本发明属于土木工程中混凝土结构裂缝渗漏封堵技术领域，具体涉及一种双凝胶结构的遇水膨胀密封止水材料及制备方法。
背景技术：
水泥混凝土作为大宗型建筑结构材料，广泛应用于土木工程的各个领域。水泥混凝土浇筑后，由于化学收缩、塑性收缩、干湿变形及温度变形，不可避免地产生各种收缩裂缝。同时，根据设计要求，混凝土结构中亦经常设置构造缝，如施工缝、接缝或伸缩缝。上述由于变形导致的裂缝或设计中有意设置的构造缝如果不能及时有效密封处理，遇水后常会导致既有建筑结构出现渗漏问题，轻则影响使用质量，重则产生严重的工程事故。
目前处理水泥混凝土结构收缩裂缝或构造缝渗漏问题的材料主要有：超细水泥基灌浆料、聚氨酯类密封膏、丙烯酸类密封膏、聚氯乙烯类密封膏、聚硫类密封膏及遇水膨胀橡胶止水条等。上述常见止水密封材料大多存在性能缺陷，如超细水泥基灌浆料硬化后初期具有较高的密封至水效果，但同样存在收缩而出现二次裂缝并最终导致二次渗漏问题；聚氨酯类密封膏、丙烯酸类密封膏、聚氯乙烯类密封膏、聚硫类密封膏等作为柔性密封止水材料处理裂缝有一定优势，由于与混凝土基材间存在亲、疏水性差异，使用过程中经常出现性界面间的剥离现象而失去止水效果；遇水膨胀橡胶止水条最大的特点是既适用于静态裂缝又适用于动态裂缝，但由于遇水膨胀橡胶止水条多为腻子型或制品型，常常通过嵌入的方式密封既有裂缝或构造缝，止水条与缝壁不可避免存在间隙，故密封止水效果有限。此外，上述密封止水材料由于粘度(稠度)大，流变性、渗透性差，不适用于细微裂缝的止水处理。
技术实现要素：
为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种双凝胶结构的遇水膨胀密封止水材料及制备方法，本发明适用于静态及动态裂缝或构造缝的密封止水处理，能够强化处理裂缝或构造缝界面融合性，避免界面因剥离导致止水失效的风险。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种双凝胶结构的遇水膨胀密封止水材料，由a组分和b组分制成，a组分为高吸水性树脂单体水溶液；b组分由水泥熟料、交联剂、引发剂及稳定剂制成；按质量份数计，高吸水性树脂单体水溶液为100份；水泥熟料为10～60份，交联剂为1～3份，引发剂为0.1～0.4，稳定剂为0.1～0.3份。
所述a组分高吸水性树脂单体水溶液是部分中和的丙烯酸单体水溶液，其中，中和前丙烯酸质量百分比浓度为30％，中和剂是氢氧化钠，中和度为70～90。
a组分的制备过程如下：将丙烯酸溶液去离子水中，控制丙烯酸质量百分比浓度；按照设定的中和度，加入适量氢氧化钠，充分搅拌并冷却至室温得到a组分。
所述b组分中的水泥熟料为硅酸水泥熟料，以质量百分数计，硅酸水泥熟料中的矿物构成为：硅酸三钙35～65％，硅酸二钙15％～35％，铝酸三钙8％～12％，铁铝酸四钙10％～15％；硅酸水泥熟料的比表面积500～600m2/kg。
所述b组分中的交联剂为山梨醇或白色粉末，山梨醇或白色粉末的纯度不小于99％。
所述b组分中的引发剂为氧化还原引发体系，氧化还原引发体系的氧化剂为过硫酸铵，还原剂为亚硫酸氢钠，过硫酸铵与亚硫酸氢钠的摩尔比为1:1。
所述b组分中的稳定剂为羟丙基甲基纤维素醚，羟丙基甲基纤维素醚得粘度为75000～100000mp.s。
b组分的制备过程如下：按一定质量份数将硅酸盐水泥熟料、引发剂、交联剂和稳定剂混合搅拌均匀得到b组分。
一种双凝胶结构的遇水膨胀密封止水材料的制备方法，通过如下步骤进行：
以质量份数计，将一定质量份数的b组分加入到100份的a组分中，在500～1000r/min搅拌速率下搅拌3～5min，得到双凝胶结构的遇水膨胀密封止水材料浆液，温度在25～45℃范围内，所述浆液通过原位引发聚合形成双凝胶结构的遇水膨胀密封止水材料。
本发明具有如下有益效果：
