水利水电工程泄水建筑物抗冲磨保护技术研究

朱晴

摘 要：水利水电工程泄水建筑物抗冲磨保护和空蚀破坏是水工泄水建筑物中常见的现象之一。流动的沙石对于大壩底部或侧面混凝土的冲刷力十分强大，一般大坝的建造会通过对抗冲击材料不同的选择来保护建筑物混凝土破坏，本文阐述了水泥砂浆、水泥粉煤灰浆、环氧胶泥、环氧涂料在过水建筑物大坝中抗冲磨的保护技术研究的成功运用。此应用对泄水建筑物的沙砾磨损起到了很好的保护和修复作用。

关键词：过水建筑物；抗冲磨保护；泄水；冲磨蚀；环氧涂料

1 冲蚀破坏的特点

1.1 推移质磨损破坏

推移质破坏之中破坏能量最大的是跳跃式冲击，所以要选用硬度较大的材料，因为泄水过程中破坏有很多方式，沙粒随着水流的摩擦除了滚动摩擦和滑动摩擦之外，还有跳跃式冲击。过流面高峰期磨损程度会相当大，建筑物遭到泄水冲击后混凝土表面会大大受损，短时间内出现凹凸不平的沟壑。由此可见，材料的韧性及其重要，三门峡工程的观测资料表明，韧度是决定建筑设计结构并且抵抗冲击力破坏能力的主要因素。无论是三峡还是大坝中，高流速泄水通过建筑物所涉及的混凝土必须采取抗冲磨强度高的材料护面。

1.2 空蚀破坏

工程实践和研究结果表明，水利水电工程泄水建筑物抗冲击保护实验过程中大坝中高速泄下的水流冲击混凝土时对其很少有破坏作用，显然易见，对混凝土造成破坏的原因另有其说，由于消耗能量掺气不良、混凝土表面不平整、建筑工程质量差等，大坝的建筑物局部会产生负压，在混凝土表面形成剥蚀来看，这种剥蚀类似于爆炸产生的，因此材料的硬度十分重要是总体上决定结构抗空蚀强度的主要因素，为了防止空蚀破坏建筑物要加强施工质量和实际材料的选择。

1.3 悬移冲磨破坏

一般来说，细粒径沙石的悬移质泥沙在水流过程中冲刷建筑物的角度都比较小，幅度大概在五度-十五度之间，不会太大。沙粒随着水流的运动被动的与混凝土表面进行摩擦，据观察会在水利水电工程泄水建筑物中会造成混凝土表面均匀的磨损情况。所以建筑物材料要选用硬度较高的材质，钢材不宜选择用。经过悬移冲刷破坏之后的混凝土表面沟渠较少、相对平整，另外没有混凝土表面的材料保护层建筑物表面就会表现的比较粗糙不平。再次证明了决定结构抗冲磨强度大小的主要因素是材料的硬度。

2 抗冲磨材料的选用

2.1 选材要求

水利水电工程泄水建筑物抗性材料的选用要从多方面进行考虑，主要考虑的因素有以下几个方面：（1）高速水流的介质材料的耐久性是建筑物经久不衰的重要性能；（2）现场施工性要有一定效率；（3）相容性材料和混凝土要息息相容；（4）经济性以及环保型是新材料的重点考虑；（5）冲打和腐蚀破坏修复。

首先来说，较高的强度可以提高大坝泄水对混凝土的抗冲磨性能，对性能的要求是要选择材料与混凝土较高的粘接强度，最好是与混凝土相容并且不易于混凝土分离的材料。其次要看施工情况，施工情况要根据建筑物的具体情况来进行，工序完整的条件有利于保证施工质量。

材料性能的选择一般有以下三个：

耐久性：选用的材料要绝缘性强，不能容易发生化学变化，而且还应该不易被侵蚀破坏，在使用过程中和环境中要性能稳定。

相容性：混凝土要和材料相容，柔韧性和抗冲击性能完好、弹性模量低、线性热膨胀系数与混凝土基本一致，需要有强大的适应能力来适应外力或者温度以免引起建筑物的变形。

环保性：现代化的建筑过程中越来越重视环保材料的应用，如果环保性能好的话，工人在施工过程中就会很少造成对人体健康的危害，固化之后的材料不会对水质产生影响造成水污染。

