－环氧胶泥在向家坝水电站中表孔混凝土抗冲磨保护应用

王辰悦，张 彰，卓必文，陆志华

(杭州国电大坝安全工程有限公司，浙江杭州，310030)

作者简介: 王辰悦(1988—)，男，浙江杭州人，助理工程师，主要从事防水材料的开发、研究和应用。

【摘 要】 采用HK－EQ环氧胶泥对向家坝水电站中表孔进行抗冲耐磨处理，电站下闸蓄水后中表孔运行频率较高，流道混凝土表面抗冲磨要求较高。材料性能、施工工艺及质量控制均能满足设计及技术规程要求，同时介绍了大面积处理应注意的事项，可为今后类似工程提供借鉴。

【关键词】 向家坝水电站; 抗冲磨材料; HK－EQ环氧胶泥; 应用

1 工程概述

向家坝水电站是金沙江下游河段规划的最末一个梯级电站，位于四川省宜宾县和云南省水富县交界处。电站上游距溪洛渡电站河道里程为156.6km，下距宜宾市33km，离水富县城1.5 km。工程的开发任务以发电为主，同时改善航运条件，兼顾防洪、灌溉，并具有拦砂和对溪洛渡水电站进行反调节等作用。电站主要供华中、华东地区用电，兼顾川滇两省用电。

电站装机容量6400MW，保证电力2009MW，多年平均发电量307.47亿k W·h，灌溉面积375.48万亩。工程枢纽主要由挡水建筑物、泄洪消能建筑物、冲排沙建筑物、左岸坝后引水发电系统、右岸地下引水发电系统、通航建筑物及灌溉取水口等组成。电站最大泄洪量为48660m3/s，最大下泄总功率约40000MW，消力池内最大单宽流量为225m3/m，消力池入池流速达42m/s。泄洪建筑物布置在河床中部，其前沿宽度仅248m，设计为12个表孔、10个中孔、表中孔相间布置型式。泄洪建筑物技术特点有:

(1)采用中表孔间隔布置+高低坎集中出流的带跌坎底流消能方案。在高水头大单宽条件下，首次提出采用带跌坎底流消能技术，入池单宽流量和单宽泄洪功率均为世界之最，消力池入池流速也为国内高坝之首。

(2)采用不设调压井的尾水系统。右岸地下厂房安装4台单机容量为800MW的大型机组，具有单机容量大、机组尺寸大、引用流量大的特点。

2 泄洪建筑物抗冲磨保护设计方案

向家坝水电站泄水坝段、右岸非溢流坝段及左岸坝后厂房等自身具备挡水渡汛条件后，于2011年11月开始加高左岸非溢流坝段缺口，由6个导流底孔和10个永久中孔泄流。2012年10月导流底孔下闸封堵，中孔开始过流，2012年12月消力池排干开始检查左右中表孔及消力池泄流后泄洪建筑物表面冲蚀情况。其存在的主要问题有如下几类: ①中孔流道局部存在空蚀、磨损、刮痕、孔洞及原来修复材料脱落等情况; ②消力池上游跌坎立面混凝表面存在磨蚀现象，局部磨蚀深度1～2cm呈现中石微露; ③中表孔流道侧墙、消力池侧墙定位锥孔部分被掏空需填补; ④消力池上游面底板中孔流道入池区域抗冲磨混凝土局部磨损严重，呈粗骨料微露。

为提高泄洪建筑物的表面耐磨损性，针对上述缺陷且结合国内高速水流泄洪建筑物的运行维护范例，我们制定了如下修复保护方案:

(1)对于高速水流过流面，在满足平整度要求的前提下处理应遵循“多磨少补、宁磨不凿”的原则，以便尽量减少新老混凝土结合问题，并少损伤母体混凝土，混凝土表面不平整度有压段不大于3mm，明流段不大于5mm，坡度控制在1 30以下;

(2)对局部错台、坠物砸坑、刮痕、冲刷、空蚀区，首先进行打磨，对局部气蚀较深部位，参照混凝土表面蜂窝、麻面、气泡密集区原则进行处理;

(3)对于污染砂浆主要以打磨为主，处理后需满足平整度要求;

(4)中表孔流道表面(高速水流区)、消力池、中导墙立面，在作打磨处理后，需全断面涂刷不小于2mm厚的环氧胶泥进行保护处理;

(5)消力池底板表面的磨蚀，原则上采用环氧砂浆修补至原设计体型，对于磨蚀较浅的部分下游底板采用刮涂环氧胶泥进行保护处理。

3 抗冲磨材料选择及主要性能指标

由于修复部位处于高速水流区，要求所用的材料具有较好的力学性能指标和与老混凝土良好的弹模、热膨胀系数匹配性、经济性，经室内试验选择并结合现场实际情况，最终选择了杭州国电生产的HK－EQ环氧胶泥、HK－UW－3环氧砂浆(预包装)材料作为中表孔、消力池修复使用材料，HK－UW－3环氧砂浆本文不作讨论。

3．1 室内粘结试验

室内粘结试验，参照混凝土裂缝用环氧灌浆材料JC/T1041—2007中粘结强度测试方法对HK－EQ环氧胶泥和巴斯夫1438环氧胶泥进行对比试验，轴向拉伸粘结。试验结果见表1。

表1 HK－EQ环氧胶泥和1438环氧胶泥粘结性能对比试验(JC/T1041—2007)

