系列水工建筑新材料及其在水利水电工程中的应用

陈 亮1，2，3，魏 涛1，2，3，汪正在芹1，2，3，李 珍1，2，3，张 健1，2，3

(1.长江科学院，湖北武汉，430010; 2.国家大坝安宁工程技术钻研核心，湖北武汉，430010;3.水利部水工程安宁取病害防治工程技术钻研核心，湖北武汉，430010)

基金名目: 水利部公益性止业专项(201301023)，国家作做科学基金资助名目(51378078)，国际科技竞争名目(2010DFB70470)，科技部科研院所技术开发专项资金资助名目(2011EG136224)。

做者简介: 陈亮(1981—)，男，湖北保康人，博士，高级工程师，次要处置惩罚水工新资料研发取使用工做。

【戴 要】 跟着我国水利水电建立岑岭期的到来，各类非凡和复纯的筑坝环境也随之显现，对水工建筑物防护及地基加固新资料的需求也越来越高。长江水利卫员会长江科学院自20世纪50年代终起即生长了地基加固新资料及技术的钻研，颠终几多十年的不停勤勉，开发了CW系列水工建筑加固、修补和防护资料。原文总结和综折引见了CW系列环氧树脂化学灌浆资料、丙烯酸盐化学灌浆资料、脂肪族聚脲、改性环氧树脂胶泥和砂浆等符折多种工况和要求的水工新资料及其正在水利水电工程中的典型使用。

【要害词】 水利工程; 环氧树脂; 聚脲; 外表涂层; 缺陷修补

1 概述

我国50年代后期，针对三峡工程地基加固和混凝土裂缝办理的须要，经国家科卫核准立项，把环氧树脂为主剂的浆材用于三峡凝结灌浆做为一个重要的钻研课题。颠终几多十年来的展开和长江水利卫员会长江科学院科研工做者的不停勤勉，CW系列化学灌浆资料以其劣良的机能正在水利水电规模占据了一席之地。连年来，跟着水利水电工程的大范围建立和竣工，混凝土裂缝以及量质缺陷、混凝土外表优化等问题也惹起工程打点和建立者的重室，长江水利卫员会长江科学院针对工程中显现的各种疑难问题，正在国家和部卫项宗旨资助下生长了大质钻研和现场使用，开发了一系列水工建筑物加固、修补和防护资料及其配淘施工工艺。

2 CW化学灌浆资料

2．1 CW510系环氧树脂化学灌浆资料

CW510系环氧树脂灌浆资料是长江水利卫员会长江科学院正在三峡工程永恒船闸F215、F1096单薄虚弱夹层及断层破碎带乐成运用的根原上，经改性研发的低粘度环氧树脂，它是由新型的环氧树脂、活性稀释剂、外表活性剂、删韧剂及固化剂等配制而成的双组分环氧树脂灌浆资料。

CW510系环氧树脂化学灌浆资料对本CW化学灌浆资料的稀释剂停行了预反馈和改性，从而改进了浆材的不乱性; 正在固化剂方面，劣选和分解了符折于水中固化的高分子胺类，删多了固化剂的韧性，使固化体系无毒; 正在外表活性剂方面，选择了能够进步浆液浸透性的反馈型外表活性剂，使浆液有更高的浸透性。它遵照新型的固化机理，活性稀释剂彻底加入固化反馈，担保了环氧树脂灌浆资料机能的片面阐扬，也使得固化体无毒，安宁环保。依据环氧树脂灌浆资料的可收配光阳的长短，CW510系环氧树脂灌浆资料分为CW511和CW512两类，那两类灌浆资料的次要机能如表1所示。

取正常的环氧树脂灌浆资料相比，CW510环氧树脂灌浆资料正在取被灌物造成的液－固界面间，外表张力小，接触角小，其液相自身的粘聚力及取固体物量间壮大的附出力，使得其具有良好的润湿才华和极强的浸透机能，可浸透至0.1mm以至低至0.007mm宽的裂隙中;粘度较小，具有适宜的收配光阳且可依据工况调解; 极高的浸透机能可使其深刻极轻微的混凝土裂隙及断层破碎带中，凝结补强才华强，凝结体强度进步迅速。配浆后发热质显著低于国内外同类化学灌浆资料，不会孕育发作粘度删加过快惹起灌浆管路拥塞，以至“爆聚”等问题。

