浅谈聚脲材料的性能分析及其在土木工程中的应用

付弘飞

安徽新华学院 土木与环境工程学院 安徽 合肥 230088

聚脲是由异氰酸酯组份与氨基化合物组份反应生成的一种弹性体物质。分为纯聚脲和半聚脲，聚脲的最基本的特性就是防腐、防水、耐磨等。作为多功能性防水材料，聚脲在停车场、体育场看台等工程上有着很多应用。

一、聚脲材料的性能分析

（一）聚脲的特点

聚脲是由异氰酸酯组份与氨基化合物组份反应生成的一种弹性体物质[1]。聚脲材料性能的特点有：（1）材料不含有催化剂，在不同的平面上都能成型，并且能够快速地固化，达到应有的强度。甚至在冰面上，聚脲材料也能快速成型固话，紧密地贴合。（2）聚脲材料因其对温度及湿度要求不高，在使用过程中不易受到周围环境影响。在不同的施工环境中，它都能发挥材料的最大性能，人们而不需要选择特定的施工环境。（3）聚脲材料环保安全，对环境的影响程度较小，能在各种建筑中使用。（4）聚脲材料凝固性好，抓力强，能够满足不同厚度的需要，在施工中能解决传统材料不能解决的问题。（5）聚脲材料具有极强的物理性能，其韧性好，承受力强，并且对环境的耐受度高，不易受到外界的侵蚀。（6）聚脲材料德热稳定性很好，能够满足在不同温度下的施工情况。（7）聚脲材料紧密性好，不会出现孔洞缝隙，耐久度高，并且美观实用。（8）聚脲材料有成套的施工设备，因此施工的效率高。设备具有不同的模式，能够满足施工中对于材料厚度的要求。（9）聚脲材料的粘合性较强，能在不同的材料上紧密贴合[2]。

（二）聚脲的应用优势

从上个世纪三十年代开始，聚脲材料就被发明制作了出来，其具有耐高温性和高强度性被人们所使用的，但是因为制作成本较高，并没有商品化生产。而后由于制作成本降低，其应用也广泛了起来，主要用于绳索，渔网等物品，在世界上都有生产销售。其后经过科学研究，聚脲材料被赋予了极强的耐高温特性，在航空航天行业也有所应用。到了上个世纪八十年代，喷涂聚脲材料被发明出来，主要用于对建筑的防水，防腐等。当前聚脲材料的应用广泛，其不同的特性在各个行业都能够有所作用，并使人们在一定程度上摆脱对石油化工原料的依赖。

聚脲是由特定原材料经过特定的比例配方调制而成的。其具体的材料配方在商业上都是保密的，但基本成分可以确定为异氰酸酯和多元醇树脂的组合。多元醇主要是起到增塑剂的作用，当两个组分结合在一起时，它们会发生聚合反应形成一个长链分子。长链分子彼此交织缠绕在一起便形成了坚不可摧的材料——聚脲。此外，这些长链分子是可以拉伸的具有很高的灵活性，这也赋予了这种聚脲材料超高的抗拉伸和和撕裂的性能。聚脲还有很多性能上的优点，比如：（1）喷涂在各种仪器装备等表面的聚脲涂层可在几秒钟内干燥定型，随即便可以投入使用。（2）高耐磨损和抗压能力。（3）良好的耐化学性。（4）强大的密闭性和防水性。（5）不含VOC、CFC、溶剂等，不对环境造成任何污染。

（三）聚脲材料性能分析

选取了双组分喷涂聚脲材料与单组分涂聚脲材料的物理力学性能进行分析，具体见下图。

图1 双组分喷涂聚脲材料物理力学性能

图2 单组分涂聚脲材料物理力学性能

可以看到，两种聚脲的抗拉强度醉倒可到25MPa及以上，其延伸率大于450%，但是要达到这样的指标需要相应地增加成本。双组分喷涂聚脲材料与单组分涂聚脲材料都极有良好的冲磨性能，防水性能优越，对于要承受背水面和需要抗冲磨的建筑来讲都能够很好的应用。

二、聚脲材料在土木工程中的应用

喷涂聚脲在国外主要应用于建筑和工程项目的防水涂层，防腐涂层，防护涂层等，其良好的物理性能，耐热能力以及对环境的耐受力，材料强读的持久性决定了在这方面的优势。在我国，聚脲材料也运用在工程防护中。在穿黄隧道隧洞边墙上由于混凝土之间的干缩性差异，从而出现新旧混凝土之间形成施工缝，出现渗水的问题。当时利用聚脲材料的新型技术CW620聚脲混凝土作为表面的防护材料[3]。

这样的材料具有高强度，高韧性的特点，并且是一种环保材料。其在潮湿的环境中不会因为水的影响而气泡，通过水分子催化还能够促进其固化，为隧洞墙面混凝土起到了很好的防护作用。根据聚脲的优势特性，目前通常是采用热喷涂的方法将聚脲涂在物体表面，该工艺对时间要求苛刻，因为一旦涂层的两种成分结合，反应立即开始，并且不能逆转。在使用的过程中需要将这两种涂料通过加热软管压进一种特殊的喷枪内，在喷射的瞬间二者迅速混合，然后在几秒内迅速干燥成型。

结语：

本文对聚脲材料的性能进行了分析，并对其在土木工程中的应用做了研究，其优秀的物理性能，具有高强度，抗裂，防水，防腐蚀的特点使得它在各个领域应用广泛。在我国，聚脲材料主要用于地坪领域防腐耐磨防护、海洋工程领域重防腐防护、航天航空领域重防腐防护、矿山设备防腐防护耐磨防护、石油化工领域重防腐防护、市政工程防腐防水防护的领域。聚脲材料的环境耐受力使得它在不同的施工环境中都能够发挥良好的性能，特别是在土木工程中的应用。期望这样的材料在未来的应用前景越来越好。