CW改性环氧砂浆在西藏地区抗冲磨防护中的应用

张 达，崔同欢，肖承京，陈 亮，汪在芹

(1.长江科学院a.材料与结构研究所；b.国家大坝安全工程技术研究中心,武汉 430010；2.华能西藏发电有限公司,成都 610200；3.三峡地区地质灾害与生态环境湖北省协同创新中心,湖北宜昌 443002)

CW改性环氧砂浆在西藏地区抗冲磨防护中的应用

张 达1a，1b，3，崔同欢2，肖承京1a，1b，3，陈 亮1a，1b，3，汪在芹1b，3

(1.长江科学院a.材料与结构研究所；b.国家大坝安全工程技术研究中心,武汉 430010；2.华能西藏发电有限公司,成都 610200；3.三峡地区地质灾害与生态环境湖北省协同创新中心,湖北宜昌 443002)

针对西藏地区水工建筑物劣化问题,根据溢流坝段闸墩部位水流冲磨破坏特性及高海拔地区强紫外辐射的气候特点,采用2种不同性能的环氧砂浆对闸墩混凝土缺陷部位进行修补及抗冲磨防护,其中深度缺陷修补采用高黏度环氧砂浆补平,面层防护采用自主研发的CW高耐候改性环氧砂浆,该砂浆适用于强紫外辐照条件下高速过流区混凝土表面防护。经过蓄水后半年时间的水流冲磨及强辐射考验,表明改性环氧砂浆对闸墩混凝土抗冲磨及耐久性防护具有良好效果。

闸墩；抗冲磨；环氧砂浆；耐候性；CW810

2015,32(11):102-104

1 研究背景

大坝溢流坝段混凝土是高速水流冲刷较严重的部位,局部表面缺陷会因水流冲刷淘洗而诱发混凝土的大面积剥落和深度掏空,将严重威胁大坝结构安全[1]。为提高溢流坝段混凝土的耐久性和抗冲磨性,有必要对闸墩混凝土缺陷进行精细化处理,对于混凝土浇筑中形成的疏松、蜂窝、麻面、错台、层间结合薄弱等缺陷以及不平整表面,必须进行凿除、填补和平整化处理,降低表面粗糙度,提高过流效率和减少过流磨损,以提高过流面混凝土服役年限[2]。

环氧砂浆类材料具有强度高、耐磨、与混凝土粘接性能良好等优点,是混凝土缺陷修补与防护的常用材料[3-6]。然而普通环氧树脂在紫外光照射条件下会发生老化变色,性能显著下降。针对西藏地区强紫外辐射及大坝泄水部位混凝土的服役工况,长江水利委员会长江科学院自主研发了高耐候性的环氧树脂系列修补材料,相比于常规环氧树脂材料具有耐黄变、耐粉化和高强度等优点,更适用于强紫外辐照条件下高速过流区混凝土抗冲磨防护处理,且该涂层可根据需要调色,修补层外观与坝体混凝土一致,使坝体美观。

2 缺陷处理材料及其性能

普通环氧砂浆通常以双酚A环氧树脂为主要成分,固化剂采用一般改性胺,抗紫外辐射能力较差,在紫外光辐射作用下会加速老化,发生变色、粉化等现象,不能长期应用于室外环境。CW810高耐候改性环氧砂浆以氢化双酚A环氧树脂为主要成分,固化剂采用脂环族胺,能显著提高环氧类材料的耐紫外和抗老化性能。

根据溢流坝段闸墩混凝土缺陷类型,选用2种环氧砂浆材料进行处理,分别为高黏度环氧砂浆和CW810高耐候环氧砂浆。高黏度环氧砂浆主要用于填补大的坑洞及深度较大的凿毛面,使用配套的环氧基液打底,以提高砂浆与混凝土间的粘接性能。高黏度环氧砂浆每次可施工厚度较大,填补施工工效高,但由于该环氧材料耐候性能较差,在短时间太阳光照射下即变黄,因此,必须在其表面覆盖耐候性保护层。CW810高耐候环氧砂浆具有优异的抗辐射稳定性,且黏度相对较低,可薄层施工,适用于表面防护及浅层区域缺陷修补。2种环氧砂浆材料的性能见表1和表2。

表1 高黏度环氧砂浆性能指标Table 1 Performance indexes of high viscosity epoxy mortar

表2 CW810高耐候环氧砂浆性能指标Table 2 Performance indexes of CW810 epoxy mortar with high weather resistance

3 材料的配制

填补用高黏度环氧砂浆配制包括打底基液和砂浆配制,基液配制方法为:将环氧主剂和固化剂按2∶1称量,搅拌均匀,根据填补区域面积确定材料配量为2 kg/m2,使用时间控制在1 h以内。高黏度环氧砂浆配置方法为:将预拌环氧主剂的金刚砂和固化剂按质量比15∶1称量,把金刚砂堆成环形,中间倒入称好的固化剂,人工揉搓拌制均匀,使所有沙粒表面由透明色转变成乳白色,配制完成后,可操作时间约45 min。

