高分子材料研究及在水利水电工程的应用

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发表时间:2018-05-25 15:31

高分子材料研究及在水利水电工程的应用

买淑芳

水科院建院不久,即开始高分子材料专题研究工作,针对水利水电工程的需要开展新型工程材料的开发研究,用于水工建筑物的补强、加固,把修补材料、修补技术研究列为专门研究方向,在国内是最早的一家。借鉴国内外高分子材料领域中的最新研究成果,创造性地引用到水利水电建设中,并不断开发新材料、开辟新的应用领域。先后参加本专题研究的有高念祖、郭定中、索隆曼、买淑芳、方瑞良、陈贻研、梅梅、吴怀国、方文时等同志,研究开发的主要新材料有:

1、抗冲磨环氧砂浆

上世纪六十年代初,当人们还不十分了解环氧树脂,而且国内原材料很有限的情况下,我所已率先开始了树脂砂浆的研究,并于1963年在新安江电站厂房顶溢流面实际应用,作为抗冲刷保护层面积3860㎡。当时如此大面积露天应用环氧砂浆材料国内外均为少见,此后又在青铜峡、刘家峡、三门峡等工程推广应用,并为各工程局培训技术人员。

2、潮湿水下环氧材料

自上世纪70年代开始研究合成水下环氧固化剂并研制水下环氧砂浆。以往必须把砼烘干再施工,现可在水中施工。如高井渡槽受唐山地震影响地基沉陷、槽身错动、严重渗漏、边坡管涌无法正常运行,影响京郊工农业用水,采用水下环氧材料及相应的技术措施由潜水员配合施工,成功地治理了渡槽,解决了京郊工农业用水的燃眉之急,节省了重建渡槽的一切费用、时间及所占用的耕地, 获得北京市政府的好评和奖励。随后海子水庫泄洪洞气蚀破坏的修补、以礼河电厂毛家村水库泄洪洞大面积防渗处理(该工程长期不予验收处理后评为优质工程)、太平湾电站、引滦隧洞等一系列工程中成功应用,其固化剂已形成商品,该成果获北京市政府和水利部科技成果奖,并收编入《中国科技成果大全》。

3、弹性环氧材料

环氧砂浆涂层因固化收缩和温度变化出现开裂,长期困扰施工及管理单位,我们研制成功的弹性环氧材料具有类似橡胶的弹性行为,成功解决新安江电厂老环氧砂浆层的开裂问题。80年代初试用,经20多年后现拟将整个溢流面全部使用弹性环氧涂层,替代60年代的老涂层。此外太平湾电站22孔泄洪道一期混凝土的贯穿裂缝全部采用弹性环氧砂浆处理,该材料得到使用单位的认可和好评。

4、“海岛结构”环氧材料:

首次把高分子材料研究领域中的最新技术成果多相多组份高分子“合金”技术,即具有“海岛结构”的环氧材料引入水利水电工程防护材料领域。以提高环氧材料的断裂韧性为前提,解决水工建筑物抗高速(≥40m/s)含砂水流冲刷磨损问题,“海岛结构”环氧固化物比普通环氧材料断裂韧性提高约10;对流速40m/s的含砂水流抗冲磨强度提高40%以上;低温强度、抗裂性均优于普通环氧材料。此成果正经过中间试验转向实际应用,已获得国家科委中小企业技术创新基金的资助.

5、水下不分散混凝土

在新拌混凝土中掺入高分子材料改善混凝土的组成及配比,提高混凝土内聚力和水中抗分散性,从根本上解决水下混凝土的质量问题。该混凝土在水中不分散、不离析、自流平、自密实、水陆强度比高,既可在淡水中施工也可在海水中施工使用。该项目是国家自然科学基金资助项目及电力工业重点项目,通过部级鉴定评定为国际先进水平。国家科委成果管理办公室向全国发文推荐采用,列为国家级科技成果重点推广项目。该成果已形成正式产品,在天津前扶松花江大桥江中桥墩、天津市海堤加固、葛洲坝电站大江电厂尾水冲坑的修复等工程中采用,满足工程要求。此外在矿井建设、引滦入津输水隧洞修补工程、市政工程高层建筑地下水的治理、电站前池底板水中浇注混凝土等均获得成功。

