復(fù)合樹脂砂漿性能及在蝸殼耐磨防護中的應(yīng)用

柳海鵬

（新疆烏魯瓦提水利樞紐管理局，新疆 和田 848000）

1 前言

環(huán)氧樹脂由于其良好的力學(xué)性能、耐化學(xué)性能及耐腐蝕性能，其及其復(fù)合材料廣泛應(yīng)用于航空、汽車、水利等領(lǐng)域，水利行業(yè)主要用在防腐、耐磨等方面，如耐磨環(huán)氧砂漿。在高泥沙含量的河流上，水力機械及水工建筑物承受著含沙水流的磨蝕，遭受到了不同程度的破壞，每年需要投入相當(dāng)?shù)娜肆臀锪ζ溥M行維修和防護，個別破壞嚴(yán)重的地方，可能對電站、大壩安全運行造成威脅[1]。環(huán)氧樹脂配合高耐磨磨料制備出耐磨環(huán)氧砂漿，涂覆于高速水流的過流面，能夠起到較好的抗磨蝕效果[2]。本文從磨料級配、膠砂配比及密實度等方面考察了以上因素對復(fù)合樹脂砂漿力學(xué)性能的影響，并將該復(fù)合樹脂砂漿[3]在電站水輪機蝸殼耐磨防護中進行了應(yīng)用，取得了良好的防護效果。

2 試驗部分

2.1 試樣制備

金剛砂級配試樣制備：試驗中采用20目、40目、60目、80目的金剛砂，采用如下配比及命名，20:40=1:1（S-1），20:60=1:1（S-2），20:80=1:1（S-3），40:60=1:1（S-4），40:80=1:1（S-5），具體配方為環(huán)氧：固化劑：金剛砂=100:20:700。

不同砂膠比試樣制備：固定環(huán)氧與固化劑配比（100:20）、金剛砂級配（40:80=1:1），改變環(huán)氧與金剛砂配比，分別為 1:5、1:6、1:7、1:8，命名為 ES-1、ES-2、ES-3、ES-4。

不同密實度試樣制備：固定環(huán)氧樹脂與固化劑（100:20）、金剛砂級配（40:80=1:1）、膠砂比（1:6），改變試樣的密實度，密實與不密實試樣分別命名為MS-1、MS-2。

2.2 性能測試

抗壓強度、拉伸強度、彎曲強度測試：參照環(huán)氧砂漿技術(shù)規(guī)程DL/T5193-2004進行測試。

斷面形態(tài)觀察：復(fù)合樹脂砂漿試塊經(jīng)過抗壓試驗后，取其斷裂面較為平整部分，制作成0.5 cm×0.5 cm×0.5 cm的小試塊，表面噴金處理后對其進行掃描電鏡觀察。

3 結(jié)果與討論

3.1 金剛砂級配對復(fù)合樹脂砂漿力學(xué)性能的影響

從表1中可以看出，粒徑較大（20目、40目復(fù)配）、兩種磨料粒徑相差較小時，復(fù)合樹脂砂漿的抗壓強度、拉伸強度、彎曲強度較低。當(dāng)磨料粒徑較小、兩種磨料粒徑相差較大時，復(fù)合樹脂砂漿的各項性能較好，當(dāng)40目與80目磨料1：1復(fù)配后，砂漿的力學(xué)性能最優(yōu)，抗壓強度達到89.61 MPa，拉伸強度達到16.09 MPa，抗折強度為21.49 MPa。究其原因，可能是粒徑較大時，磨料之間存在較多空隙，在受到外力作用時，這些空隙成為了影響性能的缺陷；粒徑較小或者兩種磨料粒徑差別大時，不同磨料之間較為致密，可以相互填充，避免產(chǎn)生較大空隙，在受到外力作用時能夠相互支撐而有利于砂漿力學(xué)性能的提高[4,5]，如S-1、S-5砂漿試塊斷面掃描電鏡圖片所示。

