高海拔輸變電工程防滲用的新型聚氨酯注漿材料研究

中圖分類號(hào)：TQ323.8 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1001-5922（2025）07-0045-04

Abstract：In order to improve the anti-seepage effectof power transmisson and transformation engineering construction，anew type of polyurethane grouting materialsuitablefor anti-seepage constructionof ultra-high altitude power transmission and transformation project was prepared by using polyether polyol （A and B），polymethylene polyphenyl polyisocyanate PM2OO，modified graphiteand dimethyl methylphosphonate as raw materials，and organotin was used as catalyst.The efects of polyether polyol compounding ratio，modified graphite dosage，isocyanate dosage and dimethyl base phosphonate dosage on the propertiesof polyurethane grouting materials were investigated.The results showed that when the ratio of A and Bcomponents in thecompound polyether polyol was 1：3，the content of modified graphite was 3% ，the dosage of isocyanate was between 1.6%～2.0% ，and the dosage of dimethylphosphonate was 5% ，the highest reaction temperature of the new polyurethane grouting material could be reduced to 65 C ，the curing time could be extended to 82min ，the viscosity could be controlled below 1 Oo0 mPa ?? s，and the compressive strength and tensile strength could reach more than 50MPa . The comprehensive properties of the new polyurethane grouting material were good.The results show thatthe new polyurethane grouting material can meet the needs of anti-seepage construction in theconstruction of ultra-high altitude power transmission and transformationprojects，and is helpful to broaden the application range of polyurethane grouting materials.

Key words ：power transmision and transformation engineering;impermeability;polyurethane grouting material ;influencing factors ; performance evaluation

針對(duì)自然災(zāi)害多發(fā)以及水土流失較為嚴(yán)重的超高海拔地區(qū)，輸變電工程的建設(shè)可能會(huì)對(duì)周邊土壤環(huán)境造成干擾，進(jìn)一步增大了災(zāi)害發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。其中工程建設(shè)過程中和建成后的滲水和漏水現(xiàn)象極易引起工程建筑結(jié)構(gòu)的破壞，不僅影響電力資源的正常輸送，還可能引發(fā)更加嚴(yán)重的自然災(zāi)害[1-3]。目前，應(yīng)用于各種建筑工程中的防滲加固材料主要包括水泥混凝土類材料以及土石壩類材料等[4]，但這2 種材料在輸變電工程建設(shè)過程中均存在一定的局限性，不能完全滿足輸變電工程建設(shè)對(duì)防滲堵漏質(zhì)量的需求，急需研究更加高效的防滲堵漏材料[5-7]。聚氨酯類注漿堵漏材料是近年來研究及報(bào)道相對(duì)較多的一種新型注漿材料，其通?？煞譃閱谓M分聚氨酯材料、雙組份聚氨酯材料以及雙組份和無機(jī)復(fù)合聚氨酯材料[8-10]。聚氨酯類注漿材料一般具有漿液黏度可控、固化時(shí)間可調(diào)、滲透性能較好以及力學(xué)強(qiáng)度較高的優(yōu)點(diǎn)，在煤礦井下防治水、堤壩防滲加固以及隧道工程防滲漏領(lǐng)域具有較為廣闊的應(yīng)用前景[11]。然而在聚氨酯注漿材料的制備及實(shí)際應(yīng)用過程中仍然存在反應(yīng)溫度較高、阻燃能力較差、固化時(shí)間較短以及力學(xué)強(qiáng)度不高的現(xiàn)象，需要對(duì)其開展進(jìn)一步的研究[12]?；诖耍疚囊跃勖讯嘣迹ˋ和B）多亞甲基多苯基多異氰酸酯PM200、改性石墨和甲基麟酸二甲酯為主要原料，并加入有機(jī)錫催化劑，制備出了一種適合超高海拔輸變電工程建設(shè)防滲用的新型聚氨酯注漿材料，優(yōu)化了其合成條件，為聚氨酯注漿材料在輸變電工程建設(shè)防滲領(lǐng)域的應(yīng)用提供一定的技術(shù)支持。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要實(shí)驗(yàn)材料及儀器

實(shí)驗(yàn)材料：聚醚多元醇A、B，山東鴻泉化工科技有限公司；多亞甲基多苯基多異氰酸酯PM200，山東匯邦新材料科技有限公司；有機(jī)錫催化劑，山東云鑫新材料科技有限公司；改性石墨，江西碩邦新材料科技有限公司；甲基麟酸二甲酯，濟(jì)南潤(rùn)本祥化工有限公司。

實(shí)驗(yàn)儀器：DZF-6021型真空干燥實(shí)驗(yàn)箱，上海滬芮儀器廠；ME104E型電子分析天平，上海銘跡科技有限公司；HH-WO型恒溫水浴鍋，鄭州卓成儀器科技有限公司；NDJ-4型黏度計(jì)，上海梅穎浦儀器儀表制造有限公司；多功能電子萬能試驗(yàn)機(jī)，山東眾城試驗(yàn)設(shè)備有限公司。

