复合树脂砂浆性能及在蜗壳耐磨防护中的应用

柳海鹏

（新疆乌鲁瓦提水利枢纽管理局，新疆 和田 848000）

1 前言

环氧树脂由于其良好的力学性能、耐化学性能及耐腐蚀性能，其及其复合材料广泛应用于航空、汽车、水利等领域，水利行业主要用在防腐、耐磨等方面，如耐磨环氧砂浆。在高泥沙含量的河流上，水力机械及水工建筑物承受着含沙水流的磨蚀，遭受到了不同程度的破坏，每年需要投入相当的人力和物力对其进行维修和防护，个别破坏严重的地方，可能对电站、大坝安全运行造成威胁[1]。环氧树脂配合高耐磨磨料制备出耐磨环氧砂浆，涂覆于高速水流的过流面，能够起到较好的抗磨蚀效果[2]。本文从磨料级配、胶砂配比及密实度等方面考察了以上因素对复合树脂砂浆力学性能的影响，并将该复合树脂砂浆[3]在电站水轮机蜗壳耐磨防护中进行了应用，取得了良好的防护效果。

2 试验部分

2.1 试样制备

金刚砂级配试样制备：试验中采用20目、40目、60目、80目的金刚砂，采用如下配比及命名，20:40=1:1（S-1），20:60=1:1（S-2），20:80=1:1（S-3），40:60=1:1（S-4），40:80=1:1（S-5），具体配方为环氧：固化剂：金刚砂=100:20:700。

不同砂胶比试样制备：固定环氧与固化剂配比（100:20）、金刚砂级配（40:80=1:1），改变环氧与金刚砂配比，分别为 1:5、1:6、1:7、1:8，命名为 ES-1、ES-2、ES-3、ES-4。

不同密实度试样制备：固定环氧树脂与固化剂（100:20）、金刚砂级配（40:80=1:1）、胶砂比（1:6），改变试样的密实度，密实与不密实试样分别命名为MS-1、MS-2。

2.2 性能测试

抗压强度、拉伸强度、弯曲强度测试：参照环氧砂浆技术规程DL/T5193-2004进行测试。

断面形态观察：复合树脂砂浆试块经过抗压试验后，取其断裂面较为平整部分，制作成0.5 cm×0.5 cm×0.5 cm的小试块，表面喷金处理后对其进行扫描电镜观察。

3 结果与讨论

3.1 金刚砂级配对复合树脂砂浆力学性能的影响

从表1中可以看出，粒径较大（20目、40目复配）、两种磨料粒径相差较小时，复合树脂砂浆的抗压强度、拉伸强度、弯曲强度较低。当磨料粒径较小、两种磨料粒径相差较大时，复合树脂砂浆的各项性能较好，当40目与80目磨料1：1复配后，砂浆的力学性能最优，抗压强度达到89.61 MPa，拉伸强度达到16.09 MPa，抗折强度为21.49 MPa。究其原因，可能是粒径较大时，磨料之间存在较多空隙，在受到外力作用时，这些空隙成为了影响性能的缺陷；粒径较小或者两种磨料粒径差别大时，不同磨料之间较为致密，可以相互填充，避免产生较大空隙，在受到外力作用时能够相互支撑而有利于砂浆力学性能的提高[4,5]，如S-1、S-5砂浆试块断面扫描电镜图片所示。

表1 不同粒径金刚砂配比对复合树脂砂浆力学性能的影响

图1 复合树脂砂浆S-1、S-5试块断面扫描电镜照片

3.2 砂胶配比对复合树脂砂浆力学性能的影响

从表2可以看出，随着胶砂比的减小，耐磨环氧砂浆的各项性能较优。当胶砂比为1：5时，砂浆的抗压强度、拉伸强度、抗折强度分别为100.20 MPa、17.20 MPa、21.58 MPa。当用胶量较大时，环氧树脂能够更为充分地将磨料浸润包裹，固化后能够形成更为完善的环氧交联网络[6]，试样在拉力或者压力作用时，能够较好的吸收外力，使材料具有较好的性能。综合考虑材料性能及经济性，可采用胶砂配比1：6或者1：7的配方制作复合树脂砂浆，该配方有较好的力学性能，成本又相对较低，具有较高的性价比。

表2 砂胶配比对复合树脂砂浆力学性能的影响

3.3 密实度对复合树脂砂浆力学性能的影响

复合树脂砂浆施工中主要采用人工涂抹，不同的施工环境下制备出的复合树脂砂浆涂层性能也不尽相同，其中密实度对涂层的影响较大。如表3所示，当复合树脂砂浆涂层制备过程中压紧、密实时，其性能明显高于不密实涂层的性能，抗压强度为不密实涂层的1.56倍，拉伸强度为不密实涂层的1.40倍，抗折强度是不密实涂层的1.34倍。密实度对涂层的性能影响较大，在制备过程中应着重关注。

表3 密实度对复合树脂砂浆力学性能的影响

3.4 复合树脂砂浆在蜗壳耐磨防护中应用

通过检测复合树脂砂浆的力学性能，选定性能较优的配方在水轮机蜗壳耐磨防护中进行应用。由于高速含沙水流冲蚀作用，水轮机蜗壳遭受着磨蚀破坏，通过涂抹复合树脂砂浆对蜗壳表面进行防护，利用复合树脂砂浆优异的耐磨性能保护蜗壳不被破坏，经过实际运行，如图2所示，复合树脂砂浆涂层表现出优异的性能，经受住了高速含沙水流的冲蚀，起到了对水力机械过流面的耐磨防护作用，取得了良好的应用效果。

图2 复合树脂砂浆涂层在水轮机蜗壳中的应用

4 结论

通过检测不同配方的复合树脂砂浆力学性能，优选出力学性能优异的配方组合，其中当金刚砂40目、80目复配，胶砂比为1：6，密实性好的复合树脂砂浆涂层的性能最优。利用该复合树脂砂浆涂层对水轮机蜗壳进行防护，使用5年后，涂层完好，起到了良好的保护作用，取得了优异的抗磨蚀效果。

[1]李贵勋,张雷,郑军,等.磨蚀防护技术在水力机械的应用研究[J].水电站机电技术,2017,40(05):21-23.

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