海岛结构环氧合金抗冲磨防护材料的开发及应用研讨.pdf

“海岛结构”环氧“合金”抗冲磨防护材料的开发及应用研究 买淑芳方文时李敬玮 (中国水利水电科学研究院结构材料研究所) 摘要：本文介绍了水工建筑物冲刷磨损破坏情况及增韧改性环氧树脂砂浆在混凝土抗冲麝性能的提高中 的作用。详细讨论了“海岛结构”环氧材料(HD-EP)增韧及抗冲磨枫理，并进行了环氧材辩的抗冲磨试 验，得出“海岛结构”环氧材料(HD—EP)的抗冲磨性能比普通环氧及c。混凝土有较大的提高。通过电 镜扫描观察分析了材料中存在的“海岛结构”是提高材料韧性的关键，进一步提出其工程应用前景及施 工工艺技术。 关键词：多相多组分 “海岛结构” 环氧树脂砂浆断裂韧性抗冲刷磨损高速水流水工建筑物 1前言 水工建筑物的冲刷磨损破坏是水利水电建设中有待解决的重要课题，溢流坝、溢洪道、 泄洪洞、泄水闸底板、护坦、消力墩、排水底孔的底板及边墙等混凝士结构在高速含砂水 流冲磨作用及推移质冲击作用下会不同程度磨损，经常需要进行维修。近年来，我国高水 头大流量的泄水建筑物越来越多，如正在建设的龙滩、小湾、溪落度等工程，最大流速40～ 50m／s，已建成的工程如龙羊峡、李家峡、二滩等都存在受高速水流冲刷、磨损、空蚀或 高速含砂水流冲磨破坏的问题，对抗冲磨材料提出了更高的要求。流速高，泥沙含量高， 磨损严重是我国水电建设中面临的难题。 国内外学者从事抗磨蚀理论研究和抗冲磨材料研究已有几十年历史，所涉及的抗冲磨 材料品种很多，如：钢板、铸石板、铸铁板衬护、不同方式埋设钢轨再嵌填硅粉混凝土、 纤维增强混凝土、树脂砂浆(所用树脂有环氧及改性环氧树腊、呋喃树脂及其它高分子材 料)、喷射混凝土、硅粉混凝土、粉煤灰抗冲磨混凝土等。 从上世纪六十年代开始，国内曾将环氧树脂、呋喃树脂、丙烯酸酯树脂、不饱和聚酯 树脂砂浆等，用于水工建筑物抗含砂水流的冲磨破坏，其中以环氧砂浆效果较好用得较多． 直到现在还在使用。上世纪六十年代初，新安江电站坝后式电厂的溢流厂房顶采用环氧砂 浆涂层弥补混凝土结构表面平整度差的问题，以预防冲磨和气蚀破坏。Iq峡、刘家峡及 葛洲坝等大型水利枢纽的泄水建筑物亦采用环氧砂浆或树脂砂浆镶嵌铸石板、钢轨等修补 冲磨破坏的混凝土。在工程实践中常常会出现各种各样的问题如树脂砂浆的开裂、脱空、 被水流冲磨破坏等，国家自然科学基金委员会曾资助“树脂涂层与混凝土之间破坏机理的 研究”(“水工混凝土建筑物老化病害的防治及评估的研究”子题)。至今，为解决高速水 流冲磨问题仍在进行环氧材料改性的研究，从长期应用的经验中人们认识到，解决抗冲磨 问题不能一味追求高强度，而应提高材料的韧性，提高其耐高、低温变化的能力，提高其 对基层混凝土的粘接力等，使其成为混凝土表面抗高速水流冲磨的保护层。 2“海岛结构”环氧材料(皿一EP)增韧及抗冲磨机理 以往环氧树脂的改性多是把具有柔性分子链的树脂或液态橡胶添加到环氧材料，把 有活性端基的改性剂或有柔性分子链的固化剂加入环氧一固化剂体系中使其以分子水平 分散，并通过化学键嵌入到环氧树脂的交联网络中，使环氧交联网络整体柔讫形成均相体 系，环氧材料的脆性降低但不可避免地损失刚性和耐热性，这只是增柔不是增韧。 增韧则不同，它不使材料整体柔化，也不形成均相固化体系，而是将环氧树脂固化物 变成一个多相体系，“海岛结构”就属于这种体系。“海岛结构”环氧材料(HI卜EP)一即 多相、多组分高分子“合金”技术。是将环氧树脂固化物变成一个多相体系，“海岛结构” 就属于这种体系。将特制的有多种活性基团的高分子增韧剂(ZRJ)加入环氧树脂和固化 剂体系中时，互相混溶形成均相，在固化过程中，增韧剂形成球形颗粒，在环氧树脂交联 网络构成的连续相中成为分散相，分散相颗粒直径通常在几微米以下，一旦形成“海岛结 构”材料的断裂韧性大幅度提高，抗裂性、耐高低温性能及老化性能均有明显提高。 形成“海岛结构”会使材料的断裂韧性发生突变己为无数事实证明，国内外许多专家 学者，对此问题进行了研究，结果表明“海岛结构”中的分散颗粒是模量较低的弹性体时， 其主要作用是诱发环氧树脂基体发生屈服和塑性变形，从而大幅度提高断裂韧性。没有“海 岛结构”存在，就无法发挥环氧树脂基体形变耗能的潜力。另外增韧剂颗粒自己发生形变、 撕裂对韧性也有贡献，在树腊交联密度很高不易发生形变时占主导地位：而加入增韧荆使 分子量变大，使固化物交联密度降低，这是韧性大幅提高的主要原因。环氧树脂／胺类 固化体系属于蕴藏耗能潜力较大的交联网