国内聚氨酯灌浆材料的种类及其应用领域

杨向东,朱红梅（中海油山东化学工程有限责任公司,济南250101）

国内聚氨酯灌浆材料的种类及其应用领域

杨向东,朱红梅
（中海油山东化学工程有限责任公司,济南250101）

摘要：由于我国对防水堵漏的要求越来越高，因此聚氨酯灌浆材料被广泛的应用。本文主要介绍了聚氨酯灌浆材料的分类，聚氨酯灌浆材料主要分为普通亲水型、普通疏水型、双组份、环保型和无溶剂等类型；本文然后简单介绍了其在民用建筑、水利水电和煤炭矿业等方面的应用；本文最后简单介绍了聚氨酯灌浆材料施工过程中注意事项。

关键词：堵漏；聚氨酯；灌浆料；甲苯二异氰酸酯；分类；应用

1　引言

聚氨酯灌浆材料是一种新型高分子材料，它的主要成分是聚氨酯预聚体，该预聚体主要是多异氰酸酯和聚醚或聚酯多元醇制备得到，其特点是渗透性较好、粘结效果好、防水性能好等，因此这种灌浆材料已经得到广泛的应用。近几年来，我国很多生产聚氨酯原料的企业逐渐增多，这样使聚氨酯预聚体的种类得到拓展，并且获得很多特殊性能的聚氨酯预聚体，从而推动了我国聚氨酯灌浆材料的发展，同时拓宽了聚氨酯灌浆材料的应用领域，如其可以应用于民用建筑、水利水电和地铁隧道等领域[1]。

2　聚氨酯灌浆材料的分类

我国聚氨酯灌浆材料开始是由天津大学等单位首先研发成功的，他们主要生产了一种氰凝材料，到目前为止我国聚氨酯灌浆行业已经经历四十多年的发展。通过研究人员不断的研究开发，他们已经成功开发了多种聚氨酯灌浆料，主要包括普通型亲水性聚氨酯灌浆料、普通型疏水性聚氨酯灌浆料、双组份聚氨酯抢险加固灌浆料、环保型聚氨酯灌浆料和无溶剂型聚氨酯灌浆料等。

2.1普通型亲水性聚氨酯灌浆材料

研究人员首先利用甲苯二异氰酸酯与高分子量亲水性聚醚多元醇通过缩聚反应生成的聚氨酯预聚体，然后他们利用这种预聚体与多种助剂共混制备了普通型亲水性聚氨酯灌浆材料。普通型亲水性聚氨酯灌浆材料的粘度较小，渗透能力较强，该材料稳定性较好而能储存较长时间，原料价格低廉，亲水性能较强，包水量较多且弹性较好，因此其在潮湿裂缝的防水堵漏方面得到了广泛的应用。虽然这种灌浆材料具有很多优点，但是其含有游离的甲苯二异氰酸酯和易挥发的助剂，对环境和人员具有较大的危害，因此随着人们环保意识的增强而逐渐被限制使用。

2.2普通型疏水性聚氨酯灌浆材料

研究人员首先利用多亚甲基多苯基多异氰酸酯与一种或几种聚醚多元醇通过缩聚反应产生的聚氨酯预聚体，然后他们把这种预聚体与多种助剂进行共混制备了普通型疏水性聚氨酯灌浆材料。这种灌浆材料能够产生疏水的原理在于：其与水接触后能够发生一定化学反应从而生成不溶于水的泡沫结构，其主要应用于堵塞渗漏通道等方面。

疏水性聚氨酯灌浆材料具有很多优良的特性，如其固结体强度比其他材料优良，该材料具有较好的抗渗性能，该材料的弹性较小。正是由于该材料具有很多优异的性能，人们常常把这种材料用于混凝土裂缝的防渗堵漏，这种材料在地基加固方面也得到广泛应用，该材料在防水堵漏等工程领域也具有十分广泛的应用。研究学者把该材料与普通型亲水性聚氨酯灌装料进行对比研究发现，在堵水加固方面，普通型疏水性聚氨酯灌浆材科的效果更佳，该材料另一优良的特点在于其有机溶剂含量较低，因此该材料对环境和操作人员的危害较小。

2.3双组份聚氨酯抢险加固灌浆料

双组份聚氨酯抢险加固灌浆料是由两种组分构成的，我们通常用A组分和B组分来表示这两个组分，A组分的成份是聚氨酯与多种助剂的共混物，B组分的成份是催化剂和一些溶剂。在实际使用过程中，施工人员可以通过改变A、B组分的比例来控制反应速度，这样能够满足某些特殊施工要求。这种灌浆材料主要应用于隧道抢险领域。

