摘要：為提高市政給排水管道的滲漏修復(fù)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(fù)合材料，并對(duì)其理化特性和應(yīng)用性能進(jìn)行了研究。試驗(yàn)結(jié)果表明：7∶3配比的NR/PE共混彈性體的彈性和強(qiáng)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(gòu)建出的濕敏感性復(fù)合材料的拉伸性能及粘性性能最佳。濕敏感性復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度為18.57 MPa，扯斷伸長(zhǎng)率可達(dá)492.3%，拉伸復(fù)原率高達(dá)90%，遠(yuǎn)優(yōu)于當(dāng)前市場(chǎng)上的J20和P52止水材料；在自來(lái)水中浸泡15 d后，吸水率為1.3%、質(zhì)量損失率為0.48%；經(jīng)40℃水浸泡24h后，粘合能力也較強(qiáng)；此外，該復(fù)合材料對(duì)自來(lái)水濁度和pH值的影響也較小。該材料的修復(fù)應(yīng)用性能表征顯示：當(dāng)帶水水壓小于0.10 MPa時(shí)，修復(fù)纏繞5層可達(dá)到良好的止水效果，有望用于城市給排水管道的滲漏修復(fù)。

關(guān)鍵詞：給排水管道；滲漏修復(fù)；濕敏感性復(fù)合材料；性能表征；修復(fù)應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TQ337+.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：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(yùn)行狀態(tài)直接關(guān)系到居民生活質(zhì)量和城市生態(tài)環(huán)境。然而，由于管道老化、施工質(zhì)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(wèn)題[1]。滲漏不僅會(huì)導(dǎo)致水資源的大量浪費(fèi)，增加供水和排水成本，還會(huì)對(duì)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(yán)重的是，長(zhǎng)期存在的滲漏可能會(huì)引發(fā)地下空洞、地面塌陷等安全隱患[4]。因此，對(duì)市政給排水管道滲漏進(jìn)行及時(shí)、有效的修復(fù)顯得尤為重要。為解決市政給排水管道的滲漏問(wèn)題，市場(chǎng)上涌現(xiàn)出眾多修復(fù)材料。根據(jù)材料的特性和應(yīng)用場(chǎng)景，修復(fù)材料可分為以下幾類：水泥基材料、化學(xué)粘結(jié)劑、熱塑性材料、彈性材料等[5]。

供水管道的修復(fù)材料需要符合接觸飲用水的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，不能對(duì)管網(wǎng)水質(zhì)產(chǎn)生顯著影響，同時(shí)要滿足嚴(yán)格的性能要求[6]。對(duì)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(fù)合材料，并對(duì)其理化特性和修復(fù)應(yīng)用進(jìn)行了試驗(yàn)，旨在為市政給排水管道滲漏工程提供一定的參考。

1試驗(yàn)部分

1.1試驗(yàn)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(yàn)設(shè)備

旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（RE-52A，上海耀特儀器設(shè)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(jī)（KY-6700，揚(yáng)州開源試驗(yàn)機(jī)械廠）；真空干燥箱（DZF-6020N，無(wú)錫瑪瑞特科技有限公司）；智能電子拉力試驗(yàn)機(jī)（C610H，濟(jì)南蘭光機(jī)電技術(shù)有限公司）；初粘性測(cè)試儀（GYZ-G，濟(jì)南蘭光機(jī)電技術(shù)有限公司）；涂布機(jī)（BLD-6025，東莞博萊德儀器設(shè)備有限公司）；pH計(jì)、電子天平等。

1.3濕敏感性復(fù)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(fù)合材料基材），并對(duì)其拉伸性能進(jìn)行測(cè)試；

（2）在7∶3的配比下，將復(fù)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(jìn)行拉伸性能測(cè)試；

（3）基材本身并無(wú)自粘性，需與膠粘劑相結(jié)合才實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料的防水密封效果[7]。膠粘劑的合成過(guò)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(dāng)溫度降至60℃以下時(shí)，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?dú)鈹嚢?，直至異氰酸酯含量達(dá)到設(shè)定值后，停止反應(yīng)；接著，按照一定比例加入DMPA和DBTL，在80℃通氮條件下攪拌，進(jìn)行擴(kuò)鏈反應(yīng)；將反應(yīng)生成的溶液進(jìn)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(gòu)建濕敏感性復(fù)合材料，并進(jìn)行拉伸性能和粘合性能測(cè)試。

1.4濕敏感性復(fù)合材料性能表征

以當(dāng)前市場(chǎng)上的自粘性膠帶J20和粘合性膠帶P52作為對(duì)照組，對(duì)3者的性能進(jìn)行測(cè)試比較，包括：

（1）對(duì)拉伸性能、拉伸應(yīng)力變化、拉伸復(fù)原率等力學(xué)性能進(jìn)行分析；

（2）將3種材料分別在100 mL自來(lái)水中浸泡15 d后，對(duì)吸水率、質(zhì)量損失率進(jìn)行分析。將3種材料分別在0、10、20、30、40℃水中浸泡24h后，對(duì)粘合性能進(jìn)行分析；

（3）將3種材料置于100 mL自來(lái)水中浸泡1個(gè)月，監(jiān)測(cè)自來(lái)水濁度以及水體pH等水質(zhì)常規(guī)指標(biāo)變化。

