新型抗沖耐磨材料的研究

 隨著西電東送發(fā)展戰(zhàn)略的實施，我國要興建一批大型高水頭電站，其泄水建筑物泄流流速均達(dá)40～50m/s，對抗沖磨混凝土和過流面抗沖耐磨防護(hù)材料的性能提出了更高的要求，促進(jìn)了水工抗沖耐磨材料的發(fā)展。本文介紹了近年來在新型高抗沖磨材料研究方面取得的進(jìn)展，主要內(nèi)容包括：多元膠凝粉體新型抗沖磨混凝土的開發(fā)研究；降低高強(qiáng)抗沖磨混凝土體積收縮的技術(shù)措施研究；“海島結(jié)構(gòu)”環(huán)氧樹脂合金抗沖磨防護(hù)材料的開發(fā)研究；聚脲高抗沖耐磨防護(hù)材料和噴涂技術(shù)研究；圓環(huán)高速含沙水流沖刷試驗儀的研制等。

    含沙高速水流對水工建筑物過流面混凝土的沖磨破壞是水電工程建設(shè)和運行中的疑難問題。高速含沙水流對水工混凝土建筑物過流面的沖刷磨損、空蝕作用會導(dǎo)致表層混凝土大面積剝蝕，嚴(yán)重的則引發(fā)災(zāi)難性事故發(fā)生，因此歷來備受重視。我國從60年代就開始進(jìn)行抗沖磨材料的應(yīng)用研究，主體思路是通過提高抗壓強(qiáng)度來提高過流面混凝土的抗沖磨性能，同時加強(qiáng)對過流面混凝土的防護(hù)并及時對薄層沖磨破壞進(jìn)行修補(bǔ)。隨著材料科學(xué)的發(fā)展和進(jìn)步，抗沖磨混凝土的抗壓強(qiáng)度逐漸由早期的C25提高到C50～C70，以硅粉混凝土或改性的硅粉混凝土為主的抗沖磨混凝土得到普遍應(yīng)用；薄層抗沖磨防護(hù)材料和薄層沖磨破壞修補(bǔ)材料則以改性的環(huán)氧砂漿為主，如低粘度環(huán)氧砂漿、低溫潮濕固化環(huán)氧砂漿、彈性環(huán)氧砂漿等；以環(huán)氧樹脂改性為主的抗沖磨防護(hù)涂料，如用增韌組分和互穿網(wǎng)絡(luò)技術(shù)改性的柔性環(huán)氧抗沖磨涂料，開始在工程中獲得應(yīng)用。

    進(jìn)入二十一世紀(jì)，隨著西部大開發(fā)和西電東送發(fā)展戰(zhàn)略的實施，我國要興建一批大型高水頭電站，如小灣、龍灘、拉西瓦、構(gòu)皮灘、溪落度、向家壩、錦屏、白鶴灘、糯扎渡等，其泄水建筑物泄流流速均達(dá)40～50m/s，對抗沖磨材料的抗裂性、抗沖磨能力和快速易施工性（特別是對防護(hù)和修補(bǔ)材料）等均提出了更高的要求。目前在我國水電工程中普遍應(yīng)用的微硅粉系列抗沖耐磨混凝土、改性環(huán)氧樹脂砂漿和防護(hù)涂料無疑均具有較好的抗沖耐磨能力，這已被大量的室內(nèi)試驗研究和工程應(yīng)用所證明，但由于選用原材料、組成配方和技術(shù)路線的限制，使其在工程施工和應(yīng)用中也暴露出自身難于克服的種種弱點。微硅粉系列抗沖磨混凝土早期強(qiáng)度發(fā)展過快，中后期強(qiáng)度增長微小，水化熱集中釋放，干縮和自干燥收縮大，極易發(fā)生裂縫；改性環(huán)氧類抗沖耐磨砂漿和防護(hù)涂料仍含有較多易揮發(fā)性溶劑組分，在潮濕和有水環(huán)境下的易施工性沒有得到顯著改善，柔韌性仍顯不足，容易空鼓、開裂和成片剝落。針對當(dāng)前抗沖耐磨材料在工程應(yīng)用中存在的遺留問題，結(jié)合西部大開發(fā)，實現(xiàn)西電東送，興建大型高水頭電站對高抗沖耐磨材料的需求，在國電公司科技項目的資助下，及時展開了“高速水流下新型高抗沖耐磨材料的開發(fā)及應(yīng)用”研究，充分利用現(xiàn)代材料科學(xué)發(fā)展的新成果和新技術(shù)，采用全新技術(shù)思路，開發(fā)新一代的高性能高抗沖磨材料，以滿足當(dāng)前及今后興建高壩大庫對高性能抗沖耐磨材料的需求。