续表1

从上述数据可以看出1438环氧胶泥和HK－EQ环氧胶泥轴向粘结性能良好，均能满足设计指标要求。

3．2 室内正拉拔粘结试验

室内正拉拔试验，参照环氧砂浆试验技术规程DL/T5193—2004中正拉拔检测试验方法进行，基础混凝土采用C40混凝土试块，干燥基面。其拉拔粘结试验结果如表2。

表2 HK－EQ环氧胶泥和1438环氧胶泥粘结性能对比试验(DL/T5193—2004)

3．3 本体抗压强度试验

参照混凝土裂缝用环氧灌浆材料JC/T1041—2007中抗压方法进行，其试验结果如表3。

表3 HK－EQ环氧胶泥和1438环氧胶泥本体抗压性能对比试验

从表中可以看出28d的抗压强度均远大于设计要求的45MPa。

3．4 抗冲磨试验

HK－EQ环氧胶泥采用HKI－2型冲磨试验机，在室温条件下养护7d后进行72h抗冲磨试验测试。试验结果如表4。

表4 HK－EQ环氧胶泥抗冲磨性能表

从上述试验结果可看出，HK－EQ环氧胶泥具有极高的抗冲磨强度，远大于中表孔、消力池抗冲磨混凝土强度，完全满足设计要求。

3．5 添加不同量水泥力学性能指标

现场为满足点刮工艺要求，需在HK－EQ环氧胶泥中添加一定量的水泥，经测试添加水泥后力学性能指标与添加前相当，室内检测数据如表5。

表5 42．5级水泥用量对HK－EQ环氧胶泥性能的影响

从上表数据分析，HK－EQ环氧胶泥添加不同比例水泥后抗压强度会有所增长，轴向粘结、拉拔粘结强度变化较小，均可满足设计要求。

4 环氧胶泥施工工艺流程

4．1 施工工艺流程

基面打磨→高压水冲洗→扩孔→点刮处理→高压风清洁基面→满刮处理→拉拔验收。

4．2 施工注意事项

(1)基面洁净直接关乎粘结效果，在施工过程中，中表孔流道及消力池存在交叉作业现象，各单元工程进度不一，基面打磨产生的粉尘互相干扰较大，为最大限度避免由此带来的影响，需合理安排各孔作业时间，搭设遮盖棚，尽可能减小不良影响;

(2)在刮涂环氧胶泥前，基面尽可能干燥，不能带有明水，以免影响其粘结强度;

(3)材料配制需按厂家提供的参考比例配制，避免因材料比例失衡造成的涂层不固化现象出现，同时配制好的材料需在规定时间内用完，否则视为废料处理;

(4)点刮工艺过程中，在填补单个气孔时，必须分2次或多次填满，并挤刮以排出气体，禁止一次填满，以防止外部补平内部含有未排尽的气体现象。

5 施工质量检测及控制

5．1 施工质量控制

(1)基面处理控制，在基面处理过程中，需特别注意对原覆盖过混凝土保温层后未清洁干净基面的处理，需打磨至新鲜基面，以防止由于老涂层夹层粘结产生的不利影响。

(2)材料拌合控制，在拌合时需注意环氧胶泥A、B组分比例，尤其对包装底部材料的拌制，需均匀、完全，涂刮面局部不固化的现象多由此引发。

5．2 质量检测

5.2.1 外观质量检测

满刮完毕后，需对整个单元工作面进行外观检测，不得出现集中气泡、明显刮痕现象，如出现需返工处理，以保证满刮后的中表孔流道面平顺。

5.2.2 拉拔检测

环氧胶泥与基面混凝土拉拔检测参照《环氧树脂砂浆技术规程》DL/T5193—2004附录B粘结拉拔强度试验方法，采用美国狄夫斯高Posi Test AT－M拉脱法附着力测试仪进行检测，设计拉拔测试合格标准为粘结强度Fnj不小于2.5MPa或断裂于混凝土面。由于测试仪器最大量程为5MPa，为取值准确测试数据仅取最大量程60%～70%的范围内，即若现场拉拔Fnj数据大于3.0MPa但测试面尚未出现断裂即可停止拉拔，不再继续进行破坏性拉拔。检测取样按每孔侧墙、底板现场随机选取3个测试点。拉拔检测结果如表6、表7。

表6 HK－EQ环氧胶泥中孔拉拔现场试验抽检统计

续表6

表7 HK－EQ环氧胶泥表孔拉拔现场试验抽检统计

由于工期及孔位过流频率，所有中孔均进行了侧墙满刮处理，底板进行局部段满刮处理，表孔仅选择了靠近消力池边墙及中导墙过流频率较高的5#、6#、8#、12#表孔进行处理，其余表孔仅进行常规打磨消缺处理。从上表可以看出，现场经刮涂HK－EQ环氧胶泥后，拉拔测试共计取样14组，所有拉拔数据均大于2.9MPa，说明环氧胶泥与混凝土基面粘结良好，完全满足设计要求。

6 结语

向家坝水电站中表孔最大流速达40m/s以上，因此对流道混凝土的抗冲耐磨性要求较高。环氧胶泥具有优良的抗冲磨、粘结性能，已被广泛应用于高速水流运行条件下的水工建筑物。工程中所选用的HK－EQ环氧胶泥，经实践证明完全能满足设计要求，工程历时6个月，共计涂刮HK－EQ环氧胶泥约6万m2，处理后所有现场检测数据均合格，经工程应用对比其力学性能、施工操作性能及经济性均优于同类材料，可为今后其他水利水电工程的缺陷大面积修复提供借鉴，值得推广。

参考文献

［1］张国才.1438环氧胶泥在三峡工程中试验及应用［J］.葛洲坝集团科技2001，12: 37－40.

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［3］中国长江三峡集团公司向家坝工程试验中心.泄洪坝段及左右岸消力池修补材料试验报告［D］. 2013，6.