市政給排水管道滲漏粘接修復材料的性能表征及應用

摘要：為提高市政給排水管道的滲漏修復效果，本文利用天然橡膠（NR）、聚乙烯（PE）、二氯甲烷、異氰酸酯、甲苯-二正丁胺等原材料制備了一種聚氨酯基濕敏感性復合材料，并對其理化特性和應用性能進行了研究。試驗結果表明：7∶3配比的NR/PE共混彈性體的彈性和強度平衡較好，將厚度為0.08 mm的膠粘劑涂敷在厚度為0.4 mm的薄膜基材上，構建出的濕敏感性復合材料的拉伸性能及粘性性能最佳。濕敏感性復合材料的抗拉強度為18.57 MPa，扯斷伸長率可達492.3%，拉伸復原率高達90%，遠優(yōu)于當前市場上的J20和P52止水材料；在自來水中浸泡15 d后，吸水率為1.3%、質量損失率為0.48%；經(jīng)40℃水浸泡24h后，粘合能力也較強；此外，該復合材料對自來水濁度和pH值的影響也較小。該材料的修復應用性能表征顯示：當帶水水壓小于0.10 MPa時，修復纏繞5層可達到良好的止水效果，有望用于城市給排水管道的滲漏修復。

關鍵詞：給排水管道；滲漏修復；濕敏感性復合材料；性能表征；修復應用

中圖分類號：TQ337+.1文獻標志碼：A文章編號：1001-5922（2025）04-0013-04

Performance characterization and application of leakagebonding repair materials for municipal water supply anddrainage pipelines

MAO Wenjue，HU Ling，LI Bo，ZHU Guangxiao

（Hangzhou Water Group Co.，Ltd.，Hangzhou 310009，China）

Abstract：In order to improve the leakage repair effect of municipal water supply and drainage pipelines，apolyure-thane-based humidity-sensitive composite material was prepared by using natural rubber（NR），polyethylene（PE），dichloromethane，isocyanate，toluene-di-n-butylamine and other raw materials，and its physical and chemical prop-erties and application properties were studied.The test results show that the NR/PE blendelastomer with a ratio of 7：3 has a good balance between elasticity and strength.The adhesive with a thickness of 0.08 mm is coated on a film substrate with a thickness of 0.4 mm，and the constructed moisture-sensitive composite material has the best tensile and viscous properties.The tensile strength of the humidity-sensitive composite is 18.57 MPa，the elongation at break can reach 492.3%，and the tensile recovery rate is as high as 90%，which is much better than the J20 and P52 water-stop materials on the current market.After soaking in tap water for 15 days，the water absorption rate was 1.3%and the mass loss rate was 0.48%.After soaking in water at 40℃for 24 hours，the adhesion ability was also strong.In addition，the composite material has little effect on the turbidity and pH value of tap water.The perfor-mancecharacterizationoftherepairapplicationofthe materialshowsthatwhenthe water pressureislessthan0.10 MPa，the repair winding 5 layers can achieve good water sealing effect，which is expected to be used for the leakage repair of urban water supply and drainage pipelines.

Key words：water supply and drainage pipeline；leakage repair；humidity sensitive composite materials；perfor-mance characterization；repair application

市政給排水管道的運行狀態(tài)直接關系到居民生活質量和城市生態(tài)環(huán)境。然而，由于管道老化、施工質量、外部環(huán)境等因素的影響，滲漏成為市政給排水管道中的一種常見問題[1]。滲漏不僅會導致水資源的大量浪費，增加供水和排水成本，還會對周邊土壤、地下水和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生不良影響[2-3]。更為嚴重的是，長期存在的滲漏可能會引發(fā)地下空洞、地面塌陷等安全隱患[4]。因此，對市政給排水管道滲漏進行及時、有效的修復顯得尤為重要。為解決市政給排水管道的滲漏問題，市場上涌現(xiàn)出眾多修復材料。根據(jù)材料的特性和應用場景，修復材料可分為以下幾類：水泥基材料、化學粘結劑、熱塑性材料、彈性材料等[5]。

供水管道的修復材料需要符合接觸飲用水的衛(wèi)生標準，不能對管網(wǎng)水質產(chǎn)生顯著影響，同時要滿足嚴格的性能要求[6]。對此，本文以天然橡膠（NR）、聚乙烯（PE）、二氯甲烷、異氰酸酯、甲苯-二正丁胺等為原料，制備了一種濕敏感性復合材料，并對其理化特性和修復應用進行了試驗，旨在為市政給排水管道滲漏工程提供一定的參考。