本发明在高吸水性树脂凝胶结构中引入由水泥熟料、交联剂、引发剂及稳定剂制成的凝胶b组分，a组分与b组分能够形成互穿网络双凝胶结构；结合高吸水性树脂遇水膨胀的性能特点实现“以水止水”，利用b组分与水泥混凝土基材的相容性实现处理界面有机粘合。本发明的技术优势在于：高吸水性树脂遇水膨胀，适用于静态及动态裂缝或构造缝的密封止水处理；b组分的引入，强化了处理裂缝或构造缝界面融合性，避免了界面因剥离导致止水失效的风险；本发明的密封止水材料通过溶液聚合方式形成，能实现细微裂缝的原位处理。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步说明，以下所述，仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明其他形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更为同等变化的等效实例。凡是未脱离本发明方案内容，依据本发明的技术实质对一下实例所做的任何简单修改或等同变化，均落在本发明的保护范围内。
本发明的双凝胶结构的遇水膨胀密封止水材料通过a组分和b组分制成。a组分原材料组成是高吸水性树脂单体水溶液；b组分原材组成是水泥熟料、交联剂、引发剂及稳定剂。按质量份数计，a组分为100份的部分中和的丙烯酸单体溶液；b组分由10～60份的水泥熟料、1～3份的交联剂、0.1～0.4的引发剂和0.1～0.3份稳定剂制成。
其中，a组分高吸水性树脂单体水溶液是部分中和的丙烯酸单体水溶液，其中，中和前丙烯酸质量百分比浓度为30％，中和剂是氢氧化钠，中和度为70～90。
b组分中的水泥熟料为硅酸水泥熟料，以质量百分数计，主要矿物构成为：硅酸三钙35～65％，硅酸二钙15％～35％，铝酸三钙8％～12％、铁铝酸四钙10％～15％；硅酸水泥熟料的比表面积为500～600m2/kg；
交联剂为山梨醇，山梨醇为白色粉末，纯度不小于99％；
引发剂为氧化还原引发体系，氧化还原引发体系的氧化剂为过硫酸铵，还原剂为亚硫酸氢钠，过硫酸铵与亚硫酸氢钠的摩尔比为1:1；
稳定剂为羟丙基甲基纤维素醚，羟丙基甲基纤维素醚的粘度为75000～100000mp.s；
本发明的双凝胶结构的遇水膨胀密封止水材料的制备方法包括以下步骤：
步骤一，将丙烯酸溶液去离子水中，控制丙烯酸质量百分比浓度为30％；按照设定的中和度，加入适量氢氧化钠，充分搅拌并冷却至室温得到a组分；
步骤二，将一定质量份数的硅酸盐水泥熟料、引发剂、交联剂、稳定剂混合搅拌均匀得到b组分；
步骤三，将一定质量份数的b组分加入到a组分中，在500～1000r/min搅拌速率下搅拌3～5min，得到双凝胶结构的遇水膨胀密封止水材料浆液，在常压或压力下将浆液注入待处理水泥混凝土裂缝或构造缝中，控制环境温度在25～45℃范围内，通过原位引发聚合形成双凝胶结构的遇水膨胀密封止水材料。
本发明通过在高吸水性树脂凝胶结构中引入水化硅酸钙凝胶，形成互穿网络双凝胶结构；结合高吸水性树脂遇水膨胀的性能特点实现“以水止水”，利用水化硅酸钙与水泥混凝土基材的相容性实现处理界面有机粘合。本发明的技术优势在于：高吸水性树脂遇水膨胀，适用于静态及动态裂缝(或构造缝)的密封止水处理；水化硅酸钙凝胶的引入，强化了处理裂缝(或构造缝)界面融合性，避免了界面因剥离导致止水失效的风险；发明所述密封止水材料通过溶液聚合方式形成，能实现细微裂缝的原位处理。
实施例1
本实施例的双凝胶结构的遇水膨胀密封止水材料中，以质量份数计，a组分为100份；b组分中：水泥熟料为10份，交联剂为1.5份，引发剂为0.15份，稳定剂为0.3份。
双凝胶结构的遇水膨胀密封止水材料的制备过程通过如下步骤进行：
步骤一，将丙烯酸溶液去离子水中，控制丙烯酸质量百分比浓度为30％；按照设定的中和度70，加入适量氢氧化钠，充分搅拌并冷却至室温得到a组分；
步骤二，将10份的硅酸水泥熟料、1.5份的山梨醇、0.15份的引发剂、0.3份的羟丙基甲基纤维素醚混合搅拌均匀得到b组分；
