特種防水材料——遇水膨脹橡膠
      隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)防水材料發(fā)生了突飛猛進(jìn)的變化。歷經(jīng)多年的引進(jìn)、開(kāi)發(fā)、研究和推廣，防水材料產(chǎn)品結(jié)構(gòu)從單一產(chǎn)品發(fā)展為多品種、多規(guī)格、系列化配套體系。特別是高新技術(shù)的發(fā)展，多學(xué)科間的相互滲透與結(jié)合，促進(jìn)了新產(chǎn)品的不斷涌現(xiàn)。近10多年來(lái)，高分子聚合物在防水領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣，許多新穎獨(dú)特的防水材料應(yīng)運(yùn)而生。被譽(yù)為“有魔力的防水材料”、“超級(jí)密封材料”的遇水膨脹橡膠在80年代一問(wèn)世便很快引起人們的普遍重視。該產(chǎn)品既能適應(yīng)結(jié)構(gòu)變形，起到彈性密封止水作用，又具有遇水膨脹以水止水的特性。遇水膨脹橡膠必將成為基礎(chǔ)工程變形縫、施工縫、各種管道接頭密封、水壩嵌縫等處密封防水的理想材料，具有廣闊的應(yīng)用前景。世界一些發(fā)達(dá)國(guó)家在遇水膨脹橡膠研究開(kāi)發(fā)方面起步較早，像日本的朝日、旭電化、三健等株式會(huì)社都己大量生產(chǎn)該類(lèi)產(chǎn)品，西德1T C公司也生產(chǎn)出了高質(zhì)量的硫化型及非硫化型的遇水膨脹橡膠，并己應(yīng)用在大型工程建設(shè)中，取得了理想的效果。目前，我國(guó)也有類(lèi)似產(chǎn)品問(wèn)世，上海隧道公司、上海長(zhǎng)寧橡膠廠、上海彭浦橡膠廠、北京橡膠塑料制品一廠等在硫化型遇水膨脹橡膠方面都做了許多工作。非硫化膩?zhàn)有陀鏊�膨脹橡膠的生產(chǎn)廠家有中建一局、常州遙觀化工廠、北京橡膠塑料制品一廠等。但是國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的遇水膨脹橡膠與國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品相比，在產(chǎn)品質(zhì)量和性能方面仍存在一定差距，還需進(jìn)一步研究和完善。 


1  遇水膨脹橡膠機(jī)理淺析
      橡膠主要是由高聚合度的碳、氫鏈節(jié)構(gòu)成，本身是疏水性物質(zhì)。如果橡膠中存在少量親水性物質(zhì)，遇水后就會(huì)因吸水而膨脹。使其具有遇水膨脹性，通常有兩種途徑：一種為物理共混法，將吸水性材料通過(guò)適當(dāng)?shù)幕鞜捁に嚲鶆虻胤稚⒃谙鹉z中；另一種為化學(xué)接枝改性法，使親水性鏈段或基團(tuán)接枝到橡膠大分子上。無(wú)論哪種方法制成的遇水膨脹橡膠，當(dāng)與水接觸時(shí)，水分子會(huì)通過(guò)擴(kuò)散、毛細(xì)及表面吸附等物理作用進(jìn)入遇水膨脹橡膠內(nèi)，進(jìn)而與橡膠中的親水性基團(tuán)(物質(zhì))形成極強(qiáng)的親合力。親水性物質(zhì)不斷吸收水分，致使橡膠發(fā)生形變，在抗形變力和滲透壓差相當(dāng)時(shí)達(dá)到平衡，吸水膨脹保持相對(duì)穩(wěn)定。
2  遇水膨脹橡膠制備方法
      (1)物理共混法
      物理共混主要是采用物理方法在橡膠中填充高吸水性物質(zhì)。像淀粉—丙烯腈接枝聚合物、纖維素—丙烯腈接枝聚合物、聚乙烯醇交聯(lián)物、聚丙烯酸酯交聯(lián)物、聚環(huán)氧乙烷類(lèi)、無(wú)水順丁烯二酸類(lèi)、無(wú)機(jī)填料等都具有較強(qiáng)的吸水能力，有的樹(shù)脂吸水率高達(dá)成百上千倍。遇水膨脹橡膠的吸水性能優(yōu)于海綿，即使在外界擠壓狀態(tài)下仍能保持所吸液體的絕大部分。在干燥環(huán)境下能緩慢釋放所吸水分。
    把吸水性樹(shù)脂作為橡膠配合劑混入可采用兩種方式：
    （1）機(jī)械共混。橡膠包輥后陸續(xù)加入吸水性樹(shù)脂及其它配合劑，依靠輥筒的擠壓、剪切作用使吸水性樹(shù)脂宏觀上均勻分散在橡膠中。適宜的混煉工藝能夠改善均勻性和相容性，提高膨脹的均一性。
    （2）乳液共混。將膠乳、吸水性樹(shù)脂等配合劑放入帶有攪拌器的容器中，攪拌均勻后進(jìn)行真空脫泡、熟成、澆模、硫化。
      以上兩種方法比較起來(lái)，乳液共混法的產(chǎn)品分散性、均一性較高，相態(tài)分析的微區(qū)尺寸較小[1]。
      (2)化學(xué)接枝法
