水工建筑物抗氣蝕耐磨材料和工藝解析

祝 維

廣東水電二局股份有限公司

水工建筑物抗氣蝕耐磨材料和工藝解析

祝 維

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文章側(cè)重點(diǎn)在于對(duì)和水工建筑物混凝土抗氣蝕耐磨材料的工藝、混凝土結(jié)構(gòu)沖蝕磨損實(shí)例進(jìn)行介紹，對(duì)抗氣蝕耐磨材料的具體應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)闡述。希望本文論述的內(nèi)容，在優(yōu)化水工建筑物抗氣蝕耐磨的規(guī)劃與施工質(zhì)量方面有所幫助。

水工建筑物；抗氣蝕耐磨材料；施工工藝；具體應(yīng)用

1 引言

帶有砂石的水流對(duì)水工建筑物混凝土氣蝕、磨損程度均是巨大的，水工建筑物施工單位在長期的實(shí)踐中積極摸索處理上述問題的方法?，F(xiàn)階段新型建材以及施工工藝的研制與推廣，使混凝土氣蝕以及磨損現(xiàn)象得到一定的緩解。但這一工作帶有長期性特征，為最佳成效的取得奠定基礎(chǔ)。

2 金屬護(hù)面材料與施工工藝

鋼板保護(hù)混凝土在國際水工建筑物施工進(jìn)程中擁有較高的應(yīng)用頻率。國內(nèi)十三屆國際大壩會(huì)議認(rèn)為其是最為優(yōu)質(zhì)的抗氣蝕護(hù)面材料。基于水流等因素存在差異性，造成氣蝕現(xiàn)象成因是繁雜化等實(shí)況，所以可以推測的其抗氣蝕效果存在差異性這一結(jié)論。最具有典型的實(shí)例為美國格蘭峽拱壩，高度為216m，左洞堵塞體中的泄水孔首次運(yùn)行以后，閘孔的鋼板襯砌被蝕深9.6mm，洞體的混凝土襯砌磨損程度極為明顯，歷經(jīng)數(shù)月以后其再次運(yùn)行，水流速度大于41m/s，布設(shè)在閘孔位置處25.4mm厚鋼板被腐蝕穿透，混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕深度為20.3cm，曾用他類材料對(duì)其施以整修補(bǔ)救對(duì)策，成效均不盡人意，但是不銹鋼板襯砌15m后，所取得的效果是極為優(yōu)良的。

若僅應(yīng)用單片鋼板對(duì)氣蝕區(qū)域施以襯護(hù)對(duì)策，就會(huì)加大鋼板被扯去現(xiàn)象出現(xiàn)的概率。例如國內(nèi)響洪甸水庫，基于應(yīng)急渡汛這一現(xiàn)實(shí)需求，借用鋼板襯護(hù)門槽下游區(qū)域，同時(shí)將鉛物質(zhì)灌注在鋼板與混凝土中間旨在達(dá)到錨固目標(biāo)，經(jīng)歷不足4d泄洪后對(duì)水庫構(gòu)造進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)數(shù)根錨筋出現(xiàn)松動(dòng)問題，甚至被折斷，鋼板處于架空的模式中。國內(nèi)眾多科技人員認(rèn)為，為了確保單頁鋼板作護(hù)面材料實(shí)效性在水工建筑物中的實(shí)效性充分發(fā)揮出來，處理好新舊混凝土結(jié)構(gòu)整合問題是極為有效的對(duì)策。

國內(nèi)部分高速水流泄水建筑物表面應(yīng)用鑄鋼、球墨鑄鐵、鋼管等建材，在抵抗氣蝕方面上發(fā)揮顯著的作用。從全局的角度分析，鋼板襯砌適用與大部分狀況。但是其弊端在以下幾方面呈現(xiàn)出來：一是價(jià)格較為昂貴；二是容易產(chǎn)生疲勞而折斷；三是鋼板和混凝土銜接效果不佳。

3 環(huán)氧聚合物護(hù)面材料與施工工藝

環(huán)氧樹脂為一類高分子材料，20世紀(jì)60年代在土建工程施工進(jìn)程中初步被應(yīng)用，在處理他類材料缺陷環(huán)節(jié)上體現(xiàn)出巨大的優(yōu)越性，其最大的優(yōu)勢體現(xiàn)在初期強(qiáng)度高方面，具相關(guān)資料記載其抗拉強(qiáng)度為混凝土10倍有余，抗磨、抗氣蝕性能均處于較高層次上，在應(yīng)用年限上也長于普通混凝土。

