В областта на строителната хидроизолация, армировката на тунели и обработката на основи, полиуретановите фугиращи материали се превърнаха в ключовата технология за решаване на проблема с изтичането поради техните уникални химични свойства и инженерна адаптивност. Като двата основни вида полиуретанови фугиращи материали има съществени разлики в молекулярната структура, реакционния механизъм и сценариите на приложение между водо-разтворимите и масло-разтворимите продукти. Като се започне от перспектива на материалознанието и комбиниране на най-новите инженерни практики, тази статия ще анализира систематично техническите граници и иновативните приложения на двете.
1. Химическа природа: разликите в молекулярния дизайн между хидрофилни и хидрофобни
Водо{0}}разтворимият полиуретан използва модифициран с етиленов оксид полиетер като основна суровина и съдържанието на епоксиден етан в молекулната му верига обикновено надхвърля 50%, образувайки силна хидрофилна вода-задействана структура. Този дизайн дава на материала тройна реакция: първо, изоцианатната група се емулгира в рамките на 30 секунди след среща с вода до генерира еластичен гел, съдържащ карбамидни връзки, скоростта на реакцията е 8-10 пъти по-бърза от разтворимостта в масло; второ, консолидираното тяло може да абсорбира вода два пъти и да се разшири, скоростта на разширяване е до 20 пъти, образувайки подобна на хидрогел запушваща мрежа; накрая, скоростта на промяна на обема в мокър и сух цикъл достига 15%-25%, което може да се адаптира към динамичната деформация на пукнатините.
Масло{0}}разтворимият продукт се синтезира от чист полиетер на пропилей оксид и TDI/MDI. Хидрофобността на молекулярната верига прави нейния реакционен път много различен: голямо количество въглероден диоксид се получава при реакцията на изоцианатната група с вода и скоростта на разпенване може да достигне 1000%, образувайки структура от затворена-клетъчна пяна с измерена якост на натиск от 6-8Mpa; след втвърдяване се образува твърда полиуретанова/полиуретанова мрежа с модул на еластичност над 200MPa, която е подходяща за структурно укрепване; степента на абсорбция на вода от консолидираното тяло е по-малка от 0,5%, а устойчивостта на киселини и основи е отлична, а степента на задържане на силата в среда с pH 2-12 надвишава 95%.
2. Сравнение на производителността: от лабораторни данни до инженерна проверка
По отношение на механизма за запушване на вода водо{0}}разтворимият полиуретан разчита на бърз гел, за да заеме пространството на пукнатината в краткосрочен план, времето за желиране може да се регулира до 5-150 секунди, а дългосрочното-налягане на набъбване може да достигне 0,3MPa за непрекъснато запечатване. Мониторингът на проект за метро показва, че пет-годишната честота на повторение на динамичните пукнатини при лечението му е само 8%. Въпреки това, прекомерното подуване може да доведе до намаляване на здравината на консолидираното тяло с 60%-70% и трябва да се използва в комбинация с твърди материали. Маслоразтворимият полиуретан запълва порите чрез разпенване и разширяване, с разширение, кратно 8-15 пъти, а налягането на газа, генерирано от въглероден диоксид, увеличава радиус на проникване на суспензията с 3-5 пъти. Данните за укрепване на тялото на язовира на водноелектрическа централа показват, че нивото на анти-просмукване на статичните пукнатини, които третира за 28 дни, може да достигне над P12. Въпреки това, високата скорост на разпенване може да доведе до намаляване на якостта на свързване, а якостта на свързване на мокрия основен слой е само 0,5 MPa.
По отношение на адаптивността към околната среда скоростта на реакцията на водо-разтворимия полиуретан пада рязко под 5 градуса и трябва да се добавят етиленгликолови коагуланти; масло-разтворимият полиуретан все още може да се втвърди при -20 градуса, но степента на разпенване е намалена с 40%. Тестът за ускорено стареене показа, че обемът на водо-разтворимия полиуретан се е променил с 25% след 50 цикъла на замразяване-размразяване, докато масло-разтворимият полиуретан е само 3%-5%. Въпреки това, удължението при скъсване на водоразтворим полиуретан надвишава 300%, което го прави по-устойчив на структурно изместване.
3. Инженерна стратегия за избор: отвъд традиционното познаване на хидрофилни/хидрофобни
Съгласно новоиздадените технически регламенти за инженерно приложение на полиуретанови фугиращи материали се препоръчва използването на четири-измерен метод за оценка: за състоянието на просмукване се избира водо-разтворим полиуретан плюс армировка от стъклени влакна в случай на нахлуване на вода и се избира масло-разтворим полиуретан плюс пълнеж от силициев прах в случай на просмукване на вода; за динамиката на пукнатините, 7:3 водо-разтворима/масло-композитна система се използва за динамични пукнатини, а чисто масло-разтворима се използва за статични пукнатини; за изискванията за токсичност за околната среда, разтворим-водо-разтворим полиуретан е избран в райони с питейна вода, а масло-разтворим полиуретан плюс забавител на горенето е избран в индустриална среда; за ограничения на разходите се избира масло{11}}разтворим полиуретан плюс циментово композитно фугиране на цена от по-малко от 200 юана на удължителен метър, а цената е по-висока от 500 юана за избор на водо-разтворим полиуретан, модифициран с оризов силициев диоксид.
От молекулярния дизайн до методите на конструиране, диференцираното разработване на водо-и масло{1}}разтворими полиуретанови фугиращи материали насърчава прехода от пасивен ремонт към активна защита на технологията против-просмукване и запушване.