1.2新型聚氨酯注漿材料的合成

準(zhǔn)確量取一定量的聚醚多元醇A和B（按摩爾比進(jìn)行復(fù)配），然后將其置于錐形瓶中，在恒溫真空干燥箱中對(duì)其進(jìn)行脫水 ⁴h ，脫水結(jié)束后冷卻至室溫，備用；準(zhǔn)確稱取一定量的復(fù)配聚醚多元醇A和B，然后將其與一定量的改性石墨、有機(jī)錫催化劑和甲基麟酸二甲酯進(jìn)行混合，攪拌均勻后將其放置于真空干燥箱中靜置 20min ；繼續(xù)在上述攪拌混合均勻的混合料中加入一定量的多亞甲基多苯基多異氰酸酯PM200，即得到新型聚氨酯注漿材料。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

室內(nèi)使用紅外測(cè)溫儀對(duì)新型聚氨酯注漿材料制備過程中的最高反應(yīng)溫度進(jìn)行測(cè)定。并參照J(rèn)C/T2041—2020《聚氨酯灌漿材料》中的相關(guān)要求，測(cè)定新型聚氨酯注漿材料的黏度和固化時(shí)間。參照GB/T2567—2021《樹脂澆鑄體性能試驗(yàn)方法》中的相關(guān)要求，測(cè)定新型聚氨酯注漿材料的壓縮強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度等力學(xué)參數(shù)。

2 結(jié)果與討論

2.1聚醚多元醇復(fù)配比例優(yōu)化

以合成反應(yīng)中的最高反應(yīng)溫度、聚氨酯注漿材料的黏度和固化時(shí)間為評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)聚醚多元醇的復(fù)配比例（摩爾比）進(jìn)行了優(yōu)化，結(jié)果見圖1。

由圖1可知，隨著復(fù)配聚醚多元醇中B組分含量的逐漸增大，新型聚氨酯注漿材料的最高反應(yīng)溫度逐漸降低，固化時(shí)間逐漸延長(zhǎng)。當(dāng)復(fù)配聚醚多元醇中A組分和B組分的比例為1：1時(shí)，最高反應(yīng)溫度可達(dá) 132°C ，固化時(shí)間為 42min ；而當(dāng)復(fù)配聚醚多元醇中A組分和B組分的比例為1：3時(shí)，最高反應(yīng)溫度可降低至 84^°C ，固化時(shí)間則延長(zhǎng)至 68min 。這是由于聚醚多元醇B組分中的羥基含量比A組分中的相對(duì)要少一些，當(dāng)復(fù)配聚醚多元醇中B組分的含量不斷增大時(shí)，反應(yīng)體系中活潑氫原子的含量會(huì)減少，從而使聚合反應(yīng)中的放熱量有所減少，導(dǎo)致最高反應(yīng)溫度有所降低，而固化時(shí)間則有所延長(zhǎng)[13]

另外，新型聚氨酯注漿材料的黏度測(cè)定結(jié)果還表明，隨著復(fù)配聚醚多元醇中B組分含量的逐漸增大，新型聚氨酯注漿材料的黏度值呈現(xiàn)出逐漸減小的趨勢(shì)。當(dāng)復(fù)配聚醚多元醇中A組分和B組分的比例為 1：1 時(shí)，新型聚氨酯注漿材料的黏度值為1425mPa?s ；而當(dāng)復(fù)配聚醚多元醇中A組分和B組分的比例為1：3時(shí)，新型聚氨酯注漿材料的黏度值則可減小至 。這主要是由于聚醚多元醇B組分的初始黏度相對(duì)較小，當(dāng)其在復(fù)配聚醚多元醇中的比例逐漸增大時(shí)，使合成聚氨酯注漿材料的黏度有所減小。

為確保合成的新型聚氨酯注漿材料具備良好的流動(dòng)性能，應(yīng)盡可能的降低聚氨酯注漿材料的黏度，并保證合適的固化時(shí)間，以確保施工安全。綜合考慮新型聚氨酯注漿材料合成反應(yīng)中的最高反應(yīng)溫度、固化時(shí)間以及黏度等因素，推薦復(fù)配聚醚多元醇中A組分和B組分的最佳比例為1：3。

2.2 改性石墨加量?jī)?yōu)化

以合成反應(yīng)中的最高反應(yīng)溫度和聚氨酯注漿材料的固化時(shí)間為評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)改性石墨的加量進(jìn)行

