У сферах гідроізоляції будівель, зміцнення тунелів і обробки фундаменту поліуретанові цементаційні матеріали стали ключовою технологією для вирішення проблеми витоків завдяки своїм унікальним хімічним властивостям і інженерній адаптованості. Як два основних типи поліуретанових цементаційних матеріалів, існують суттєві відмінності в молекулярній структурі, механізмі реакції та сценаріях застосування між водо-розчинними та масло-розчинними продуктами. Починаючи з перспективи матеріалознавства та поєднання новітніх інженерних практик, у цій статті систематично проаналізовано технічні межі та інноваційне застосування обох.
1. Хімічна природа: відмінності молекулярного дизайну між гідрофільними та гідрофобними
Водо{0}}розчинний поліуретан використовує модифікований етиленоксидом поліефір як основну сировину, а вміст епоксидного етану в його молекулярному ланцюзі зазвичай перевищує 50%, утворюючи міцну гідрофільну водо-активну структуру. Ця конструкція надає матеріалу потрійну чутливість: по-перше, ізоціанатна група емульгується протягом 30 секунд після контакту з водою до генерувати еластичний гель, що містить зв’язки сечовини, швидкість реакції у 8-10 разів швидше, ніж розчинність олії; по-друге, консолідоване тіло може поглинати воду вдвічі та розширюватися, швидкість розширення досягає 20 разів, утворюючи гідрогелеподібну мережу засмічення; нарешті, швидкість зміни об'єму в мокрому та сухому циклі досягає 15%-25%, що може адаптуватися до динамічної деформації тріщин.
Масло{0}}розчинний продукт синтезується з чистого поліефіру пропіленоксиду та TDI/MDI. Гідрофобність молекулярного ланцюга робить його реакційний шлях дуже різним: у результаті реакції ізоціанатної групи з водою утворюється велика кількість вуглекислого газу, а швидкість спінювання може досягати 1000%, утворюючи закриту -комірчасту структуру піни з виміряною міцністю на стиск 6-8 МПа; після затвердіння утворюється тверда поліуретанова/поліуретанова сітка з модулем пружності понад 200 МПа, яка підходить для структурного зміцнення; швидкість водопоглинання консолідованого тіла становить менше 0,5%, стійкість до кислот і лугів відмінна, а швидкість збереження міцності в середовищі pH 2-12 перевищує 95%.
2. Порівняння продуктивності: від лабораторних даних до інженерної перевірки
З точки зору механізму закупорки водою, водо{0}}розчинний поліуретан покладається на швидке утворення гелю, щоб зайняти простір тріщини за короткий термін, час гелеутворення можна відрегулювати до 5-150 секунд, а довгостроковий-тиск набухання може сягати 0,3 МПа для безперервної герметизації. Моніторинг проекту метрополітену показує, що п’я-річна частота рецидивів динамічних тріщин у його лікуванні становить лише 8%. Однак надмірне розбухання може спричинити зниження міцності консолідованого тіла на 60%-70%, і його потрібно використовувати в поєднанні з жорсткими матеріалами. Маслорозчинний поліуретан заповнює пори шляхом спінювання та розширення з кратністю розширення у 8-15 разів, а тиск газу, створюваний вуглекислим газом, збільшує радіус проникнення суспензії в 3-5 разів. Дані зміцнення тіла дамби гідроелектростанції показують, що рівень захисту від просочування статичних тріщин, які він обробляє протягом 28 днів, може досягати вище P12. Однак висока швидкість піноутворення може призвести до зниження міцності зв’язку, а міцність зв’язку вологого основного шару становить лише 0,5 МПа.
З точки зору адаптивності до навколишнього середовища, швидкість реакції-розчинного у воді поліуретану різко падає нижче 5 градусів, тому потрібно додати етиленгліколевий коагулянт; масло{2}}розчинний поліуретан все ще може затвердіти при -20 градусах, але швидкість піноутворення зменшується на 40%. Тест на прискорене старіння показав, що об’єм водо-розчинного поліуретану змінився на 25% після 50 циклів заморожування-відтавання, тоді як масло-розчинного поліуретану було лише 3%-5%. Проте подовження при розриві водорозчинного поліуретану перевищує 300%, що робить його більш стійким до структурних зсувів.
3. Інженерна стратегія вибору: поза традиційним розпізнаванням гідрофільності/гідрофобності
Згідно з нещодавно опублікованими технічними правилами для інженерного застосування поліуретанових цементаційних матеріалів, рекомендовано використовувати чотири{0}}вимірний метод оцінки: для просочування вибирається водо-розчинний поліуретан і армування скловолокном у разі проникнення води, а масло-розчинний поліуретан і силіконовий порошок — у разі просочування води; для динаміки тріщин для динамічних тріщин використовується водо-розчинна/масло-композитна система 7:3, а для статичних тріщин використовується чиста масляно-розчинна система; відповідно до вимог токсичності для навколишнього середовища для питної води вибирається розчинний-водо-поліуретан, а для промислових середовищ — масло{10}}розчинний поліуретан із антипіреном; з огляду на обмеження вартості вибирається масло{11}}розчинний поліуретан і цементний композиційний розчин за ціною менше 200 юанів за метр подовження, а вартість вище 500 юанів для вибору водо{14}}розчинного поліуретану, модифікованого рисовим кремнеземом.
Від молекулярного дизайну до методів будівництва, диференційована розробка водо- та масло-розчинних поліуретанових цементаційних матеріалів сприяє переходу від пасивного ремонту до активного захисту проти-протікання та технології забивання.