防洪工程新型高分子材料开发进展.pdf

· 继续教育·防洪工程新型高分子材料开发进展PROGRESS IN NEW POLYMER MATERIALS FOR FLOOD CONTROL ENGINEERING李芝华 郑子樵1 前言防洪工程被称为 “生命工程” 研究开发、 使用新型材料,是治理病险工程、 修建新的防洪工程及快速处理重大险情的关键防洪工程新材料的研究开发,是防洪工程新材料推广应用的前提,加大新材料在防洪工程的重要举措运用高分子材料技术,包括高分子基复合材料技术,进行防洪工程材料的研究开发,或者对传统材料,诸如粘土、 砂石、 水泥、 钢材等的改良,开发防洪工程用新型高分子材料,及推广其在防洪工程中的应用,有着十分重要的意义本文就防洪工程建设与治理中使用的重要高分子材料的研究开发与应用基本情况作一探讨2 防洪工程材料基本要求及特点防洪工程治理与建设,针对不同的条件与场合,对材料将提出不同的要求对于加固已有的病险工程,新修工程的基础及坝体加固,或者汛期处理可能出现的渗漏、 开裂、 流砂、 管涌等重大险情,或者为了进一步提高防洪工程的防洪能力,抵抗百年一遇,甚至二百年一遇的特大洪害威胁,提高已修防洪工程的防洪能力,及新修一批高标准防洪工程与设施,无疑需要大量的高性能防洪工程新型材料。

在高标准防洪工程建设中,高分子化学灌浆材料、 聚合物混凝土、 高分子防水材料等许多高性能的新型材料正逐渐获得广泛应用,并有着巨大的市场需求德国鲁奇公司也开发了从低值C+4烯烃(丁烯、 戊烯、 己烯等)生产丙烯的Propylur技术该过程采用ZSM- 5分子筛催化剂轻烯烃总转化率约为83%典型的产品为42%丙烯、31%丁烯和10%乙烯丁烯循环,可使产品产率提高到60%丙烯和15%乙烯4 丙烷脱氢制取丙烯采用UOP公司oleflex工艺可从丙烷生产聚合级丙烯装置由反应、 催化剂连续再生和产品分离部分组成由丙烷制取丙烯的产率约为85% ,氢气产率为316%现已有8套oleflesx装置投运,生产丙烯和丁烯,其中4套生产丙烯另有3套oleflex装置在设计建设阶段,其中2套将生产丙烯预计到2000年,采用oleflex技术生产的丙烯量将超过130万t/ a5 由甲醇制烯烃的MTO工艺UOP/ HYDRO公司开发了由天然气经粗甲醇生产乙烯、 丙烯和丁烯的MTO (甲醇制烯烃)工艺,该工艺也由反应、 催化剂连续再生和产品加收部分组成甲醇转化率很高(超过99%) ,乙烯和丙烯的选择性也很高改变反应操作强度,乙烯/丙烯产品比可调节至0175～115。

该技术已在015t/ a示范装置上验证,近期可望工业化应用我国开发的增产烯烃的催化裂解(DCC)技术已推向工业化应用丙烷脱氢制丙烯技术和烯烃易位转化制丙烯技术也有工业应用实例或在继续开发之中,多种途径增产丙烯的技术将为不断增长的丙烯的需求提供可靠保证作者单位:上海炼油厂(上海浦东) 200137·92·《化学工程师》6/ 1999(总第75期)因此,研究开发新型高分子化学类灌浆材料、 聚合物混凝土及砂浆、 聚合物水泥混凝土及砂浆、 土工聚合物材料、 防水涂料等新型高分子材料是防洪工程新材料研究开发的十分重要的内容3 高分子化学浆液高分子化学浆液品种很多,包括环氧树酯类、甲基丙烯酸酯类、 聚氨酯类、 丙烯酰胺类等,为解决一些特殊工程问题及获得较高的工程质量,高分子化学浆液的发展,获得了更加有效的手段在一些特别重要的工程中,其使用亦越来越广泛目前,针对防洪工程用的高性能灌浆材料品种较少,高效、 速凝、 低成本高分子化学灌浆材料是防洪工程新材料研究开发的重要内容311 丙烯酰胺灌浆材料丙烯酰胺浆液可灌性比目前所有的灌浆材料都好同时在一定时间内能保持原来的低粘度,一直到预定的胶凝时间为止,且胶凝可在瞬间内完成,不象其它有的灌浆材料,粘度是随胶凝过程逐渐增大。

