水利水電工程泄水建筑物抗沖磨保護(hù)技術(shù)研究

朱晴

摘 要：水利水電工程泄水建筑物抗沖磨保護(hù)和空蝕破壞是水工泄水建筑物中常見(jiàn)的現(xiàn)象之一。流動(dòng)的沙石對(duì)于大壩底部或側(cè)面混凝土的沖刷力十分強(qiáng)大，一般大壩的建造會(huì)通過(guò)對(duì)抗沖擊材料不同的選擇來(lái)保護(hù)建筑物混凝土破壞，本文闡述了水泥砂漿、水泥粉煤灰漿、環(huán)氧膠泥、環(huán)氧涂料在過(guò)水建筑物大壩中抗沖磨的保護(hù)技術(shù)研究的成功運(yùn)用。此應(yīng)用對(duì)泄水建筑物的沙礫磨損起到了很好的保護(hù)和修復(fù)作用。

關(guān)鍵詞：過(guò)水建筑物；抗沖磨保護(hù)；泄水；沖磨蝕；環(huán)氧涂料

1 沖蝕破壞的特點(diǎn)

1.1 推移質(zhì)磨損破壞

推移質(zhì)破壞之中破壞能量最大的是跳躍式?jīng)_擊，所以要選用硬度較大的材料，因?yàn)樾顾^(guò)程中破壞有很多方式，沙粒隨著水流的摩擦除了滾動(dòng)摩擦和滑動(dòng)摩擦之外，還有跳躍式?jīng)_擊。過(guò)流面高峰期磨損程度會(huì)相當(dāng)大，建筑物遭到泄水沖擊后混凝土表面會(huì)大大受損，短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)凹凸不平的溝壑。由此可見(jiàn)，材料的韌性及其重要，三門(mén)峽工程的觀測(cè)資料表明，韌度是決定建筑設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)并且抵抗沖擊力破壞能力的主要因素。無(wú)論是三峽還是大壩中，高流速泄水通過(guò)建筑物所涉及的混凝土必須采取抗沖磨強(qiáng)度高的材料護(hù)面。

1.2 空蝕破壞

工程實(shí)踐和研究結(jié)果表明，水利水電工程泄水建筑物抗沖擊保護(hù)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中大壩中高速泄下的水流沖擊混凝土?xí)r對(duì)其很少有破壞作用，顯然易見(jiàn)，對(duì)混凝土造成破壞的原因另有其說(shuō)，由于消耗能量摻氣不良、混凝土表面不平整、建筑工程質(zhì)量差等，大壩的建筑物局部會(huì)產(chǎn)生負(fù)壓，在混凝土表面形成剝蝕來(lái)看，這種剝蝕類(lèi)似于爆炸產(chǎn)生的，因此材料的硬度十分重要是總體上決定結(jié)構(gòu)抗空蝕強(qiáng)度的主要因素，為了防止空蝕破壞建筑物要加強(qiáng)施工質(zhì)量和實(shí)際材料的選擇。

1.3 懸移沖磨破壞

一般來(lái)說(shuō)，細(xì)粒徑沙石的懸移質(zhì)泥沙在水流過(guò)程中沖刷建筑物的角度都比較小，幅度大概在五度-十五度之間，不會(huì)太大。沙粒隨著水流的運(yùn)動(dòng)被動(dòng)的與混凝土表面進(jìn)行摩擦，據(jù)觀察會(huì)在水利水電工程泄水建筑物中會(huì)造成混凝土表面均勻的磨損情況。所以建筑物材料要選用硬度較高的材質(zhì)，鋼材不宜選擇用。經(jīng)過(guò)懸移沖刷破壞之后的混凝土表面溝渠較少、相對(duì)平整，另外沒(méi)有混凝土表面的材料保護(hù)層建筑物表面就會(huì)表現(xiàn)的比較粗糙不平。再次證明了決定結(jié)構(gòu)抗沖磨強(qiáng)度大小的主要因素是材料的硬度。

2 抗沖磨材料的選用

2.1 選材要求

水利水電工程泄水建筑物抗性材料的選用要從多方面進(jìn)行考慮，主要考慮的因素有以下幾個(gè)方面：（1）高速水流的介質(zhì)材料的耐久性是建筑物經(jīng)久不衰的重要性能；（2）現(xiàn)場(chǎng)施工性要有一定效率；（3）相容性材料和混凝土要息息相容；（4）經(jīng)濟(jì)性以及環(huán)保型是新材料的重點(diǎn)考慮；（5）沖打和腐蝕破壞修復(fù)。