1試驗部分

1.1試驗材料

NR、PE、聚異丁烯（PIB）、2，2-雙（羥甲基）丙酸（DMPA）、二月桂酸二丁基錫（DBTL）、甲醇、丙酮、二氯甲烷、異氰酸酯、甲苯-二正丁胺等。

1.2試驗設備

旋轉蒸發(fā)儀（RE-52A，上海耀特儀器設備有限公司）；集熱式磁力攪拌器（MYP11-2，上海梅穎浦儀器儀表制造有限公司）；平板硫化機（KY-6700，揚州開源試驗機械廠）；真空干燥箱（DZF-6020N，無錫瑪瑞特科技有限公司）；智能電子拉力試驗機（C610H，濟南蘭光機電技術有限公司）；初粘性測試儀（GYZ-G，濟南蘭光機電技術有限公司）；涂布機（BLD-6025，東莞博萊德儀器設備有限公司）；pH計、電子天平等。

1.3濕敏感性復合材料制備

（1）將NR、PE按照7∶3、5∶5、3∶7的配比制備成3種不同的NR/PE（復合材料基材），并對其拉伸性能進行測試；

（2）在7∶3的配比下，將復合材料基材制備成4種不同厚度（0.1、0.2、0.3、0.4 mm）的薄膜，并進行拉伸性能測試；

（3）基材本身并無自粘性，需與膠粘劑相結合才實現(xiàn)復合材料的防水密封效果[7]。膠粘劑的合成過程如下：將多元醇加入四口燒瓶中，油浴加熱至110℃，真空除水脫氣2h；當溫度降至60℃以下時，加入N，N-二甲基甲酰胺和異氰酸酯作為除水溶劑，在70℃下通氮氣攪拌，直至異氰酸酯含量達到設定值后，停止反應；接著，按照一定比例加入DMPA和DBTL，在80℃通氮條件下攪拌，進行擴鏈反應；將反應生成的溶液進行干燥處理，獲得透明黏稠的聚氨酯膠粘劑；

（4）將不同厚度（0.02、0.04、0.08、0.12和0.16 mm）的膠粘劑涂敷在0.4 mm厚度的基材薄膜上，構建濕敏感性復合材料，并進行拉伸性能和粘合性能測試。

1.4濕敏感性復合材料性能表征

以當前市場上的自粘性膠帶J20和粘合性膠帶P52作為對照組，對3者的性能進行測試比較，包括：

（1）對拉伸性能、拉伸應力變化、拉伸復原率等力學性能進行分析；

（2）將3種材料分別在100 mL自來水中浸泡15 d后，對吸水率、質量損失率進行分析。將3種材料分別在0、10、20、30、40℃水中浸泡24h后，對粘合性能進行分析；

（3）將3種材料置于100 mL自來水中浸泡1個月，監(jiān)測自來水濁度以及水體pH等水質常規(guī)指標變化。

1.5濕敏感性復合材料修復應用

（1）測試不同修復層數(shù)對修復效果的影響；

（2）測試不同帶水修復水壓下不同管道缺口的修復效果。

2結果與分析

2.1濕敏感性復合材料制備過程監(jiān)測

2.1.1復合材料的基材配比

3種比例的NR/PE復合材料的拉伸性能測試結果如表1所示。隨著復合材料中PE比例的增加，試樣的抗拉強度呈上升趨勢，扯斷伸長率則大幅下降。NR與PE比例為7∶3的混合物在彈性和強度方面綜合表現(xiàn)較為平衡，可作為復合材料基材的候選材料。

2.1.2復合材料的基材厚度選擇

4種不同厚度的薄膜的拉伸性能測試結果如表2所示。隨著厚度的增加，薄膜的拉伸長度和扯斷伸長率均有所提高。其中，0.4 mm厚度的薄膜具有最大的扯斷伸長率，其抗拉強度也相對較高，這說明0.4 mm厚度的薄膜在彈性和強度方面表現(xiàn)較為優(yōu)異，可作為復合材料的基材。

2.1.3復合材料膠粘劑涂敷厚度選擇

5種不同膠粘劑涂敷厚度的復合材料的拉伸性能和粘合性能測試結果如表3所示。隨著膠層厚度的增加，復合材料的扯斷伸長率和拉伸長度呈上升趨勢。低于0.08 mm厚度時，復合材料存在脫膠現(xiàn)象；當厚度為0.08 mm時，抗拉強度達到最大。由此可知，涂敷0.08 mm膠層時，復合材料在彈性和強度方面綜合表現(xiàn)較好。

2.2濕敏感性復合材料性能表征

2.2.1濕敏感性復合材料力學性能分析

表4展現(xiàn)了市面上常見的止水膠帶J20、P52和本文制備的濕敏感性復合材料3者的力學性能測試結果。濕敏感復合材料的拉伸長度分別是J20的1.4倍和P52的3.7倍；而且濕敏感性復合材料的抗拉強度和抗壓強度也明顯高于J20和P52膠帶。在將3種材料拉伸200%后經(jīng)2h的復原，J20、P52和濕敏感性復合材料分別能恢復70%、60%和90%。

