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      應用聚脲技術實現地震次生災害的防御
      發布時間:2014-07-15
      黃微波,向佳瑜,劉旭東( 青島理工大學功能材料研究所,山東青島266033)
      [提要] 研究地震誘發的次生災害的防御技術,對于保障人民生命及財產安全具有重大的意義。本文全面介紹了聚脲技
      術在崩塌、滑坡及泥石流( 以下簡稱崩滑流) 和遇難者遺體掩埋等地震次生災害中應用的技術優勢,簡要分析了地震次生災害
      的類型和危害性,詳細探討了聚脲技術在崩滑流邊坡防護和遇難者遺體掩埋等地震次生災害應用中的施工工藝。研究表明:
      ( 1) 聚脲技術因具有優異的力學性能和抵抗水流沖蝕磨損的性能,能有效地防止雨水對邊坡的淘蝕,從而增加邊坡的穩定性,
      預防崩滑流等地質災害的發生; ( 2) 聚脲技術突出的防腐抗滲性能及整體封閉效果和超長耐候性能可對遇難者的遺體進行妥
      善掩埋,達到隔離水源、保護環境的目的。
      [關鍵詞] 聚脲技術; 地震次生災害; 防御; 邊坡防護; 遇難者掩埋
      [中圖分類號] P694 [文獻標識碼] A
      Polyurea Technology Applied to Post-earthquake Disasters for Defencing
      Huang Wei-bo,Xiang Jia-yu,Liu Xu-dong
      ( Research Institute of Functional Materials,Qingdao Technological University,Qingdao 266033,China)
      Abstract: Researching in post-earthquake disasters defense technology to ensure the people’s life and property security has significant
      meaning. In this paper,the advantages of polyurea technology in collapse,landslide,mud-rock flow and victims buried in postearthquake
      disasters are introduced, the types and dangers of post-earthquake disasters are briefly analyzed, and the polyurea
      technology application construction is discussed in detail. Research shows that: ( 1 ) Polyurea technology has excellent mechanical
      properties and anti-scour performance,can effectively prevent the rain from washing the slope so that increase the stability of the slope,
      hold back geological disasters occur. ( 2 ) The outstanding anti-corrosive,anti-permeability,overall protective and ultra-long ageing
      resistant performances of polyurea technology can make the victims for proper burial to isolate water source, and protect the
      environment.
      Keywords: polyurea technology; post-earthquake disasters; defense; slope protection; victims buried
      ‍1 引言
      在人類文明的發展進程中,地震給人們帶來了巨大的災難和痛苦。地震不僅在于其本身具有勢不可擋的摧毀力,同時還會誘發一系列的次生災害。地震誘發的崩滑流等次生災害,因其具有很大的破壞力,一直備受人們關注,并采取了許多措施進行了防御和治理。目前大多數研究都集中于如何獲取更優方法對地震相關次生災害進行預測[1 ~ 4],通過新技術對其進行直接防御和治理卻鮮有報道。在崩滑流等地震次生災害中,雨水侵蝕是最主要因素,然而現有的加固技術,包括扶壁式擋墻、格構式錨桿支護、巖石噴錨支護等都無法解決雨水對邊坡的沖刷、淘蝕、溶解和軟化問題,不能有效地阻止崩滑流等地震次生災害的發生。聚脲技術能夠根據施工環境在任意形狀表面形成整體致密、連續無接縫的高強度、高彈性涂層[5],而且具有良好的防腐抗滲、耐水流沖刷和耐老化性能,能有效地解決雨水的沖刷、淘蝕、溶解和軟化問題,對地質松散的邊坡兼具有錨固作用。此外,聚脲材料得天獨厚的整體防腐抗滲能力和超長耐老化性能對于妥善安葬遇難者遺體并保護水源具有很高的應用價值。目前聚脲技術在這些方面的應用尚屬空
