楊向東,朱紅梅（中海油山東化學(xué)工程有限責(zé)任公司,濟(jì)南250101）

國內(nèi)聚氨酯灌漿材料的種類及其應(yīng)用領(lǐng)域

楊向東,朱紅梅
（中海油山東化學(xué)工程有限責(zé)任公司,濟(jì)南250101）

摘要：由于我國對(duì)防水堵漏的要求越來越高，因此聚氨酯灌漿材料被廣泛的應(yīng)用。本文主要介紹了聚氨酯灌漿材料的分類，聚氨酯灌漿材料主要分為普通親水型、普通疏水型、雙組份、環(huán)保型和無溶劑等類型；本文然后簡單介紹了其在民用建筑、水利水電和煤炭礦業(yè)等方面的應(yīng)用；本文最后簡單介紹了聚氨酯灌漿材料施工過程中注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：堵漏；聚氨酯；灌漿料；甲苯二異氰酸酯；分類；應(yīng)用

1　引言

聚氨酯灌漿材料是一種新型高分子材料，它的主要成分是聚氨酯預(yù)聚體，該預(yù)聚體主要是多異氰酸酯和聚醚或聚酯多元醇制備得到，其特點(diǎn)是滲透性較好、粘結(jié)效果好、防水性能好等，因此這種灌漿材料已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。近幾年來，我國很多生產(chǎn)聚氨酯原料的企業(yè)逐漸增多，這樣使聚氨酯預(yù)聚體的種類得到拓展，并且獲得很多特殊性能的聚氨酯預(yù)聚體，從而推動(dòng)了我國聚氨酯灌漿材料的發(fā)展，同時(shí)拓寬了聚氨酯灌漿材料的應(yīng)用領(lǐng)域，如其可以應(yīng)用于民用建筑、水利水電和地鐵隧道等領(lǐng)域[1]。

2　聚氨酯灌漿材料的分類

我國聚氨酯灌漿材料開始是由天津大學(xué)等單位首先研發(fā)成功的，他們主要生產(chǎn)了一種氰凝材料，到目前為止我國聚氨酯灌漿行業(yè)已經(jīng)經(jīng)歷四十多年的發(fā)展。通過研究人員不斷的研究開發(fā)，他們已經(jīng)成功開發(fā)了多種聚氨酯灌漿料，主要包括普通型親水性聚氨酯灌漿料、普通型疏水性聚氨酯灌漿料、雙組份聚氨酯搶險(xiǎn)加固灌漿料、環(huán)保型聚氨酯灌漿料和無溶劑型聚氨酯灌漿料等。

2.1普通型親水性聚氨酯灌漿材料

研究人員首先利用甲苯二異氰酸酯與高分子量親水性聚醚多元醇通過縮聚反應(yīng)生成的聚氨酯預(yù)聚體，然后他們利用這種預(yù)聚體與多種助劑共混制備了普通型親水性聚氨酯灌漿材料。普通型親水性聚氨酯灌漿材料的粘度較小，滲透能力較強(qiáng)，該材料穩(wěn)定性較好而能儲(chǔ)存較長時(shí)間，原料價(jià)格低廉，親水性能較強(qiáng)，包水量較多且彈性較好，因此其在潮濕裂縫的防水堵漏方面得到了廣泛的應(yīng)用。雖然這種灌漿材料具有很多優(yōu)點(diǎn)，但是其含有游離的甲苯二異氰酸酯和易揮發(fā)的助劑，對(duì)環(huán)境和人員具有較大的危害，因此隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)而逐漸被限制使用。

2.2普通型疏水性聚氨酯灌漿材料

研究人員首先利用多亞甲基多苯基多異氰酸酯與一種或幾種聚醚多元醇通過縮聚反應(yīng)產(chǎn)生的聚氨酯預(yù)聚體，然后他們把這種預(yù)聚體與多種助劑進(jìn)行共混制備了普通型疏水性聚氨酯灌漿材料。這種灌漿材料能夠產(chǎn)生疏水的原理在于：其與水接觸后能夠發(fā)生一定化學(xué)反應(yīng)從而生成不溶于水的泡沫結(jié)構(gòu)，其主要應(yīng)用于堵塞滲漏通道等方面。

