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水 利 学 报

2025 年 11 月 SHUILI XUEBAO 第 56 卷 第 11 期

文章编号：0559-9350（2025）11-1492-12

水工建筑物封缝防渗结构中聚脲和聚脲砂浆变形能力和

强度特性的试验研究

孟天一 ，刘小楠 ，李炳奇 ，MONDAL Arghya Uthpal ，杨 鑫 2
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（1. 中国水利水电科学研究院，北京 100038；2. 中冶检测认证有限公司，北京 100088）
摘要：一种单组分聚脲与玻璃砂进行充分搅拌形成的混合物被称为聚脲砂浆。目前，在水工建筑物封缝防渗结构
中，已有采用聚脲砂浆作为嵌填物进行封缝防渗，但尚无针对聚脲砂浆的试验研究。本研究为解决目前 H 型试件
存在与实际应用相比变形过小问题，提出新型圆柱型试件，并确定圆柱型、H 型试件在拉伸试验中的适用范围。
在此基础上开展了不同玻璃砂粒径及配比条件下的聚脲砂浆变形能力和强度特性试验，并与对比试验组进行了物
理性能试验指标、受力变形行为和破坏模式对比，对比试验组包括单组分聚脲、双组分慢反应聚脲和双组分快反
应聚脲。研究结果表明，新型圆柱型试件拉伸效果优于传统 H 型试件，拉伸试验结果更符合实际情况。对比试验
组整体性能优异，聚脲断裂伸长率均大于 30%，拉伸破坏强度均大于 2.5 MPa，各项物理性能指标均适用于水工
建筑物封缝防渗结构，可发挥防渗作用。然而，聚脲砂浆各项物理性能指标较低，断裂伸长率均低于 5%，拉伸
破坏强度均低于 0.6 MPa，无法适应水工建筑物封缝防渗结构承受水压、变形的特点。
关键词：双组分快反应聚脲；双组分慢反应聚脲；单组分聚脲；聚脲砂浆；拉伸试验

中图分类号：TV441 文献标识码：A doi：10.13243/j.cnki.slxb.20240779

1 研究背景

早期喷涂聚脲弹性体技术（Spray Polyurea Elastomer，SPUA）于 1980 年代中期由美国研发 ［1］ ，1990
年代在北美地区投入商业使用。1995 年黄微波等人引进国外喷涂聚脲弹性体技术与设备，为其在国内
［2］
的发展与应用奠定了基础 。中国水利水电科学研究院于 2002 年率先针对水利水电工程的特点，在室
内外进行了大量的科学研究，并将其应用于实际工程。为适应狭窄空间和无法采用设备的施工需求，
涂料厂家推出脲键含量少的单组分聚脲（国外称之为单组分聚氨酯），也被用于水利工程的防渗防护领
域 ［3-4］ ，但其出现了水解等不同程度的破坏，严重影响功能及耐久性。为了解决单组分聚脲的这些问
题，进一步提升材料性能，近年来，双组分聚脲经过多次更新迭代 ［5-8］ ，具备了优异的耐久性、柔韧
性及防水性能，并成功应用于水工建筑物封缝防渗领域。
聚脲材料已应用在我国南水北调穿黄隧洞工程、丰宁抽水蓄能电站工程、珠江三角洲水资源配置
工程等大型水利工程中。封缝防渗聚脲破坏形式如图 1（a）所示，包括拉伸破坏、压缩破坏、剪切破
坏、剥离破坏四种形式；表面防渗聚脲破坏形式如图 1（b）所示，包括伸缩缝表面防渗聚脲剥离破坏和
裂缝表面防渗聚脲剥离破坏。聚脲材料在选材过程中既要满足伸长变形与界面粘接的相互协调，也要
同时满足变形与水压的设计需求。因此在实际工程应用中对材料的选取是十分重要的。
在上述聚脲材料应用的基础上，为进一步提升封缝防渗效果，涂料厂家开发出聚脲砂浆复合材

收稿日期：2024-12-02；网络首发日期：2025-11-14
网络首发地址：https：/link.cnki.net/urlid/11.1882.TV.20251114.1111.003
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基金项目：中国水科院科研专项 （SS0145B492019）
作者简介：孟天一（1997—），博士生，主要从事结构诊断与加固研究。E-mail：312570571@qq.com
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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