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(shí)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(duì)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(yàn)儀的研制等。

    含沙高速水流對(duì)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(yùn)行中的疑難問題。高速含沙水流對(duì)水工混凝土建筑物過流面的沖刷磨損、空蝕作用會(huì)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(shí)加強(qiáng)對(duì)過流面混凝土的防護(hù)并及時(shí)對(duì)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(shí)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(duì)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(duì)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(yàn)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(diǎn)。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(duì)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(shí)現(xiàn)西電東送，興建大型高水頭電站對(duì)高抗沖耐磨材料的需求，在國電公司科技項(xiàng)目的資助下，及時(shí)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(duì)高性能抗沖耐磨材料的需求。