新安江大坝溢流面弹性环氧砂浆现场试验

的长度， 以获得良好的变形性能。弹性环氧砂浆的 主 要 成 份 是 环 氧 树 脂 、固 化 剂 、填 料 及 其 它 增 塑 剂 。 正常固化的弹性环氧砂浆的特点是抗拉强度高， 粘 结力强， 适应变形能力强， 有较好的伸长率和抗裂 性能好， 在－ ２０℃～＋８０℃条件下冻融循环进行强化开 裂试验， １０ 个循环不开裂， 抗低温开裂性能远优于 一般环氧砂浆， 比较适用于温和地区的露天施工。 由于新安江水电站地处南方， 气温条件比较适宜使 用弹性环氧砂浆。
ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ． Ｔｈｒｅｅ ｔｉｍｅｓ ｓｉｔｅ－ ｔｅｓｔｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ａｎｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈ－
ｎｏｌｏｇｙ ｉｎ ａｐｐｌｙｉｎｇ ｔｈｅ ｅｌａｓｔｉｃｉｔｙ ｅｐｏｘｙ ｍｏｒｔａｒ ｏｎ ａ ｌａｒｇｅ ａｒｅａ． Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ ｔｅｓｔ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｒｅｅ ｏｎｅｓ．Ｉｔ ｓｕｍｍａ－
３ 前两次现场试验及存在的问题
３．１ 施工工艺 现场共进行了三次试验， 第 一 次 试 验 于 ２００３
年 ２ 月份进行， 第二次试验是在同年 １２ 月份进行。 两次试验使用的环氧树脂 Ｅ４４ 粘度大， 施工期间气 温低， 这 给 材 料 的 称 量 、搅 拌 及 涂 层 的 涂 抹 等 带 来 了 很 大 困 难 。 现 场 为 了 解 决 环 氧 树 脂 粘 度 大 、施 工 不便的问题， 采取了加热环氧的方法来降低树脂的 粘度， 操作过程如下： （１） 第一次施工现场把环氧树脂 加热至 ６０℃～７０℃， 第二次把加热至 ４０℃左右的环 氧树脂倒入容器中称量， 然后立刻加入固化剂； （ ２） 用手持电动搅拌机搅拌环氧与固化剂的混合液； （ ３） 把填料与混合好的环氧浆液倒入砂浆拌和机中搅拌， 然后出料浇筑。
前两次施工的砂浆涂层表面都出现了不同程 度的开裂， 涂层开裂处环氧树脂有拉丝的情况。当 时砂浆表层温度为 ３５℃～３８℃， 砂浆层变软， 能卷 曲， 这说明砂浆强度很低。
通过分析认为涂层产生开裂的原因主要是由 于砂浆的非正常固化， 非正常固化的原因是环氧树 脂“爆聚”所致。爆聚后的环氧材料对于温度的变化
张运雄， 等： 新安江大坝溢流面弹性环氧砂浆现场试验
新安江大坝溢流面弹性环氧砂浆现场试验
张运雄 １， 周华文 １， 孙志恒 ２， 方文时 ２， 鲍志强 ２ （ １．新安江水电厂， 浙江 建德 ３１１６０８； ２．中国水利水电科学研究院， 北京 １０００４４）
摘 要： 新安江水电站溢流坝溢流面老环氧砂浆涂层出现了脱空、开裂等缺陷。为了研究弹性环氧砂浆大面积施工工艺和
聚合， 这将使混合物在短时间内温度急剧升高、粘 度急剧增加或出现急速固化。“爆聚”会使材料的性 能下降或完全丧失材料的原有性能。
室 内 对 相 同 的 环 氧 树 脂 Ｅ４４ 分 别 加 入 两 种 不 同的固化剂进行了试验， 一种为低分子胺类固化 剂， 另一种为弹性固化剂。环氧与低分子胺反应发 生“爆聚”后材料 体 积 膨 胀 ， 并 且 迅 速 硬 化 ； 而 弹 性 环氧“爆聚”形式不同， 把环氧树脂 加 热 至 ６０℃， 然 后立刻加入固化剂搅拌均匀， 放置 １５ ｍｉｎ 左右， 其 最高温升可达到 １４８℃， 浆液粘度急剧增加， 失去流 动性即产生“爆聚”， 试验中发现弹性环氧“爆聚”产 物遇冷变硬， 受热发软、发粘。