6、化学灌浆材料

该项目是国家“九五”攻关项目“重点工程混凝土安全性的研究”中“混凝土裂缝的检测、诊断和修补技术的研究”的一个子题。针对国内混凝土工程普遍存在的裂缝问题,及市场化灌材料品种和性能单一的缺点,而研制的一种新型化学灌浆材料。采用高分子材料中新的技术手段—互穿聚合物网络技术研制出性能好、适应性强的化灌材料新品种—环氧/聚氨酯互穿聚合物网络EP/PUR-IPN)灌浆材料。将聚胺酯单体或予聚体按一定配方和比例与环氧树脂混合,解决相互混溶和同步固化问题,制备EP/PUR-IPN,经差示扫描量热仪测玻璃化转变温度和红外光谱测试,证实了互穿聚合物网络的生成。该灌浆材料有良好的粘接力、强度和变形性能,能在低温和潮湿有水条件使用,即可封缝堵水,也可补强加固灌浆,一种浆材多种用途。专家评定认为:将互穿聚合物网络技术应用于化学灌浆材料的研究,思路新颖、理论上先进、具有创新性,该新型化学灌浆材料结合了环氧和聚氨酯灌浆材料各自的性能优点,克服各自的局限性,是一种性能全面的多功能化学灌浆材料,在工程实践中得到了成功应用,收到很好的效果。该项研究总体达到国际领先水平”。

7、保温防渗复合材料

受中国三峡总公司委托研制新型混凝土坝保温-防渗复合板.以挤压泡沫塑料替代模压泡沫塑料,其压缩强度由94kpa提高到349kpa,导热系数由0.041 W(m·K)降到0.030 W(m·K),保温性能好,坚固耐用;组成复合板的防渗膜抗渗压力>2.0Mpa、抗拉强度17Mpa、 伸长率达720%,防渗功能好、强度高、适应变形能力强。该复合板可内贴法施工,也可外贴法施工,大大简化施工步骤,缩短工期,减少工程造价;可长期粘贴在混凝土坝表面,既有保温作用,又有防渗作用;既适用于常态混凝土坝,也适用于碾压混凝土坝。
   制备复合板所用粘合剂是从国内外多种聚合物乳液优选、配制而得, 水中粘接强度高,适用于水工建筑物;该复合板表面经防老化处理, 其特点是耐老化性能好、耐磨擦、耐雨淋,可有效保护泡沫塑料板,延长使用年限,而且可调配至混凝土颜色,外表平整美观,已在三峡、李家峡等大型工程试用。

8、聚氨酯嵌缝密封和涂膜防渗材料

受天津设计院委托,针对河北省岳城水库溢洪道混凝土伸缩缝的特点,研制了可灌注的嵌缝密封材料,在岳诚水库、柘林电站混凝土伸缩缝处理中应用。

以环氧树脂和聚氨酯两种材料作为混凝土表面防水和表面微细裂缝封闭处理的防渗涂膜,在山东峡山水库闸墩混凝土微细裂缝的治理及表面保护、天津宽河泵站、陡河电厂、北京换热器厂地下车间等渗漏处理中应用。

承担的其它研究项目有

国家自然科学基金重点项目“水工混凝土建筑物老化病害的防治及评估的研究” 中子题“表面涂层与混凝土基底联合作用破坏机理研究”。

电力部重点项目“大坝水下裂缝修补技术研究”中“水下化学灌浆材料的研究”

电力部重点项目“大渗漏量、高流速溶洞地层堵漏和防渗技术”中“封堵粒料与抗水流冲击PMC堵水材料及堵水技术研究”

另外还负责编制了水下不分散混凝土试验规程DL/T5117-2000)、《聚合物改性水泥砂浆试验规程DL/T5126-2001)、《环氧树脂砂浆技术规程》DL/T5193-2004)等三个标准。

美国《化学文摘》(CHEMICAL ABSTRACTS)摘录了水下不分散混凝土的研究成果(Vol. 122,1995  122:246682b ),俄罗斯科学院 全俄科技情报所文摘杂志РЕФЕРАТИВНЫЙ ЖУРНАЛ》19.ХИМИЯ,摘录了聚合物改性水泥砂浆的研究成果见14  MOCKBA  1994  (14 M303.)

1996年由买淑芳编著出版了《混凝土聚合物复合材料及其应用》专著。《潮湿水下环氧补强材料的研究与应用》研究成果获1980年度水电部科技进步三等奖、《水下不分散混凝土的研究与应用》研究成果获1994年度电力部科技进步三等奖、《混凝土裂缝的检测、诊断和修补技术的研究》研究成果获2004年度北京市科技进步三等奖。


文章分类: 成果介绍项目技术
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