2.2.2濕敏感性復合材料的結構穩(wěn)定性分析

排水管道修復材料需與水體長時間接觸，必須具備良好的結構穩(wěn)定性，以防止對水質造成較大影響[8]。3種材料分別在100 mL自來水中浸泡15 d后的吸水率和質量損失率如圖1所示。J20的吸水率最低，P52的吸水率最高，而濕敏感性復合材料的吸水率介于2者之間。J20的質量損失率為0.64%；P52的質量損失率最小，僅為0.29%；濕敏感性復合材料的質量損失率為0.48%，介于2種防水膠帶之間。綜合考慮，濕敏感材料的穩(wěn)定性能最好。

為保持優(yōu)良的修復功能，膠粘劑的防水粘附性能至關重要[9]。3種材料在0～40℃水中浸泡24h后的防水粘附能力測試結果如圖2所示。在20℃以內，3種材料的粘合強度均保持穩(wěn)定；但隨著溫度上升至40℃，3種材料的粘合強度均呈現(xiàn)下降趨勢。其中，P52的粘合強度降幅最大，達到28.6%；J20的粘合強度降低22.7%；濕敏感性復合材料的降幅相對較小，僅為13.2%。這表明，即便在接觸水的情況下，濕敏感性復合材料也能保持優(yōu)良的粘性。

2.2.3濕敏感性復合材料對水質常規(guī)指標的影響

為了探究滲漏修復材料長期接觸對水質的影響，將3種材料置于100 mL自來水中浸泡1個月，監(jiān)測水質濁度和pH的變化[10]。如圖3所示，原自來水濁度為0.86 NTU，pH為6.6。經(jīng)過1個月的浸泡，自來水的濁度均增加，其中P52使自來水的濁度提高幅度最大，為0.08 NTU，受濕敏感性材料影響的濁度變化介于P52和J20之間。自來水的pH值也呈現(xiàn)上升趨勢，但是這種增幅并不顯著。3者浸泡后最大pH值為7.5，符合生活飲用水質標準（pH 6.5～8.5）。鑒于市政給排水管道水體流量較大，修復材料對水質影響可

2.3濕敏感性復合材料修復應用

2.3.1修復層數(shù)對修復效果的影響

通過管道試驗分析了不同纏繞層數(shù)（1層、2層、3層、4層和5層）對修復管道臨界止水壓力的影響，以探討修復層數(shù)與修復效果之間的關系[11]。如圖4所示，隨著濕敏感性復合材料修復層數(shù)的增加，修復后管道的臨界止水壓力呈現(xiàn)上升趨勢，這說明修復層數(shù)對修復效果具有顯著影響。

2.3.2帶水修復水壓對修復效果的影響

在實際管道修復過程中通常會選擇降壓修復的方法[12]。在不同帶壓情況下，纏繞5層復合材料對不同的滲漏損傷（5 mm圓孔缺陷、5×8環(huán)向裂縫、5×8軸向裂縫）進行止水，1 h后檢查漏水情況。無論是何種滲漏損傷，在0.05 MPa和0.10 MPa的帶水壓力下都能成功止水。然而，當水壓升至0.15 MPa時，僅圓孔缺陷得以有效止水，而環(huán)向裂縫和軸向裂縫則出現(xiàn)了漏水現(xiàn)象。因此，建議在復合材料帶水修復過程中，管道的供水壓力控制在0.10 MPa以下，待修復效果穩(wěn)定后再逐步恢復正常供水壓力。

3結語

本試驗以NR、PE、二氯甲烷、異氰酸酯、甲苯-二正丁胺等材料制備了一種聚氨酯基濕敏感性復合材料，并對其理化性質和應用性能進行了研究。

（1）選取NR/PE配比為7∶3的共混彈性體制備成0.4 mm厚的薄膜，并涂敷0.08 mm厚的膠層，制備的濕敏感性復合材料的拉伸性能和粘合性能最佳；

（2）所制備的濕敏感性復合材料具備較高的抗拉強度、扯斷伸長率以及拉伸復原率，優(yōu)于現(xiàn)有的J20和P52止水膠帶。此外，其浸泡15 d后的吸水率僅為1.3%，質量損失率為0.48%，經(jīng)40℃水浸泡后仍具備較強的粘合能力，對自來水濁度和pH值的影響微小；

（3）隨著濕敏感性復合材料修復層數(shù)的增加，臨界止水壓力相應提高。當帶水水壓小于0.10 MPa時，5層纏繞可實現(xiàn)優(yōu)良的止水效果，且對圓孔缺陷的修復能力優(yōu)于軸向裂縫和環(huán)向裂縫。

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（責任編輯：伍鈺）