补越厚的局面。１９８３ 年中国水利水电科学研究院使 用弹性环氧砂浆在新安江溢流坝面进行了小面积 现场试验。经过 ２０ 多年的运行， 该涂层虽然长期暴 露在外界， 并经过干湿、冷热循环的作用， 没有发现 涂层出 现 开 裂 、脱 空 现 象 ， 并 且 涂 层 与 基 层 混 凝 土 粘结良好， 证明了弹性环氧砂浆的优越性。由于弹 性环氧砂浆小范围使用和大面积施工会有很多差 异， 施工工艺也不尽相同， 因此新安江电厂与中国 水利水电科学研究院结构材料所再次进行合作， 采 用弹性环氧砂浆对 ７ 号、８ 号坝段进行面积为 １２０ ｍ２ 的修补试验， 重点研究弹性环氧砂浆大面积施工工 艺和可能遇到的质量问题。
环氧树脂固化反应为放热反应， 把环氧树脂加 热至 ６０℃～７０℃， 立刻加入固化剂， 这时环氧树脂正 处于热态， 加之固化反应放热， 容器中环氧浆液的 热量不易散失， 随着反应放热的累积， 浆液内部温 度会陡然窜升， 导致环氧材料“爆聚”。“爆聚”现象 是高分子聚合反应中的一种特殊情况， 即树脂与固 化剂开始混合后， 由于反应放热来不及散失而加速
大面积抗冲磨工程的应用打下良好基础。
关键词： 新安江大坝； 弹性环氧砂浆； 施工工艺； 溢流面； 抗冲磨
Ｔｉｔｌｅ： Ｓｉｔｅ ｔｅｓｔｓ ｏｆ ｅｌａｓｔｉｃｉｔｙ ｅｐｏｘｙ ｍｏｒｔａｒ ｏｎ ｔｈｅ ｓｐｉｌｌｗａｙ ｏｆ Ｘｉｎ＇ａｎｊｉａｎｇ ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ ｄａｍ ／ ／ｂｙ ＺＨＡＮＧ Ｙｕｎ－ ｘｉｏｎｇ， ＺＨＯＵ Ｈｕａ－
ｗｅｎ ａｎｄ ＳＵＮ Ｚｈｉ－ ｈｅｎｇ， ｅｔ ａｌ． ／ ／Ｘｉｎ＇ａｎｊｉａｎｇ Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ Ｐｌａｎｔ
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｄｅｆｅｃｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｅｓｃａｐｅ ａｎｄ ｃｒａｃｋｓ ｏｆ ｔｈｅ ｏｌｄ ｅｐｏｘｙ ｍｏｒｔａｒ ｆａｃｉｎｇ ｏｎ ｔｈｅ ｓｐｉｌｌｗａｙ ｏｆ ｔｈｅ Ｘｉｎ＇ａｎｊｉａｎｇ ｄａｍ ｗｅｒｅ ｄｉｓｃｏｖｅｒｅｄ
２ 弹性环氧砂浆的特点
弹性环氧从分子链的结构上进行改性， 采用分 子结构设计的手段， 通过控制交联密度来调整链段
ｗｗｗ．ｄ 大 坝 与 安 全 ３１
Ｂｙ ＺＨＡＮＧ Ｙｕｎ－ ｘｉｏｎｇ ： Ｓｉｔｅ ｔｅｓｔｓ ｏｆ ｅｌａｓｔｉｃｉｔｙ ｅｐｏｘｙ ｍｏｒｔａｒ ｏｎ ｔｈｅ ｓｐｉｌｌｗａｙ ｏｆ Ｘｉｎ＇ ａｎｊｉａｎｇ ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ ｄａｍ
由于当时国内对于环氧材料研究还处于初期 阶段， 所用固化剂为低分子胺类， 这类固化剂会使 环氧砂浆涂层出现较大的收缩， 并且涂层暴露在外 界， 气候和温度的变化也增大了环氧涂层开裂的几 率。针对新安江电站溢流厂房顶老环氧砂浆涂层出 现的脱空 、开 裂 等 问 题 ， 电 厂 曾 使 用 过 多 种 材 料 进 行修补， 均未收到良好效果。每次修补之后， 修补块 与老环氧层的界面处仍出现开裂， 而且修补块本身 也产生贯穿性裂缝， 年复一年， 形成了越挖越深、越
ｒｉｚｅｓ ｔｈｅ ｐｏｓｓｉｂｌｅ ａｆｆｅｃｔｉｎｇ ｆａｃｔｏｒｓ ｆｏｒ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｑｕａｌｉｔｙ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｅｌａｓｔｉｃｉｔｙ ｅｐｏｘｙ ｍｏｒｔａｒ ｏｎ ｌａｒｇｅ ａｒｅａ， ａｎｄ
ｏｐｔｉｍｉｚｅｓ ｔｈｅ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｒａｗ ｍａｔｅｒｉａｌ， ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｅｐｏｘｙ ｍｏｒｔａｒ ａｎｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ． Ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ｃｏｎ－
