手刮聚脲老化试验及水利工程应用效果评价分析

(1.辽宁省宽甸县水利局水利工程建设质量与安全监督站，辽宁 宽甸 118200；2.辽宁省水利水电科学研究院，辽宁 沈阳 110003；3.辽宁省丹东市水利工程质量监督与审核中心，辽宁 丹东 118000)

1 概 述

单组分聚脲由含多异氰酸酯-NCO的高分子预聚体与经封端的多元胺(包括氨基聚醚)，以及加入的其他功能性助剂组成。在无水状态下，体系稳定，一旦开桶施工，在空气中水分子的作用下，迅速产生多元胺，多元胺与异氰酸酯-NCO反应，形成单组分聚脲。SK手刮聚脲具有抗拉强度高、扯断伸长率大、耐低温性能好及适应变形能力强等优点[1-3]。

作为一种人工气候模拟试验方法，老化试验是采用模拟和强化大气环境中主要气候因素(光、热、湿)的一种人工气候试验，可以在较短的时间内获得近似于自然气候条件，并能影响被测物的物理化学性状。

目前，国内对聚脲产品开展的老化试验不多，只有中国水利水电科学研究院曾对其进行过紫外线老化试验[4]，其他类老化试验尚未进行过。本文参照橡胶老化试验方法，通过进行SK手刮聚脲的两种耐老化性能试验，并结合工程应用效果评价分析，对该涂层材料的抗老化性能特性进行了初步探讨。

2 耐老化性能试验

2.1 试验意义

试验包括热空气老化试验和臭氧老化试验。

试验参照橡胶的热空气加速老化试验方法，将聚脲试样悬挂固定在给定条件(如温度、风速等)的热老化试验箱内，根据聚脲的特点周期性地检查其外观状态并测定试样的拉伸性能变化，从而评定其耐热老化性。

臭氧是橡胶产生龟裂的主要原因，由于聚脲涂膜状态与橡胶制品比较相似，利用臭氧老化箱模拟和强化大气中的臭氧条件，研究臭氧对聚脲涂膜的作用规律，对于研究聚脲的老化性能有积极意义。

2.2 试验依据

试验分别依据《硫化橡胶或热塑橡胶 拉伸应力应变性能测定》(GB/T528—2009)、《硫化橡胶或热塑性橡胶 耐臭氧龟裂静态拉伸试验》(GB/T 7762—2014)以及《高分子防水材料 第二部分 止水带》(GB/T 18173.2—2000)有关规定进行。

2.3 试样制备

试验模具为自制的塑钢矩形框模，以玻璃做底板，将厚2mm的矩形塑钢框架黏结于玻璃上。试验前，将玻璃底板擦拭干净，并涂抹一层薄薄的蜡油，然后将涂料均匀地涂抹于框架内。分3次涂抹，涂抹完第1遍，待聚脲略微固化黏稠后，接着涂覆第2遍，再隔6h以后涂覆第3遍。最终厚度达2mm左右，即可在室温下养护14天。

热空气老化试验用专门的裁刀切成2型哑铃状试样，臭氧老化试验裁切成10mm×100mm尺寸规格的长条状试样。

进行耐臭氧龟裂静态拉伸试验，需先把试样固定在专门的试架上，并将试样拉伸至伸长率为15%的状态(见图1)。

图1 SK手刮聚脲耐臭氧龟裂静态拉伸试验

2.4 试验过程

将养护21天的试样3块一组进行编号；用测厚计在试验长度的中部和两端测量厚度，取3个测量值的中位数计算横截面面积，3个厚度值都不应大于厚度中位数的2%，测量值精确到0.05mm；分别在热空气试验箱和臭氧试验箱中放入6组试样，分别在350h、720h、1080h时观察试样表面状态和测试试样的拉伸强度指标。

2.5 试验结果及分析

2.5.1 热空气老化试验

选择老化时间分别在350h、720h、1080h时测定试样的抗拉强度指标值(见表1)。

表1 SK手刮聚脲热空气(70℃)老化试验结果

由热空气老化试验可知：随着老化试验时间的增长，SK手刮聚脲的拉伸强度先是有所提高，而后逐渐趋于平缓，最后呈下降趋势，最高增幅达20%以上。表明聚脲试样在70℃热空气中强度不但没有受到影响反而在逐步提高，随着时间的推移，强度达到一定值后，热空气对其性能开始产生影响，导致其拉伸强度开始出现下降的趋势；聚脲试样的扯断伸长率随着老化试验时间的增长而趋于降低。

由于特殊原因，此次试验的老化试验时间尚未继续延长，聚脲的最终热空气老化性能还有待于进一步的试验来确定。

2.5.2 臭氧老化试验

试验在臭氧老化箱中进行。臭氧老化箱内温度(40±2)℃，臭氧浓度50pphm，试验进行350h、720h、1080h后分别测定试样的抗拉强度指标。试验进行1055h后，将试样固定在模架上观察，试样表面

仍保持光滑平整，没有出现微小裂纹(见表2)。

表2 SK手刮聚脲臭氧老化试验结果

由表2可知，350h后聚脲的拉伸强度明显提高，之后直到1080h后仍保持稳定，未出现明显下降趋势。由此可以看出，短时间内臭氧对聚脲强度的影响很小。

3 工程应用效果评价分析

以位于辽宁东北部的后楼水库溢洪道边墙裂缝渗漏处理工程为例，通过修补处理材料SK手刮聚脲运行若干年后的外观状况和黏结强度测试，对野外暴露条件下材料老化情况进行定性评价，判断其是否发生劣化，进一步确定是否需要进行二次补偿修复。

3.1 外观状况

在2011年缺陷修补处理时调配的SK手刮聚脲表观颜色为偏蓝色，2015年观察发现手刮聚脲表面颜色略微变浅，表层轻微粉化，粉状物呈白色，将粉状物抹掉之后，仍然保持原有色泽，没有明显变色表现。表明涂层材料外观状况几乎未发生老化(见图2)。

图2 后楼水库溢洪道边墙手刮聚脲处理后老化状况对比观测

3.2 黏结强度

2011年缺陷修补处理时，实测正拉黏结强度为2.90MPa，运行4年后现场实测正拉黏结强度结果为2.89MPa，强度基本未发生变化，且仍满足正拉黏结强度大于2.50MPa的质量控制要求。

3.3 效果评价

上述外观状况和黏结强度测试综合分析表明，SK手刮聚脲材料在4年运行时间内无明显老化现象，被处理的缺陷未再出现，修补防护效果显著。

4 结 语

老化试验和工程现场应用表明，手刮聚脲抗热空气老化和抗臭氧老化性能优越，完全能够适应各类水工混凝土的缺陷处理和表面防护环境，在水利工程中具有广泛的应用价值。

[1] 孙志恒,郝巨涛.聚脲防水材料在水利水电工程中的应用[J].研究探索,2013(10):20-22,26.

[2] 李萌,张秀梅,张毅.十三陵抽水蓄能电站运行期混凝土面板裂缝成因分析及处理[J].大坝与安全,2016(4):44-47.

[3] 艾克拜尔·买买提,马军.SK手刮聚脲弹性体材料在水库放水涵洞明流段底板加固中的应用[J].内蒙古水利,2011(3):131-132.

[4] 孙志恒.SK手刮聚脲在水利水电工程缺陷处理中的应用[C]∥2012全国水工泄水建筑物安全与病害处理技术应用会刊.北京：中国水利技术信息中心，2012：7-12.