利用環(huán)氧樹脂作為抗氣蝕護(hù)面材料在水工建筑物中的應(yīng)用，觀點(diǎn)不一。參與十三屆大壩會(huì)議的部分人員認(rèn)為該材料在穩(wěn)定性方面缺乏持久性，外界溫度些微的變動(dòng)材料的性能將會(huì)受到很大的影響[1]。例如環(huán)氧樹脂應(yīng)用在德沃夏克壩泄洪道2號(hào)出水口的氣蝕區(qū)域以后，其破損程度并沒有得到顯著的改善，后續(xù)修補(bǔ)工作又用了他類新型材料與工藝。國內(nèi)磨子潭泄洪隧洞應(yīng)用環(huán)氧樹脂作為護(hù)面材料，取得的成果是較為可觀的，但是一些裂痕還是衍生出來上述問題的成因是多樣化的，例如護(hù)面材料與母體材料銜接效果不佳，在環(huán)境溫度、時(shí)間等多樣化因素的共同作用下使護(hù)面材料出現(xiàn)老化問題。為了強(qiáng)化環(huán)氧樹脂在水工建筑物中應(yīng)用的效果，最好選擇被浸泡1～2年之久的材料，以此途徑對(duì)其性能有整體性把控。此外不同的環(huán)氧種類有不同的應(yīng)用領(lǐng)域，例如油漆涂層適用于溢洪道、隧洞、溢洪道尾水槽；而粘結(jié)劑涂層適應(yīng)于渡槽、跳流坎等。

4 纖維混凝土與施工工藝

纖維類型是多樣化的，常見的有鋼、塑料、玻璃以及石棉纖維等。當(dāng)下國內(nèi)外對(duì)鋼纖維使用率較高，同時(shí)對(duì)其開展深入研究，所取得的效果是極為可觀的。

在上個(gè)世紀(jì)初期，與鋼纖維增強(qiáng)混凝土研究的文獻(xiàn)資料在美國被發(fā)表。20世紀(jì)中葉，美國Romualdi等人發(fā)表了與鋼纖維可以制約混凝土結(jié)構(gòu)裂痕的系列性研究成果，為鋼纖維混凝土的深度應(yīng)用注入活力。70年代初期，這一材料在公路路面、飛機(jī)跑道建設(shè)、大壩整修以及隧洞襯砌等領(lǐng)域得到初步應(yīng)用。實(shí)踐

結(jié)果已經(jīng)證實(shí)，將混凝土與鋼纖維混合，在強(qiáng)化建筑體抵御彎曲能力、伸展性與柔韌性，優(yōu)化耐沖擊和抗凍融性能等方面發(fā)揮巨大作用。在20世紀(jì)70年代以后，與鋼纖維混凝土性能相關(guān)研究工作在國內(nèi)陸續(xù)開展，其基本在國防或有特殊需求工程建設(shè)環(huán)節(jié)中有所應(yīng)用。

對(duì)鋼纖維混凝土應(yīng)力應(yīng)變?cè)囼?yàn)圖進(jìn)行解析，發(fā)現(xiàn)其應(yīng)力應(yīng)變性質(zhì)和低碳鋼相似度處于較高層次上[2]。證明混凝土材料的易脆性，但是其與鋼纖維后就成

了韌性材料?，F(xiàn)階段，鋼纖維混凝土在水工建筑物修整環(huán)節(jié)上具有較高的應(yīng)用頻率，取得的效果是極為可觀的。例如美國華盛頓州的下莫紐門特爾水閘壩，挑流坎表皮氣蝕現(xiàn)象嚴(yán)重化，其最初應(yīng)用在普通混凝土上層澆筑上46cm厚的纖維棍凝土復(fù)蓋保護(hù)層(見圖1，2)。歷經(jīng)兩個(gè)冬春放大流量水后，潛水工對(duì)建筑物水下結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查，沒有發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)沖刷、氣蝕以及磨損等問題。其水泥、粗集料、鋼纖維、減水劑以及加氣劑用量如下：384，366，100，1.42,0.26（單位：kg/m3）。此外，美國的下碑壩、利貝壩的水工建筑物，也應(yīng)用了鋼纖維混凝土去抵抗高速水流的腐蝕與沖刷現(xiàn)象，取得的成效也是極為可觀的。

圖1 下莫紐門特爾水閘壩溢洪道橫剖面

圖2 挑流砍橫剖面

5 結(jié)束語

總之，抗氣蝕耐磨材料在水工建筑物修補(bǔ)進(jìn)程中的應(yīng)用，在強(qiáng)化建筑體強(qiáng)度，柔韌性等方面發(fā)揮顯著的作用。其實(shí)抗氣蝕耐磨材料的種類是多樣化的，本文受篇幅的限制只是淺淺而談，咬喃聚合物護(hù)面材料、氟塑料的應(yīng)用所取得的效果也是極為可觀的。這項(xiàng)探索工作應(yīng)該不斷運(yùn)行。

[1]張瑞珠,李靜瑞,嚴(yán)大考,,趙元元.水泵葉輪表面電火花熔覆WC-8Co耐磨涂層的機(jī)械性能研究(英文)[J].稀有金屬材料與工程,2015(7):1587～1590.

[2]吳昉赟,周澄,張曉.海水循環(huán)水泵葉輪失效原因分析及處理建議[J].全面腐蝕控制,2015(12):39～41.