水工建筑物抗气蚀高分子涂层材料_yhr_研究(1)

'o..Vl10Nol第10卷第1期长江科学院院报ar.1993JournalngtzeRiverientificResearehInstituteM1993年3月ofYaSc水工建筑物抗气蚀高分子涂层材料(YHR)研究薛希亮蒋硕忠方绪非(岩基研究所)H,摘要本文介绍了作者研制的高分子涂层材料(YR)的室内试验成果以及应用于葛洲坝三号船,其中包括配方、、施工技术要点和良好的使用效果。闸反弧形门金属面板和门媚的情况性能;;常温涂覆;YHR关扭词反弧形门抗气蚀涂层抗气蚀材料1问题提出。12Omx葛洲坝三号船闸是我国目前水级较高的单级船闸之一闸室有效尺寸为18mx3.sm(长x宽x槛水深。.Om。,)最大设计水头为27闸室两侧对称设置了充泄水阀门输水采。,,,用底部纵支廊道两段出水其充泄水阀门为反向弧形阀门每扇门重25t承载能力为375t,。,控制着廊道流量与闸室水位见图1闸室充水阀门段廊道断面尺寸为3mx3m闸室最大容.。。,,6“量为7万m设计充水时段为smin弧门由设在坝面的油压启闭机操纵全开时段为Zmin每年可启闭400次。反弧门周边设有橡皮止水。当阀门开启时,顶止水即与门媚脱开,于是在门嵋与面板间形成了长约40cm、宽约3cm的窄缝(图2)。一液!f1:1}冲}手JL“聆黔迎业,通航水位址价!7.V七;只J.’}11生机反弧l、角撑架一襄考洪亡兰兰一‘、匕一卫二汉二一一./匹鸟:m—单位:。nl单位卜{}明l特刚输水廓迈反同弧形刚门布置图艺_’一二甘船刚门洲体贝1981年6月15日投入运行以来,葛洲坝三号船闸反弧门自逐渐出现了金属面板和门媚。_,气蚀现象1983年n月检查发现弧门顶L止水以下40cm和底缘以上90cm范围内有三层(L、中、下)左右基本对称的密集气蚀坑,大都出现在梁格间的面板上,直径约为6~smm, 第l期薛希亮等水工建筑物抗气蚀高分子涂层材料(YHR)研究__5~6mm。,(图。_深为越靠近门的L部气蚀坑的密度和深度越大3)门嵋L气蚀现象也很严,,。,。重气蚀坑中部密集深度也大1985年3月再次检查气蚀情况更加严重气蚀原因是多方面的仁’、2〕。主要有如下三方面:其一,门媚与面板间缝隙呈扩散状态,当,,,弧门局部开启时在弧门前后水压差作用下门媚与面板缝隙犹如文杜里管缝隙内会产生,,。高速水流一般在20一30m/s流速时出现负压产生气蚀弧面面板上部的蚀损现象较下部,,,,。严重说明开度小时水流速度大最大流速可达30m/s以生二气蚀严重这与实验数据是一致的l)。,反弧门用的是16一,,(表其二号锰钢有锈泡产生说明该种钢材不耐周围水的化学腐蚀。其三,门体振动影响。门体振幅及脉动压力明显增大的部位与门体气蚀破坏严重的部位一致。表1反弧门相对开度与最大流速的关系}}}}l,相对模型收缩断面最大流速原型估计最大流速.声,碑户mss’、二士立开度(/)(m/)一好扮士介,、一界二丁丁0.124.0526.46二门‘一—门广寸...!万丁llr.0225712828丁.}—},‘:}’.目{卜到「【一二尸一一L兀一五0.328.3831.22叫再l厂_门厂,厂⋯.刃l—}0.429.5632.52{re一一卜一呜{一1门—’「.一勺匕:,二.’:?!:.:挂生口L胶0.527.8230.60补川】.节—「}]—I币1{l...下一.,-一-l一0626372901__1上—..._一I一0724412685—下万一下[心」11(.1,,只6几.:弋(1865!川晰而0.822.4324.67。)2.!!仁0.919.6221.56mm单位图3弧形刚门面板蚀损斑纹1.015.1716.68,,根据反弧门产生气蚀的原因以及气蚀现象日益加剧的情况且反弧门面板仅有18mm,,,。,厚如继续让其气蚀破坏将会造成面板穿洞影响船闸正常运行控制因此需要研究一种,。抗气蚀性能好的涂层材料以保护船闸充泄水反弧门面板及门媚金属本体交通部葛洲坝船闸管理局于1985年4月在左充反弧门面板上作了0.75mZYHR常温涂层,并在其它面板相应。:部位作了不锈钢焊补以进行比较结果表明长江科学院研制的YHR常温涂覆材料抗气蚀性,、,。能良好施工简便安全且价格低廉有人曾提出采用近年来国内外研究的弹性聚氨醋类,热涂覆或热喷涂材料覆盖在金属面板和门嵋表面作抗气蚀保护层可两者都要加热烘烤(200,,,,一300℃)劳动条件恶劣施工中需专用设备费用昂贵且涂层与金属底层粘接牢固问题。。