首先來(lái)說(shuō)，較高的強(qiáng)度可以提高大壩泄水對(duì)混凝土的抗沖磨性能，對(duì)性能的要求是要選擇材料與混凝土較高的粘接強(qiáng)度，最好是與混凝土相容并且不易于混凝土分離的材料。其次要看施工情況，施工情況要根據(jù)建筑物的具體情況來(lái)進(jìn)行，工序完整的條件有利于保證施工質(zhì)量。

材料性能的選擇一般有以下三個(gè)：

耐久性：選用的材料要絕緣性強(qiáng)，不能容易發(fā)生化學(xué)變化，而且還應(yīng)該不易被侵蝕破壞，在使用過(guò)程中和環(huán)境中要性能穩(wěn)定。

相容性：混凝土要和材料相容，柔韌性和抗沖擊性能完好、彈性模量低、線性熱膨脹系數(shù)與混凝土基本一致，需要有強(qiáng)大的適應(yīng)能力來(lái)適應(yīng)外力或者溫度以免引起建筑物的變形。

環(huán)保性：現(xiàn)代化的建筑過(guò)程中越來(lái)越重視環(huán)保材料的應(yīng)用，如果環(huán)保性能好的話，工人在施工過(guò)程中就會(huì)很少造成對(duì)人體健康的危害，固化之后的材料不會(huì)對(duì)水質(zhì)產(chǎn)生影響造成水污染。

2.2 抗沖磨的材料選擇

水利水電工程建筑物修補(bǔ)和泄水抗沖蝕保護(hù)工程中，對(duì)過(guò)水建筑物沖磨破壞腐蝕的修復(fù)頻率是所有問(wèn)題中最高的一項(xiàng)。多少年以來(lái)，總結(jié)研究發(fā)現(xiàn)，修復(fù)技術(shù)在和傳統(tǒng)修復(fù)技術(shù)研究上已經(jīng)得到了很大的進(jìn)展。因?yàn)楦咚偎鲗?duì)建筑物的破壞程度不同，需要選擇不同的抗沖打材料修復(fù)。

2.3 環(huán)氧砂漿、環(huán)氧膠泥、環(huán)氧涂料各自的性能特點(diǎn)

環(huán)氧砂漿性能優(yōu)良，施工也比較簡(jiǎn)便，并且屬于無(wú)毒無(wú)污染的產(chǎn)品。環(huán)氧砂漿的復(fù)合性是以改性環(huán)氧樹(shù)脂、新型試劑等新研究出的物質(zhì)，可以根據(jù)特種添加材料進(jìn)而復(fù)合成高性能抗沖磨材料。

環(huán)氧泥膠是以環(huán)氧樹(shù)脂涂料添加精細(xì)石英沙經(jīng)過(guò)人工調(diào)配而成的，易增加抗壓、抗震，提高耐磨性的中間聚合體，性能特點(diǎn)較前者來(lái)說(shuō)是更加良好的觸變性還有一定的自流平性，特點(diǎn)之一也是無(wú)毒無(wú)污染。

環(huán)氧涂料也是一種新型涂料，低粘度、高清潤(rùn)性是其主要特點(diǎn)。環(huán)氧涂料分為耐磨損環(huán)氧涂料和耐水環(huán)氧涂料，能夠侵入混凝土的表面碳化層將混凝土固結(jié)成為一個(gè)整體，不可避免的是，大壩泄水過(guò)程中高速水流會(huì)把混凝土表層滲透的沖擊縫通道堵塞，環(huán)氧涂料的存在具有一定效果可以腐蝕介質(zhì)，這樣一來(lái)建筑物材料就不會(huì)輕易的被腐蝕，而是因此形成堅(jiān)固的防護(hù)屏障。

3 抗沖技術(shù)的保護(hù)施工技術(shù)要點(diǎn)

由上所述的三種材料，處理工藝相互聯(lián)系但是又有所不同。在施工進(jìn)行的時(shí)候要注意以下幾個(gè)方面

（1）抗沖磨技術(shù)保護(hù)層施工成敗的關(guān)鍵就是基面的處理，基面處理必須要確保其潔凈、密實(shí)、干燥，這是抗沖磨技術(shù)保護(hù)層施工技術(shù)實(shí)行的關(guān)鍵點(diǎn)?；嬗袧B水的話，要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行防滲處理，處理得當(dāng)之后確保基面無(wú)滲水、漏水。

