管与氢氧化钾共混，在保护性气氛下反应，反应结束后将产物冷却至室温，然后经浓硝酸超声处理，将产物洗涤至中性后，与乙二醇反应，洗涤、干燥后得到改性后的碳纳米管；

所述交联剂为聚二甲硅氧烷。

进一步地，所述保护性气氛下反应的温度为680-700℃，反应时间为20-25min。

进一步地，所述超声处理的时间为0.5-0.6h；与乙二醇的反应温度为45-48℃，反应时间为0.5-1h。

进一步地，所述硫化剂为过氧化苯甲酰和/或过氧化二异丙苯。

进一步地，所述防老剂为N-苯基-β-萘胺和/或N,N-二苯基对苯二胺。

本发明还提供上述防渗墙钢板橡胶止水带的制备方法，包括以下步骤：

将丁苯橡胶与改性后的碳纳米管在55-60℃下混炼8-10min，然后加入硫化剂，在110-115℃混炼10-15min，加入天然橡胶、防老剂及交联剂，在120-135℃下混炼5-8min，混炼结束后得到胶料；将所述胶料与镀锌钢板复合，硫化，得到所述防渗墙钢板橡胶止水带。

进一步地，所述硫化时的温度为185-190℃，时间为2-3min，压力为28-29MPa。

丁苯橡胶(SBR)是丁二烯与苯乙烯的共聚物，其硫化曲线平坦，胶料不易出现过硫现象，且具有优异的耐磨性及耐老化性能，应用领域广泛。但丁苯橡胶的强度较低，将其作为防渗墙施工缝的橡胶止水带材料时，较低的材料强度使其无法满足实际应用需求。本发明以丁苯橡胶为主体橡胶材料，加入改性碳纳米管作为胶料增强剂，同时加入交联剂，使得胶体材料中的碳纳米管与防渗墙混凝土间发生交联，形成稳定交联层，克服了橡胶材料自身弹性难以满足防渗性能需求的难题。

本发明公开了以下技术效果：

本发明首先将氢氧化钾与碳纳米管在高温无氧环境下进行反应，使碳纳米管产生大量微结构，然后经酸改性处理，得到表面带有大量活性基团的碳纳米管，该改性后的碳纳米管作为增强剂分散于胶料中，一方面可实现对丁苯橡胶显著的增强效果，另一方面，在后续加入的交联剂聚二甲硅氧烷作用下，碳纳米管表面的活性基团与浇筑混凝土时水化合反应产生的离子产生交联结构，形成稳定交联层，实现稳定的防渗效果。

本发明改性后的碳纳米管富含大量活性基团，交联剂聚二甲硅氧烷促使橡胶基体与混凝土防渗墙形成交联结构的同时，还可有效避免碳纳米管表面羟基的存在可能导致的团聚问题，实现其在胶料中均匀分散，保证胶体的增强效果。

本发明的钢板橡胶止水带由镀锌钢板及橡胶基体组成，橡胶基体与混凝土防渗墙施工缝间可形成稳定的交联层，避免了现有橡胶止水带自身老化所造成的渗漏问题，此外，止水带内置钢板使得橡胶基体耐受更高水压，保证防渗效果。

本发明的钢板橡胶止水带在防渗墙的防水处理领域具有良好的应用前景。

具体实施方式

现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。

应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。

除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。

在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

本发明中所述的“份”如无特别说明，均按质量份计。

实施例1

一种防渗墙钢板橡胶止水带，橡胶基体原料包括以下质量份数的组分：

硫化剂为过氧化苯甲酰；防老剂为N,N-二苯基对苯二胺；交联剂为聚二甲硅氧烷。

改性碳纳米管的制备步骤如下：

将碳纳米管与氢氧化钾按照质量比1:3进行共混，将共混物置于氮气环境下，在680℃下反应25min；反应完成后，冷却至室温，将产物加入浓硝酸(质量分数65％)中超声处理0.5h，抽滤，洗涤至滤液呈中性，然后将洗涤后的产物加入乙二醇中，在48℃反应0.5h，抽滤、洗涤、干燥，得到改性后的碳纳米管。