1.5濕敏感性復(fù)合材料修復(fù)應(yīng)用

（1）測(cè)試不同修復(fù)層數(shù)對(duì)修復(fù)效果的影響；

（2）測(cè)試不同帶水修復(fù)水壓下不同管道缺口的修復(fù)效果。

2結(jié)果與分析

2.1濕敏感性復(fù)合材料制備過(guò)程監(jiān)測(cè)

2.1.1復(fù)合材料的基材配比

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

2.1.2復(fù)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(cè)試結(jié)果如表2所示。隨著厚度的增加，薄膜的拉伸長(zhǎng)度和扯斷伸長(zhǎng)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(zhǎng)率，其抗拉強(qiáng)度也相對(duì)較高，這說(shuō)明0.4 mm厚度的薄膜在彈性和強(qiáng)度方面表現(xiàn)較為優(yōu)異，可作為復(fù)合材料的基材。

2.1.3復(fù)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(fù)合材料的拉伸性能和粘合性能測(cè)試結(jié)果如表3所示。隨著膠層厚度的增加，復(fù)合材料的扯斷伸長(zhǎng)率和拉伸長(zhǎng)度呈上升趨勢(shì)。低于0.08 mm厚度時(shí)，復(fù)合材料存在脫膠現(xiàn)象；當(dāng)厚度為0.08 mm時(shí)，抗拉強(qiáng)度達(dá)到最大。由此可知，涂敷0.08 mm膠層時(shí)，復(fù)合材料在彈性和強(qiáng)度方面綜合表現(xiàn)較好。

2.2濕敏感性復(fù)合材料性能表征

2.2.1濕敏感性復(fù)合材料力學(xué)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(fù)合材料3者的力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果。濕敏感復(fù)合材料的拉伸長(zhǎng)度分別是J20的1.4倍和P52的3.7倍；而且濕敏感性復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)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(fù)原，J20、P52和濕敏感性復(fù)合材料分別能恢復(fù)70%、60%和90%。

2.2.2濕敏感性復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析

排水管道修復(fù)材料需與水體長(zhǎng)時(shí)間接觸，必須具備良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，以防止對(duì)水質(zhì)造成較大影響[8]。3種材料分別在100 mL自來(lái)水中浸泡15 d后的吸水率和質(zhì)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(fù)合材料的吸水率介于2者之間。J20的質(zhì)量損失率為0.64%；P52的質(zhì)量損失率最小，僅為0.29%；濕敏感性復(fù)合材料的質(zhì)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(fù)功能，膠粘劑的防水粘附性能至關(guān)重要[9]。3種材料在0～40℃水中浸泡24h后的防水粘附能力測(cè)試結(jié)果如圖2所示。在20℃以內(nèi)，3種材料的粘合強(qiáng)度均保持穩(wěn)定；但隨著溫度上升至40℃，3種材料的粘合強(qiáng)度均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。其中，P52的粘合強(qiáng)度降幅最大，達(dá)到28.6%；J20的粘合強(qiáng)度降低22.7%；濕敏感性復(fù)合材料的降幅相對(duì)較小，僅為13.2%。這表明，即便在接觸水的情況下，濕敏感性復(fù)合材料也能保持優(yōu)良的粘性。

2.2.3濕敏感性復(fù)合材料對(duì)水質(zhì)常規(guī)指標(biāo)的影響

為了探究滲漏修復(fù)材料長(zhǎng)期接觸對(duì)水質(zhì)的影響，將3種材料置于100 mL自來(lái)水中浸泡1個(gè)月，監(jiān)測(cè)水質(zhì)濁度和pH的變化[10]。如圖3所示，原自來(lái)水濁度為0.86 NTU，pH為6.6。經(jīng)過(guò)1個(gè)月的浸泡，自來(lái)水的濁度均增加，其中P52使自來(lái)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(lái)水的pH值也呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，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(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（pH 6.5～8.5）。鑒于市政給排水管道水體流量較大，修復(fù)材料對(duì)水質(zhì)影響可

2.3濕敏感性復(fù)合材料修復(fù)應(yīng)用

2.3.1修復(fù)層數(shù)對(duì)修復(fù)效果的影響

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

2.3.2帶水修復(fù)水壓對(duì)修復(fù)效果的影響

在實(shí)際管道修復(fù)過(guò)程中通常會(huì)選擇降壓修復(fù)的方法[12]。在不同帶壓情況下，纏繞5層復(fù)合材料對(duì)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(jìn)行止水，1 h后檢查漏水情況。無(wú)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(dāng)水壓升至0.15 MPa時(shí)，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(fù)合材料帶水修復(fù)過(guò)程中，管道的供水壓力控制在0.10 MPa以下，待修復(fù)效果穩(wěn)定后再逐步恢復(fù)正常供水壓力。

3結(jié)語(yǔ)

本試驗(yàn)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(fù)合材料，并對(duì)其理化性質(zhì)和應(yīng)用性能進(jìn)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(fù)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(fù)合材料具備較高的抗拉強(qiáng)度、扯斷伸長(zhǎng)率以及拉伸復(fù)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(zhì)量損失率為0.48%，經(jīng)40℃水浸泡后仍具備較強(qiáng)的粘合能力，對(duì)自來(lái)水濁度和pH值的影響微小；

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

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（責(zé)任編輯：伍鈺）