（2）環(huán)氧泥膠和環(huán)氧涂料中抗沖磨的施工保護(hù)層厚度有一定的要求，一般厚度為零點(diǎn)五到一點(diǎn)五納米，不能過(guò)于厚也不能過(guò)于薄。因此在基面處理時(shí)就要做出一定規(guī)劃，按照設(shè)計(jì)要求嚴(yán)格休整混凝土表面一定的平整度和材料的厚度，這樣才能準(zhǔn)確的確保抗沖磨保護(hù)層的平整度 。

（3）施工過(guò)程中材料攪拌均勻性也是建筑物抗沖刷材料應(yīng)用的關(guān)鍵點(diǎn)之一，抗沖磨技術(shù)特點(diǎn)中需要根據(jù)材料配合比嚴(yán)格控制拌合比例和攪拌時(shí)間，不同材料需要的攪拌時(shí)間不同，施工過(guò)程中應(yīng)該避免因?yàn)椴牧系臄嚢璨痪斐闪耸┕べ|(zhì)量的不達(dá)標(biāo)，施工之后返工過(guò)程也要花費(fèi)更多的人力、物力、財(cái)力。

（4）最后在建筑物基面打磨時(shí)要特別注意通風(fēng)和除塵問(wèn)題，可以在一定程度上避免施工過(guò)程中粉塵侵入人體而造成身體危害，影響身體健康。

Ne系列環(huán)氧的材料抗沖技術(shù)在效果等方面更有優(yōu)勢(shì)，一種在我國(guó)技術(shù)中較為先進(jìn)的抗沖磨技術(shù)。近年來(lái)，NE系列的抗沖磨的材料運(yùn)用已經(jīng)逐步走上了大眾化，其廣泛應(yīng)用于各類(lèi)大壩、水電站國(guó)內(nèi)外大型水電工程，環(huán)氧材料的應(yīng)用效果也受到了一致好評(píng)，并且在如今廣泛應(yīng)用。

4 結(jié)論

在水利水電工程泄水建筑物抗沖磨保護(hù)技術(shù)中，通過(guò)對(duì)混凝土的沖磨破壞的分析以及抗沖磨材料選擇和工藝研究，可以得出以下結(jié)論。

（1）選擇砂漿、膠泥和環(huán)氧涂料結(jié)合施工技術(shù)應(yīng)用于水利水電工程泄水建筑物過(guò)流面的抗沖、磨、空蝕保護(hù)以及破壞之后的修復(fù)效果是科學(xué)的，而且實(shí)踐表明其技術(shù)也是有效的。

（2）新型環(huán)氧砂漿在水電工程中的運(yùn)用也只有十幾年的時(shí)間，因此來(lái)看技術(shù)創(chuàng)新問(wèn)題的研究還需要更加深入的探索和大膽的實(shí)踐。

（3）材料厚度的標(biāo)準(zhǔn)更是在施工過(guò)程中，抗沖磨保護(hù)層根據(jù)水流介質(zhì)、空氣中物質(zhì)腐蝕、水流流速、混凝土修復(fù)要求來(lái)進(jìn)行對(duì)材料和厚度的選擇。

總之來(lái)說(shuō)，水利水電工程泄水建筑物抗沖磨保護(hù)過(guò)程中，針對(duì)混凝土的結(jié)構(gòu)縫、溝壑等變形比較大的破損部位修復(fù)，其修復(fù)過(guò)程還需要在今后的研究中，通過(guò)材料的不斷創(chuàng)新來(lái)解決破損部位修復(fù)，另外材料的工藝和材料也可以作為混凝土沖磨保護(hù)技術(shù)發(fā)展過(guò)程中一個(gè)新的領(lǐng)域，其發(fā)展前景還有待繼續(xù)探索。

參考文獻(xiàn)：

[1] 黃俊瑋.水利水電工程泄水建筑物抗沖磨保護(hù)技術(shù)研究[J].建筑技術(shù)開(kāi)發(fā)，2017（22）：140～141.

[2] 楊海濤.特級(jí)水利水電工程泄水建筑物邊坡安全判據(jù)研究[D].中國(guó)水利水電科學(xué)研究院，2016.