2.4环保型聚氨酯灌浆料

由于人们对环保要求的提高，我国很多防水堵漏工程被要求使用环保型聚氨酯灌浆材料，这样能够保证人们生活环境得到改善。因此，研发人员开发了新型环保型聚氨酯灌浆材料，其主要包括环保型亲水性灌浆料和环保型疏水型灌浆料，这类聚氨酯灌浆料的主要成份是聚氨酯预聚体、环保型溶剂和助剂组成，而且这种聚氨酯灌浆材料的特点不仅包括环保的优点，其同时防水堵漏效果也比较好，这种材料不仅符合人们环保的需求，而且这种材料具有优良的性能满足实际应用，因此很多企业开始大力开发这种类型的聚氨酯灌浆材料，它的应用领域也被进一步开发，这种聚氨酯灌浆材料将得到广阔的发展。

2.5无溶剂聚氨酯灌浆料

无溶剂聚氨酯灌浆料的特点是其固含量接近100%，其成份主要是聚氨酯预聚体和少量助剂，并没有溶剂存在。从目前发展情况可知，该类聚氨酯灌浆料应用领域并不广泛，主要应用于一些高档工程，主要原因在于这种聚氨酯灌浆料具有较高的价格。国内市场用量最少但价格最高的聚氮酯灌浆材料．其应用领域主要集中于高档工程。但是其不含溶剂，其对环境污染较小，并且这种聚氨酯灌浆料具有优良的防水堵漏性能，因此，该类聚氨酯灌浆料将成为国内着重发展的材料之一[2]。

3　聚氨酯灌浆材料的应用领域

在聚氨酯各类产品中，聚氨酯灌浆材料使用份额并不是很大。然而由于我国逐渐对防水堵漏工程进行重视，我国聚氨酯灌浆行业将会发生巨大变化，这样将会促进聚氨酯灌浆材料被广泛应用。聚氨酯灌浆材料进行防水堵漏的原理为：施工人员把聚氨酯灌浆材料注入混凝土内部，由于这种材料含有活泼基团，其能够与水发生化学反应而膨胀，通过膨胀作用，灌浆材料渗透到微细缝隙中，然后在这些缝隙中进行固化反应生成交联结构，从而能够起到防水和加固的作用，因此这种灌浆材料被广泛应用于防水堵漏领域。

3.1聚氨酯灌浆材料应用领域之一—民用建筑

聚氨酯灌浆材料由于其优良防水堵漏性能，因此其被广泛应用与民用建方面，主要体现在卫生间堵漏，地下室防水，地下车库的防水堵漏等方面。虽然这种灌浆材料在很多民用建筑领域都能被应用，但是其市场分布却十分分散，而且用量较少，且对产品性能要求不高，因此很多企业都生产这种聚氨酯灌浆材料，该类聚氨酯灌浆材料主要是普通型亲水性聚氨酯灌浆材料和普通疏水性聚氨酯灌浆材料。

3.2聚氨酯灌浆材料应用领域之一—水利水电

由于施工人员的施工不当、地基沉降、热胀冷缩和地壳运动造成了水利水电设施出现裂缝。聚氨酯灌浆材料性能优良，其在水利水电领域具有的优势在于：聚氨酯灌浆材料由于含有异氰酸酯官能团，其能与水进行化学反应，从而容易生产二氧化碳气体，在封闭的灌浆体系中，由于压力作用，初期的气体能够把低粘度浆液进一步压进水利水电设备的细小裂缝深处和水利水电建筑的疏松地层的孔隙中，这样其多孔性结构或地层能够被完全充填密实，后期的气泡能够在胶体中被包封住，因此体积庞大的弹性固化物容易形成；如果当水利水电基础建筑中裂缝和地层含水量的较大时，施工人员可选择快速固化的浆液对上述故障进行处理，因为聚氨酯灌浆材料快速固化后则不容易被水冲稀流失，其可以对水进行封堵作用。聚氨酯灌浆材料在水利水电方面还具有很多优势：与其他材料相比，该材料的有效固结区含量更多，而且这种材料形成的固结体弹性较好，它们能够适应裂缝和地基的变形；这种材料的灌浆厚度可调，因为这种浆液粘度容易控制，其可以用来1mm至0.5mm的细缝进行填补；该类材料的固化速度也是较易控制的，施工人员可以通过加入催化剂或者缓凝剂对固化速度进行控制，一般聚氨酯灌浆材料的固化速度可以控制在几秒到几十分钟范围内；这种灌浆工艺要求的施工设备简单，施工过程不需要太大的投资。从而我们需要对这些裂缝进行修改和加固，因此聚氨酯灌浆材料在该方面得到广泛应用。为了保证水利水电的正常运行，国家对水利水电工程的裂缝修补、基础防渗、加固堤坝等方面十分重视，这样也促进了聚氨酯灌浆材料在水利水电领域的快速发展。

