手刮聚脲老化試驗(yàn)及水利工程應(yīng)用效果評(píng)價(jià)分析

(1.遼寧省寬甸縣水利局水利工程建設(shè)質(zhì)量與安全監(jiān)督站，遼寧 寬甸 118200；2.遼寧省水利水電科學(xué)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110003；3.遼寧省丹東市水利工程質(zhì)量監(jiān)督與審核中心，遼寧 丹東 118000)

1 概 述

單組分聚脲由含多異氰酸酯-NCO的高分子預(yù)聚體與經(jīng)封端的多元胺(包括氨基聚醚)，以及加入的其他功能性助劑組成。在無水狀態(tài)下，體系穩(wěn)定，一旦開桶施工，在空氣中水分子的作用下，迅速產(chǎn)生多元胺，多元胺與異氰酸酯-NCO反應(yīng)，形成單組分聚脲。SK手刮聚脲具有抗拉強(qiáng)度高、扯斷伸長(zhǎng)率大、耐低溫性能好及適應(yīng)變形能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[1-3]。

作為一種人工氣候模擬試驗(yàn)方法，老化試驗(yàn)是采用模擬和強(qiáng)化大氣環(huán)境中主要?dú)夂蛞蛩?光、熱、濕)的一種人工氣候試驗(yàn)，可以在較短的時(shí)間內(nèi)獲得近似于自然氣候條件，并能影響被測(cè)物的物理化學(xué)性狀。

目前，國(guó)內(nèi)對(duì)聚脲產(chǎn)品開展的老化試驗(yàn)不多，只有中國(guó)水利水電科學(xué)研究院曾對(duì)其進(jìn)行過紫外線老化試驗(yàn)[4]，其他類老化試驗(yàn)尚未進(jìn)行過。本文參照橡膠老化試驗(yàn)方法，通過進(jìn)行SK手刮聚脲的兩種耐老化性能試驗(yàn)，并結(jié)合工程應(yīng)用效果評(píng)價(jià)分析，對(duì)該涂層材料的抗老化性能特性進(jìn)行了初步探討。

2 耐老化性能試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)意義

試驗(yàn)包括熱空氣老化試驗(yàn)和臭氧老化試驗(yàn)。

試驗(yàn)參照橡膠的熱空氣加速老化試驗(yàn)方法，將聚脲試樣懸掛固定在給定條件(如溫度、風(fēng)速等)的熱老化試驗(yàn)箱內(nèi)，根據(jù)聚脲的特點(diǎn)周期性地檢查其外觀狀態(tài)并測(cè)定試樣的拉伸性能變化，從而評(píng)定其耐熱老化性。

臭氧是橡膠產(chǎn)生龜裂的主要原因，由于聚脲涂膜狀態(tài)與橡膠制品比較相似，利用臭氧老化箱模擬和強(qiáng)化大氣中的臭氧條件，研究臭氧對(duì)聚脲涂膜的作用規(guī)律，對(duì)于研究聚脲的老化性能有積極意義。

2.2 試驗(yàn)依據(jù)

試驗(yàn)分別依據(jù)《硫化橡膠或熱塑橡膠 拉伸應(yīng)力應(yīng)變性能測(cè)定》(GB/T528—2009)、《硫化橡膠或熱塑性橡膠 耐臭氧龜裂靜態(tài)拉伸試驗(yàn)》(GB/T 7762—2014)以及《高分子防水材料 第二部分 止水帶》(GB/T 18173.2—2000)有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。

2.3 試樣制備

試驗(yàn)?zāi)＞邽樽灾频乃茕摼匦慰蚰＃圆Ａё龅装?，將?mm的矩形塑鋼框架黏結(jié)于玻璃上。試驗(yàn)前，將玻璃底板擦拭干凈，并涂抹一層薄薄的蠟油，然后將涂料均勻地涂抹于框架內(nèi)。分3次涂抹，涂抹完第1遍，待聚脲略微固化黏稠后，接著涂覆第2遍，再隔6h以后涂覆第3遍。最終厚度達(dá)2mm左右，即可在室溫下養(yǎng)護(hù)14天。

熱空氣老化試驗(yàn)用專門的裁刀切成2型啞鈴狀試樣，臭氧老化試驗(yàn)裁切成10mm×100mm尺寸規(guī)格的長(zhǎng)條狀試樣。

進(jìn)行耐臭氧龜裂靜態(tài)拉伸試驗(yàn)，需先把試樣固定在專門的試架上，并將試樣拉伸至伸長(zhǎng)率為15%的狀態(tài)(見圖1)。

圖1 SK手刮聚脲耐臭氧龜裂靜態(tài)拉伸試驗(yàn)

2.4 試驗(yàn)過程

將養(yǎng)護(hù)21天的試樣3塊一組進(jìn)行編號(hào)；用測(cè)厚計(jì)在試驗(yàn)長(zhǎng)度的中部和兩端測(cè)量厚度，取3個(gè)測(cè)量值的中位數(shù)計(jì)算橫截面面積，3個(gè)厚度值都不應(yīng)大于厚度中位數(shù)的2%，測(cè)量值精確到0.05mm；分別在熱空氣試驗(yàn)箱和臭氧試驗(yàn)箱中放入6組試樣，分別在350h、720h、1080h時(shí)觀察試樣表面狀態(tài)和測(cè)試試樣的拉伸強(qiáng)度指標(biāo)。

2.5 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.5.1 熱空氣老化試驗(yàn)