防渗墙钢板橡胶止水带的制备：

(1)将丁苯橡胶与改性后的碳纳米管按照质量配比共混，加入密炼机中，在55℃下进行混炼，混炼时间8min，得到混合物A；

(2)向得到的混合物A中加入配方量的硫化剂，在110℃混炼10min，然后加入天然橡胶、防老剂及交联剂，在120℃下混炼5min，混炼结束后排出胶料；

(3)将混炼胶进行压延成型，得到带状的第一盖胶和第二盖胶；

(4)将第一盖胶和第二盖胶之间放置镀锌钢板，在压力为28MPa，温度为185℃下硫化2min,得到防渗墙钢板橡胶止水带。

实施例2

一种防渗墙钢板橡胶止水带，橡胶基体原料包括以下质量份数的组分：

硫化剂为过氧化苯甲酰和过氧化二异丙苯等质量的混合物；防老剂为N-苯基-β-萘胺；交联剂为聚二甲硅氧烷。

改性碳纳米管的制备步骤如下：

将碳纳米管与氢氧化钾按照质量比1:4进行共混，将共混物置于氮气环境下，在700℃下反应20min；反应完成后，冷却至室温，将产物加入浓硝酸(质量分数65％)中超声处理0.6h，抽滤，洗涤至滤液呈中性，然后将洗涤后的产物加入乙二醇中，在45℃反应1h，抽滤、洗涤、干燥，得到改性后的碳纳米管。

防渗墙钢板橡胶止水带的制备：

(1)将丁苯橡胶与改性后的碳纳米管按照质量配比共混，加入密炼机中，在60℃下进行混炼，混炼时间10min，得到混合物A；

(2)向得到的混合物A中加入配方量的硫化剂，在115℃混炼15min，然后加入天然橡胶、防老剂及交联剂，在135℃下混炼8min，混炼结束后排出胶料；

(3)将混炼胶进行压延成型，得到带状的第一盖胶和第二盖胶；

(4)将第一盖胶和第二盖胶之间放置镀锌钢板，在压力为29MPa，温度为190℃下硫化3min,得到防渗墙钢板橡胶止水带。

实施例3

一种防渗墙钢板橡胶止水带，橡胶基体原料包括以下质量份数的组分：

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硫化剂为过氧化二异丙苯；防老剂为N-苯基-β-萘胺和N,N-二苯基对苯二胺等质量的混合物；交联剂为聚二甲硅氧烷。

改性碳纳米管的制备步骤如下：

将碳纳米管与氢氧化钾按照质量比1:3进行共混，将共混物置于氮气环境下，在690℃下反应22min；反应完成后，冷却至室温，将产物加入浓硝酸(质量分数65％)中超声处理0.6h，抽滤，洗涤至滤液呈中性，然后将洗涤后的产物加入乙二醇中，在46℃反应0.6h，抽滤、洗涤、干燥，得到改性后的碳纳米管。

防渗墙钢板橡胶止水带的制备：

(1)将丁苯橡胶与改性后的碳纳米管按照质量配比共混，加入密炼机中，在58℃下进行混炼，混炼时间9min，得到混合物A；

(2)向得到的混合物A中加入配方量的硫化剂，在112℃混炼12min，然后加入天然橡胶、防老剂及交联剂，在130℃下混炼6min，混炼结束后排出胶料；

(3)将混炼胶进行压延成型，得到带状的第一盖胶和第二盖胶；

(4)将第一盖胶和第二盖胶之间放置镀锌钢板，在压力为29MPa，温度为188℃下硫化3min,得到防渗墙钢板橡胶止水带。

实施例4

一种防渗墙钢板橡胶止水带，橡胶基体原料包括以下质量份数的组分：

硫化剂为过氧化苯甲酰；防老剂为N-苯基-β-萘胺；交联剂为聚二甲硅氧烷。

改性碳纳米管的制备步骤如下：

将碳纳米管与氢氧化钾按照质量比1:4进行共混，将共混物置于氮气环境下，在700℃下反应23min；反应完成后，冷却至室温，将产物加入浓硝酸(质量分数65％)中超声处理0.5h，抽滤，洗涤至滤液呈中性，然后将洗涤后的产物加入乙二醇中，在47℃反应0.8h，抽滤、洗涤、干燥，得到改性后的碳纳米管。