                                                                       工程抗震加固改造
      白,但聚脲技術已經在國外的垃圾填埋、核廢料儲運等高;瘜W物質的無害化處理中得到成功運用。本文在結合聚脲技術優異的理化性能基礎上,將其應用于可能發生崩滑流防護和遇難者遺體妥善安葬等地震次生災害中,在做好減災防災工作的同時,實現人與環境和諧相處、和諧發展,具有極其重大的現實意義。2 聚脲技術簡介及其防御的技術優勢2. 1 聚脲技術簡介聚脲技術是在反應注射成型( Reaction InjectionMolding 英文縮寫RIM) 技術的基礎上,于上世紀70年代中后期發展起來的。美國化學家Dudley J.Primeaux 率先研發成功聚脲技術。1991 年該技術在美國德克薩斯州某建筑屋面進行了抗擊冰雹的應用,立即顯示出其優異的力學性能。之后,又在美國的皮卡車貨箱得到了更加廣泛的應用,受到人們的歡迎。澳大利亞、日本和韓國分別于1993、1995 和1997 年引進該技術,并相繼投入商業應用。1995 年筆者率先在國內開展了早期研究工作,1996 年組團赴美國GUSMER 公司考察聚脲設備,于1998 年9 月18 日在該院會議室地面噴涂成功中國第一個聚脲配方,從此標志著中國聚脲技術的誕生。如今,聚脲技術因其便捷的施工工藝和優異的力學性能及高效防水、耐腐蝕、耐老化、抗凍融、、抗疲勞破壞等性能使其迅速發展成為水利、電力、能源、軍事、高鐵、奧運場館等許多領域首選的防護材料。
      2. 2 聚脲技術防御的技術優勢聚脲技術在水利、電力、能源、軍事、高鐵、奧運
      場館和屋面種植綠化等領域的應用均取得了很大的成功。通過研究發現,聚脲技術應用于地震次生災害防御方面主要有以下技術優勢:( 1) 零VOC( volatile organic compounds,揮發性有機化合物) ,符合環保、節能、減排、低碳的要求;( 2) 快速固化,可以不受環境溫濕度的影響,凝膠時間以秒計算,5min 之內即可達到步行強度,噴涂完成后馬上可以投入使用,為災害防御節省時間。采用噴涂成型,適合高空作業,可實現邊坡防護涂裝。一次噴涂便可以達到2mm 以上的厚度,施工方便快捷;
      ( 3) 優異的力學性能,拉伸強度可達25 MPa 以
      上、斷裂伸長率可達500% 以上,硬度可以根據需要從邵A30 ~ 邵D65 可調。圖1 所示為現場爆炸仿真試驗,結果顯示,右邊未作處理的墻面在爆炸中已經毀壞,左邊噴涂聚脲的墻面依然粘結成一個整體。聚脲優異的力學性能完全能夠勝任地震次生災害的防治、抵御野外自然環境中晝夜、四季溫差造成的熱脹冷縮,不會產生開裂和脫落現象;
      圖1 現場爆炸仿真試驗
      加固試驗


      Fig. 1 Test explosion simulation on-site( 4) 能形成整體致密的涂層,防腐抗滲效果顯著,無需增設保護層,有效地封閉遇難者遺體,保護水源;( 5) 具有超長耐老化性能,經過熒光紫外燈老化1500h 后,力學性能保持率80% 以上。青島理工大學功能材料研究所通過擬合實驗室加速老化和戶外自然老化試驗數據預測其壽命可高達75 年以上[6 ~ 9],能實現對結構的長期防護,同時具備耐磨損、耐腐蝕、抗凍融、抗沖擊、抗疲勞破壞等常規涂料所不具備的性質。3 聚脲技術在防御地震次生災害中的應用3. 1 地震次生災害類型及危害地震誘發的次生災害大致可分為兩大類: ( 1 )自然層面。例如崩滑流、地裂縫、砂土液化、潰決水災等次生地質災害。崩滑流是雨季震區內發生最多的地質災害,影響范圍廣,危害嚴重。在這類自然災害中,雨水是最主要的動力: ①降雨形成的地表水對裂隙充填物的沖刷、淘蝕、溶解和軟化,使裂隙充填物抗剪強度降低; ②地表水到達軟弱巖層后,使軟弱巖層濕潤軟化,減少其摩擦力和粘聚力,甚至軟弱巖層發生膨脹,從上覆硬巖裂縫中擠出; ③地表水補給地下水后,地下水位抬升,浸潤范圍擴大,軟弱土體飽和,同時對巖土體產生浮托作用,降低了有效正應力和摩擦阻力,促進了崩滑流的形成和發展。大地
                                                                  黃微波,等: 應用聚脲技術實現地震次生災害的防御
