張 達(dá)，崔同歡，肖承京，陳 亮，汪在芹

(1.長江科學(xué)院a.材料與結(jié)構(gòu)研究所；b.國家大壩安全工程技術(shù)研究中心,武漢 430010；2.華能西藏發(fā)電有限公司,成都 610200；3.三峽地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害與生態(tài)環(huán)境湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心,湖北宜昌 443002)

CW改性環(huán)氧砂漿在西藏地區(qū)抗沖磨防護(hù)中的應(yīng)用

張 達(dá)1a，1b，3，崔同歡2，肖承京1a，1b，3，陳 亮1a，1b，3，汪在芹1b，3

(1.長江科學(xué)院a.材料與結(jié)構(gòu)研究所；b.國家大壩安全工程技術(shù)研究中心,武漢 430010；2.華能西藏發(fā)電有限公司,成都 610200；3.三峽地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害與生態(tài)環(huán)境湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心,湖北宜昌 443002)

針對西藏地區(qū)水工建筑物劣化問題,根據(jù)溢流壩段閘墩部位水流沖磨破壞特性及高海拔地區(qū)強(qiáng)紫外輻射的氣候特點(diǎn),采用2種不同性能的環(huán)氧砂漿對閘墩混凝土缺陷部位進(jìn)行修補(bǔ)及抗沖磨防護(hù),其中深度缺陷修補(bǔ)采用高黏度環(huán)氧砂漿補(bǔ)平,面層防護(hù)采用自主研發(fā)的CW高耐候改性環(huán)氧砂漿,該砂漿適用于強(qiáng)紫外輻照條件下高速過流區(qū)混凝土表面防護(hù)。經(jīng)過蓄水后半年時間的水流沖磨及強(qiáng)輻射考驗(yàn),表明改性環(huán)氧砂漿對閘墩混凝土抗沖磨及耐久性防護(hù)具有良好效果。

閘墩；抗沖磨；環(huán)氧砂漿；耐候性；CW810

2015,32(11):102-104

1 研究背景

大壩溢流壩段混凝土是高速水流沖刷較嚴(yán)重的部位,局部表面缺陷會因水流沖刷淘洗而誘發(fā)混凝土的大面積剝落和深度掏空,將嚴(yán)重威脅大壩結(jié)構(gòu)安全[1]。為提高溢流壩段混凝土的耐久性和抗沖磨性,有必要對閘墩混凝土缺陷進(jìn)行精細(xì)化處理,對于混凝土澆筑中形成的疏松、蜂窩、麻面、錯臺、層間結(jié)合薄弱等缺陷以及不平整表面,必須進(jìn)行鑿除、填補(bǔ)和平整化處理,降低表面粗糙度,提高過流效率和減少過流磨損,以提高過流面混凝土服役年限[2]。

環(huán)氧砂漿類材料具有強(qiáng)度高、耐磨、與混凝土粘接性能良好等優(yōu)點(diǎn),是混凝土缺陷修補(bǔ)與防護(hù)的常用材料[3-6]。然而普通環(huán)氧樹脂在紫外光照射條件下會發(fā)生老化變色,性能顯著下降。針對西藏地區(qū)強(qiáng)紫外輻射及大壩泄水部位混凝土的服役工況,長江水利委員會長江科學(xué)院自主研發(fā)了高耐候性的環(huán)氧樹脂系列修補(bǔ)材料,相比于常規(guī)環(huán)氧樹脂材料具有耐黃變、耐粉化和高強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn),更適用于強(qiáng)紫外輻照條件下高速過流區(qū)混凝土抗沖磨防護(hù)處理,且該涂層可根據(jù)需要調(diào)色,修補(bǔ)層外觀與壩體混凝土一致,使壩體美觀。

