水工金属结构新型环氧防护涂料性能及应用研究

水工金属结构长期处于潮湿、温度变化、水流冲蚀、气蚀等复杂不利环境,易出现结构损伤、渗透破坏等病险,严重威胁结构的正常运行。为解决传统环氧防护涂料存在的耐候性差、抗冲磨性能不佳、长期防护效果不理想等问题,根治水工金属结构病害,文章研发了适应低温、潮湿、水下环境的新型系列环氧防护涂料,研究其附着力、抗冲磨性、耐候性等性能指标,提出水工金属结构修复施工工艺,并在东坪水电站开展现场应用研究。研究表明,固化后的涂层与钢板之间的附着力达11.14 MPa,抗冲磨强度达1 017.36 h/(kg·m^(-2)),在60个人工紫外线加速循环条件下不变色,耐腐蚀性和柔韧性良好。研究成果对类似结构的防护与修复具有一定借鉴作用。

基于以气驱水技术的含水地层灌浆改性试验研究

当对含水地层进行灌浆改性时,通常会受到土体孔隙中自由水的不利影响。为此,考虑将以气驱水技术应用于含水地层化学灌浆中,以提高改性效果。对饱和黏土与粉质砂土开展以气驱水可行性试验,结果显示在饱和粉质砂土中充气驱替孔隙中自由水具有较好的可行性,在饱和黏土中则难以顺利进行。这是因为土体内部孔隙大小会直接影响初始进气值Pc,同时充气压力亦不能超过极限压力Pmax,否则土体内部会发生劈裂破坏,形成大范围空气通道;研制含水地层以气驱水化学灌浆模拟装置,以粉质砂土为研究对象进行对比试验,试验结果显示在以气驱水技术的辅助下进行化学灌浆可更加显著地改善原有土体的渗透性、无侧限抗压强度与微观结构,电子显微镜扫描也显示出相似结果,这是因为通过充气能够在含水地层中产生空气隔幕,为浆液提供良好的灌注、凝硬环境。

一种适合混凝土水下修复的新型环氧砂浆

水工混凝土建筑物由于运行环境的复杂性,普遍存在水下开裂破损等病险。为不影响建筑物运行,尽可能选择在水下修复,其关键是选择适宜的修复材料。为此研发了一种适合水下混凝土修复的新型环氧砂浆,并通过试验研究了其主要力学性能及主要影响因素。试验结果表明:新型环氧砂浆3 d无侧限抗压强度达到60 MPa以上;当胶固比为1∶2.5时,水下浇筑的环氧砂浆黏接强度最大,超过了3.0 MPa;当胶固比为1∶3.5时,环氧砂浆的抗冲磨强度(水下钢球法)最大,达到847.800 h/(kg/m2)。性能测试及实际工程应用表明:新型环氧砂浆具有抗压强度高、水下黏接(与混凝土)强度大、抗冲磨效果好等特点,能够与旧混凝土协调工作。在具体工程中,可根据不同的病险类型,选择适宜的胶固比及有关施工参数。

水利工程流道混凝土结构修复材料及应用

水工流道混凝土冲蚀破坏十分常见,现有修复材料难以获得耐久性良好的修复结构。为达到更好的修复效果,通过室内试验对研发的组合修复材料进行水工环境下的力学性能、抗冲磨性能及热相容性测试;进行修复结构力学分析,最后在工程引水流道和溢流面进行了现场修复试验。结果表明:环氧界面剂与原混凝土之间的湿黏结强度达3.95 MPa,水下抗冲磨砂浆抗压强度达85.99 MPa,在柔性纳米陶瓷涂料保护下抗冲磨强度可达2545.2 h/(kg/m^2),优于国内已有其他同类修复材料;与混凝土相容性好,可在高低温环境中适应混凝土的变形;该组合材料修复结构在-20℃~40℃环境下不会发生开裂或剥离破坏,结构整体性良好;现场修复效果良好,经过多次泄洪后,表面未出现任何明显损伤,可推广应用于同类工程。

泄水建筑物冲刷界面混凝土修复材料及应用

为了缓和修复材料与老混凝土之间的性能差别梯度,改善冲刷界面混凝土修复效果,研制了四种组合修复材料,对其修复机理及性能进行分析,建立了混凝土-胶结提质材料两相硬化夹杂模型和修复结构薄板模型,对混凝土表面的提质性能及修复结构的完整性进行验证,并在凤滩水电站3#孔溢流面进行现场原型试验。结果表明:胶结提质材料具有良好的浸渗能力,可浸渗C30混凝土表层35 mm,且对浸渗的混凝土强度提质20%左右,减小了修复结构中老混凝土与修复材料之间的强度差,防止因老混凝土性能不足导致的再次破坏;界面粘接材料具有良好的粘接性能,可确保结构的完整性;主体修复材料具有良好的抗冲磨性能,在相同试验条件下,抗冲磨强度是广化所研制的YDS的1. 5倍,磨损率只有YDS的38%;层面保护材料具有良好的耐紫外线能力,极大程度的延长了修复结构的使用寿命;现场修复效果良好,经大流量泄洪(单宽流量8000 m^3/s)后,测试其磨损率不到0. 1%,可推广应用于水工结构多类病险修复工程中。