CW810高耐候环氧砂浆的主剂和固化剂按10∶3称量,加入一定比例调色颜料粉剂,搅拌均匀,可操作时间约45 min。

4 施工工艺

4.1 基面处理

为提高混凝土界面强度并确保修补材料与混凝土基面粘接良好,应对基面进行处理,根据混凝土缺陷种类(见图1)的不同,基面处理工艺也有所不同,具体如下:

(1)混凝土表面沙眼、麻面处理。对混凝土表面沙眼和麻面处,首先用角磨机打磨缺陷处,然后用清水冲洗干净,待表面干燥后进行修补。

(2)混凝土层间缝(图1(a))缺陷处理。对混凝土层间缝,首先在接缝处刻槽,凿除缝周边质量不佳的混凝土,用角磨机打磨错台和突起,然后用清水冲洗,待表面干燥后开始修补。

(3)表面蜂窝和疏松(图1(b))混凝土处理。先凿除疏松混凝土,用角磨机打磨表面浮浆及突起,为保证修补后美观,蜂窝处凿成规则的形状,然后用清水冲洗,待表面干燥后开始修补。

(4)混凝土表面凿毛面(图1(c))处理。依据实际情况对混凝土凿毛处进行二次凿毛,用角磨机打磨凿毛区域及周边,然后用清水冲洗,待表面干燥后开始修补。

(5)混凝土缺陷简易修补位置(图1(d))处理。先凿除简易修补层(水泥砂浆),打磨清理缝面,并按上述要求处理存在的蜂窝、麻面、疏松、错台等缺陷,清洗干燥后进行修补。

图1 闸墩混凝土缺陷种类Fig.1 Defect types of concrete in the piers

4.2 环氧砂浆修补

基面处理后进行环氧砂浆修补,根据缺陷深度的不同,采用不同的修补工艺,具体如下:

(1)对于混凝土表面凿毛、刻槽等深度较大的缺陷处,首先在凹坑处涂刷环氧基液,然后用高黏度环氧砂浆填补凹坑,每次填补厚度不超过2.0 cm。在凹坑深度较大的部位,需要进行多次填补,每次待填补的高黏度环氧砂浆表面硬化后,在其表面再涂刷环氧基液,然后进行二次填补,直至与周边混凝土表面大致平齐。最后在填补的环氧砂浆表面刮涂CW810高强度耐候环氧砂浆。

(2)对于混凝土表面直接打磨处理且深度不大的部位,直接刮涂高强度耐候环氧砂浆。

4.3 涂层养护

面涂施工完成后一般不做特殊养护,确保在固化时间内(3～4 h)不遇雨雪天气。在吊篮升降、施工平台拆除等工序中要注意避免钢筋端头、踏板角等尖锐部位直接碰撞涂层。施工完成后需及时清理施工现场,避免因施工过程中撒落的杂物挤压、磕碰而造成涂层破损。

通过以上工艺控制,对藏木水电站大坝溢流坝段闸墩混凝土进行缺陷处理和抗冲磨防护应用,处理区域面积约6 000 m2,现场部分区域如图2所示。

图2 藏木水电站闸墩混凝土处理后典型效果图Fig.2 Typical treatment effects of sluice pier's concrete in Zangmu hydropower station

5 结 语

结合西藏地区高海拔强紫外辐射的气候特点和以往使用抗冲磨修补防护材料的经验,采用2种不同类型环氧砂浆对藏木水电站3#—8#坝段闸墩部位混凝土缺陷进行修补与抗冲磨防护。其中高黏度环氧砂浆具有较好的粘接性和抗流挂性,适宜于闸墩大深度缺陷填补,表面批刮使用CW810高耐候改性环氧砂浆,在西藏地区强辐射条件下具有较好的防护作用。经半年时间的运行检验,该改性环氧砂浆的应用对闸墩部位的抗冲磨补强加固具有良好效果,可为类似水工建筑物的抗冲磨防护提供借鉴参考。

[1]黄国兴,陈改新.水工混凝土建筑物修补技术及应用[M].北京:中国水利水电出版社,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]陈 亮,韩 炜,李 珍,等.聚脲基坝面保护材料的制备及其施工工艺研究[J].长江科学院院报,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]万雄卫,李北星.JME改性环氧砂浆抗冲磨修补材料的研究与应用[J].施工技术,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]梁利岩,胡德焯,史 珺.YDS高抗冲磨环氧砂浆的研究与应用[J].广州化学,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]张 涛,徐尚治.新型环氧树脂砂浆在水电工程中的应用[J].热固性树脂,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]孟庆森,刘俊玲.环氧树脂基复合材料抗冲蚀磨损特性研究[J].材料科学与工艺,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))

(编辑:曾小汉)

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

水利部公益性行业专项“西部高寒地区水利工程劣化防护措施研究”(201301023)

张 达(1986-),男,湖北随州人,工程师,博士,从事水工新材料研究,(电话)13545905572(电子信箱)zhangda@mail.crsri.cn。