新型聚脲混凝土保护材料开发及工程应用研究

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发布时间：2021-09-03

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新型聚脲混凝土保护材料开发及工程应用研究
冯菁，韩炜。李珍。汪在芹。
(长江科学院a．材料与结构研究所；b．水利部水工程安全与病害防治工程技术研究中心；
c．国家大坝安全工程技术研究中心，武汉430010)
摘要：船闸闸墙混凝土受过往船只的碰撞、摩擦，容易受破坏、形成擦痕，这不仅影响了船闸的美观，同时影响其耐
久性；闸墙混凝土的有效防护是当务之急。以聚天门冬氨酸酯树脂为基体，制备了一系列脂肪族聚脲材料；并通过
分析各材料的力学性能，选择其中性能最佳者作为船闸闸墙混凝土的新型抗冲撞保护材料。将该聚脲材料涂覆在
混凝土表面，测试分析材料的抗冻融、抗碳化以及抗冲磨性能；在室内性能试验的基础上，将该材料用于葛洲坝和
三峡大坝的船闸闸墙，进行现场生产性试验。试验结果表明，该聚脲材料具有显著的耐候性和抗冲撞性能，有望解
决船闸闸墙混凝土保护这一世界性难题。
关键词：抗冲撞；聚脲；聚天门冬氨酸酯；异氰酸酯
中图分类号：TV49 文献标志码：A
1 研究背景
船闸是重要的通航建筑物，不仅承担频繁的通
航任务，同时对水利枢纽的正常、安全服役起到关键
作用。船闸闸墙混凝土因长期受到船只的碰撞和摩
擦，破损问题非常突出，最严重的部位甚至已露出了
钢筋并出现锈蚀。此类问题不仅严重影响了船闸闸
墙的美观；并且随着时间的推移，极有可能影响到水
利水电工程功能的正常、高效发挥，继而对国家的防
洪安全、水利航运、电力能源产生负面影响。如何采
取有效的措施以防止或减少船闸闸墙混凝土的碰
撞、摩擦破损等问题是一个世界性的难题，应尽快解
决这一问题。
聚脲弹性体(polyurea elastomer)是国外近l0年
来研发出的一种新型无溶剂、无污染的绿色材料，是
继高固体分涂料、水性涂料、辐射固化涂料、粉末涂
料等低(无)污染涂料之后的新一代环保涂料。聚
脲弹性体突破了传统环保型涂料的局限，将塑料、橡
胶、涂料、玻璃钢等多种材料的功能集于一身，适用
于混凝土的裂缝修补以及表面防护 j。聚天门冬
氨酸酯聚脲是继芳香族和脂肪族聚脲之后的第3代
聚脲材料，具有反应速度可调、对基材的附着力好、
可低温固化、涂层不易泛黄、不易发泡等诸多优点，
在国内外得到越来越广泛的关注。
本文拟采用聚天门冬氨酸酯和异氰酸酯为主要
原料，制备一种具有优异抗冲撞性和耐候性的脂肪
族聚脲材料 J，并对其力学性能和耐久性进行室
内研究及现场生产性试验，从而判断制备的聚脲材
料是否适合作为船闸混凝土的新型抗冲撞材料。
2 试验
2．1 原材料
聚天门冬氨酸酯A和脂肪族异氰酸酯B均购
自Bayer公司。
硅微粉、硅烷偶联剂、活性稀释剂购自武汉道尔
化工有限公司。
2．2 聚天门冬氨酸酯聚脲材料的制备
以添加硅微粉的聚天门冬氨酸酯为A组分，不
同结构的脂肪族异氰酸酯为B组分，A组分与B组
分反应后制得聚脲材料，基本配方如表1所示。
2．3 力学性能试验
利用万能试验机(深圳市瑞格尔仪器有限责任
公司，RGM一30A型)和冲击实验机(承德试验机有
限责任公司，l(JJ一5O型)测试材料的力学性能。试
件按照国家标准规定的方法制作，28 d后进行性能
测试。
收稿日期：2011—02-14
基金项目：科技部国际科技合作计划专项(2010DFB70470)；科技部科研院所技术开发研究专项资金(2011EG136224)；国家自然科学基金
青年基金项目(51009014)；水利部科技推广项目(TG1113)
作者简介：冯菁(1983．)，女，江苏常州人，工程师，主要从事水工新材料研发，(电话)027-82927839(电子信箱)fengjing@mail．crsri．en。
通讯作者：韩炜(1976一)，男，河南新乡人，高级工程师，主要从事水工新材料研究，(电话)027-82820004(电子信箱)will—ecust@163．