疏水性聚氨酯灌漿材料具有很多優(yōu)良的特性，如其固結(jié)體強(qiáng)度比其他材料優(yōu)良，該材料具有較好的抗?jié)B性能，該材料的彈性較小。正是由于該材料具有很多優(yōu)異的性能，人們常常把這種材料用于混凝土裂縫的防滲堵漏，這種材料在地基加固方面也得到廣泛應(yīng)用，該材料在防水堵漏等工程領(lǐng)域也具有十分廣泛的應(yīng)用。研究學(xué)者把該材料與普通型親水性聚氨酯灌裝料進(jìn)行對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，在堵水加固方面，普通型疏水性聚氨酯灌漿材科的效果更佳，該材料另一優(yōu)良的特點(diǎn)在于其有機(jī)溶劑含量較低，因此該材料對(duì)環(huán)境和操作人員的危害較小。

2.3雙組份聚氨酯搶險(xiǎn)加固灌漿料

雙組份聚氨酯搶險(xiǎn)加固灌漿料是由兩種組分構(gòu)成的，我們通常用A組分和B組分來表示這兩個(gè)組分，A組分的成份是聚氨酯與多種助劑的共混物，B組分的成份是催化劑和一些溶劑。在實(shí)際使用過程中，施工人員可以通過改變A、B組分的比例來控制反應(yīng)速度，這樣能夠滿足某些特殊施工要求。這種灌漿材料主要應(yīng)用于隧道搶險(xiǎn)領(lǐng)域。

2.4環(huán)保型聚氨酯灌漿料

由于人們對(duì)環(huán)保要求的提高，我國很多防水堵漏工程被要求使用環(huán)保型聚氨酯灌漿材料，這樣能夠保證人們生活環(huán)境得到改善。因此，研發(fā)人員開發(fā)了新型環(huán)保型聚氨酯灌漿材料，其主要包括環(huán)保型親水性灌漿料和環(huán)保型疏水型灌漿料，這類聚氨酯灌漿料的主要成份是聚氨酯預(yù)聚體、環(huán)保型溶劑和助劑組成，而且這種聚氨酯灌漿材料的特點(diǎn)不僅包括環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，其同時(shí)防水堵漏效果也比較好，這種材料不僅符合人們環(huán)保的需求，而且這種材料具有優(yōu)良的性能滿足實(shí)際應(yīng)用，因此很多企業(yè)開始大力開發(fā)這種類型的聚氨酯灌漿材料，它的應(yīng)用領(lǐng)域也被進(jìn)一步開發(fā)，這種聚氨酯灌漿材料將得到廣闊的發(fā)展。

2.5無溶劑聚氨酯灌漿料

無溶劑聚氨酯灌漿料的特點(diǎn)是其固含量接近100%，其成份主要是聚氨酯預(yù)聚體和少量助劑，并沒有溶劑存在。從目前發(fā)展情況可知，該類聚氨酯灌漿料應(yīng)用領(lǐng)域并不廣泛，主要應(yīng)用于一些高檔工程，主要原因在于這種聚氨酯灌漿料具有較高的價(jià)格。國內(nèi)市場(chǎng)用量最少但價(jià)格最高的聚氮酯灌漿材料．其應(yīng)用領(lǐng)域主要集中于高檔工程。但是其不含溶劑，其對(duì)環(huán)境污染較小，并且這種聚氨酯灌漿料具有優(yōu)良的防水堵漏性能，因此，該類聚氨酯灌漿料將成為國內(nèi)著重發(fā)展的材料之一[2]。

3　聚氨酯灌漿材料的應(yīng)用領(lǐng)域

在聚氨酯各類產(chǎn)品中，聚氨酯灌漿材料使用份額并不是很大。然而由于我國逐漸對(duì)防水堵漏工程進(jìn)行重視，我國聚氨酯灌漿行業(yè)將會(huì)發(fā)生巨大變化，這樣將會(huì)促進(jìn)聚氨酯灌漿材料被廣泛應(yīng)用。聚氨酯灌漿材料進(jìn)行防水堵漏的原理為：施工人員把聚氨酯灌漿材料注入混凝土內(nèi)部，由于這種材料含有活潑基團(tuán)，其能夠與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而膨脹，通過膨脹作用，灌漿材料滲透到微細(xì)縫隙中，然后在這些縫隙中進(jìn)行固化反應(yīng)生成交聯(lián)結(jié)構(gòu)，從而能夠起到防水和加固的作用，因此這種灌漿材料被廣泛應(yīng)用于防水堵漏領(lǐng)域。