丙烯酰胺凝胶体具有良好的抗渗性,耐久性,适用于永久性灌浆工程,是一种应用十分广泛的防渗堵漏工程材料丙烯酰胺常和水泥混合使用,这既能使浆液迅速胶凝,堵住涌水,且具有水泥浆的后期高强度材料固水率高(90%) ,成本低,是重要的快速抢险新材料312 聚氨酯类灌浆材料又称 “氰凝” 材料它是以多异氰酸酯和多羟基化合物(聚酯、 聚醚)反应而生成的予聚体为主要成分,再加入其它助剂配制而成的聚氨酯类灌浆材料是一类重要的高性能灌浆材料,应用十分广泛其主要特点为:(1)浆液粘度低,可灌性好,结石有较高强度,与水泥灌浆相结合,已广泛应用于水利工程高标准防渗帷幕及加固;(2)浆液遇水反应,抗水冲击与稀释性好,凝胶变形能力强,材料安全可靠,不污染环境,耐久性好,操作简便,经济效益高3)用于动水条件下堵漏,封堵各种形式的地下、 地面及管道漏水,封堵牢固,止水见效快,是防洪减灾处理重大险情及快速抢险的重要高性能材料313 丙烯酸盐类灌浆材料丙烯酸盐凝胶体是一种强韧的弹性体,有良好的抗渗性和粘结性,可用于经常受振动的建筑物,如地铁等的防渗、 堵漏丙烯酸盐浆液也可和水泥混合使用,加入丙烯酸镁浆液的水泥浆有很强的粘合力,加入丙烯酸铝浆液的水泥浆可以速凝,硬化时间能控制到几秒钟之内,其固结体的抗压强度可达数百公斤。

是一种有效的封堵大量涌水的材料,并兼有堵漏和补强两种作用不仅固结体的强度高而且弹性好,这对封堵较大裂隙的地基是有利的应用于防洪抢险,亦是十分重要的防渗堵漏抢险材料4 新型混凝土材料到1982年全世界已建混凝土坝6000座,高于100m的坝共有210座混凝土材料在防洪工程建设中获得广泛应用不同的防洪工程混凝土构筑物,往往使得混凝土所处的环境及工作条件不同,所以对各部位混凝土性能有不同的要求挡水建筑物迎水混凝土要求有较高的防水、 防渗性能;泄水建筑物过水面的混凝土要求有较高的抗冲耐磨性能;处于严寒地区的建筑物,要求混凝土具有较好的抗冻性为了满足不同施工条件的需要,要求混凝土具有良好的和易性因此,能够满足不同需求的新型混凝土,如树脂混凝土、 聚合物改性水泥混凝土、 聚合物浸渍混凝土等将获得大量的研究开发,并在高标准防洪工程建设中获得广泛应用411 聚合物混凝土(或树脂混凝土)聚合物混凝土又称树脂混凝土,它是全部以聚合物代替水泥作胶结材料,与骨料结合而成的一种新型混凝土材料与普通水泥混凝土相比,树脂混凝土是一种具有极好耐久性和良好力学性能的多功能材料,其抗拉强度、 抗压强度、 抗弯强度均高于普通混凝土,其抗冲耐磨性能、 抗冻、 抗渗性、 耐水性、耐化学腐蚀性良好,并能适应普通混凝土的拌和设备、 浇筑设备与生产工艺。

因此,它广泛应用于建筑、 交通、 水利和化工等部门在防洪工程建设中,针对溢流坝、 溢洪坝、 泄洪隧洞等混凝土水工建筑物的冲刷磨损和气蚀破坏,采用了树脂混凝土或树脂砂浆,取得了很好的成功因此,聚合物混凝土是高标准防洪工程建设中十分重要的新型材料,有着诱人的研究开发前景412 聚合物浸渍混凝土聚合物浸渍混凝土是一种用有机单体浸渍混凝土表面的孔隙并经聚合处理而成一整体的有机-无机复合的新型材料与普通混凝土比,强度提高2～·03·《化学工程师》6/ 1999(总第75期)4倍,密实性显著改善,几乎不吸水、 不透水,耐水、 抗渗、 抗冻及耐化学性能、 耐久性显著提高美、 日、英、 德等许多工业发达国家对聚合物浸渍混凝土材料进行了广泛的研究开发,并获得了广泛应用我国于70～80年代进行了聚合物浸渍混凝土的研究开发,并在葛洲坝电站工程中试用大量研究证明,聚合物浸渍混凝土是一种很有发展前途的新型材料413 聚合物改性水泥混凝土聚合物改性水泥混凝土是一种以聚合物和水泥为胶结材料,通过将聚合物掺入新拌混凝土中而形成的又一种新型有机-无机复合材料研究开发的聚合物改性水泥混凝土及砂浆,与普通的混凝土或砂浆相比,粘结强度可提高十倍,耐磨性可提高数十倍。