由圖2可知，隨著改性石墨加量的逐漸增大，新型聚氨酯注槳材料的最高反應(yīng)溫度逐漸降低，固化時(shí)間逐漸延長(zhǎng)。當(dāng)未添加改性石墨時(shí)，新型聚氨酯注漿材料的最高反應(yīng)溫度為 84⁸⁴‰ ，固化時(shí)間為68min ;而當(dāng)改性石墨的加量增大至 3% 時(shí)，最高反應(yīng)溫度可繼續(xù)降低至 65^°C ，而固化時(shí)間則延長(zhǎng)至82min 。這是由于改性石墨具有平面層狀結(jié)構(gòu)，其加入到新型聚氨酯逐漸材料中可提升材料基體的連通性能，使反應(yīng)過程中的熱量可以及時(shí)散出，從而有助于降低最高反應(yīng)溫度，延長(zhǎng)聚氨酯注漿材料的固化時(shí)間[14]。綜合考慮改性石墨對(duì)新型聚氨酯注漿材料合成反應(yīng)過程中最高反應(yīng)溫度以及固化時(shí)間的影響，推薦改性石墨的最佳摻量為 3% 。

2.3異氰酸酯加量?jī)?yōu)化

以聚氨酯注漿材料的黏度為評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)異氰酸酯的加量進(jìn)行了優(yōu)化，其中異氰酸酯為多亞甲基多苯基多異氰酸酯PM200，結(jié)果見圖3。

由圖3可知，隨著異氰酸酯加量的逐漸增大，新型聚氨酯注漿材料的黏度值呈現(xiàn)出逐漸減小的趨勢(shì)。當(dāng)異氰酸酯的加量為 1.0% 時(shí)，新型聚氨酯注漿材料的黏度值可以達(dá)到 1352mPa?s ，黏度較高；而當(dāng)異氰酸酯的加量增大至 1.6% 以上時(shí)，新型聚氨酯注漿材料的黏度值可以減小至 以下。根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JC/T2041—2020《聚氨酯灌漿材料》中的規(guī)定，聚氨酯注漿材料的使用黏度應(yīng)在 1000mPa?s 以下。因此，在新型聚氨酯注漿材料的合成過程中，推薦異氰酸酯（多亞甲基多異氰酸酯PM200）的加量為 1.6%～2.0% 。

2.4甲基麟酸二甲酯加量?jī)?yōu)化

以新型聚氨酯注漿材料的壓縮強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度和評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)甲基麟酸二甲酯的加量進(jìn)行了優(yōu)化，結(jié)果見圖4。

由圖4可知，隨著甲基麟酸二甲酯加量的逐漸增大，新型聚氨酯注漿材料的壓縮強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度值均呈現(xiàn)出逐漸減小的趨勢(shì)。當(dāng)未添加甲基膦酸二甲酯時(shí)，新型聚氨酯注漿材料的壓縮強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度值分別為 72.5，65.7MPa ;而當(dāng)甲基麟酸二甲酯的加量增大至 5% 時(shí)，新型聚氨酯注漿材料的壓縮強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度值分別減小至 55.7，50.6MPa ，均大于 50MPa ，仍均有良好的力學(xué)性能。當(dāng)甲基麟酸二甲酯的加量繼續(xù)增大至 10% 以上時(shí)，新型聚氨酯注漿材料的壓縮強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度值繼續(xù)則均減小至50MPa 以下。這是由于甲基麟酸二甲酯的加量較大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致聚氨酯注槳材料分子鏈之間的間隔有所增大，削弱了氫鍵對(duì)聚氨酯注漿材料分子鏈的束縛作用，從而致使聚氨酯注漿材料的力學(xué)強(qiáng)度有所降低[15]。當(dāng)甲基麟酸二甲酯的加量為 5% 時(shí)，新型聚氨酯注漿材料仍具有良好的力學(xué)性能，因此，推薦甲基膦酸二甲酯的加量為 5% 。

3結(jié)語(yǔ)

（1）以聚醚多元醇（A和B）、多亞甲基多苯基多異氰酸酯PM200、改性石墨和甲基麟酸二甲酯為主要原料，并加入一定量的有機(jī)錫催化劑，制備出了一種適合超高海拔輸變電工程建設(shè)防滲用的新型聚氨酯注漿材料；

（2）復(fù)配聚醚多元醇中B組分的含量越大，聚氨酯注漿材料的最高反應(yīng)溫度和黏度就越低，固化時(shí)間越長(zhǎng)；改性石墨的加量越大，聚氨酯注漿材料的最高反應(yīng)溫度就越低，固化時(shí)間越長(zhǎng)；異氰酸酯的加量越大，聚氨酯注漿材料的黏度就越低；甲基麟酸二甲酯的加量越大，聚氨酯注漿材料的壓縮強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度就越小；

（3）新型聚氨酯注漿材料的最佳合成條件為：復(fù)配聚醚多元醇中A組分和B組分的比例為1：3，改性石墨的摻量為 3% ，異氰酸酯的加量為 1.6% ＼～2.0% ，甲基麟酸二甲酯的加量為 5% 。

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