      震經常引發崩滑流,有時與地震同時發生,有時滯后一段時間發生。汶川、茂縣、北川、彭州、理縣是地震重災區,在暴雨等致災因子的協同作用下,崩滑流頻頻發生,造成大量的人員傷亡和財產損失; ( 2) 社會層面。例如道路破壞導致交通癱瘓、遇難者遺體掩埋不當造成對飲用水源的污染、瘟疫流行等。歷史經驗表明,次生災害所造成的傷亡和損失,有時比直接災害還要嚴重。
      3. 2 聚脲技術在崩滑流邊坡防護中的應用
      聚脲技術能夠根據工程環境的需要在任意表面噴涂形成連續致密的涂層。國內外大量研究表明,崩滑流的發生往往是由于雨水對欠穩固的山體侵蝕造成的,在可能發生崩滑流的邊坡上噴涂聚脲涂層后,能夠有效地實現其整體防護功能,對邊坡實現增強錨固作用,加上聚脲材料超長的耐候性,可以長期有效地防御崩滑流的發生。結合現有的邊坡加固技術,聚脲技術應用于崩滑流邊坡防護中的施工工藝流程為: ①修整邊坡,除去失穩的土壤及巖體; ②安放排水孔、排水設施,便于在暴雨時及時排水; ③初次噴射混凝土; ④鉆孔,安裝錨桿; ⑤掛鋼筋網; ⑥再次噴射混凝土; ⑦噴涂聚脲彈性體。和傳統的邊坡加固技術相比,增加了噴涂聚脲彈性體涂層,能有效的阻止雨水對邊坡的侵蝕,因而大大增加了結構的安全性。在噴涂聚脲彈性體的施工過程中,要保證聚脲涂層對邊坡的防護效果,首先應該進行基材處理。對于表面較大的孔洞,應先采用修補膩子進行封閉。表面的毛刺用角磨機磨平,尖端突起處盡量做到圓弧過渡,消除尖端應力。采用風力滅火器除去表面水分、灰塵等,保證基材表面應清潔、干燥,不得有蜂窩麻面和油污等雜質。然后采用配套底漆對混凝土表面的針眼、微裂紋等缺陷進行封閉,同時起到增加聚脲涂層和混凝土附著力的作用。底漆必須現配現用,并嚴格按照專業配方要求準確稱量,每一道工序之后需保持施工面整潔。底漆施工一般采用輥涂工藝,邊、角、溝、槽輔以刷涂施工。待底漆表干后,便可噴涂聚脲涂層。為了有效控制聚脲涂層防護體系的形成過程,噴涂施工設備必須具備如下基本要求:①噴涂時壓力范圍在1700 ~ 2500Psi 之間,這樣可以確保A、B 兩組分充分混合; ②保證物料輸送平
      穩、計量精確、混合均勻、霧化良好; ③對細部節點、拐角、異質材連接處進行聚脲涂層加厚處理。只有嚴格按照聚脲涂層噴涂方法施工才能有效地達到聚脲涂層的防護效果。
      3. 3 聚脲技術在遇難者遺體掩埋中的應用
      在地震的次生災害中,不僅自然層面上的崩滑流等對人類安全造成很大的威脅,而且來自社會層面的因素也嚴重困擾著人類。由于條件所限和重視程度不高,許多情況下對于遇難者采取就地掩埋的方式,這樣不僅會助長病毒的滋生,而且在大雨過后,雨水流動還會造成水源污染。2003 年我國爆發“非典”,大量畜、禽死亡以后,只是簡單地噴灑生石灰和消毒液,就進行深埋。如用聚脲技術對腐爛的動物尸體進行徹底覆蓋,便可防止瘧疾、霍亂、甲肝和傷寒等傳染疾病的流行。通過結合聚脲技術環保、施工方便快捷、涂層連續致密和噴涂后馬上可以投入使用等特點,并根據大量的基礎研究,認為將聚脲技術應用于遇難者遺體掩埋中,能有效地保護水
      源,保護人類健康。

      結構示意圖

      圖2 聚脲技術應用于遇難者遺體掩埋中的結構示意圖
      Fig. 2 Polyurea technology applied to
      victims’body burying
      圖2 所示為聚脲技術應用于遇難者遺體掩埋的結構示意圖。如圖所示,聚脲形成的封閉的涂層能妥善的處理遇難者的遺體,加上聚脲涂層本身無毒無污染,因此能夠有效地保護水源,保護人類健康。采用聚脲技術對遇難者遺體掩埋的大致過程是: ①在挖好的土壤深坑表面先鋪上1 層土工布,隨后立即噴涂聚脲材料,形成深坑底部和四周的彈性隔離層; ②擺放遇難者遺體或者堆放垃圾、噴灑生石灰和消毒液、回填土壤、找平空隙; ③再覆蓋1 層土工布,噴涂聚脲形成深坑頂部的強力彈性隔離層,從而徹底將遇難者遺體及危險廢棄物與周邊土壤、水源隔
                                                               工程抗震加固改造
      絕,確保有害物質不流失、不泄露、不散發,保護環境
      安全。
      4 結語
      由于崩滑流和遇難者遺體掩埋等地震次生災害,雨水是致災的主要因素。傳統的邊坡加固技術和就地掩埋的方式,很難從根本上解決這類災害帶來的問題,而且處理不當還會造成環境污染,影響人類健康。聚脲技術具有節能環保、反應迅速、整體成型、力學性能優異、耐老化性能突出和防腐抗滲抗沖蝕磨損性能顯著的特點,能有效地防止雨水對邊坡的侵蝕,從而增加邊坡的穩定性,此外,還能對遇難者遺體進行妥善掩埋,保護災區環境。綜上所述,結合聚脲技術特有的理化性能和崩滑流及遇難者遺體掩埋等地震次生災害問題的致災特點,將聚脲技術應用于這類災害的防御中,成果實用性強,社會效益和環保效益突出。
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