3.3聚氨酯灌浆材料应用领域之一—煤炭矿井行业

在我国煤炭矿井行业，聚氨酯灌浆材料也具有十分广泛应用。聚氨酯灌浆材料主要用于四个方面：

（1）煤岩加固，为了把聚氨酯灌浆液等量注入煤岩体重，施工人员常常采用专用注浆泵，在煤岩体内，聚氨酯灌浆材料由于膨胀性固化反应形成灌浆材料与松散煤岩体的有机整体而对其进行加固，这种复合整体不仅具有较好的整体性，而且其具有很高的强度。聚氨酯加固煤岩体的机理为：通过形成网络骨架而对煤岩体进行加固作用，通过粘结煤岩体而形成补强作用，通过对煤岩体充填而起到压密作用，通过改变煤岩体的破坏机制而进行加固作用；

（2）冒顶充填，聚氨酯充填材料具有很多优异的性能，如其自身膨胀率十分优良，其抗压性能十分优异，其具有十分良好的粘结性能，因此其在煤矿井下硐室高冒区具有十分显著的应用，该灌浆材料能够将高冒区内矸石、支撑物（木垛、工字钢等）及破碎围岩进行胶结而形成具有一定强度的密实体，这些充填才能占据冒落空间的很大部分，冒落空间的瓦斯能够通过灌浆作用而被置换出来，从而能够消除瓦斯积聚带来的隐患，保证施工人员的人身安全而提高他们的工作效率；

（3）堵水防渗，聚氨酯类浆液的特点就是防渗堵漏性能优异且其固结强度较高，而且在这些浆液中，其预聚体含有很多活性的异氰酸酯基团，这些基团容易与水进行反应，因此其特别适用于含水量较大的地层处理过程，为了保障灌浆液不被水冲稀而流失，施工人员可以通过选择快速固化的聚氨酯灌浆液，这些快速固化的灌浆也可以通过与水反应形成防水的固结层，这种固结层能够对涌水和地基中流水进行封堵而达到防渗漏和固结的效果；

（4）喷涂防漏风方面，聚氨酯材料的粘结性能优良且具有一定的塑性，因此这种材料在防漏风领域具有重要的应用，这种材料具有的优势在于它们不会随着巷到围岩的不同形状而发生脱落现象，而且即使该材料由于贴合处变形而发生塑性变形时，其防漏风性能仍然较好，而且这种材料具有较高的膨胀系数，较高的膨胀系数能够对单位支护或单位喷涂成本降低十分显著[3]。

4　聚氨酯灌浆材料的施工技术

当施工人员利用灌浆材料进行裂缝修补时，他们选用的材料一般粘度较低，因为粘度越低则灌注效果越好。而且当裂缝过小时，施工人员选用丙酮对聚氨酯灌浆材料进行稀释，然后进行灌浆修复。添加溶剂时，施工人员应该调节好溶剂与灌浆材料的比例，因为当溶剂过量时，固结物强度将降低，这样不利于裂缝修补。如果裂缝处比较干燥，施工人员可以加入适量的水或者胺类固化剂促进聚氨酯灌浆材料的固化交联。如果需要修补裂缝直径较细且具有较多水分时，施工人员可以通过施加一定压力来促进灌浆材料的流动。当聚氨酯灌浆材料用于防水堵漏过程时，施工人员应该对漏水部位进行预处理，然后把快速固化型水泥预先埋注到注浆管内，然后施工人员利用手揿注浆泵将聚氨酯灌浆材料注入到裂缝。

5　结论

本文主要介绍了聚氨酯灌浆料的分类及其应用。研究表明，聚氨酯灌浆料主要分为五类，分别为普通型亲水性聚氨酯灌浆材料、普通型疏水性聚氨酯灌浆材料、双组份聚氨酯抢险加固灌浆料、环保型聚氨酯灌浆料和无溶剂聚氨酯灌浆料；本文进一步介绍了聚氨酯灌浆料在民用建筑、水利水电和煤炭矿井等方面的应用；本文最后简单介绍了聚氨酯灌浆在使用过程中需要注意的地方。

参考文献：

[1]黄月文,区晖.高分子灌浆材料应用研究进展[J].高分子通报,2010(04):71-75.

[2]赵训荣,施卫中.TZS水溶性聚氨酯堵漏剂在地下工程中的应用[J].建筑技术开发,2012(03):45-47.

[3]叶铭勋.MU无溶剂化学灌浆材料的性能与应用[J].水利水运科学研究,2011(01):1-8.