Na področju gradbene hidroizolacije, ojačitve predorov in obdelave temeljev so poliuretanski fugirni materiali postali ključna tehnologija za reševanje problema puščanja zaradi svojih edinstvenih kemijskih lastnosti in inženirske prilagodljivosti. Kot dve glavni vrsti poliuretanskih fugirnih materialov obstajajo bistvene razlike v molekularni strukturi, reakcijskem mehanizmu in scenarijih uporabe med vodotopnimi in v olju topnimi izdelki. Začenši z vidika znanosti o materialih in z združevanjem najnovejših inženirskih praks bo ta članek sistematično analiziral tehnične meje in inovativne uporabe obeh.
1. Kemijska narava: razlike v molekularni zasnovi med hidrofilnimi in hidrofobnimi
Vodotopni poliuretan uporablja polieter, modificiran z etilen oksidom, kot osnovno surovino, vsebnost epoksi etana v njegovi molekularni verigi pa običajno presega 50 %, kar tvori močno hidrofilno strukturo, ki jo sproži voda. Ta oblika daje materialu trojno odzivnost: najprej se izocianatna skupina emulgira v 30 sekundah po stiku z vodo, da se ustvari elastičen gel, ki vsebuje sečninske vezi, hitrost reakcije je 8-10-krat hitrejša od topnosti v olju; drugič, konsolidirano telo lahko dvakrat absorbira vodo in se razširi, stopnja ekspanzije je kar 20-kratna, kar tvori hidrogelu podobno mrežo zamašitev; končno stopnja spremembe prostornine v mokrem in suhem ciklu doseže 15%-25%, kar se lahko prilagodi dinamični deformaciji razpok.
V olju topen produkt je sintetiziran iz čistega polietra propilen oksida in TDI/MDI. Zaradi hidrofobnosti molekularne verige je njena reakcijska pot zelo drugačna: velika količina ogljikovega dioksida nastane z reakcijo izocianatne skupine z vodo in stopnja penjenja lahko doseže 1000 %, kar tvori zaprtocelično strukturo pene z izmerjeno tlačno trdnostjo 6-8Mpa; po utrjevanju nastane trda poliuretanska/poliuretanska mreža z elastičnim modulom nad 200 MPa, ki je primerna za strukturno ojačitev; stopnja absorpcije vode konsolidiranega telesa je manjša od 0,5 %, odpornost na kisline in alkalije je odlična, stopnja zadrževanja moči v okolju pH 2-12 pa presega 95 %.
2. Primerjava delovanja: od laboratorijskih podatkov do inženirskega preverjanja
Kar zadeva mehanizem zamašitve vode, se vodotopen poliuretan zanaša na hiter gel, da kratkoročno zasede prostor razpoke, čas geliranja je mogoče prilagoditi na 5-150 sekund, dolgoročni tlak nabrekanja pa lahko doseže 0,3 MPa za neprekinjeno tesnjenje. Spremljanje projekta podzemne železnice kaže, da je petletna stopnja ponovitve dinamičnih razpok pri zdravljenju le 8 %. Vendar lahko čezmerno otekanje povzroči zmanjšanje trdnosti utrjenega telesa za 60 %-70 %, zato ga je treba uporabiti v kombinaciji s togimi materiali. Poliuretan, topen v olju, zapolni pore s penenjem in ekspanzijo, z ekspanzijskim večkratnikom 8-15-krat, tlak plina, ki ga ustvarja ogljikov dioksid, pa poveča polmer penetracije gnojevke za 3-5-krat. Podatki o ojačitvi telesa jezu hidroelektrarne kažejo, da lahko raven proti pronicanju statičnih razpok, ki jih zdravi 28 dni, doseže nad P12. Vendar pa lahko visoka stopnja penjenja povzroči zmanjšanje trdnosti vezi in trdnost vezi mokre osnovne plasti je samo 0,5 MPa.
V smislu okoljske prilagodljivosti hitrost reakcije vodotopnega poliuretana močno pade pod 5 stopinj, zato je treba dodati koagulante etilen glikola; poliuretan, topen v olju, je še vedno mogoče strjevati pri -20 stopinjah, vendar se stopnja penjenja zmanjša za 40%. Preskus pospešenega staranja je pokazal, da se je volumen vodotopnega poliuretana po 50 ciklih zamrzovanja in odmrzovanja spremenil za 25%, medtem ko je bil poliuretan, topen v olju, samo 3% -5%. 300 %, zaradi česar je bolj odporen na strukturne premike.
3. Strategija inženirske izbire: onkraj tradicionalnega poznavanja hidrofilnega/hidrofobnega
V skladu z novo izdanimi tehničnimi predpisi za inženirsko uporabo poliuretanskih fugirnih materialov je priporočljiva uporaba štiridimenzionalne metode ocenjevanja: za stanje pronicanja se v primeru vdora vode izbere vodotopen poliuretan in ojačitev iz steklenih vlaken, v primeru pronicanja vode pa se izbere poliuretan, topen v olju, in silicijev prah; za dinamiko razpok se za dinamične razpoke uporablja vodotopen/v olju topen kompozitni sistem 7:3, za statične razpoke pa čisti v olju topen; za zahteve glede strupenosti za okolje je v območjih s pitno vodo izbran vodotopen poliuretan brez topil, v industrijskih okoljih pa je izbran poliuretan, topen v olju, in zaviralec gorenja; zaradi stroškovnih omejitev je v olju topen poliuretan in cementno kompozitno fugiranje izbrano po ceni manj kot 200 juanov na razširitveni meter, cena pa je višja od 500 juanov za izbiro vodotopnega poliuretana, modificiranega z riževim silicijem.
Od molekularne zasnove do gradbenih metod diferenciran razvoj vodotopnih in v olju topnih poliuretanskih fugirnih materialov spodbuja preskok od pasivnega popravljanja k aktivni zaščiti tehnologije proti pronicanju in mašenju.