聚氨酯化學灌漿材料細談

1.聚氨酯灌漿材料概況 

　　聚氨酯灌漿材料是由聚氨酯預聚體與添加劑(溶劑、催化劑、緩凝劑、表面活性劑、增塑劑等) 組成的化學漿液。一般是單液型。其主要成分是過量二異氰酸酯(或多異氰酸酯) 與聚醚多元醇反應而制得的端異氰酸酯基(NCO) 預聚體。也可以是雙液型,即由預聚體與固化劑(及促進劑) 組成。 


　　在灌漿過程中,把聚氨酯灌漿材料注入縫隙或疏松多孔性地基中時,這種預聚體的端NCO 基與縫隙表面或碎基材中的水分接觸,發生擴鏈交聯反應,最終在混凝土縫隙中或基材顆粒的孔隙間形成有一定強度的凝膠狀固結體。聚氨酯固化物中含有大量的氨基甲酸酯基、脲基、醚鍵等極性基團,與混凝土縫隙表面以及土壤、礦物顆粒有強的粘接力,從而形成整體結構,起到了堵水和提高地基強度等作用。并且,在相對封閉的灌漿體系中,反應放出的二氧化碳氣體會產生很大的內壓力,推動漿液向疏松地層的孔隙、裂縫深入擴散,使多孔性結構或裂縫完全被漿液所填充,增強了堵水效果。漿液膨脹受到限制越大,所形成的固結體越緊密,抗滲能力及壓縮強度越高。 

　　聚氨酯化學灌漿材料可分為水溶性(親水性) 和油溶性(疏水性) 2 大類。這2 類聚氨酯預聚體材料雖然都能用于防水、堵漏、地基加固,但2 者也有差別。 
　　 
　　 通常,油溶性聚氨酯灌漿材料的固結體強度大,抗滲性好,多用于加固地基、防水堵漏兼備的工程;水溶性聚氨酯灌漿材料親水性好,包水量大,適用于潮濕裂縫的灌漿堵漏、動水地層的堵涌水、潮濕土質表面層的防護等。根據施工需要,也可把水溶性聚氨酯灌漿材料與油溶性聚氨酯灌漿材料按合適的比例混合后進行灌漿施工。 

　　2 　水溶性聚氨酯灌漿材料 
　　 水溶性聚氨酯漿材的突出特點之一是易分散于水中,遇水自乳化,立即進行聚合反應。固結物具有良好的彈性、抗滲性、耐低溫性,對巖石、混凝土、土粒等具有良好的粘接性能,灌漿后對水質無污染;特點之二是固結物具有彈性止水和膨脹止水的雙重作用。 


水溶性聚氨酯灌漿與水玻璃、丙凝等灌漿相比,主要有以下幾個優點: 

a.可在大量水存在的條件下與水反應,固化后形成不透水的固結層,可以封堵涌水; 
b.固化反應的同時產生二氧化碳氣體,封閉的灌漿體系中初期的氣體壓力把低黏度漿液進一步壓進細小裂縫深處以及疏松地層的孔隙中,使多孔性結構或地層充填密實,后期的氣泡包封在膠體中,形成體積龐大的彈性固化物; 
c.在含大量水的地層處理中,可選擇快速固化的漿液,它不會被水沖稀而流失; 
形成的彈性固結體,能充分適應裂縫和地基的變形; 
d.漿液黏度可調,可灌1 mm左右的細縫;固化速度調節方便; 
e.施工設備簡單,投資費用少。 

　　水溶性聚氨酯灌漿材料一般是單組分低黏度液體,其主要成分是端NCO 基預聚體,它是由特種親水性聚醚多元醇與多異氰酸酯制成的預聚體為主劑,加入助劑(稀釋劑、增塑劑和其他助劑) 配制而成的。為使聚氨酯漿材有良好的水分散性,一般選擇EO 含量較高的EO/ PO 共聚醚。通過調節具有不同EO/ PO 比例的親水性聚醚, 或EO 聚醚與普通PPG型聚醚的混合比例,可以制得不同親水程度的灌漿材料。聚氨酯漿液的固化時間通過加入促凝劑(催化劑) 或緩凝劑,可在幾秒鐘到十幾分鐘范圍內調節。 

