新型抗沖耐磨材料的研究

 隨著西電東送發展戰略的實施，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40～50m/s，對抗沖磨混凝土和過流面抗沖耐磨防護材料的性能提出了更高的要求，促進了水工抗沖耐磨材料的發展。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展，主要內容包括：多元膠凝粉體新型抗沖磨混凝土的開發研究；降低高強抗沖磨混凝土體積收縮的技術措施研究；“海島結構”環氧樹脂合金抗沖磨防護材料的開發研究；聚脲高抗沖耐磨防護材料和噴涂技術研究；圓環高速含沙水流沖刷試驗儀的研制等。

    含沙高速水流對水工建筑物過流面混凝土的沖磨破壞是水電工程建設和運行中的疑難問題。高速含沙水流對水工混凝土建筑物過流面的沖刷磨損、空蝕作用會導致表層混凝土大面積剝蝕，嚴重的則引發災難性事故發生，因此歷來備受重視。我國從60年代就開始進行抗沖磨材料的應用研究，主體思路是通過提高抗壓強度來提高過流面混凝土的抗沖磨性能，同時加強對過流面混凝土的防護并及時對薄層沖磨破壞進行修補。隨著材料科學的發展和進步，抗沖磨混凝土的抗壓強度逐漸由早期的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用；薄層抗沖磨防護材料和薄層沖磨破壞修補材料則以改性的環氧砂漿為主，如低粘度環氧砂漿、低溫潮濕固化環氧砂漿、彈性環氧砂漿等；以環氧樹脂改性為主的抗沖磨防護涂料，如用增韌組分和互穿網絡技術改性的柔性環氧抗沖磨涂料，開始在工程中獲得應用。

    進入二十一世紀，隨著西部大開發和西電東送發展戰略的實施，我國要興建一批大型高水頭電站，如小灣、龍灘、拉西瓦、構皮灘、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40～50m/s，對抗沖磨材料的抗裂性、抗沖磨能力和快速易施工性（特別是對防護和修補材料）等均提出了更高的要求。目前在我國水電工程中普遍應用的微硅粉系列抗沖耐磨混凝土、改性環氧樹脂砂漿和防護涂料無疑均具有較好的抗沖耐磨能力，這已被大量的室內試驗研究和工程應用所證明，但由于選用原材料、組成配方和技術路線的限制，使其在工程施工和應用中也暴露出自身難于克服的種種弱點。微硅粉系列抗沖磨混凝土早期強度發展過快，中后期強度增長微小，水化熱集中釋放，干縮和自干燥收縮大，極易發生裂縫；改性環氧類抗沖耐磨砂漿和防護涂料仍含有較多易揮發性溶劑組分，在潮濕和有水環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。針對當前抗沖耐磨材料在工程應用中存在的遺留問題，結合西部大開發，實現西電東送，興建大型高水頭電站對高抗沖耐磨材料的需求，在國電公司科技項目的資助下，及時展開了“高速水流下新型高抗沖耐磨材料的開發及應用”研究，充分利用現代材料科學發展的新成果和新技術，采用全新技術思路，開發新一代的高性能高抗沖磨材料，以滿足當前及今后興建高壩大庫對高性能抗沖耐磨材料的需求。