、也未彻底解决以往修补气蚀坑多采用不锈钢堆焊焊前预热焊后保温均在300一50℃之,,间焊接时的烟雾和打磨时的粉尘浓度超过国家标准焊接弧光也影响工作面上其它项目正常进行,且用料多0.5m2一132不锈钢60kg)。,(修补面积用了奥焊条是高碳材料焊后产生的,。,裂纹也深入母材中同时难于保持面板平整故于1986年n月在三号船闸左侧充水反弧,。「1上应用该材料涂覆了整个反弧门面板及相应的门嵋约16耐191年10月又委托长江科 1993年长江科学院院报,、。学院进行三号船闸左充反弧门抗气蚀涂层修补右充反弧门面板门媚整体抗气蚀处理2YHR抗气蚀材料研究2.1原材料(1)丙烯酸类树脂(vE);;(2)过氧化环已酮邻苯二甲酸二丁酷糊(cHPo);(3)蔡酸钻苯乙烯溶液(eoN);(4)二甲基苯胺(DM^)(5)粉状填料(以si为主要成分)。2.2配方及其性能表2YHR配方(重量百分数),材料名称作用基液(涂刷底层)面料(涂筱层即抗气蚀层)VE主剂100100CHPO助氧化剂2.5~3.02.5~3.0CON还原剂2.0~2.52,0~2.5DMA剂促进剂0.000960.00096粉状填料增强剂0300表3YHR抗气蚀材料性能性能基液面料1.颜色浅棕浅棕2.比重1.22.2.3200固化时间(C)约lh约Zh4.收缩率(%)30.155.抗压强度(MPa)’1401006.抗拉强度(MPa)4015.6.’7(a‘1314抗剪强度Mp)~8.耐水性优处在葛洲坝长江流动水中5a无明显变化9.耐磨度(h/cm)⋯6.1210.弹性模数(GPa)24n,抗气蚀性处在三号船闸反弧门金属气蚀严重部位上运行5a多未见其上出现气蚀坑:,,,。*室内浸泡在水中的面料试件经la力学性能还有一定增长抗压强度达120MPa表明其有较好耐水解性能,,:,,。抗剪强度为粘接普通碳钢片测得粘接面未作任何处理数据偏低,*,:,:。m/s;风压3ks;风砂入射角30;15min耐磨度为用喷砂枪法测得条件为喷砂速度69每个试件冲磨 第1期辞希亮等水工建筑物抗气蚀高分子涂层材料(YHR)研究2.3材料配制及涂班程序2。3.1材料配制VE·一面料基液CHPOCONDM人粉状填料2.3.2涂覆程序除锈卜~州清洁}月干燥刷基液上面料一拍实举平养护固化交付使用上述配制和涂覆程序均在常温和干燥环境下进行。3YHR抗气蚀涂层使用效果,:,1989年2月中旬再次检查其气蚀情况如下涂覆了YHR保护层的左充反弧门经27,,,,个月使用整扇反弧门面板及相应门媚上均未见到气蚀坑涂层表面光滑平整无局部脱落,。,磨损量也很小只见局部地方有尖锐物的擦痕1985年4月用不锈钢堆焊的部位此次检查发现堆焊周边出现较严重气蚀坑。未作处理的部位气蚀分布情况与前几年差不多,只是程度,,,上更加严重了气蚀坑下凹深度一般都已达3~4mm最深处竟达8一IOmm甚至有的气蚀,。坑已连成片即形成了一个局部凹面区三号船闸左充反弧门面板及门媚经1986年n月用YHR材料全面涂覆至1991年底已使,.,,,用5年1985年n月所涂覆075m部分已使用6年半面板及门媚涂层基本粘接良好表,,,,。,面平整无气蚀坑有均匀磨损局部似受坚硬物体撞击有破损门媚4m涂层有10处脱.。,.。,lm22m212落但总面积不足0面板局部破损总面积约约占涂覆总面积的5写特别需要指出的是未见气蚀坑的出现。,,,1991年10月对三号船闸右充反弧门面板和门嵋进行涂覆后隔日检查上述涂层固,,。,。化正常表面光滑平整无脱空现象使用7个月后再次检查YHR涂层完好4注意事项,。,(l)采用本法做抗气蚀涂层时金属表面的除锈工作是关键之一除锈不彻底基液与金属表面粘接强度将受影响。施工面一定要呈金属光泽,无油污、水迹和粉尘。喷砂枪法效 长江科学院院报1993牵果好、速度快。,。(2)必须根据现场环境温度和湿度选择好各种助filj用量提高各种助剂用量和固化温,。,,。,,生成度可加速树脂固化过程但固化速度过快物分子量偏低机械性能会降低同时反,,应速度过快单位时间内放出的热量增多导至树脂固化过程中急剧收缩而使制品产生裂‘,。5一,纹且给大面积涂抹操作带来困难初凝前环境温度宜在35C之间同时诱导期也不能,。