3.1聚氨酯灌漿材料應(yīng)用領(lǐng)域之一—民用建筑

聚氨酯灌漿材料由于其優(yōu)良防水堵漏性能，因此其被廣泛應(yīng)用與民用建方面，主要體現(xiàn)在衛(wèi)生間堵漏，地下室防水，地下車庫的防水堵漏等方面。雖然這種灌漿材料在很多民用建筑領(lǐng)域都能被應(yīng)用，但是其市場(chǎng)分布卻十分分散，而且用量較少，且對(duì)產(chǎn)品性能要求不高，因此很多企業(yè)都生產(chǎn)這種聚氨酯灌漿材料，該類聚氨酯灌漿材料主要是普通型親水性聚氨酯灌漿材料和普通疏水性聚氨酯灌漿材料。

3.2聚氨酯灌漿材料應(yīng)用領(lǐng)域之一—水利水電

由于施工人員的施工不當(dāng)、地基沉降、熱脹冷縮和地殼運(yùn)動(dòng)造成了水利水電設(shè)施出現(xiàn)裂縫。聚氨酯灌漿材料性能優(yōu)良，其在水利水電領(lǐng)域具有的優(yōu)勢(shì)在于：聚氨酯灌漿材料由于含有異氰酸酯官能團(tuán)，其能與水進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，從而容易生產(chǎn)二氧化碳?xì)怏w，在封閉的灌漿體系中，由于壓力作用，初期的氣體能夠把低粘度漿液進(jìn)一步壓進(jìn)水利水電設(shè)備的細(xì)小裂縫深處和水利水電建筑的疏松地層的孔隙中，這樣其多孔性結(jié)構(gòu)或地層能夠被完全充填密實(shí)，后期的氣泡能夠在膠體中被包封住，因此體積龐大的彈性固化物容易形成；如果當(dāng)水利水電基礎(chǔ)建筑中裂縫和地層含水量的較大時(shí)，施工人員可選擇快速固化的漿液對(duì)上述故障進(jìn)行處理，因?yàn)榫郯滨ス酀{材料快速固化后則不容易被水沖稀流失，其可以對(duì)水進(jìn)行封堵作用。聚氨酯灌漿材料在水利水電方面還具有很多優(yōu)勢(shì)：與其他材料相比，該材料的有效固結(jié)區(qū)含量更多，而且這種材料形成的固結(jié)體彈性較好，它們能夠適應(yīng)裂縫和地基的變形；這種材料的灌漿厚度可調(diào)，因?yàn)檫@種漿液粘度容易控制，其可以用來1mm至0.5mm的細(xì)縫進(jìn)行填補(bǔ)；該類材料的固化速度也是較易控制的，施工人員可以通過加入催化劑或者緩凝劑對(duì)固化速度進(jìn)行控制，一般聚氨酯灌漿材料的固化速度可以控制在幾秒到幾十分鐘范圍內(nèi)；這種灌漿工藝要求的施工設(shè)備簡單，施工過程不需要太大的投資。從而我們需要對(duì)這些裂縫進(jìn)行修改和加固，因此聚氨酯灌漿材料在該方面得到廣泛應(yīng)用。為了保證水利水電的正常運(yùn)行，國家對(duì)水利水電工程的裂縫修補(bǔ)、基礎(chǔ)防滲、加固堤壩等方面十分重視，這樣也促進(jìn)了聚氨酯灌漿材料在水利水電領(lǐng)域的快速發(fā)展。

3.3聚氨酯灌漿材料應(yīng)用領(lǐng)域之一—煤炭礦井行業(yè)

在我國煤炭礦井行業(yè)，聚氨酯灌漿材料也具有十分廣泛應(yīng)用。聚氨酯灌漿材料主要用于四個(gè)方面：

（1）煤巖加固，為了把聚氨酯灌漿液等量注入煤巖體重，施工人員常常采用專用注漿泵，在煤巖體內(nèi)，聚氨酯灌漿材料由于膨脹性固化反應(yīng)形成灌漿材料與松散煤巖體的有機(jī)整體而對(duì)其進(jìn)行加固，這種復(fù)合整體不僅具有較好的整體性，而且其具有很高的強(qiáng)度。聚氨酯加固煤巖體的機(jī)理為：通過形成網(wǎng)絡(luò)骨架而對(duì)煤巖體進(jìn)行加固作用，通過粘結(jié)煤巖體而形成補(bǔ)強(qiáng)作用，通過對(duì)煤巖體充填而起到壓密作用，通過改變煤巖體的破壞機(jī)制而進(jìn)行加固作用；

