水工建筑物抗气蚀耐磨材料和工艺解析

2017-11-22祝维

绿色环保建材 2017年8期

关键词：气蚀护面钢纤维

祝维

广东水电二局股份有限公司

水工建筑物抗气蚀耐磨材料和工艺解析

祝维

广东水电二局股份有限公司

文章侧重点在于对和水工建筑物混凝土抗气蚀耐磨材料的工艺、混凝土结构冲蚀磨损实例进行介绍，对抗气蚀耐磨材料的具体应用进行详细阐述。希望本文论述的内容，在优化水工建筑物抗气蚀耐磨的规划与施工质量方面有所帮助。

水工建筑物；抗气蚀耐磨材料；施工工艺；具体应用

1 引言

带有砂石的水流对水工建筑物混凝土气蚀、磨损程度均是巨大的，水工建筑物施工单位在长期的实践中积极摸索处理上述问题的方法。现阶段新型建材以及施工工艺的研制与推广，使混凝土气蚀以及磨损现象得到一定的缓解。但这一工作带有长期性特征，为最佳成效的取得奠定基础。

2 金属护面材料与施工工艺

钢板保护混凝土在国际水工建筑物施工进程中拥有较高的应用频率。国内十三届国际大坝会议认为其是最为优质的抗气蚀护面材料。基于水流等因素存在差异性，造成气蚀现象成因是繁杂化等实况，所以可以推测的其抗气蚀效果存在差异性这一结论。最具有典型的实例为美国格兰峡拱坝，高度为216m，左洞堵塞体中的泄水孔首次运行以后，闸孔的钢板衬砌被蚀深9.6mm，洞体的混凝土衬砌磨损程度极为明显，历经数月以后其再次运行，水流速度大于41m/s，布设在闸孔位置处25.4mm厚钢板被腐蚀穿透，混凝土结构腐蚀深度为20.3cm，曾用他类材料对其施以整修补救对策，成效均不尽人意，但是不锈钢板衬砌15m后，所取得的效果是极为优良的。

若仅应用单片钢板对气蚀区域施以衬护对策，就会加大钢板被扯去现象出现的概率。例如国内响洪甸水库，基于应急渡汛这一现实需求，借用钢板衬护门槽下游区域，同时将铅物质灌注在钢板与混凝土中间旨在达到锚固目标，经历不足4d泄洪后对水库构造进行检查，发现数根锚筋出现松动问题，甚至被折断，钢板处于架空的模式中。国内众多科技人员认为，为了确保单页钢板作护面材料实效性在水工建筑物中的实效性充分发挥出来，处理好新旧混凝土结构整合问题是极为有效的对策。

国内部分高速水流泄水建筑物表面应用铸钢、球墨铸铁、钢管等建材，在抵抗气蚀方面上发挥显著的作用。从全局的角度分析，钢板衬砌适用与大部分状况。但是其弊端在以下几方面呈现出来：一是价格较为昂贵；二是容易产生疲劳而折断；三是钢板和混凝土衔接效果不佳。

3 环氧聚合物护面材料与施工工艺

环氧树脂为一类高分子材料，20世纪60年代在土建工程施工进程中初步被应用，在处理他类材料缺陷环节上体现出巨大的优越性，其最大的优势体现在初期强度高方面，具相关资料记载其抗拉强度为混凝土10倍有余，抗磨、抗气蚀性能均处于较高层次上，在应用年限上也长于普通混凝土。

利用环氧树脂作为抗气蚀护面材料在水工建筑物中的应用，观点不一。参与十三届大坝会议的部分人员认为该材料在稳定性方面缺乏持久性，外界温度些微的变动材料的性能将会受到很大的影响[1]。例如环氧树脂应用在德沃夏克坝泄洪道2号出水口的气蚀区域以后，其破损程度并没有得到显著的改善，后续修补工作又用了他类新型材料与工艺。国内磨子潭泄洪隧洞应用环氧树脂作为护面材料，取得的成果是较为可观的，但是一些裂痕还是衍生出来上述问题的成因是多样化的，例如护面材料与母体材料衔接效果不佳，在环境温度、时间等多样化因素的共同作用下使护面材料出现老化问题。为了强化环氧树脂在水工建筑物中应用的效果，最好选择被浸泡1～2年之久的材料，以此途径对其性能有整体性把控。此外不同的环氧种类有不同的应用领域，例如油漆涂层适用于溢洪道、隧洞、溢洪道尾水槽；而粘结剂涂层适应于渡槽、跳流坎等。

4 纤维混凝土与施工工艺

纤维类型是多样化的，常见的有钢、塑料、玻璃以及石棉纤维等。当下国内外对钢纤维使用率较高，同时对其开展深入研究，所取得的效果是极为可观的。

在上个世纪初期，与钢纤维增强混凝土研究的文献资料在美国被发表。20世纪中叶，美国Romualdi等人发表了与钢纤维可以制约混凝土结构裂痕的系列性研究成果，为钢纤维混凝土的深度应用注入活力。70年代初期，这一材料在公路路面、飞机跑道建设、大坝整修以及隧洞衬砌等领域得到初步应用。实践

结果已经证实，将混凝土与钢纤维混合，在强化建筑体抵御弯曲能力、伸展性与柔韧性，优化耐冲击和抗冻融性能等方面发挥巨大作用。在20世纪70年代以后，与钢纤维混凝土性能相关研究工作在国内陆续开展，其基本在国防或有特殊需求工程建设环节中有所应用。

对钢纤维混凝土应力应变试验图进行解析，发现其应力应变性质和低碳钢相似度处于较高层次上[2]。证明混凝土材料的易脆性，但是其与钢纤维后就成

了韧性材料。现阶段，钢纤维混凝土在水工建筑物修整环节上具有较高的应用频率，取得的效果是极为可观的。例如美国华盛顿州的下莫纽门特尔水闸坝，挑流坎表皮气蚀现象严重化，其最初应用在普通混凝土上层浇筑上46cm厚的纤维棍凝土复盖保护层(见图1，2)。历经两个冬春放大流量水后，潜水工对建筑物水下结构进行检查，没有发现结构出现冲刷、气蚀以及磨损等问题。其水泥、粗集料、钢纤维、减水剂以及加气剂用量如下：384，366，100，1.42,0.26（单位：kg/m3）。此外，美国的下碑坝、利贝坝的水工建筑物，也应用了钢纤维混凝土去抵抗高速水流的腐蚀与冲刷现象，取得的成效也是极为可观的。