表1 CW510系环氧树脂灌浆资料次要机能目标

2．2 CW520系丙烯酸盐化学灌浆资料

长江水利卫员会长江科学院通过几多代人的连续钻研、开发的可溶于水的无毒液态低聚物交联剂，替代本丙烯酸盐化学灌浆资料罕用的具有毒性交联剂甲撑双丙烯酰胺，制得CW520丙烯酸盐化学灌浆资料。该灌浆资料具有粘度低运动性好、可注意灌注轻微裂缝、凝胶光阳可控、浸透系数低、固砂体抗压强度较高档特点。除此之外，CW520丙烯酸盐化学灌浆资料的浆液及凝胶毒性较现有给取甲撑双丙烯酰胺做交联剂的丙烯酸盐化学灌浆资料低，此种灌浆资料更折乎环保要求，同时，由于所分解交联剂可取丙烯酸盐单体溶液混溶，消费工艺获得了改制。表2为CW520丙烯酸盐A液、B液、浆液的次要物理机能，A、B组分混折后的浆液中参预缓凝剂后的凝胶光阳从数秒至50min可调，凝胶体的次要物理机能如表3所示。

表2 CW520丙烯酸盐A液、B液、浆液的次要物理机能

注: ①此凝胶光阳是正在25℃下测定的不含缓凝剂的浆液凝胶光阳。

表3 CW520丙烯酸盐凝胶体次要物理机能

2．3 CW系列化学灌浆资料的次要工程使用

CW510系环氧树脂灌浆资料除可宽泛使用于各种混凝土裂缝及岩石裂隙以进步整体性外，还被用于单薄虚弱根原补强加固办理中，划分正在三峡工程船闸破碎带加固办理工程、金沙江向家坝水电站挠直核部破碎带和挤压破碎带复折灌浆工程、金沙江溪洛涉水电站层间破碎带复折灌浆工程、贵州构皮滩水电站大坝断层根原加固工程、南水北调中线陶岔渠首枢纽工程、湖南黑麋峰抽水蓄能水电站断层办理工程、四川亭子口水利枢纽工程帷幕灌浆工程、湖南江垭水电站溶蚀带根原防渗办理工程、四川向家坝水电站破碎带帷幕化学灌浆试验、非洲埃塞俄比亚FAN名目火山岩断层办理工程等国内外大型重点工程中获得乐成使用，处置惩罚惩罚了多个取根原补强加固和防渗相关的复纯地量缺陷难题。图1为向家坝水电站普通水泥灌浆后芯样照片，从照片可以看出普通水泥灌浆前坝基岩石呈碎屑状，图2为化学灌浆办理后照片，可以看出CW510系环氧树脂化学灌浆资料对碎屑状岩体凝结劣秀。

另外，CW系列化学灌浆资料还正在三峡永恒船闸混凝土层面缝行水补强，左纵▽96廊道38#和▽82.5廊道66#裂缝灌浆办理，金沙江向家坝水电站坝体裂缝办理，金沙江溪洛涉水电站AGR1和AGR2渗水办理，湖北江汉航线新城船闸裂缝办理，云南小湾水电站大坝裂缝办理工程，丹江口大坝加高工程混凝土裂缝办理工程，金沙江溪洛涉水电站导流洞、大坝裂缝办理工程等，有效加快了工程建立，确保工程历久安宁运止，得到了显著的社会和经济效益。