步骤三，将11.95份的b组分加入到100份的a组分中，高速搅拌3～5min，得到双凝胶结构的遇水膨胀密封止水材料浆液，在常压或压力下将浆液注入0.2mm贯穿裂缝中，控制环境温度35℃，通过原位引发聚合形成双凝胶结构的遇水膨胀密封止水材料。
本实施例所得双凝胶密封止水材料主要性能参数如下：完全凝胶化时间为35min，72h吸水膨胀倍率(吸水膨胀倍率试样尺寸为20mm×20mm×2mm)为800％，凝胶扯断伸长率为350％，凝胶50％压缩变形的强度为200kpa，初始抗水渗透压力为0.25mpa，25次干湿循环后抗水渗透压力为0.20mpa。
实施例2
本实施例的双凝胶结构的遇水膨胀密封止水材料中，以质量份数计，a组分为100份；b组分中：水泥熟料20为份，交联剂为2.0份，引发剂为0.3份，稳定剂为0.2份。
双凝胶结构的遇水膨胀密封止水材料的制备过程通过如下步骤进行：
步骤一，将丙烯酸溶液去离子水中，控制丙烯酸质量百分比浓度为30％；按照设定的中和度80，加入适量氢氧化钠，充分搅拌并冷却至室温得到a组分；
步骤二，将20份的硅酸水泥熟料、2.0份的山梨醇、0.3份的引发剂、0.2份的羟丙基甲基纤维素醚混合搅拌均匀得到b组分；
步骤三，将22.5份的b组分加入到100份的a组分中，高速搅拌3～5min，得到双凝胶结构的遇水膨胀密封止水材料浆液，在常压或压力下将浆液注入0.2mm贯穿裂缝中，控制环境温度25℃，通过原位引发聚合形成双凝胶结构的遇水膨胀密封止水材料。
本实施例所得双凝胶密封止水材料主要性能参数如下：完全凝胶化时间为35min，72h吸水膨胀倍率为650％(吸水膨胀倍率试样尺寸为20mm×20mm×2mm)，凝胶扯断伸长率为190％，凝胶50％压缩变形的强度为950kpa，初始抗水渗透压力为0.25mpa，25次干湿循环后抗水渗透压力为0.20mpa。
实施例3
本实施例的双凝胶结构的遇水膨胀密封止水材料中，以质量份数计，a组分为100份；b组分中：水泥熟料30为份，交联剂为2.5份，引发剂为0.3份，稳定剂为0.2份。
双凝胶结构的遇水膨胀密封止水材料的制备过程通过如下步骤进行：
步骤一，将丙烯酸溶液去离子水中，控制丙烯酸质量百分比浓度为30％；按照设定的中和度85，加入适量氢氧化钠，充分搅拌并冷却至室温得到a组分；
步骤二，将30份的硅酸水泥熟料、2.5份的山梨醇、0.3份的引发剂、0.2份的羟丙基甲基纤维素醚混合搅拌均匀得到b组分；
步骤三，将34份的b组分加入到100份的a组分中，高速搅拌3～5min，得到双凝胶结构的遇水膨胀密封止水材料浆液，在常压或压力下将浆液注入1.0mm贯穿裂缝中，控制环境温度30℃，通过原位引发聚合形成双凝胶结构的遇水膨胀密封止水材料。
本实施例所得双凝胶密封止水材料主要性能参数如下：完全凝胶化时间为30min，72h吸水膨胀倍率为400％(吸水膨胀倍率试样尺寸为20mm×20mm×2mm)，凝胶扯断伸长率为220％，凝胶50％压缩变形的强度为1020kpa，初始抗水渗透压力为0.28mpa，25次干湿循环后抗水渗透压力为0.22mpa。
实施例4
本实施例的双凝胶结构的遇水膨胀密封止水材料中，以质量份数计，a组分为100份；b组分中：水泥熟料40为份，交联剂2.5为份，引发剂0.3为份，稳定剂为0.25份。
双凝胶结构的遇水膨胀密封止水材料的制备过程通过如下步骤进行：
步骤一，将丙烯酸溶液去离子水中，控制丙烯酸质量百分比浓度为30％；按照设定的中和度90，加入适量氢氧化钠，充分搅拌并冷却至室温得到a组分；
步骤二，将40份的硅酸水泥熟料、2.5份的山梨醇、0.3份的引发剂、0.25份的羟丙基甲基纤维素醚混合搅拌均匀得到b组分；
步骤三，将43.05份的b组分加入到100份的a组分中，高速搅拌3～5min，得到双凝胶结构的遇水膨胀密封止水材料浆液，在常压或压力下将浆液注入5.0mm贯穿裂缝中，控制环境温度35℃，通过原位引发聚合形成双凝胶结构的遇水膨胀密封止水材料。