抗压、 抗弯、 抗拉及抗剪切强度均显著提高,此外,这种材料的耐燃性、 耐腐蚀性、 抗渗透性和抗冻性等亦十分突出聚合物改性水泥混凝土已是一种获得广泛开发与应用的重要材料,自50年代以来,已大量应用于水库大坝、 溢洪道等混凝土修补由于该类材料性能优异,成本适中,因此是一种发展潜力很大的重要防洪工程新型材料5 土工聚合物材料土工聚合物材料是防洪工程建设中的一种新型建筑材料土工聚合物铺放在土坝下游排水体周围起反滤作用,能够有效地防止管涌发生;也可铺放在均匀土坝的坝体内,起竖向排水作用,这样可有效地降低均匀坝的坝体浸润线,提高下游坝体的稳定性土工聚合物用作土体加筋时,能够有效地提高堤坝的抗拉强度因此,土工聚合物首先于30年代作为防渗材料应用于防洪工程建设,到50年代末,土工聚合物开始应用于海岸护坡工程到70年代土工聚合物开始应用于河道、 涵闸等工程目前,土工聚合物在我国的水利工程建设中获得了广泛应用研究开发新型的土工聚合物材料,推广土工聚合物材料在我国防洪工程建设中的应用,有着十分重要的意义6 防水涂料防洪工程中使用的普通混凝土存在着干缩变形大,抗渗性、 抗裂性、 耐腐蚀性差等诸多不足,而防水涂料在处理混凝土的吸水性及渗透性具有明显的优势。

因此,防水涂料亦是一种非常重要的防洪工程新材料聚氨酯、 环氧树脂、 乙烯类树脂材料形成的除水涂料涂层的吸水系数比混凝土的吸水系数小100倍一些沥青改性的聚氨酯、 环氧、 乙烯类树脂涂层则完全不透水其次,这类材料的抗冲刷耐磨损及抗气蚀效果亦十分明显因此,以聚氨酯为代表的一系列的防水涂料是性能优异的防洪工程材料7 我国防洪工程新材料发展方向在高标准防洪工程建设与治理中,对高性能的新型高分子材料有着巨大的市场需求大力开发与推广防洪工程用的高分子材料,已成为防洪工程新材料研究开发与应用的重要方向711 大力开发高性能的新材料防洪工程综合治理需要高性能的新型材料高性能的新型高分子化学灌浆材料研究开发,可以使材料的粘结性能、 浆液扩散能力、 抗动水能力,固结体的抗压强度、 抗渗透能力、 抗变形性等综合性能显著提高针对防洪堤坝砂层、 粉砂层等基础的防渗加固,超渗透能力的高分子化学灌浆新材料将是一种非常理想的新型材料提高防洪工程的抗渗水、抗冲刷耐磨性、 抗气蚀等能力,聚合物混凝土、 土工聚合物、 防水涂料等的推广应用,将收到非常好的效果712 必须大力降低材料成本防洪工程综合治理,对材料的需求量大。

运用高分子材料及高分子基复合材料新技术,对传统材料诸如砂石、 水泥、 粘土等改良,或者进行新的研究开发,研制低成本的高性能新型高分子材料,对降低工程综合治理的成本是十分关键的713 加大防洪工程新材料推广应用的力度为了有效地抵御特大洪害的威胁,随着我国经济实力的增强,加速高标准防洪工程建设,及实施防洪工程卓有成效的治理,推广使用高性能或多功能与特殊性能的新型高分子材料,已成为当前防洪工程建设中十分重要的工作作者单位:中南工业大学材料学与工程系,(长沙410083)·13·《化学工程师》6/ 1999(总第75期)。