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聚氨酯灌浆材料的分类及性能_聚氨酯灌浆材料单双组分不同

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发表时间:2018-06-28 11:26来源:聚氨酯制品手册

  现代建筑业中,大量化学灌浆材料被用作地基加固、隧道顶板支撑、施工阻水帷幕隔断、破裂堤坝修补等。聚氨酯灌浆材料是化学灌浆材料中的一种,因其性能优异,目前在化学浆材料中发展较快、应用较广。许多建筑工程上推广应用,取得较好的效益。


  聚氨酯化学灌浆材料一般可分为水溶性聚氨酯化学灌浆材料和油溶性聚氨酯化学灌浆材料两种。这两种材料都能防水、堵漏、加固地基。水溶性聚氨酯化学灌浆材料包水量大,渗透半径大,适合动水地层的堵漏涌水,土质浅层和表面层的结固和防护。又因为水溶性聚氨酯化学灌浆材料固结体弹性好,所以,最适合混凝土动缝的防渗堵漏。油溶性聚氨酯化学灌浆材料国内俗称”氰凝",其所形成的固结体强度大,防渗透性好,适用于加固地基、防护林水堵漏兼备的工程。同时油溶性聚氨酯化学灌浆材料弹性小,所以,比较适合混凝土静缝的防渗堵漏及加固。目前国内应用较多的是水溶性聚氨酯化学灌浆材料。


  聚氨酯化学灌浆材料主要应用于建筑、公路、铁路、隧道、桥梁等诸多基础建设领域其市场也被不断开发。


  聚氨酯灌浆材料有单组分和双组分之分。聚氨酯单组分灌浆材料是利用其高活性的一NCO基团与地基中渗出的水分作为另一个组分反应形成凝胶固结作用。它不仅保持了浆液的高渗透性能,又能和水迅速反应形成凝胶,没有废液产生。聚氨酯双组分灌浆材料是利用异氰酸酯与端羟基或端氨基化合物反应,生成聚脲-聚氨酯聚合物,在生成的同时并伴随产生二氧化碳气体,使聚合物成为泡沫体结构。其化学凝胶过程可通过催化剂品种和数量的选择加以调节。聚氨酯灌浆材料还具有其他化学灌浆材料所没有的优点,它在组分反应的同时,还会与组分本身和地下水进行反应,生成二氧化碳,使灌浆材料在凝胶的过程中产生发泡作用。这样,对于聚氨酯灌浆材料会产生二次压力注浆作用,即它依靠外界压力注入地基,产生渗透,而当它与水反应,产生二氧化碳使体系发泡时,其发泡压力将会使物料产生二次压力,从而获得范围更为广大的浆液渗透,形成体积更大的、不溶于水的聚氨酯-聚脲聚合物固结体。


  聚氨酯灌浆材料的主要成分为带有高活性一NCO基团的预聚体。因为该类产物的应用特点是物料黏度必须很低,要求对地基具备良好的渗透能力、适宜的凝胶速率、较大的膨胀力以及固结后产生较高的力学性能。因此,预聚体主要是由一定分子量的聚醚多元醇和异氰酸酯反应制得:


  nHO-R-OH+(n+1)OCN-R′-NCO→OCNER'一NCOO-R-O-CONH3R'一NCO


  通常一NCO/-OH比值控制在3~4的范围。为满足灌浆材料应用的特殊要求,还应该在预聚体中添加适量的催化剂、表面活性剂、增塑剂、溶剂以及填料等配合剂。常用的催化剂主要是使用能促进和控制调节聚合物链增长和预聚物与水分反应生成二氧化碳速度的催化


  剂品种,如三乙烯二胺、三乙胺、二甲基乙醇胺等,根据材料使用要求、环境条件选择催化剂的品种和用量。为控制浆料在地基中的渗透能力和凝胶时间的最佳平衡效果,其加入量通常为预聚体质量的0.3%~2%。有时,为了延缓浆料与水分反应速率,使浆料具有更好的渗透性,也可以加入适当的阻聚剂。


  在组分中加入溶剂的目的是为了进一步降低预聚体的黏度,提高浆料在土壤地基、建筑裂缝中的渗透能力。常用的溶剂有丙酮、环已酮、二氯乙烷、二甲苯等。考虑溶剂的挥发梯度和对环境的污染问题,注意选择毒性小的溶剂,并应多种溶剂配合使用,其用量也应该尽量少些,一般溶剂用量为预聚体质量的5%~25%为宜。在配方中添加一定数量增塑剂的目的是为提高浆料固结体的韧性和弹性模量,同时,也可以适当降低浆料的黏度。常用的增塑剂有邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯等。


  由于浆料与水分反应时产生二氧化碳并形成泡沫体,故在浆料中加入适当的表面活性剂,这样不仅可以降低液体的表面张力,提高它与催化剂、填料等配合剂的分散能力,同时还能促使生成的泡沫固结体的泡沫结构更加均匀,获得较好的机械强度。聚氨酯灌浆材料工艺过程原理及优点参见图1。


聚氨酯灌浆材料工艺过程原理及优点.png

图1 聚氨酯光讲材料工艺过程原理及优点


  化学灌浆工艺中,最重要的是如何控制凝胶过程。在使用二液型化学灌浆材料时,当二组分物料混合后,通常都会在不太长的时间出现黏度增加现象,体系会产生从液态向固态的相变转移过程,化学浆液的渗透过程也逐渐减弱。为此开发了潜在反应型浆液,当两组分物料混合后,反应体系仅处在诱导期内,黏度不会增加,同时在地下水的稀释作用下,黏度有时还会略有下降,但达到反应点以后,反应物的黏度会急剧上升而凝胶。它们在地下水的冲刷下、凝胶时间延长,形成完全的凝胶。


  日本TakenakaKollluten公司生产的商标为TACSS聚氨酯灌浆材,它们在压力下注浆即产生第一次渗透作用,当它与地下水接触后,在一定的诱导期内并不会被地下水所稀释和溶解,而在诱导期以后即发生反应,放出二氧化碳,凝胶反应也迅速进行,反应物料在发泡压力的作用下,产生第二次渗透作用,使灌浆材料具备更大范围的渗透并形成良好的固结作用。聚氨酯灌浆材料的渗透能力和凝胶时间多是采用催化剂的品种和用量进行调节,性能试聚氨酯灌浆材料与大多数化学灌浆材料不同,它生成的聚合物固结体属疏水性材料,在地验装置如图2所示。


灌浆固结试验.png

图2


  下水的冲刷下不会流失,与水反应生成不溶于水的聚合物,从而达到地基的固结和阻隔地下水的目的。聚氨酯灌浆材料与其他化学灌浆材料固结地基、防水的效果如图3和图4所示。


各种浆液在不同水流条件下的固结体积比较.png

图3 各种浆液在不同水流条件下的固结体积比较


在流动水中各种浆液固结模型对比.png

图4 在流动水中各种浆液固结模型对比(箭头所指为水流方向)


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