本实施例所得双凝胶密封止水材料主要性能参数如下：完全凝胶化时间为20min，72h吸水膨胀倍率为370％(吸水膨胀倍率试样尺寸为20mm×20mm×2mm)，凝胶扯断伸长率为180％，凝胶50％压缩变形的强度为1050kpa，初始抗水渗透压力为0.20mpa，25次干湿循环后抗水渗透压力为0.20mpa。
实施例5
本实施例的双凝胶结构的遇水膨胀密封止水材料中，以质量份数计，a组分为100份；b组分中：水泥熟料50为份，交联剂为3.0份，引发剂为0.35份，稳定剂为0.3份。
双凝胶结构的遇水膨胀密封止水材料的制备过程通过如下步骤进行：
步骤一，将丙烯酸溶液去离子水中，控制丙烯酸质量百分比浓度为30％；按照设定的中和度90，加入适量氢氧化钠，充分搅拌并冷却至室温得到a组分；
步骤二，将50份的硅酸水泥熟料、3.0份的山梨醇、0.35份的引发剂、0.3份的羟丙基甲基纤维素醚混合搅拌均匀得到b组分；
步骤三，将53.85份的b组分加入到100份的a组分中，高速搅拌3～5min，得到双凝胶结构的遇水膨胀密封止水材料浆液，在常压或压力下将浆液注入10.0mm贯穿裂缝中，控制环境温度30℃，通过原位引发聚合形成双凝胶结构的遇水膨胀密封止水材料。
本实施例所得双凝胶密封止水材料主要性能参数如下：完全凝胶化时间为25min，72h吸水膨胀倍率为300％(吸水膨胀倍率试样尺寸为20mm×20mm×2mm)，凝胶扯断伸长率为170％，凝胶50％压缩变形的强度为1250kpa，初始抗水渗透压力为0.18mpa，25次干湿循环后抗水渗透压力为0.15mpa。
实施例6
本实施例的双凝胶结构的遇水膨胀密封止水材料中，以质量份数计，a组分为100份；b组分中：水泥熟料为60份，交联剂为3.0份，引发剂为0.4份，稳定剂为0.3份。
双凝胶结构的遇水膨胀密封止水材料的制备过程通过如下步骤进行：
步骤一，将丙烯酸溶液去离子水中，控制丙烯酸质量百分比浓度为30％；按照设定的中和度90，加入适量氢氧化钠，充分搅拌并冷却至室温得到a组分；
步骤二，将60份的硅酸水泥熟料、3.0份的山梨醇、0.4份的引发剂、0.3份的羟丙基甲基纤维素醚混合搅拌均匀得到b组分；
步骤三，将63.7份的b组分加入到100份的a组分中，高速搅拌3～5min，得到双凝胶结构的遇水膨胀密封止水材料浆液，在常压或压力下将浆液注入20.0mm贯穿裂缝中，控制环境温度30℃，通过原位引发聚合形成双凝胶结构的遇水膨胀密封止水材料。
本实施例所得双凝胶密封止水材料主要性能参数如下：完全凝胶化时间为20min，72h吸水膨胀倍率为280％，凝胶扯断伸长率为150％(吸水膨胀倍率试样尺寸为20mm×20mm×2mm)，凝胶50％压缩变形的强度为1750kpa，初始抗水渗透压力为0.10mpa，25次干湿循环后抗水渗透压力为0.10mpa。
实施例7
本实施例的双凝胶结构的遇水膨胀密封止水材料中，以质量份数计，a组分为100份；b组分中：水泥熟料为60份，交联剂为1.0份，引发剂为0.1份，稳定剂为0.1份。
双凝胶结构的遇水膨胀密封止水材料的制备过程通过如下步骤进行：
步骤一，将丙烯酸溶液去离子水中，控制丙烯酸质量百分比浓度为30％；按照设定的中和度90，加入适量氢氧化钠，充分搅拌并冷却至室温得到a组分；
步骤二，将60份的硅酸水泥熟料、1.0份的山梨醇、0.1份的引发剂、0.3份的羟丙基甲基纤维素醚混合搅拌均匀得到b组分；
步骤三，将61.4份的b组分加入到100份的a组分中，高速搅拌3～5min，得到双凝胶结构的遇水膨胀密封止水材料浆液，在常压或压力下将浆液注入20.0mm贯穿裂缝中，控制环境温度45℃，通过原位引发聚合形成双凝胶结构的遇水膨胀密封止水材料。
本实施例所得双凝胶密封止水材料主要性能参数如下：完全凝胶化时间为30min，72h吸水膨胀倍率为300％(吸水膨胀倍率试样尺寸为20mm×20mm×2mm)，凝胶扯断伸长率为170％，凝胶50％压缩变形的强度为1150kpa，初始抗水渗透压力为0.12mpa，25次干湿循环后抗水渗透压力为0.10mpa。