（2）冒頂充填，聚氨酯充填材料具有很多優(yōu)異的性能，如其自身膨脹率十分優(yōu)良，其抗壓性能十分優(yōu)異，其具有十分良好的粘結(jié)性能，因此其在煤礦井下硐室高冒區(qū)具有十分顯著的應(yīng)用，該灌漿材料能夠?qū)⒏呙皡^(qū)內(nèi)矸石、支撐物（木垛、工字鋼等）及破碎圍巖進(jìn)行膠結(jié)而形成具有一定強(qiáng)度的密實(shí)體，這些充填才能占據(jù)冒落空間的很大部分，冒落空間的瓦斯能夠通過灌漿作用而被置換出來，從而能夠消除瓦斯積聚帶來的隱患，保證施工人員的人身安全而提高他們的工作效率；

（3）堵水防滲，聚氨酯類漿液的特點(diǎn)就是防滲堵漏性能優(yōu)異且其固結(jié)強(qiáng)度較高，而且在這些漿液中，其預(yù)聚體含有很多活性的異氰酸酯基團(tuán)，這些基團(tuán)容易與水進(jìn)行反應(yīng)，因此其特別適用于含水量較大的地層處理過程，為了保障灌漿液不被水沖稀而流失，施工人員可以通過選擇快速固化的聚氨酯灌漿液，這些快速固化的灌漿也可以通過與水反應(yīng)形成防水的固結(jié)層，這種固結(jié)層能夠?qū)τ克偷鼗辛魉M(jìn)行封堵而達(dá)到防滲漏和固結(jié)的效果；

（4）噴涂防漏風(fēng)方面，聚氨酯材料的粘結(jié)性能優(yōu)良且具有一定的塑性，因此這種材料在防漏風(fēng)領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用，這種材料具有的優(yōu)勢(shì)在于它們不會(huì)隨著巷到圍巖的不同形狀而發(fā)生脫落現(xiàn)象，而且即使該材料由于貼合處變形而發(fā)生塑性變形時(shí)，其防漏風(fēng)性能仍然較好，而且這種材料具有較高的膨脹系數(shù)，較高的膨脹系數(shù)能夠?qū)挝恢ёo(hù)或單位噴涂成本降低十分顯著[3]。

4　聚氨酯灌漿材料的施工技術(shù)

當(dāng)施工人員利用灌漿材料進(jìn)行裂縫修補(bǔ)時(shí)，他們選用的材料一般粘度較低，因?yàn)檎扯仍降蛣t灌注效果越好。而且當(dāng)裂縫過小時(shí)，施工人員選用丙酮對(duì)聚氨酯灌漿材料進(jìn)行稀釋，然后進(jìn)行灌漿修復(fù)。添加溶劑時(shí)，施工人員應(yīng)該調(diào)節(jié)好溶劑與灌漿材料的比例，因?yàn)楫?dāng)溶劑過量時(shí)，固結(jié)物強(qiáng)度將降低，這樣不利于裂縫修補(bǔ)。如果裂縫處比較干燥，施工人員可以加入適量的水或者胺類固化劑促進(jìn)聚氨酯灌漿材料的固化交聯(lián)。如果需要修補(bǔ)裂縫直徑較細(xì)且具有較多水分時(shí)，施工人員可以通過施加一定壓力來促進(jìn)灌漿材料的流動(dòng)。當(dāng)聚氨酯灌漿材料用于防水堵漏過程時(shí)，施工人員應(yīng)該對(duì)漏水部位進(jìn)行預(yù)處理，然后把快速固化型水泥預(yù)先埋注到注漿管內(nèi)，然后施工人員利用手撳注漿泵將聚氨酯灌漿材料注入到裂縫。

5　結(jié)論

本文主要介紹了聚氨酯灌漿料的分類及其應(yīng)用。研究表明，聚氨酯灌漿料主要分為五類，分別為普通型親水性聚氨酯灌漿材料、普通型疏水性聚氨酯灌漿材料、雙組份聚氨酯搶險(xiǎn)加固灌漿料、環(huán)保型聚氨酯灌漿料和無溶劑聚氨酯灌漿料；本文進(jìn)一步介紹了聚氨酯灌漿料在民用建筑、水利水電和煤炭礦井等方面的應(yīng)用；本文最后簡單介紹了聚氨酯灌漿在使用過程中需要注意的地方。

參考文獻(xiàn)：

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