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水工抗冲耐磨材料应用简况

水工抗磨蚀材料系指抗水流泥沙磨损及抗高速水流空蚀破坏的材料,分为无机抗磨蚀材料、有机抗磨蚀材料以及其它材料包括钢板、钢轨、条石、铸石板等。
无机抗磨蚀材料包括普通高强砼及砂浆,高强硅粉砼,高强硅粉铁矿石砼及砂浆,高强硅粉铸石砼及砂浆,高强硅粉钢纤维砼等。
有机材料有环氧树脂砂浆及砼,不饱和聚酯树脂砂浆及砼,丙烯酸环氧树脂砂浆及砼,聚氨酯砂浆(砼)等。
由于有机材料价格高,有毒性,施工复杂,对基面要求高,固化受气温及环境的影响大,不易保证质量。目前主要用于水工泄水建筑物小范围破坏的修补中,一般不能大面积的抹面施工,并且有机材料的线胀系数较基面砼的系数大几倍甚至4~5倍,尽管其粘接性能好,但当环境温度变化比较大时,温度应力很容易使其整片的开裂脱落。如刘家峡水电站泄水道使用多种环氧砂浆修补,效果并不理想,几乎每年维修每年发生破坏。
无机抗磨蚀材料目前在工程中被广泛采用的当属硅粉砼,如黄河小浪底水利枢纽设计使用70万m3硅粉砼,其中C70砼30万m3,其余为C50砼;二滩电站在两个泄洪洞及水垫溏均使用硅粉砼作护面,设计强度为C50;在龙羊峡水电站,刘家峡水电站,隔河岩水电站,石板水水电站等等许多工程中都使用了硅粉砼。目前即将颁布的[水工混凝土抗冲磨防空蚀技术规范]亦将硅粉砼作为主要的首选抗磨蚀材料。可以说硅粉砼所具有的良好的抗冲磨抗空蚀性能是工程界普遍接受的,因此在水电工程中得到了普遍的采用,其使用的广度及使用工程量是其它任何抗磨蚀材料所未有过的。但是,从目前硅粉砼的使用中,也逐渐暴露出一些问题:
其一是砼的干缩裂缝问题未能解决。据国内许多科研单位如北京水科院结材所,南京水科院结材所,西勘院水科所,甘肃电力研究所等单位的研究资料,硅粉砼的干缩率尤其是早期干缩率较大,使硅粉混凝土在应用中易于出现干缩裂缝,影响其整体强度和使用效果,这一问题在施工后早期加强洒水养护可以有所减小,但在许多工程施工中裂缝仍不可避免。如龙羊峡、李家峡水电站泄水建筑物在应用硅粉 混凝土中即出现严重的裂缝问题。二滩水电站两条泄洪洞中均出现较严重的裂缝,有些板体中(8×14m )出现7~8条裂缝。
其二,硅粉混凝土在施工中存在早期塑性干缩问题。塑性干缩是指 混凝土施工浇筑过程中,在混凝土凝结前,当表层水份的蒸发速度大于混凝土的泌水速度时, 混凝土表面即出现干缩龟裂,甚至出现晒干发白现象。泌水速度越小,塑性干缩越严重。硅粉 混凝土塑性干缩比较严重,主要原因是由于掺入硅粉后 ,混凝土几乎不产生泌水。
其三,硅粉混凝土施工难度大。由于硅粉颗粒极细,比表面积很大,加入 混凝土中后,可使混凝土粘聚性增大,流动性变差,施工和易性不好,使混凝土不易振捣密实,不易收光抹面。在峻工验收中,往往会发现硅粉 混凝土蜂窝麻面较多,混凝土表面平整度差,一般不能满足平整度要求,且龟裂及较大裂缝很多。
其四,造价高。目前硅粉售价2000元/吨左右,每立方米 混凝土中掺量按40~60kg计,则就硅粉一项的费用就增加达60元 ~120元/m3,再加上间接施工费用的增加使硅粉 混凝土的造价很高,因此,使用硅粉混凝土就必须增加较多的工程投资。
HF混凝土是支拴喜博士开发研制成功的新型抗冲耐磨混凝土护面材料。与硅粉混凝土比较,该材料的各项技术性能相当某些性能甚至超过了硅粉 混凝土,该材料具有干缩性小、和易性好,水化热温升小,施工简单易行,原材料易得,造价低廉等许多优点,目前已在150多个工程中进行了推广应用(见附表),取得了较好的技术经济效益和社会效益,受到了工程业主、设计、施工及监理单位的好评 。