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高性能水活性聚氨酯化学灌浆堵漏材料的制备与性能研究

来源:www.lanyidz.com | 发布时间:2018年04月04日
单组分水活性聚氨酯灌浆材料一般分为疏水型与亲水型两大类,具有遇水能够迅速反应、固化产物性能可调、体积膨胀倍率大(疏水型)或包水能力强(亲水型)等特点,目前已广泛应用于帷幕防渗、动水堵水等领域。单组分亲水型与疏水型聚氨酯灌浆料都具有遇水反应膨胀和快速止水的堵动水能力,但两种浆材的适用范围、长期堵水性能及耐久性不尽相同。亲水型聚氨酯灌浆材料适宜于渗漏水严重、长期浸水环境下的堵水;疏水型聚氨酯灌浆材料则适用于长期或间歇性有水环境下的堵水,在防渗堵漏的同时兼具加固能力。
本文通过原料选择与工艺设计,分别制备了两种不同亲疏水型的单组分水活性聚氨酯灌浆材料,并对其性能进行了分析与评价。利用TDI/MDI复合二异氰酸酯替代传统的纯TDI体系制备了亲水型聚氨酯灌浆料,在降低成本的同时提高了浆材的环保性,浆材中不含游离的TDI,不会造成水质污染,从而提高浆材的适应性;以高羟值聚醚多元醇、多亚甲基多苯基多异氰酸酯(PAPI)和多种助剂为原料制备疏水型聚氨酯灌浆料,兼顾浆材的发泡倍率、抗压强度和成型收缩率,保证了堵漏加固工程的耐久性。同时,为验证上述两种灌浆材料在动水条件下的防渗堵漏能力,进行了动水条件下的裂隙渗流灌浆模拟试验。
1 实验部分
1)亲水型水活性聚氨酯灌浆材料的制备
在装有搅拌装置的三口烧瓶中,加入亲水聚醚多元醇,在120℃下真空脱水2h后,冷却至50~60℃,在氮气气氛下,加入一定量的二异氰酸酯,反应0.5h后,升温至60~70℃,继续反应4h,将上述预聚体冷却至室温,向所制预聚体浆液中加入丙酮搅拌10~30min后,得单组分亲水型水活性聚氨酯灌浆料浆液。
取一定质量的上述合成浆液与水按一定的质量比混合,搅拌均匀,并测试相关性能,凝胶时间、包水性等按JC/T 2041—2010《聚氨酯灌浆材料》测定。
2)疏水型水活性聚氨酯灌浆材料的制备
将一定质量的聚醚多元醇投入三口烧瓶中,110~120℃真空脱水1.5~2h,降温至60℃,在氮气气氛下加入异氰酸酯,反应0.5h后,升温至70℃继续反应3h,将上述预聚体冷却至55℃以下,加入一定量的溶剂、泡沫稳定剂、催化剂等助剂,搅拌均匀,得单组分疏水型水活性聚氨酯灌浆料浆液。
取适量的上述合成浆液与水按一定的质量比混合,搅拌均匀,室温下反应、发泡、固化,考察其综合性能,固化时间、发泡率、抗压强度等性能均按JC/T 2041—2010测定;拉伸强度、线性尺寸稳定性按JG/T 316—2011《建筑防水维修用快速堵漏材料技术条件》测定。
2 结果与讨论
1)亲水型水活性聚氨酯灌浆材料的性能分析
以高亲水性聚醚多元醇分别与异氰酸酯TDI、MDI-50、PAPI制备不同体系的亲水型聚氨酯灌浆料,考察异氰酸酯种类对浆材遇水后凝胶反应的变化规律。发现采用TDI制备的浆材比采用MDI-50、PAPI制备的浆材的包水性能都要好。但是,游离TDI对人体及环境的危害性较大,不利于环保与施工安全,因此,本文通过工艺设计与方案改进,最终以TDI/MDI复合二异氰酸酯体系制备出高性能环保型亲水聚氨酯灌浆料。经过改进后的亲水型聚氨酯灌浆料基本保留了TDI基亲水型浆料的遇水反应性,水浆比(W/G)为10∶1时,该体系浆料的凝胶时间为40s,同时浆材不含游离TDI。
2)疏水型水活性聚氨酯灌浆材料的性能分析
选用聚醚多元醇N204、N210、N220、N330、N303分别与PAPI合成—NCO含量为20%~30%的预聚体,考察了聚醚种类、—NCO含量、催化剂用量以及水浆比对浆材遇水发泡反应的凝固时间、发泡率、力学性能以及尺寸稳定性的影响。结果表明:1)采用高羟值的聚醚N303、N204制备的浆材比采用低羟值的N210、N220、N330制备的浆材的抗压强度要高许多。2)随着浆液中—NCO含量的增大,发泡后浆材固结体的线性尺寸变化率逐渐降低。3)随着胺类催化剂用量的增加,单组分疏水型聚氨酯灌浆材料遇水反应时的乳白时间、上升时间和不粘时间均逐渐降低,发泡倍率则逐渐增大。当催化剂用量一定时,单组分疏水型聚氨酯灌浆材料的固化时间随着水浆比的增加逐渐延长;而浆料的发泡倍率则呈现不同的变化趋势:在水浆比低于1∶5时,发泡倍率随着水含量的增加逐渐增大;当水浆比高于1∶5时,发泡倍率随着水含量的增加逐渐降低,甚至无法正常发泡。
3 单裂隙动水灌浆模拟实验设计
为真实模拟实际情况下所制备的两种灌浆料的堵动水能力,进行了动水条件下的灌浆模拟试验。模拟系统由动水水源系统、动水裂隙通道和进料系统三部分组成。其中,动水水源系统由室内自来水阀和输水管道组成;动水裂隙通道由裂隙混凝土(以长80cm、宽40cm、厚5cm的三层混凝土板组成,中间层砸裂若干裂隙)、进水管和注浆管组成;进料系统包括注浆泵和注浆管道等。实验结果显示,制备的两种水活性聚氨酯灌浆材料均能较好地封堵动水,具有较好的实际堵漏效果。
4 结论
1)以TDI/MDI复合二异氰酸酯体系制备了环保型亲水聚氨酯灌浆料,浆料遇水反应速率快、包水性能好,适用于各类水环境下的堵漏防渗工程;以高羟值聚醚、PAPI及多种助剂制备了疏水型水活性聚氨酯灌浆料,具有较高的发泡倍率和抗压强度,适用于各类防渗兼加固的工程。
2)经模拟注浆试验分析,所制得的两种聚氨酯灌浆材料皆具有较高的堵水效率,注浆效果显著。
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