      把親水性基團(tuán)或鏈段如羥基、羧基、醚基等通過(guò)化學(xué)反應(yīng)接枝到橡膠大分子上合成親水性橡膠。親水性分子鏈段接枝率愈高，橡膠分子中的親水性基團(tuán)就越多，橡膠膨脹率也就越大。
      接枝親水性聚氨酯預(yù)聚體是應(yīng)用化學(xué)接枝法制備的遇水膨脹橡膠的方法之一。親水性聚氨酯預(yù)聚體是以聚醚多元醇為原料與異氰酸酯反應(yīng)合成的帶有一定數(shù)量異氰酸根的水溶性聚氨酯預(yù)聚體，當(dāng)它與適當(dāng)固化劑交聯(lián)時(shí)可以制成膩?zhàn)有陀鏊�膨脹橡膠，或者部分交聯(lián)固化后再與橡膠及其它配合劑進(jìn)行混煉加工，經(jīng)硫化制成制品型遇水膨脹橡膠。像氯磺化聚乙烯與乙醇或含端氨基的聚亞乙烯醚組成的接枝聚合物也是通過(guò)化學(xué)改性得到的遇水膨脹橡膠。


      用化學(xué)接枝法制備的遇水膨脹橡膠具有微觀相容性好、強(qiáng)度高的特點(diǎn)。在吸水膨脹、脫水復(fù)原的反復(fù)過(guò)程中物理性能和膨脹性能比較穩(wěn)定。而用物理共混法制備的遇水膨脹橡膠起始吸水迅速、膨脹率高。但是它與橡膠間相容性較差，不能與橡膠大分子間產(chǎn)生化學(xué)鍵合，遇水膨脹后會(huì)有少量樹(shù)脂從橡膠網(wǎng)絡(luò)中游離出來(lái)，經(jīng)反復(fù)使用后膨脹率會(huì)降低，而且它的拉伸強(qiáng)度隨著膨脹率的增高而急劇降低。在實(shí)際應(yīng)用中，通常使用快速膨脹高吸水性樹(shù)脂作為對(duì)提高膨脹率起協(xié)同作用的材料與化學(xué)接枝型遇水膨脹橡膠復(fù)合使用。
3  遇水膨脹橡膠的應(yīng)用
      硫化型遇水膨脹橡膠
      硫化型遇水膨脹橡膠具有良好的回彈性，當(dāng)有外力(如水壓)作用使其發(fā)生形變時(shí)，它產(chǎn)生抗形變的抵抗力(回彈力)，塑性變形小，適宜在高水壓條件下使用。與此同時(shí)，它還可以和水作用，在有限的空隙中擴(kuò)張?bào)w積以膨脹張力來(lái)抵抗水壓，達(dá)到高效密封阻水效果。此類(lèi)產(chǎn)品主要用于盾構(gòu)施工法裝配式襯砌接縫防水及金屬、混凝土等各類(lèi)預(yù)制構(gòu)件接縫防水，還可用做建筑物變形縫、施工縫的止水帶。在實(shí)際應(yīng)用中，為了有效地發(fā)揮遇水膨脹橡膠的止水功能，應(yīng)從以下兩個(gè)方面考慮。
     (1)從設(shè)計(jì)上要滿(mǎn)足密封材料防水的兩個(gè)條件：
      a)密封材料受壓縮產(chǎn)生的回彈力(接觸面應(yīng)力)大于設(shè)計(jì)的水壓力。
      b)密封材料因壓縮產(chǎn)生的回彈力(接觸面應(yīng)力)會(huì)隨著時(shí)間的延長(zhǎng)出現(xiàn)應(yīng)力松弛、老化，壓縮疲勞后的回彈力不小于設(shè)計(jì)的水壓力[2]。
     (2)在施工方面，針對(duì)具體情況選擇適宜形狀、尺寸、膨脹率和物理性能的遇水膨脹橡膠。在取得良好防水效果的同時(shí)兼顧施工方便、經(jīng)濟(jì)合理。例如，在盾構(gòu)隧道施工中，預(yù)制構(gòu)件的拼裝縫長(zhǎng)，接縫處往往成為滲漏的主要部分。近些年為更好地解決該問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外都積極推薦采用遇水膨脹橡膠。傳統(tǒng)的密封止水橡膠一般斷面尺寸等于或略大于管片防水預(yù)留槽，以便擠壓密實(shí)。因此在管片組裝時(shí)橡膠體易受擠壓、拉伸而剝離、斷裂。另外材料經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的壓縮疲勞，彈性恢復(fù)力變差，導(dǎo)致防水可靠性降低。
      非硫化型遇水膨脹橡膠
      非硫化型遇水膨脹橡膠主要由膨潤(rùn)土、IIR及一些配合劑經(jīng)混煉、擠出制成。不同于硫化型遇水膨脹橡膠的是它不能反復(fù)多次膨脹。遇水膨脹后會(huì)有吸水性物質(zhì)析出進(jìn)入微細(xì)空隙中形成不透水的可塑性膠體，阻斷水的通路。非硫化型遇水膨脹橡膠一般用在對(duì)膨脹體有約束的地方，多為埋入式。使用時(shí)要根據(jù)具體情況選擇相應(yīng)產(chǎn)品。如混凝土裂縫漏水處理，必須選用膨脹速度快的產(chǎn)品，以便能迅速發(fā)揮防水、堵水作用。先將遇水膨脹橡膠放入己鑿好的V型槽內(nèi)，用速硬水泥砂漿封閉，速硬水泥砂漿要具有一定強(qiáng)度、厚度。據(jù)介紹采用此種方法處理滲水裂縫效果較好[4]。在現(xiàn)澆混凝土施工縫中使用遇水膨脹橡膠一定要選用慢速膨脹產(chǎn)品，避免材料在混凝土澆注期間出現(xiàn)預(yù)膨脹，造成混凝土終凝后出現(xiàn)更大的施工縫隙。