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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文章側重點在于對和水工建筑物混凝土抗氣蝕耐磨材料的工藝、混凝土結構沖蝕磨損實例進行介紹，對抗氣蝕耐磨材料的具體應用進行詳細闡述。希望本文論述的內容，在優化水工建筑物抗氣蝕耐磨的規劃與施工質量方面有所幫助。

水工建筑物；抗氣蝕耐磨材料；施工工藝；具體應用

1 引言

帶有砂石的水流對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踐中積極摸索處理上述問題的方法。現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。

2 金屬護面材料與施工工藝

鋼板保護混凝土在國際水工建筑物施工進程中擁有較高的應用頻率。國內十三屆國際大壩會議認為其是最為優質的抗氣蝕護面材料。基于水流等因素存在差異性，造成氣蝕現象成因是繁雜化等實況，所以可以推測的其抗氣蝕效果存在差異性這一結論。最具有典型的實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，歷經數月以后其再次運行，水流速度大于41m/s，布設在閘孔位置處25.4mm厚鋼板被腐蝕穿透，混凝土結構腐蝕深度為20.3cm，曾用他類材料對其施以整修補救對策，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良的。

若僅應用單片鋼板對氣蝕區域施以襯護對策，就會加大鋼板被扯去現象出現的概率。例如國內響洪甸水庫，基于應急渡汛這一現實需求，借用鋼板襯護門槽下游區域，同時將鉛物質灌注在鋼板與混凝土中間旨在達到錨固目標，經歷不足4d泄洪后對水庫構造進行檢查，發現數根錨筋出現松動問題，甚至被折斷，鋼板處于架空的模式中。國內眾多科技人員認為，為了確保單頁鋼板作護面材料實效性在水工建筑物中的實效性充分發揮出來，處理好新舊混凝土結構整合問題是極為有效的對策。

國內部分高速水流泄水建筑物表面應用鑄鋼、球墨鑄鐵、鋼管等建材，在抵抗氣蝕方面上發揮顯著的作用。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出來：一是價格較為昂貴；二是容易產生疲勞而折斷；三是鋼板和混凝土銜接效果不佳。

3 環氧聚合物護面材料與施工工藝

環氧樹脂為一類高分子材料，20世紀60年代在土建工程施工進程中初步被應用，在處理他類材料缺陷環節上體現出巨大的優越性，其最大的優勢體現在初期強度高方面，具相關資料記載其抗拉強度為混凝土10倍有余，抗磨、抗氣蝕性能均處于較高層次上，在應用年限上也長于普通混凝土。

利用環氧樹脂作為抗氣蝕護面材料在水工建筑物中的應用，觀點不一。參與十三屆大壩會議的部分人員認為該材料在穩定性方面缺乏持久性，外界溫度些微的變動材料的性能將會受到很大的影響[1]。例如環氧樹脂應用在德沃夏克壩泄洪道2號出水口的氣蝕區域以后，其破損程度并沒有得到顯著的改善，后續修補工作又用了他類新型材料與工藝。國內磨子潭泄洪隧洞應用環氧樹脂作為護面材料，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，例如護面材料與母體材料銜接效果不佳，在環境溫度、時間等多樣化因素的共同作用下使護面材料出現老化問題。為了強化環氧樹脂在水工建筑物中應用的效果，最好選擇被浸泡1～2年之久的材料，以此途徑對其性能有整體性把控。此外不同的環氧種類有不同的應用領域，例如油漆涂層適用于溢洪道、隧洞、溢洪道尾水槽；而粘結劑涂層適應于渡槽、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。當下國內外對鋼纖維使用率較高，同時對其開展深入研究，所取得的效果是極為可觀的。

在上個世紀初期，與鋼纖維增強混凝土研究的文獻資料在美國被發表。20世紀中葉，美國Romualdi等人發表了與鋼纖維可以制約混凝土結構裂痕的系列性研究成果，為鋼纖維混凝土的深度應用注入活力。70年代初期，這一材料在公路路面、飛機跑道建設、大壩整修以及隧洞襯砌等領域得到初步應用。實踐

結果已經證實，將混凝土與鋼纖維混合，在強化建筑體抵御彎曲能力、伸展性與柔韌性，優化耐沖擊和抗凍融性能等方面發揮巨大作用。在20世紀70年代以后，與鋼纖維混凝土性能相關研究工作在國內陸續開展，其基本在國防或有特殊需求工程建設環節中有所應用。

對鋼纖維混凝土應力應變試驗圖進行解析，發現其應力應變性質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。現階段，鋼纖維混凝土在水工建筑物修整環節上具有較高的應用頻率，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，挑流坎表皮氣蝕現象嚴重化，其最初應用在普通混凝土上層澆筑上46cm厚的纖維棍凝土復蓋保護層(見圖1，2)。歷經兩個冬春放大流量水后，潛水工對建筑物水下結構進行檢查，沒有發現結構出現沖刷、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，也應用了鋼纖維混凝土去抵抗高速水流的腐蝕與沖刷現象，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 結束語

總之，抗氣蝕耐磨材料在水工建筑物修補進程中的應用，在強化建筑體強度，柔韌性等方面發揮顯著的作用。其實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，咬喃聚合物護面材料、氟塑料的應用所取得的效果也是極為可觀的。這項探索工作應該不斷運行。

[1]張瑞珠,李靜瑞,嚴大考,,趙元元.水泵葉輪表面電火花熔覆WC-8Co耐磨涂層的機械性能研究(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.