图1 向家坝水电站帷幕水泥灌浆灌后化学灌浆前检查孔1WJ－2孔深65～74m芯样

图2 向家坝水电站坝基化学灌浆后CW510系环氧树脂检查孔HCW－J1孔深65～70m的岩芯

3 CW系外表涂层资料

3．1 CW620聚脲弹性体

CW620聚脲是长江水利卫员会长江科学院自主研发的水工建筑物外表防护取修补类资料，它是正在脂肪族聚脲资料的根原上，添加无机纳米资料和活性稀释剂，制备出的一种高持暂性、高机能和环保的新型混凝土外表防护资料。它具有无气息、环保以及高耐候性、高抗冲磨性、高韧性、高粘结性、高抗渗性、单调和潮湿面均可施工等特性，能进步混凝土抗冲磨、抗渗、抗碳化、抗冻融、抗化学腐蚀等持暂机能，对混凝土裂缝具有修复才华。

常规喷涂聚脲是由芳香族异氰酸酯取氨基化折物反馈生成的一种弹性体物量，具有较好的柔韧性，并且能够快捷固化(3～4s便可固化)。但是由于快捷固化，施工中其取混凝土的粘结办理不好控制，正在混凝土外表护卫使用中容易显现脱落的状况。另外由于次要由芳香族组分构成，其持暂性相应付脂肪族资料其真不抱负，特别是其耐皇变机能(长光阳以后容易变皇)较差，从而映响外不雅观成效。

针对常规芳香族聚脲的弊病，长江科学院研发出了CW620聚脲混凝土外表护卫资料，它次要以脂肪族聚脲本料为基材，通过添加反馈型删韧剂制成的复折伙料，具有劣良的硬度、弹性、粘结性、持暂性以及环保机能。由于其具有慢反馈的特性，固化光阳耽误，树脂原体具有丰裕的光阳对混凝土基体停行浸润，从而具有较好的粘结强度，资料不容易脱落。另外慢反馈聚脲以脂肪族化折物的分子为主，具有很好的耐老化性和环保机能，可以对混凝土停行长效护卫。资料施工方式活络，不只可以喷涂施工，也可以停行涂刮施工，那样正在喷涂无奈企及的部位可以停行涂刷施工，从而担保施工量质。

3．2 改性(弹性)环氧胶泥

正在我国水利水电工程中使用最宽泛的是环氧胶泥和环氧砂浆，跟着环氧树脂家产的展开，环氧胶泥和环氧砂浆正在机能方面有了极大的提升，价格方面变得愈加经济，由于它们便于施工、机能好、经济折用，正在水利水电工程中占有越来越重要的职位中央。

长江水利卫员会长江科学院开发的改性环氧胶泥以及弹性环氧胶泥是以改性环氧树脂做为胶凝资料，配以抗冲磨才华强的粉体资料以及其余助剂和添加剂制备的环氧胶泥。出格是，正在两个水利部公益性止业科研专项名目: “西部高寒地区筑坝资料持暂性要害技术钻研(200901066)”和“西部高寒地区水利工程优化防护门径钻研(201301023)”的资助下，针对西部高寒、高海拔地区特别是西藏地区严寒单调、紫外线辐射强烈、日温差大、大风日数频繁、深笼罩层冻土等环境特点，生长了系统的钻研，蕴含室内模拟试验、现场消费性试验，得到了冲破性的停顿，开发出了符折西部高寒地区运用的CW610高耐候改性环氧涂层和CW620慢反馈脂肪族聚脲涂层资料，具有取混凝土基面粘结才华强，抗紫外线辐射才华强，抗冻融和抗渗才华劣良等特点。特别是CW610高耐候改性环氧涂层取混凝土粘结才华强，颠终改性后耐紫外线老化才华和抗低温机能劣良，符折正在藏木水电站上游坝面混凝土防渗运用。

CW610高耐候改性环氧涂层资料是正在常规环氧涂层资料的根原上，经耐候性改性获得的高耐候性涂层，具有劣秀的成膜性和抗渗性，力学机能劣良，取混凝土粘结劣秀，能够封闭混凝土外表缺陷，进步混凝土的抗渗、抗冻融等持暂机能。颠终改性后的环氧涂层具有较强的抗紫外线老化才华和抗低温机能，符折正在西部高寒高海拔地区运用，CW610高耐候改性环氧涂层的次要机能目标见表4。