　　國外某公司的水溶性聚氨酯漿材性能為:固含量77 %～ 83 % , 黏度(21 ℃) 600 ～ 1200 mPa ?s , 相對密度1. 04 ,固化物拉伸強度0. 13 ～ 0. 3 MPa , 伸長率150 %～300 % 。 

3.油溶性聚氨酯化學灌漿材料 


　　我國天津大學于1973 年首先研制成功氰凝灌漿材料。油溶性聚氨酯灌漿材料國內俗稱"氰凝" ,是由低分子質量聚氧化丙烯多元醇(如N303 、N204) 與多異氰酸酯( TDI、MDI、PAPI) 反應制得的預聚體為基料,以有機溶劑為稀釋劑制備的溶劑型單組分或雙組分漿材。 

　　一種氰凝漿液參考配方為:聚氧化丙烯三醇2TDI 反應加成物(NCO 28 %) 100份,溶劑10～20 份,水溶性硅油1 份,催化劑0. 3～3 份,增塑劑0～10 份 。漿液黏度一般在幾十到幾千mPa ?s 范圍。這類灌漿材料固結后形成堅固的彈性體,體積可膨脹數倍,氰凝的NCO 含量高,所以固結物彈性差。 

　　油溶性聚氨酯灌漿材料的性能值范圍也較大。氰凝還具有耐化學介質性能和耐高低溫性能,因此它不僅可用作堵漏,而且還可用于補強加固,還可用作涂層劑,具有較好的防滲防腐蝕性能. 

　　國外一種聚氨酯灌漿材料的主要技術指標為:外觀淺琥珀色液體, 固含量82 % ～ 88 % , 黏度( 21 ℃) 300 ～600 mPa ?s ,相對密度1. 15 ,拉伸強度0. 55～0. 62 MPa ,伸長率700 %～800 % ,收縮率18 % . 

4 　改性聚氨酯灌漿材料 


　　為了獲得較低的黏度、較高的固結體強度,結合幾種聚合物的優點,灌漿材料也可采用混合體系。例如南京水科院研制的一種丙烯酸酯改性氰凝灌漿材料MU ,是由丙烯酸酯、特種聚氨酯預聚體、復合固化劑等組成的一種低黏度液,采用丙烯酸酯作活性稀釋劑, 漿液黏度很低( 可達3 mPa ?s) ,改善聚氨酯漿料的可灌注性。漿料中不含溶劑,使用時無需加丙酮、二甲苯等溶劑,可防止因溶劑揮發而收縮。適用期可在1～6 h 調節,便于施工操作。其固結體的壓縮強度可高達60 MPa , 干縫灌漿粘接強度可達2. 2 ～2. 5 MPa ,濕縫可達1. 5 MPa 。它兼有甲凝漿液的低黏度、環氧樹脂的高強度的特點。另外,環氧樹脂改性聚氨酯灌漿材料,可提高聚氨酯的強度。 

5 　聚氨酯灌漿材料的施工技術 

　　用于裂縫修補的灌漿材料的黏度一般較低( 最高300 mPa ?s) ,黏度越低,越利于微細縫隙的灌注。裂縫很小時,可用丙酮稀釋。但溶劑用量增加,固結物強度降低,所以需控制溶劑用量與可灌性的平衡。干燥裂縫可加入適量的水或固化劑增進固化。 

　　聚氨酯灌漿材料用于細裂縫的灌漿,特別是含水縫隙的施工,一般采用壓力灌漿技術。在防水堵漏施工中,可在漏水部位鑿毛、清理清潔,用快速固化型水泥預埋注漿管,用手撳注漿泵,將聚氨酯灌漿材料從注漿管中注入混凝土裂縫,直到壓不進(壓力約0. 3 MPa) ,隨即關閉閥門,每次注漿完畢,將注漿泵的料筒用丙酮、二甲苯或清水清洗干凈。 

　　化學灌漿的技術性較強,需根據漏水點和裂縫大小、分布等情況安排灌漿孔、灌漿盒等位置,插入灌漿管,用快速水泥封堵,進行壓力灌漿.