３２ Ｄａｍ ａｎｄ Ｓａｆｅｔｙ ２００６·２
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张运雄， 等： 新安江大坝溢流面弹性环氧砂浆现场试验
特别敏感。从环氧固化物结构的角度分析， 环氧树 脂固化应形成三维网络结构， 这种结构具有稳定性 好， 强度高等特点， 而线性高分子材料对温度很敏 感， 受热后强度急剧下降， 前两次施工的涂层就是 这种现象， 这说明环氧固化物没有形成所期望的三 维网络结构， 出现非正常固化。非正常固化的涂层 开裂是由于白天日光照射涂层受热后， 表面强度降 低或几乎没有强度， 夜晚温度降低时涂层表面变 硬， 或涂层受热后再受到雨水浸泡， 这时涂层会出 现收缩， 这种收缩力很容易把没强度的涂层表面拉 裂， 这就是砂浆表层开裂的原因。
两次试验完后， 经过夏天的曝晒考验， 弹性环 氧涂层均 出 现 了 表 层 开 裂 、受 热 发 软 、发 粘 以 及 不 固化等问题。
经 对 第 一 、二 次 施 工 取 回 的 样 品 和 现 场 施 工 工 艺过程进行分析， 与 １９８３ 年新安江环氧涂层试验 的工艺过程进行比较， 并通过室内分析试验和露天 模拟试验研究， 得出了导致弹性环氧涂层表面开 裂、不固化的原因。 ３．２ 施工工艺存在的问题及涂层质量原因分析 ３．２．１ 加热的影响
第一次施工后发现涂层颜色有差异， 这是由于 拌料不均匀造成的。第一次施工使用砂浆拌和机拌 料， 但环氧浆液粘度大， 容易粘附在搅拌机器壁和 搅拌轴上， 在搅拌时如未及时刮下参与反应的原 料， 就会形成无法控制的夹生层， 使得填料与浆液 不能混合均匀， 不仅影响涂层整体的颜色， 而且还 会影响涂层的整体质量。第二次施工在砂浆中添加 了一些遮盖色料， 解决了颜色差异的问题。 ３．２．４ 涂层开裂的原因分析
前两次施工的环氧涂层受热时发软、发粘， 当 气温降低时就会变硬， 这与“爆聚”试验结果完全一 致， 属于环氧材料的非正常固化。 ３．２．２ 搅拌方式的影响
前两次施工现场成型的试件经测试， 发现其强 度低， 密实性差， 砂浆内有很多气孔。其中部分原因 是由于施工过程使用了电动搅拌机搅拌。电动搅拌 机， 其转速在 ２ ０００ ｒ ／ｍｉｎ 以上， 高速搅拌使环氧浆 液混入大量气泡， 因为环氧树脂的粘度大， 搅拌时 混入的气泡不易被排出， 所以在浇筑的砂浆涂层中 出现了很多气孔， 造成涂层密实性差。一般应采取 低速搅拌来避免大量空气混入到液体中， 搅拌速度 应小于 ３００ ｒ ／ｍｉｎ。 ３．２．３ 涂层颜色的差异
ｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｅｐｏｘｙ ｍｏｒｔａｒ ｏｎ ｌａｒｇｅ ａｒｅａ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｆｏｕｎｄ ｏｕｔ． Ｔｈｅ ｔｈｉｒｄ ｔｅｓｔ ｏｎ ｓｉｔｅ ｗａｓ ｐｒｏｖｅｄ ｔｏ ｂｅ ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌ ｂｙ ｍｏｒｅ ｔｈａｎ ｏｎｅ
ｙｅａｒ＇ｓ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ， ｗｉｔｈ ｔｈｅ ａｎｔｉｃｉｐａｔｉｖｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ａｃｈｉｅｖｅｄ． Ｏｎ ｔｈｅ ｇｏｏｄ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｓｔ， ｔｈｅ ｅｌａｓｔｉｃｉｔｙ ｅｐｏｘｙ ｍｏｒｔａｒ ｗｉｌｌ ｂｅ ｅｘｔｅｎｓｉｖｅｌｙ