國內(nèi)聚氨酯灌漿材料的種類及其應用領(lǐng)域

楊向東,朱紅梅（中海油山東化學工程有限責任公司,濟南250101）

國內(nèi)聚氨酯灌漿材料的種類及其應用領(lǐng)域

楊向東,朱紅梅
（中海油山東化學工程有限責任公司,濟南250101）

摘要：由于我國對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。

關(guān)鍵詞：堵漏；聚氨酯；灌漿料；甲苯二異氰酸酯；分類；應用

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聚體，該預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，這樣使聚氨酯預聚體的種類得到拓展，并且獲得很多特殊性能的聚氨酯預聚體，從而推動了我國聚氨酯灌漿材料的發(fā)展，同時拓寬了聚氨酯灌漿材料的應用領(lǐng)域，如其可以應用于民用建筑、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生成的聚氨酯預聚體，然后他們利用這種預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，該材料穩(wěn)定性較好而能儲存較長時間，原料價格低廉，親水性能較強，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用。雖然這種灌漿材料具有很多優(yōu)點，但是其含有游離的甲苯二異氰酸酯和易揮發(fā)的助劑，對環(huán)境和人員具有較大的危害，因此隨著人們環(huán)保意識的增強而逐漸被限制使用。

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產(chǎn)生的聚氨酯預聚體，然后他們把這種預聚體與多種助劑進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)生一定化學反應從而生成不溶于水的泡沫結(jié)構(gòu)，其主要應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用，該材料在防水堵漏等工程領(lǐng)域也具有十分廣泛的應用。研究學者把該材料與普通型親水性聚氨酯灌裝料進行對比研究發(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)良的特點在于其有機溶劑含量較低，因此該材料對環(huán)境和操作人員的危害較小。

2.3雙組份聚氨酯搶險加固灌漿料

雙組份聚氨酯搶險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用于隧道搶險領(lǐng)域。

2.4環(huán)保型聚氨酯灌漿料

由于人們對環(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不僅包括環(huán)保的優(yōu)點，其同時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)良的性能滿足實際應用，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，它的應用領(lǐng)域也被進一步開發(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是其固含量接近100%，其成份主要是聚氨酯預聚體和少量助劑，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用領(lǐng)域并不廣泛，主要應用于一些高檔工程，主要原因在于這種聚氨酯灌漿料具有較高的價格。國內(nèi)市場用量最少但價格最高的聚氮酯灌漿材料．其應用領(lǐng)域主要集中于高檔工程。但是其不含溶劑，其對環(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防水堵漏工程進行重視，我國聚氨酯灌漿行業(yè)將會發(fā)生巨大變化，這樣將會促進聚氨酯灌漿材料被廣泛應用。聚氨酯灌漿材料進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，其能夠與水發(fā)生化學反應而膨脹，通過膨脹作用，灌漿材料滲透到微細縫隙中，然后在這些縫隙中進行固化反應生成交聯(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用于防水堵漏領(lǐng)域。

3.1聚氨酯灌漿材料應用領(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)域都能被應用，但是其市場分布卻十分分散，而且用量較少，且對產(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聚氨酯灌漿材料應用領(lǐng)域之一—水利水電

由于施工人員的施工不當、地基沉降、熱脹冷縮和地殼運動造成了水利水電設(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)勢在于：聚氨酯灌漿材料由于含有異氰酸酯官能團，其能與水進行化學反應，從而容易生產(chǎn)二氧化碳氣體，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一步壓進水利水電設(shè)備的細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，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；如果當水利水電基礎(chǔ)建筑中裂縫和地層含水量的較大時，施工人員可選擇快速固化的漿液對上述故障進行處理，因為聚氨酯灌漿材料快速固化后則不容易被水沖稀流失，其可以對水進行封堵作用。聚氨酯灌漿材料在水利水電方面還具有很多優(yōu)勢：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，它們能夠適應裂縫和地基的變形；這種材料的灌漿厚度可調(diào)，因為這種漿液粘度容易控制，其可以用來1mm至0.5mm的細縫進行填補；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固化速度進行控制，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。從而我們需要對這些裂縫進行修改和加固，因此聚氨酯灌漿材料在該方面得到廣泛應用。為了保證水利水電的正常運行，國家對水利水電工程的裂縫修補、基礎(chǔ)防滲、加固堤壩等方面十分重視，這樣也促進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用。聚氨酯灌漿材料主要用于四個方面：

（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形成灌漿材料與松散煤巖體的有機整體而對其進行加固，這種復合整體不僅具有較好的整體性，而且其具有很高的強度。聚氨酯加固煤巖體的機理為：通過形成網(wǎng)絡骨架而對煤巖體進行加固作用，通過粘結(jié)煤巖體而形成補強作用，通過對煤巖體充填而起到壓密作用，通過改變煤巖體的破壞機制而進行加固作用；

（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）及破碎圍巖進行膠結(jié)而形成具有一定強度的密實體，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就是防滲堵漏性能優(yōu)異且其固結(jié)強度較高，而且在這些漿液中，其預聚體含有很多活性的異氰酸酯基團，這些基團容易與水進行反應，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行封堵而達到防滲漏和固結(jié)的效果；

（4）噴涂防漏風方面，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領(lǐng)域具有重要的應用，這種材料具有的優(yōu)勢在于它們不會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，其防漏風性能仍然較好，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)

當施工人員利用灌漿材料進行裂縫修補時，他們選用的材料一般粘度較低，因為粘度越低則灌注效果越好。而且當裂縫過小時，施工人員選用丙酮對聚氨酯灌漿材料進行稀釋，然后進行灌漿修復。添加溶劑時，施工人員應該調(diào)節(jié)好溶劑與灌漿材料的比例，因為當溶劑過量時，固結(jié)物強度將降低，這樣不利于裂縫修補。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聚氨酯灌漿材料的固化交聯(lián)。如果需要修補裂縫直徑較細且具有較多水分時，施工人員可以通過施加一定壓力來促進灌漿材料的流動。當聚氨酯灌漿材料用于防水堵漏過程時，施工人員應該對漏水部位進行預處理，然后把快速固化型水泥預先埋注到注漿管內(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：

[1]黃月文,區(qū)暉.高分子灌漿材料應用研究進展[J].高分子通報,2010(04):71-75.

[2]趙訓榮,施衛(wèi)中.TZS水溶性聚氨酯堵漏劑在地下工程中的應用[J].建筑技術(shù)開發(fā),2012(03):45-47.

[3]葉銘勛.MU無溶劑化學灌漿材料的性能與應用[J].水利水運科學研究,2011(01):1-8.