2 缺陷處理材料及其性能

普通環(huán)氧砂漿通常以雙酚A環(huán)氧樹脂為主要成分,固化劑采用一般改性胺,抗紫外輻射能力較差,在紫外光輻射作用下會加速老化,發(fā)生變色、粉化等現(xiàn)象,不能長期應(yīng)用于室外環(huán)境。CW810高耐候改性環(huán)氧砂漿以氫化雙酚A環(huán)氧樹脂為主要成分,固化劑采用脂環(huán)族胺,能顯著提高環(huán)氧類材料的耐紫外和抗老化性能。

根據(jù)溢流壩段閘墩混凝土缺陷類型,選用2種環(huán)氧砂漿材料進(jìn)行處理,分別為高黏度環(huán)氧砂漿和CW810高耐候環(huán)氧砂漿。高黏度環(huán)氧砂漿主要用于填補(bǔ)大的坑洞及深度較大的鑿毛面,使用配套的環(huán)氧基液打底,以提高砂漿與混凝土間的粘接性能。高黏度環(huán)氧砂漿每次可施工厚度較大,填補(bǔ)施工工效高,但由于該環(huán)氧材料耐候性能較差,在短時間太陽光照射下即變黃,因此,必須在其表面覆蓋耐候性保護(hù)層。CW810高耐候環(huán)氧砂漿具有優(yōu)異的抗輻射穩(wěn)定性,且黏度相對較低,可薄層施工,適用于表面防護(hù)及淺層區(qū)域缺陷修補(bǔ)。2種環(huán)氧砂漿材料的性能見表1和表2。

表1 高黏度環(huán)氧砂漿性能指標(biāo)Table 1 Performance indexes of high viscosity epoxy mortar

表2 CW810高耐候環(huán)氧砂漿性能指標(biāo)Table 2 Performance indexes of CW810 epoxy mortar with high weather resistance

3 材料的配制

填補(bǔ)用高黏度環(huán)氧砂漿配制包括打底基液和砂漿配制,基液配制方法為:將環(huán)氧主劑和固化劑按2∶1稱量,攪拌均勻,根據(jù)填補(bǔ)區(qū)域面積確定材料配量為2 kg/m2,使用時間控制在1 h以內(nèi)。高黏度環(huán)氧砂漿配置方法為:將預(yù)拌環(huán)氧主劑的金剛砂和固化劑按質(zhì)量比15∶1稱量,把金剛砂堆成環(huán)形,中間倒入稱好的固化劑,人工揉搓拌制均勻,使所有沙粒表面由透明色轉(zhuǎn)變成乳白色,配制完成后,可操作時間約45 min。

CW810高耐候環(huán)氧砂漿的主劑和固化劑按10∶3稱量,加入一定比例調(diào)色顏料粉劑,攪拌均勻,可操作時間約45 min。

4 施工工藝

4.1 基面處理

為提高混凝土界面強(qiáng)度并確保修補(bǔ)材料與混凝土基面粘接良好,應(yīng)對基面進(jìn)行處理,根據(jù)混凝土缺陷種類(見圖1)的不同,基面處理工藝也有所不同,具體如下:

(1)混凝土表面沙眼、麻面處理。對混凝土表面沙眼和麻面處,首先用角磨機(jī)打磨缺陷處,然后用清水沖洗干凈,待表面干燥后進(jìn)行修補(bǔ)。

(2)混凝土層間縫(圖1(a))缺陷處理。對混凝土層間縫,首先在接縫處刻槽,鑿除縫周邊質(zhì)量不佳的混凝土,用角磨機(jī)打磨錯臺和突起,然后用清水沖洗,待表面干燥后開始修補(bǔ)。

(3)表面蜂窩和疏松(圖1(b))混凝土處理。先鑿除疏松混凝土,用角磨機(jī)打磨表面浮漿及突起,為保證修補(bǔ)后美觀,蜂窩處鑿成規(guī)則的形狀,然后用清水沖洗,待表面干燥后開始修補(bǔ)。

(4)混凝土表面鑿毛面(圖1(c))處理。依據(jù)實(shí)際情況對混凝土鑿毛處進(jìn)行二次鑿毛,用角磨機(jī)打磨鑿毛區(qū)域及周邊,然后用清水沖洗,待表面干燥后開始修補(bǔ)。

