復合樹脂砂漿性能及在蝸殼耐磨防護中的應用

柳海鵬

（新疆烏魯瓦提水利樞紐管理局，新疆 和田 848000）

1 前言

環氧樹脂由于其良好的力學性能、耐化學性能及耐腐蝕性能，其及其復合材料廣泛應用于航空、汽車、水利等領域，水利行業主要用在防腐、耐磨等方面，如耐磨環氧砂漿。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，每年需要投入相當的人力和物力對其進行維修和防護，個別破壞嚴重的地方，可能對電站、大壩安全運行造成威脅[1]。環氧樹脂配合高耐磨磨料制備出耐磨環氧砂漿，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合樹脂砂漿力學性能的影響，并將該復合樹脂砂漿[3]在電站水輪機蝸殼耐磨防護中進行了應用，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），具體配方為環氧：固化劑：金剛砂=100:20:700。

不同砂膠比試樣制備：固定環氧與固化劑配比（100:20）、金剛砂級配（40:80=1:1），改變環氧與金剛砂配比，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：參照環氧砂漿技術規程DL/T5193-2004進行測試。

斷面形態觀察：復合樹脂砂漿試塊經過抗壓試驗后，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 結果與討論

3.1 金剛砂級配對復合樹脂砂漿力學性能的影響

從表1中可以看出，粒徑較大（20目、40目復配）、兩種磨料粒徑相差較小時，復合樹脂砂漿的抗壓強度、拉伸強度、彎曲強度較低。當磨料粒徑較小、兩種磨料粒徑相差較大時，復合樹脂砂漿的各項性能較好，當40目與80目磨料1：1復配后，砂漿的力學性能最優，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合樹脂砂漿力學性能的影響

圖1 復合樹脂砂漿S-1、S-5試塊斷面掃描電鏡照片

3.2 砂膠配比對復合樹脂砂漿力學性能的影響

從表2可以看出，隨著膠砂比的減小，耐磨環氧砂漿的各項性能較優。當膠砂比為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。當用膠量較大時，環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氧交聯網絡[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濟性，可采用膠砂配比1：6或者1：7的配方制作復合樹脂砂漿，該配方有較好的力學性能，成本又相對較低，具有較高的性價比。

表2 砂膠配比對復合樹脂砂漿力學性能的影響

3.3 密實度對復合樹脂砂漿力學性能的影響

復合樹脂砂漿施工中主要采用人工涂抹，不同的施工環境下制備出的復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，當復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，在制備過程中應著重關注。

表3 密實度對復合樹脂砂漿力學性能的影響

3.4 復合樹脂砂漿在蝸殼耐磨防護中應用

通過檢測復合樹脂砂漿的力學性能，選定性能較優的配方在水輪機蝸殼耐磨防護中進行應用。由于高速含沙水流沖蝕作用，水輪機蝸殼遭受著磨蝕破壞，通過涂抹復合樹脂砂漿對蝸殼表面進行防護，利用復合樹脂砂漿優異的耐磨性能保護蝸殼不被破壞，經過實際運行，如圖2所示，復合樹脂砂漿涂層表現出優異的性能，經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，取得了良好的應用效果。

圖2 復合樹脂砂漿涂層在水輪機蝸殼中的應用

4 結論

通過檢測不同配方的復合樹脂砂漿力學性能，優選出力學性能優異的配方組合，其中當金剛砂40目、80目復配，膠砂比為1：6，密實性好的復合樹脂砂漿涂層的性能最優。利用該復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，取得了優異的抗磨蝕效果。

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

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

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[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.