2.2 抗冲磨的材料选择

水利水电工程建筑物修补和泄水抗冲蚀保护工程中，对过水建筑物冲磨破坏腐蚀的修复频率是所有问题中最高的一项。多少年以来，总结研究发现，修复技术在和传统修复技术研究上已经得到了很大的进展。因为高速水流对建筑物的破坏程度不同，需要选择不同的抗冲打材料修复。

2.3 环氧砂浆、环氧胶泥、环氧涂料各自的性能特点

环氧砂浆性能优良，施工也比较简便，并且属于无毒无污染的产品。环氧砂浆的复合性是以改性环氧树脂、新型试剂等新研究出的物质，可以根据特种添加材料进而复合成高性能抗冲磨材料。

环氧泥胶是以环氧树脂涂料添加精细石英沙经过人工调配而成的，易增加抗压、抗震，提高耐磨性的中间聚合体，性能特点较前者来说是更加良好的触变性还有一定的自流平性，特点之一也是无毒无污染。

环氧涂料也是一种新型涂料，低粘度、高清润性是其主要特点。环氧涂料分为耐磨损环氧涂料和耐水环氧涂料，能够侵入混凝土的表面碳化层将混凝土固结成为一个整体，不可避免的是，大坝泄水过程中高速水流会把混凝土表层渗透的冲击缝通道堵塞，环氧涂料的存在具有一定效果可以腐蚀介质，这样一来建筑物材料就不会轻易的被腐蚀，而是因此形成坚固的防护屏障。

3 抗冲技术的保护施工技术要点

由上所述的三种材料，处理工艺相互联系但是又有所不同。在施工进行的时候要注意以下几个方面

（1）抗冲磨技术保护层施工成败的关键就是基面的处理，基面处理必须要确保其洁净、密实、干燥，这是抗冲磨技术保护层施工技术实行的关键点。基面有渗水的话，要根据实际情况进行防渗处理，处理得当之后确保基面无渗水、漏水。

（2）环氧泥胶和环氧涂料中抗冲磨的施工保护层厚度有一定的要求，一般厚度为零点五到一点五纳米，不能过于厚也不能过于薄。因此在基面处理时就要做出一定规划，按照设计要求严格休整混凝土表面一定的平整度和材料的厚度，这样才能准确的确保抗冲磨保护层的平整度 。

（3）施工过程中材料搅拌均匀性也是建筑物抗冲刷材料应用的关键点之一，抗冲磨技术特点中需要根据材料配合比严格控制拌合比例和搅拌时间，不同材料需要的搅拌时间不同，施工过程中应该避免因为材料的搅拌不均造成了施工质量的不达标，施工之后返工过程也要花费更多的人力、物力、财力。

（4）最后在建筑物基面打磨时要特别注意通风和除尘问题，可以在一定程度上避免施工过程中粉尘侵入人体而造成身体危害，影响身体健康。

Ne系列环氧的材料抗冲技术在效果等方面更有优势，一种在我国技术中较为先进的抗冲磨技术。近年来，NE系列的抗冲磨的材料运用已经逐步走上了大众化，其广泛应用于各类大坝、水电站国内外大型水电工程，环氧材料的应用效果也受到了一致好评，并且在如今广泛应用。

4 结论

在水利水电工程泄水建筑物抗冲磨保护技术中，通过对混凝土的冲磨破坏的分析以及抗冲磨材料选择和工艺研究，可以得出以下结论。

（1）选择砂浆、胶泥和环氧涂料结合施工技术应用于水利水电工程泄水建筑物过流面的抗冲、磨、空蚀保护以及破坏之后的修复效果是科学的，而且实践表明其技术也是有效的。

（2）新型环氧砂浆在水电工程中的运用也只有十几年的时间，因此来看技术创新问题的研究还需要更加深入的探索和大胆的实践。

（3）材料厚度的标准更是在施工过程中，抗冲磨保护层根据水流介质、空气中物质腐蚀、水流流速、混凝土修复要求来进行对材料和厚度的选择。

总之来说，水利水电工程泄水建筑物抗冲磨保护过程中，针对混凝土的结构缝、沟壑等变形比较大的破损部位修复，其修复过程还需要在今后的研究中，通过材料的不断创新来解决破损部位修复，另外材料的工艺和材料也可以作为混凝土冲磨保护技术发展过程中一个新的领域，其发展前景还有待继续探索。

参考文献：

[1] 黄俊玮.水利水电工程泄水建筑物抗冲磨保护技术研究[J].建筑技术开发，2017（22）：140～141.

[2] 杨海涛.特级水利水电工程泄水建筑物边坡安全判据研究[D].中国水利水电科学研究院，2016.