(5)混凝土缺陷簡易修補(bǔ)位置(圖1(d))處理。先鑿除簡易修補(bǔ)層(水泥砂漿),打磨清理縫面,并按上述要求處理存在的蜂窩、麻面、疏松、錯臺等缺陷,清洗干燥后進(jìn)行修補(bǔ)。

圖1 閘墩混凝土缺陷種類Fig.1 Defect types of concrete in the piers

4.2 環(huán)氧砂漿修補(bǔ)

基面處理后進(jìn)行環(huán)氧砂漿修補(bǔ),根據(jù)缺陷深度的不同,采用不同的修補(bǔ)工藝,具體如下:

(1)對于混凝土表面鑿毛、刻槽等深度較大的缺陷處,首先在凹坑處涂刷環(huán)氧基液,然后用高黏度環(huán)氧砂漿填補(bǔ)凹坑,每次填補(bǔ)厚度不超過2.0 cm。在凹坑深度較大的部位,需要進(jìn)行多次填補(bǔ),每次待填補(bǔ)的高黏度環(huán)氧砂漿表面硬化后,在其表面再涂刷環(huán)氧基液,然后進(jìn)行二次填補(bǔ),直至與周邊混凝土表面大致平齊。最后在填補(bǔ)的環(huán)氧砂漿表面刮涂CW810高強(qiáng)度耐候環(huán)氧砂漿。

(2)對于混凝土表面直接打磨處理且深度不大的部位,直接刮涂高強(qiáng)度耐候環(huán)氧砂漿。

4.3 涂層養(yǎng)護(hù)

面涂施工完成后一般不做特殊養(yǎng)護(hù),確保在固化時間內(nèi)(3～4 h)不遇雨雪天氣。在吊籃升降、施工平臺拆除等工序中要注意避免鋼筋端頭、踏板角等尖銳部位直接碰撞涂層。施工完成后需及時清理施工現(xiàn)場,避免因施工過程中撒落的雜物擠壓、磕碰而造成涂層破損。

通過以上工藝控制,對藏木水電站大壩溢流壩段閘墩混凝土進(jìn)行缺陷處理和抗沖磨防護(hù)應(yīng)用,處理區(qū)域面積約6 000 m2,現(xiàn)場部分區(qū)域如圖2所示。

圖2 藏木水電站閘墩混凝土處理后典型效果圖Fig.2 Typical treatment effects of sluice pier's concrete in Zangmu hydropower station

5 結(jié) 語

結(jié)合西藏地區(qū)高海拔強(qiáng)紫外輻射的氣候特點(diǎn)和以往使用抗沖磨修補(bǔ)防護(hù)材料的經(jīng)驗(yàn),采用2種不同類型環(huán)氧砂漿對藏木水電站3#—8#壩段閘墩部位混凝土缺陷進(jìn)行修補(bǔ)與抗沖磨防護(hù)。其中高黏度環(huán)氧砂漿具有較好的粘接性和抗流掛性,適宜于閘墩大深度缺陷填補(bǔ),表面批刮使用CW810高耐候改性環(huán)氧砂漿,在西藏地區(qū)強(qiáng)輻射條件下具有較好的防護(hù)作用。經(jīng)半年時間的運(yùn)行檢驗(yàn),該改性環(huán)氧砂漿的應(yīng)用對閘墩部位的抗沖磨補(bǔ)強(qiáng)加固具有良好效果,可為類似水工建筑物的抗沖磨防護(hù)提供借鑒參考。

[1]黃國興,陳改新.水工混凝土建筑物修補(bǔ)技術(shù)及應(yīng)用[M].北京:中國水利水電出版社,2002.(HUANG Guo-xing,CHEN Gai-xin.Building Repair Technology and Its Application in Hydraulic Concrete[M].Beijing:China Water Power Press,2002.(in Chinese))