防渗墙钢板橡胶止水带的制备：

(1)将丁苯橡胶与改性后的碳纳米管按照质量配比共混，加入密炼机中，在56℃下进行混炼，混炼时间8min，得到混合物A；

(2)向得到的混合物A中加入配方量的硫化剂，在113℃混炼14min，然后加入天然橡胶、防老剂及交联剂，在125℃下混炼7min，混炼结束后排出胶料；

(3)将混炼胶进行压延成型，得到带状的第一盖胶和第二盖胶；

(4)将第一盖胶和第二盖胶之间放置镀锌钢板，在压力为28MPa，温度为186℃下硫化2min,得到防渗墙钢板橡胶止水带。

对比例1

同实施例1，区别仅在于，不添加交联剂。

对比例2

同实施例1，区别仅在于，未对碳纳米管进行改性处理，直接添加未经改性的碳纳米管。

对实施例1-4及对比例1-2制备的钢板橡胶止水带进行性能检测，结果如表1所示。

表1

防渗实验：

(1)测定混凝土材料的抗渗等级

按照《水工混凝土试验规程》中“混凝土试件的成型与养护方法”，对混凝土材料试件进行成型、养护，在温度(20±2)℃，相对湿度95％条件下养护28d,然后根据“混凝土抗渗性试验”检测混凝土的抗渗等级。结果显示，本试验所用混凝土抗渗等级为P12。

(2)测定中埋钢板橡胶止水带的混凝土材料抗渗性能

混凝土模型高60cm，直径120cm，浇铸混凝土前，将钢板橡胶止水带垂直模型底部，将模型分为均等、独立的两部分，然后向模型中浇铸混凝土(混凝土材料为步骤(1)中的混凝土)，浇铸完成后，将试块采用步骤(1)相同的养护条件养护28d；养护结束后，将试块进行抗渗实验，实验结果显示，中埋钢板橡胶止水带的混凝土试块具有同混凝土材料等同的抗渗等级。

本发明的钢板橡胶止水带应用于混凝土防渗墙时，在潮湿环境下亦可以施工，施工结束后形成的交联层为不可逆结构，从而实现长期稳定的防渗效果。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种防渗墙钢板橡胶止水带，其特征在于，橡胶基体的原料包括以下质量份数的组分：

所述改性碳纳米管的制备包括以下步骤：

将碳纳米管与氢氧化钾共混，在保护性气氛下反应，反应结束后将产物冷却至室温，然后经浓硝酸超声处理，将产物洗涤至中性后，与乙二醇反应，洗涤、干燥后得到改性后的碳纳米管；

所述交联剂为聚二甲硅氧烷；

所述保护性气氛下反应的温度为680-700℃，反应时间为20-25min；

所述超声处理的时间为0.5-0.6h，与乙二醇的反应温度为45-48℃，反应时间为0.5-1h。

2.根据权利要求1所述的防渗墙钢板橡胶止水带，其特征在于，所述硫化剂为过氧化苯甲酰和/或过氧化二异丙苯。

3.根据权利要求1所述的防渗墙钢板橡胶止水带，其特征在于，所述防老剂为N-苯基-β-萘胺和/或N,N-二苯基对苯二胺。

4.如权利要求1-3任一项所述的防渗墙钢板橡胶止水带的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将丁苯橡胶与改性后的碳纳米管在55-60℃下混炼8-10min，然后加入硫化剂，在110-115℃混炼10-15min，加入天然橡胶、防老剂及交联剂，在120-135℃下混炼5-8min，混炼结束后得到胶料；将所述胶料与镀锌钢板复合，硫化，得到所述防渗墙钢板橡胶止水带。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述硫化时的温度为185-190℃，时间为2-3min，压力为28-29MPa。