選擇老化時(shí)間分別在350h、720h、1080h時(shí)測(cè)定試樣的抗拉強(qiáng)度指標(biāo)值(見表1)。

表1 SK手刮聚脲熱空氣(70℃)老化試驗(yàn)結(jié)果

由熱空氣老化試驗(yàn)可知：隨著老化試驗(yàn)時(shí)間的增長(zhǎng)，SK手刮聚脲的拉伸強(qiáng)度先是有所提高，而后逐漸趨于平緩，最后呈下降趨勢(shì)，最高增幅達(dá)20%以上。表明聚脲試樣在70℃熱空氣中強(qiáng)度不但沒有受到影響反而在逐步提高，隨著時(shí)間的推移，強(qiáng)度達(dá)到一定值后，熱空氣對(duì)其性能開始產(chǎn)生影響，導(dǎo)致其拉伸強(qiáng)度開始出現(xiàn)下降的趨勢(shì)；聚脲試樣的扯斷伸長(zhǎng)率隨著老化試驗(yàn)時(shí)間的增長(zhǎng)而趨于降低。

由于特殊原因，此次試驗(yàn)的老化試驗(yàn)時(shí)間尚未繼續(xù)延長(zhǎng)，聚脲的最終熱空氣老化性能還有待于進(jìn)一步的試驗(yàn)來確定。

2.5.2 臭氧老化試驗(yàn)

試驗(yàn)在臭氧老化箱中進(jìn)行。臭氧老化箱內(nèi)溫度(40±2)℃，臭氧濃度50pphm，試驗(yàn)進(jìn)行350h、720h、1080h后分別測(cè)定試樣的抗拉強(qiáng)度指標(biāo)。試驗(yàn)進(jìn)行1055h后，將試樣固定在模架上觀察，試樣表面

仍保持光滑平整，沒有出現(xiàn)微小裂紋(見表2)。

表2 SK手刮聚脲臭氧老化試驗(yàn)結(jié)果

由表2可知，350h后聚脲的拉伸強(qiáng)度明顯提高，之后直到1080h后仍保持穩(wěn)定，未出現(xiàn)明顯下降趨勢(shì)。由此可以看出，短時(shí)間內(nèi)臭氧對(duì)聚脲強(qiáng)度的影響很小。

3 工程應(yīng)用效果評(píng)價(jià)分析

以位于遼寧東北部的后樓水庫(kù)溢洪道邊墻裂縫滲漏處理工程為例，通過修補(bǔ)處理材料SK手刮聚脲運(yùn)行若干年后的外觀狀況和黏結(jié)強(qiáng)度測(cè)試，對(duì)野外暴露條件下材料老化情況進(jìn)行定性評(píng)價(jià)，判斷其是否發(fā)生劣化，進(jìn)一步確定是否需要進(jìn)行二次補(bǔ)償修復(fù)。

3.1 外觀狀況

在2011年缺陷修補(bǔ)處理時(shí)調(diào)配的SK手刮聚脲表觀顏色為偏藍(lán)色，2015年觀察發(fā)現(xiàn)手刮聚脲表面顏色略微變淺，表層輕微粉化，粉狀物呈白色，將粉狀物抹掉之后，仍然保持原有色澤，沒有明顯變色表現(xiàn)。表明涂層材料外觀狀況幾乎未發(fā)生老化(見圖2)。

圖2 后樓水庫(kù)溢洪道邊墻手刮聚脲處理后老化狀況對(duì)比觀測(cè)

3.2 黏結(jié)強(qiáng)度

2011年缺陷修補(bǔ)處理時(shí)，實(shí)測(cè)正拉黏結(jié)強(qiáng)度為2.90MPa，運(yùn)行4年后現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)正拉黏結(jié)強(qiáng)度結(jié)果為2.89MPa，強(qiáng)度基本未發(fā)生變化，且仍滿足正拉黏結(jié)強(qiáng)度大于2.50MPa的質(zhì)量控制要求。

3.3 效果評(píng)價(jià)

上述外觀狀況和黏結(jié)強(qiáng)度測(cè)試綜合分析表明，SK手刮聚脲材料在4年運(yùn)行時(shí)間內(nèi)無明顯老化現(xiàn)象，被處理的缺陷未再出現(xiàn)，修補(bǔ)防護(hù)效果顯著。

4 結(jié) 語(yǔ)

老化試驗(yàn)和工程現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，手刮聚脲抗熱空氣老化和抗臭氧老化性能優(yōu)越，完全能夠適應(yīng)各類水工混凝土的缺陷處理和表面防護(hù)環(huán)境，在水利工程中具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

[1] 孫志恒,郝巨濤.聚脲防水材料在水利水電工程中的應(yīng)用[J].研究探索,2013(10):20-22,26.

[2] 李萌,張秀梅,張毅.十三陵抽水蓄能電站運(yùn)行期混凝土面板裂縫成因分析及處理[J].大壩與安全,2016(4):44-47.

[3] 艾克拜爾·買買提,馬軍.SK手刮聚脲彈性體材料在水庫(kù)放水涵洞明流段底板加固中的應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古水利,2011(3):131-132.

[4] 孫志恒.SK手刮聚脲在水利水電工程缺陷處理中的應(yīng)用[C]∥2012全國(guó)水工泄水建筑物安全與病害處理技術(shù)應(yīng)用會(huì)刊.北京：中國(guó)水利技術(shù)信息中心，2012：7-12.