表1 不同粒徑金剛砂配比對復(fù)合樹脂砂漿力學(xué)性能的影響

圖1 復(fù)合樹脂砂漿S-1、S-5試塊斷面掃描電鏡照片

3.2 砂膠配比對復(fù)合樹脂砂漿力學(xué)性能的影響

從表2可以看出，隨著膠砂比的減小，耐磨環(huán)氧砂漿的各項性能較優(yōu)。當(dāng)膠砂比為1：5時，砂漿的抗壓強度、拉伸強度、抗折強度分別為100.20 MPa、17.20 MPa、21.58 MPa。當(dāng)用膠量較大時，環(huán)氧樹脂能夠更為充分地將磨料浸潤包裹，固化后能夠形成更為完善的環(huán)氧交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)[6]，試樣在拉力或者壓力作用時，能夠較好的吸收外力，使材料具有較好的性能。綜合考慮材料性能及經(jīng)濟性，可采用膠砂配比1：6或者1：7的配方制作復(fù)合樹脂砂漿，該配方有較好的力學(xué)性能，成本又相對較低，具有較高的性價比。

表2 砂膠配比對復(fù)合樹脂砂漿力學(xué)性能的影響

3.3 密實度對復(fù)合樹脂砂漿力學(xué)性能的影響

復(fù)合樹脂砂漿施工中主要采用人工涂抹，不同的施工環(huán)境下制備出的復(fù)合樹脂砂漿涂層性能也不盡相同，其中密實度對涂層的影響較大。如表3所示，當(dāng)復(fù)合樹脂砂漿涂層制備過程中壓緊、密實時，其性能明顯高于不密實涂層的性能，抗壓強度為不密實涂層的1.56倍，拉伸強度為不密實涂層的1.40倍，抗折強度是不密實涂層的1.34倍。密實度對涂層的性能影響較大，在制備過程中應(yīng)著重關(guān)注。

表3 密實度對復(fù)合樹脂砂漿力學(xué)性能的影響

3.4 復(fù)合樹脂砂漿在蝸殼耐磨防護中應(yīng)用

通過檢測復(fù)合樹脂砂漿的力學(xué)性能，選定性能較優(yōu)的配方在水輪機蝸殼耐磨防護中進行應(yīng)用。由于高速含沙水流沖蝕作用，水輪機蝸殼遭受著磨蝕破壞，通過涂抹復(fù)合樹脂砂漿對蝸殼表面進行防護，利用復(fù)合樹脂砂漿優(yōu)異的耐磨性能保護蝸殼不被破壞，經(jīng)過實際運行，如圖2所示，復(fù)合樹脂砂漿涂層表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，經(jīng)受住了高速含沙水流的沖蝕，起到了對水力機械過流面的耐磨防護作用，取得了良好的應(yīng)用效果。

圖2 復(fù)合樹脂砂漿涂層在水輪機蝸殼中的應(yīng)用

4 結(jié)論

通過檢測不同配方的復(fù)合樹脂砂漿力學(xué)性能，優(yōu)選出力學(xué)性能優(yōu)異的配方組合，其中當(dāng)金剛砂40目、80目復(fù)配，膠砂比為1：6，密實性好的復(fù)合樹脂砂漿涂層的性能最優(yōu)。利用該復(fù)合樹脂砂漿涂層對水輪機蝸殼進行防護，使用5年后，涂層完好，起到了良好的保護作用，取得了優(yōu)異的抗磨蝕效果。

[1]李貴勛,張雷,鄭軍,等.磨蝕防護技術(shù)在水力機械的應(yīng)用研究[J].水電站機電技術(shù),2017,40(05):21-23.

[2]林家洋.水口電廠轉(zhuǎn)輪室開裂分析及修復(fù)工藝[J].水電站機電技術(shù),2008(05):47-48.

[3]張雷,張健峰,趙振杰,等.三門峽水庫泄水建筑物磨蝕修復(fù)試驗研究[J].人民黃河,2017,39(01):110-112，120.

[4]趙宏,鄧安仲,陳靜波,等.填料和稀釋劑對環(huán)氧樹脂砂漿性能的影響研究[J].材料導(dǎo)報,2015,29(S2):559-564.

[5]李新玲,鄒先杰,劉道斌,等.銅尾礦河砂對機制砂砂漿性能的改善研究[J].混凝土,2014(07):118-121.

[6]張旋,顏悅,郎建林,等.有機硅耐磨涂層固化過程[J].實驗室研究與探索,2016,35(06):21-24，61.