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水 利 学 报

２０２４年 ８月 ＳＨＵＩＬＩ ＸＵＥＢＡＯ 第 ５５卷 第 ８期

文章编号：０５５９ － ９３５０（２０２４）０８ － ０８８３ － １５

网格布－ 聚脲涂层耦合作用力学破坏机理研究

李炳奇，张继磊，刘小楠，孟天一

（中国水利水电科学研究院 流域水循环模拟与调控国家重点实验室，北京 １０００３８）

摘要：实际防渗工程中有时会将聚脲材料同网格布组合为复合防渗涂层，但其聚脲材料与网格布的耦合作用机理
和破坏模式缺乏研究，而且该种复合涂层在实际应用中亦存在脱落、水解、耐久性差等问题。因此本文基于试验
和数值分析，探讨网格布纤维同聚脲材料的耦合作用，考察网格布与聚脲涂层耦合作用的受力变形行为和破坏模
式，分析不同纤维－ 基体材料组合形式下的变形性能和承载性能。研究结果表明：纤维断裂导致聚脲材料出现瞬
间应力突变，纤维断裂面及应力突变引发的微裂纹导致整体截面拉断。聚脲材料强度较高，设置网格布后会导致
涂层产生损伤缺陷，使得强度及伸长率大幅下降，伸长率降幅达到 ７５％以上，因此网格布对聚脲材料性能起到负
面效应。同样研究表明，聚氨酯材料强度相对较低，设置网格布后强度增幅约为 １４％，网格布对聚氨酯材料起到
一定加强效果，但同样会导致伸长率大幅降低。由于网格布的伸长率及强度决定了复合涂层的伸长率及强度，因
此在实际工程应用中，出现以下条件之一时不应在聚脲基体材料中设置网格布：（ ａ）对止水防渗涂层伸长率要求
高于网格布破坏伸长率；（ ｂ）基体材料强度大于网格布强度；（ｃ）基体材料强度大于涂层 － 基面切向粘接强度。目
前现有聚脲的相关标准及规范中的物理力学性能均未使用网格布进行加强，且科学定义的聚脲的相应标准及规范
中所提的材料指标也均符合本研究所建议的不应加网格布的相应条件，因此建议工程中使用的聚脲材料不应设置
网格布。
关键词：网格布；聚脲；网格布－ 聚脲涂层；精细化模型；拉伸试验
文献标识码：Ａ
中图分类号：ＴＶ４４１ ｄｏｉ：１０．１３２４３?ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ．２０２４０１１８

１ 研究背景

聚氨酯弹性体（Ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ，ＰＵ）又称聚氨基甲酸酯弹性体，是一种主链上含有较多的氨基甲酸
酯基团的高分子合成材料。聚氨酯弹性体是一种介于一般橡胶和塑料之间的弹性材料。网格布（ Ｍｅｓｈ
Ｆａｂｒｉｃ ，ＦＢＣ）是一种由合成纤维制成的土工合成材料，材料类型包括玻璃纤维、聚酯纤维（工程中也
常称为聚酯胎基网格布）等。自 １９６０年代起，一种复合涂层结构———网格布 － 聚氨酯涂层，被应用于
建筑止水防渗工程中，该类结构一般以聚氨酯材料为基体材料，以聚酯胎基网格布为骨架。
聚脲材料喷涂技术源自 １９８０年代的美国 ［１］ ，聚脲材料（Ｐｏｌｙｕｒｅａ，ＰＵＡ）包括双组分快反应聚脲、
双组分慢反应聚脲、单组分聚脲，该材料作为一种优异的接缝止水、表面防渗材料，具有 ９０％以上高
固体含量、施工面适应性强等特点 ［１］ ，特别是快反应聚脲具有湿度敏感性弱的特点，同时该材料耐腐
蚀性强，力学性能优异，被广泛应用于各类水利工程、高铁桥梁混凝土桥面工程以及管道防护工程
中 ［２ － ３］ 。聚脲材料强度、变形性能及耐久性均远优于聚氨酯材料，在国内外得到普遍认可。但是，国
内一些工程应用中出现了防渗涂层严重破坏的案例，主要表现在脱落、水解、耐久性较差等问题，调
查发现，大部分出现问题的工程中采用了网格布复合涂层。既有文献及室内试验研究结果 ［４ － ５］ 表明，
当采用不恰当的网格布、聚合物基体材料组合构造复合材料时，会导致原有聚合物基体材料性能发生

收稿日期：２０２４ － ０３ － ０５；网络首发日期：２０２４ － ０８ － ０８
网络首发地址：ｈｔｔｐｓ：??ｌｉｎｋ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ?ｄｏｉ?１０．１３２４３?ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ．２０２４０１１８
基金项目：中国水科院基本科研业务费专项（ＳＳ１１０１４５Ｂ００２２０２１）
通信作者：李炳奇（１９６６ － ），正高级工程师，博士生导师，主要从事结构诊断与加固研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｌｉｂｑ＠ｉｗｈｒ．ｃｏｍ
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