太长以2小时左右为宜(3)基液和面料必须按程序、按配比细心逐一加入,搅拌均匀后再加入下一种药品,这。,是保证材料固化和其良好性能的又一关键另外切勿将CHPo与coN先混合或同时加入以免造成危险。,。(4)金属表面刷好基液应在其未完全固化表面仍有点粘手时涂覆面层基液粘度要适,,,。当以利涂刷均匀同时在立面也不致流淌基液涂刷均匀且不能过厚(5)配制基液和拌制砂浆要跟上涂抹需要。少量多次,一则避免砂浆过期失效,几则可弥补因树脂固化而产生的收缩。(6)面料拍实与楷平是抗气蚀层与金属表面粘接牢固、避免脱空、保证表面光滑的重要,,。条件也是增强涂层抗气蚀性能的再一关键所在务必做好(7)面料完全固化后须养护。l天后方可投入水中运行使用在此期间应避免与水接触和硬物撞击。室内试验表明,面料拌制完毕24小时后力学性能达最终强度的85%以仁。5结语、,VE树脂分子结构决定了它具有很好的力学性能化学稳定性和粘附能力可把增强填,料牢牢地粘接起来形成弹性模量介于不锈钢和弹性聚氨醋之间的一种结构密实的良好坑气。,、、、。蚀体同时它还具有成本低廉常温涂覆施工简便劳动条件好等优点1985年以来在祝号船闸的应用实践也得到了充分证明。长江葛洲坝船闸管理局将在其它金属构件和混凝土建筑物的相应气蚀部位予以推广应用。参考文献..、三号船闸输水系统运行情况人民长江,19,“傅永清葛洲坝二87)..汪海潮葛洲坝船闸廊道阀门原型观测研究人民长江,1987,(7)蒋硕忠,方绪非,薛希亮.树脂涂层材料在水工建筑中的应用.人民长江,1990,(12) 第1期薛希亮等水工建筑物抗气蚀高分子涂层材料(YHR)研究StudiesonPolymerCoatingMaterialsforCavitationResistaneeinHydraulieStruetures,,XueXiliangJiangShuozhongFangXufeiAbstraetThisPaperPresentsthelaboratorytestresultsforYHReavitationresistaneeeoatingmaterialwithresinasitsdinanteomponentandtheresearehresultsofaPPlyingittothevalveskinPlateofom.,,theNo3shiPlockofGezhoubaProjeetineludingitsformulationmethodteehniealrequirementsfor,.useperformaneeinuseandexeellenteffeetsofaPPlieationAbroadPr谓peet15openeduPforthea卜.PlieationofthiseoatingmaterialtohydraulieeonstruetionKeywordsreversetainter助te;eavitationeoating;ambientsPray;eavitationresistaneematerial(YHR)我院宜黄公路汉沙段软基处理科研成果通过评审,1992年8月31日召开的宜(昌)黄(石)公路汉沙段软基处理研究审查会上土工专家赞,,扬长江科学院土工研究所在软基处理上所采用的先进测试手段取得了高水平的成果为我国公路建设提供了快速施工的成功经验。,。正在兴建的宜昌至黄石的这条公路系湖北省的交通大动脉该公路的汉沙段自仙桃至,总长121.59k,42.glkm,km,5江陵小北门m其中潜江段长有软土地基约20一般软土厚度,,,,。~10m最厚处达21m含水量为40%一60%最大达70%孔隙比一般为1~2其承载力,。低固结速度慢,,长江科学院科技人员在提高天然地基的临界填土高度优化的路堤填土施工方案控制剩余沉降,以及现场观测资料的控制标准等方面作出的研究成果,为汉沙段软土地基上修建路堤提供了可靠的施工依据。经湖北省公路设计院、长委施工处、武汉水利电力学院、武汉市政工程总公司和宜黄公,:路汉沙段指挥部等单位的30余位专家教授与工程技术人员评审认为长科院土工所经过,,认真细致的工作掌握了比较充分的试验资料用较为合理的分析方法取得了可靠的成果依,、;据为优化设计指导施工提供了科学依据在本项研究中所采用的离心机物理模型数学模,,型与现场观测的先进手段是在同类工程中比较少见的所得的成果具有较高的水平和应用价值。陈志宏'