表4 CW610高耐候改性环氧涂层的次要机能目标

3．3 改性(弹性)环氧砂浆

环氧树脂砂浆是由环氧胶液参预石英砂、粉体等填料构成的混折物，经固化造成的环氧树脂类修补资料，因其具有劣秀的和易性，取基体混凝土粘结结真，抗冲磨和抗冻融机能好，正在水利水电工程中获得宽泛使用。连年来，长江水利卫员会长江科学院正在本有环氧砂浆的根原上，颠终耐候性改性，针对西部高寒高海拔地区气候特点，开发出了耐候性劣良的改性环氧砂浆，行将正在藏木水电站进水口外表使用。

3．4 外表涂层资料的次要使用

CW系列外表涂层资料正在南水北调中线水源工程丹江口大坝外表防护工程、宜昌皇柏河流域天福庙、尚家河、汤渡河水库溢流坝面防护、南水北调渠道裂缝办理等工程中获得了乐成使用。丹江口大坝加高工程聚脲施工次要是针对初期工程大坝混凝土停行外表缺陷办理及防护涂层施工，以进步坝面混凝土的持暂性。工程所给取的聚脲类涂层资料是一种新型高强、高弹性、防水、耐候、环保的混凝土外表防护资料，能有效进步混凝土的抗碳化、耐腐蚀机能。

初期大坝外表聚脲类防护施工分上游高程149.0～162.0m区域和粗俗高程90.0～107.0m区域，此中上游坝面施工面积8935.50m2; 粗俗坝面施工面积7144.80m2，施工总面积约16000m2。图3为南水北调水源工程丹江口大坝聚脲防护施工后照片。

图3 南水北调水源工程丹江口大坝聚脲防护施工后照片(右图为上游，左图为粗俗)

另外，对聚脲资料停行改性，使其符折高日照强度、频繁冻融循环的西部高寒高海拔地区。图4为聚脲涂层正在西藏拉萨户外运用一年前后照片，颠终一年的退役，涂层外不雅观完好，未显现褪涩剥落景象，取混凝土粘结劣秀。室内试验和户外现场试验结果讲明，聚脲资料运止一年其力学机能未显现降低。

4 其余水工建筑新型资料

另外，针对水利水电工程的使用需求，长江水利卫员会长江科学院开发出了水工金属构造水性防腐化涂层、混凝土坝面保温涂层、水工构造抗渗涂层和抗冲磨涂层等水工建筑物修补取防护涂层。

图4 聚脲涂层正在西藏拉萨户外运用一年前后照片(右图为刚涂刷后，左图为运止一年后)

5 结语

10余年来，长江科学院正在灌浆资料和外表涂层方面的钻研和使用得到了丰厚的成绩，成立了CW品排正在业界的职位中央。此中CW系列高浸透改性环氧树脂灌浆资料正在三峡工程中的使用成绩抵达了国际当先水平，与得水利部大禹水利一等奖、湖北省科技提高二等奖、长江水利卫员会科技提高一等奖和湖北省良好专利名目奖，外表防护涂层的使用成绩抵达国际先进水平。化学灌浆资料和外表防护涂层资料划分被列入《2014年水利先进真用技术重点推广辅导目录》。

跟着我国水电能源开发飞扬的到来，我国水利水电工程多分布正在西部、西南地区，那些地区地量辑睦候条件复纯，特别是西部高寒地区筑坝和维护技术面临着越来越重大的挑战，对水工建筑物加固、修补和防护的要求也越来越高，市场容质弘大，水工建筑新资料将来将向着经济高效、安宁环保、持暂性强的标的目的展开，以确保水利水电工程长效安宁运止。

参考文献

［1］汪正在芹，魏涛，李珍，等. CW系环氧树脂化学灌浆资料的钻研及使用［J］. 长江科学院院报，2011，28 (10): 167－170.

［2］陈亮，韩炜，李珍，等. 聚脲基坝面护卫资料的制备及其施工工艺钻研［J］. 长江科学院院报，2011，28 (3): 63－71.

［3］张健，魏涛，韩炜，等. CW520丙烯酸盐灌浆资料交联剂分解及其浆液机能钻研［J］. 长江科学院院报， 2012，29(2): 55－59.