[2]陳 亮,韓 煒,李 珍,等.聚脲基壩面保護(hù)材料的制備及其施工工藝研究[J].長江科學(xué)院院報,2011, 28(3):63-71.(CHEN Liang,HAN Wei,LI Zhen,et al.Preparation of Polyurea-dam Protection Materials and Their Construction Technology[J].Journal of Yangtze River Scientific Research Institute,2011,28(3):63-71. (in Chinese))

[3]萬雄衛(wèi),李北星.JME改性環(huán)氧砂漿抗沖磨修補(bǔ)材料的研究與應(yīng)用[J].施工技術(shù),2007,36(5):94-96.(WAN Xiong-wei,LI Bei-xing.Research and Application of Modified JME Epoxy Mortar Erosion and Abrasion Resistant Materials[J].Construction Technology,2007,36(5):94-96.(in Chinese))

[4]梁利巖,胡德焯,史 珺.YDS高抗沖磨環(huán)氧砂漿的研究與應(yīng)用[J].廣州化學(xué),2014,(1):68-71.(LIANG Liyan,HU De-zhuo,SHI Jun.High Impact Research and Application of YDS Epoxy Resin Mortar Grinding[J]. Guangzhou Chemistry,2014,(1):68-71.(in Chinese))

[5]張 濤,徐尚治.新型環(huán)氧樹脂砂漿在水電工程中的應(yīng)用[J].熱固性樹脂,2001,16(6):26-34.(ZHANG Tao, XU Shang-zhi.Application of Epoxy Resin Mortar in Hydropower Project[J].Thermosetting Resin,2001,16(6): 26-34.(in Chinese))

[6]孟慶森,劉俊玲.環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料抗沖蝕磨損特性研究[J].材料科學(xué)與工藝,1999,7(2):82-86.(MENG Qing-sen,LIU Jun-ling.Erosion Wear Properties of Epoxy Resin Composites[J].Materials Science and Technology, 1999,7(2):82-86.(in Chinese))

(編輯:曾小漢)

The Application of CW Epoxy Mortars for Anti-abrasion of Pier in Tibet Area

ZHANG Da1,2,4,CUI Tong-huan3,XIAO Cheng-jing1,2,4,CHEN Liang1,2,4,WANG Zai-qin1,2,4
(1.Material and Engineering Structure Department,Changjiang River Scientific Research Institute,Wuhan 430010,China；2.National Engineering Technology Research Center of Dam Safety,Changjiang River Scientific Research Institute,Wuhan 430010,China；3.Huaneng Tibet Power Generation Co.,Ltd.,Chengdu 610200,China；4.Collaborative Innovation Center for Geo-hazards and Eco-Environment in Three Gorges Area, Yichang 443002,China)

According to the deterioration of hydraulic structures and the high radiation feature in Tibet area,two different epoxy mortars for anti-abrasion protection were used.One was high viscosity epoxy mortar,and the other was CW epoxy mortar with high weather resistance.The two materials were applied to deal with concrete defects of pier, located in Zangmu Hydropower Station.High viscosity epoxy mortar was used to repair inner defects,and the CW epoxy mortar was used as the surface layer,which was suitable in areas with the strong ultraviolet radiation under the condition of high speed water flow.After the impoundment,mortars successfully endured water erosion and high radiation of half a year.Results show that the material system and technology can well improve performances such as abrasion and durability of concrete of piers in hydraulic projects.

pier；anti-abrasion；epoxy mortar；weather resistance；CW810

TV46

A

1001-5485(2015)11-0102-03

10.11988/ckyyb.20140340

2015-04-22；

2015-05-04

水利部公益性行業(yè)專項(xiàng)“西部高寒地區(qū)水利工程劣化防護(hù)措施研究”(201301023)

張 達(dá)(1986-),男,湖北隨州人,工程師,博士,從事水工新材料研究,(電話)13545905572(電子信箱)zhangda@mail.crsri.cn。