刘金爱
淄博市沂源县自来水公司 山东 淄博 256100
摘要：针对冲磨和空蚀破坏的修复材料，不仅需要满足规范要求的抗压强度，还需要具备较好的粘接性能、抗冲蚀性能及变形协调性能，此外还需具备施工可操作性强、施工参数可控等特点。但由于流道结构混凝土长期处于潮湿或干湿循环环境，现有修复材料难以达到理想的修复效果。本文对水利工程流道混凝土结构修复材料及应用进行分析，以供参考。
关键词：流道混凝土；修复材料；应用
引言
水利工程中的流道承担着过水、泄洪的作用，在长期冲刷作用下，流道表层混凝土逐渐受损，加上温度变化及环境侵蚀的影响，裂缝、剥蚀、碳化等病害极为常见。其中，冲磨和空蚀是流道混凝土结构中的典型荷载，也是修复频率最高的一种破坏形式，它虽不会直接损伤混凝土内部结构，但会逐渐剥落表层混凝土，造成冲坑麻面等混凝土缺陷，增大出现或扩大裂缝并侵蚀内部的可能性，造成结构损伤和水头损失。
1外援型自修复超疏水材
1.1胶囊法
胶囊法是将修复剂（低表面能物质）包裹在由多巴胺或者脲醛树脂构建的智能胶囊内部，当材料表面受到损伤时，低表面能物质可从破损的胶囊中释放出来，使伤口得到修复。这种方法制备的自修复超疏水材料的修复效果主要取决于胶囊中修复剂的含量，因此对超疏水材料同一部位的自修复能力是有限的。此外，胶囊的分散均匀程度以及与主体材料的相容性也会影响到材料的自修复能力。通过原位聚合法生成多巴胺包裹十八胺/硫醇（PDA@ODA/ODT）的胶囊涂层，此涂层可适用于多种基体（如弹性体、海绵、织物等）。在经过O2等离子体破坏其疏水性后，ODA/ODT会在拉伸、压缩和摩擦等机械力的作用下自发地向外迁移，从而实现疏水性的修复。由于该课题组所制备的这两种涂层主要是由包裹ODA或ODA/ODT的胶囊所构成的，所以其硬度、耐刮擦性等力学性能较差，实用性受到限制。
1.2交联法
交联法是利用具有一定交联度的体系来增强材料表面的耐久性，即材料表面的疏水性被破坏后，被交联体系保护的内部低表面能物质会逐渐向外迁移，从而达到自修复的效果。但交联程度需要控制在一个合适的范围内。如果交联程度过低，则大部分低表面能物质会较快地迁移到材料表面并造成损失；反之，则会使材料表面脆性增加，影响使用性。以两种不同尺寸的Al2O3NPs、1H,1H,2H,2H-全氟辛基三乙氧基硅烷（POTS）以及硝酸铝九水合物〔Al(NO3)39·H2O〕为原料，通过一步交联法构造出具有微/纳米双尺度结构的超疏水复合膜，研究发现，该交联超疏水复合膜具有良好的热稳定性和机械稳定性。当复合膜经盐酸溶液浸泡失去疏水性后，通过加热处理即可加速POTS链段的向外迁移并实现复合膜的超疏水性。
1.3自相似结构法
自相似结构法是通过调整制备方法和原料比例使材料表面和内部具有相同的疏水成分与结构，当表面结构或成分被破坏时，利用机械摩擦或催化分解使内部粗糙结构暴露出来，同时储存在内部的低表面物质也能通过迁移让材料恢复其原来的超疏水性。与胶囊法相比，交联法和自相似结构法相对简单且易于操作，所制备的自修复超疏水材料的综合使用性能更为优越，能够保持长期稳定的超疏水性。
2案例一
2.1研究背景
李家峡水电站于1987年7月开工建设，1997年2月首台机组投产发电。电站大坝为混凝土双曲拱坝。泄水建筑物分两层三孔布置，坝身布置有一个底孔和两个泄洪中孔，且在坝下游依两岸地形与左右岸泄水道形成衔接，设计最大下泄流量为6340m3/s，各孔明渠段槽内最大流速30~40m/s。
2.2破坏原因
能保持结构的完整和耐久性的抗冲耐磨修复材料是混凝土修复技术的关键环节。在抗冲磨问题不能一味追求高强度，而应提高材料韧性，提高对温度、湿度变化的调节能力，提高其对基层混凝土的粘接力等。在这方面，李家峡泄水道2012年采用涂刮聚脲材料修复，截至2018年汛后检查来看，出现大面积起鼓、剥落，导致最后铲除。长时间缝内?水冻融作用下，聚脲材料不可避免会出现局部与基面粘接不牢等现象，在泄水运行时容易出现鼓包造成聚脲材料脱落、撕裂，而聚脲具有一定的柔韧性，破坏后张裂或粘接拉坏原混凝土后易造成该处形成空蚀，从而进一步引起混凝土的空蚀破坏；至于环氧砂浆，是水工建筑物修复常用材料。从李家峡泄水道历次维护修复情况来看，施工质量好的情况下，环氧砂浆修复部位一般不会出现太大问题，但由于其对施工面的湿度和环境温度比较敏感，基面潮湿和外界温度较低会影响粘结面和砂浆的强度增长速度。尤其在汛期抢修时，在雨雾区作业时存在一定的问题。这也是李家峡泄水道部分环氧砂浆修复出现破坏的重要原因。
2.3维护修复
（1）对过流面边墙、底板永久伸缩缝破坏及较深（钢筋外露）的冲坑、冲槽，凿除已破损的混凝土，凿除至较高强度混凝土面。打插筋并布设加强钢筋网片、重新浇筑C40W8F300硅粉微膨胀防裂混凝土、采用PTN密封胶处理伸缩缝、新浇筑混凝土面涂刷增强剂及新老混凝土接缝处涂刷接缝剂。（2）对过流面混凝土骨料外露，深度5cm以下局部小冲坑（槽），采取凿除破损混凝土、结合面涂刷环氧界面剂、环氧砂浆填补找平、接缝处（环氧砂浆与老混凝土面结合处）涂刷接缝剂等措施。（3）对于混凝土裂缝裂缝宽度小于2mm时，清除缝内杂质并在裂缝表面采用涂刷表面接缝剂进行填缝和封闭裂缝；裂缝宽度超过2mm时，按裂缝轴线走向凿除一定宽度，然后清基、涂刷环氧底层基液并填抹环氧砂浆进行找平。
3引水流道修复案例二
3.1工程概况
湖南高滩水电站采用灯泡贯流式水轮发电机组，最大水头12.5m。该电站历经多次泄洪运用，在高速水流及夹带固体介质不断的冲磨作用下，引水流道尾水部位混凝土出现严重磨损，表面外露粗骨料，局部现20~25mm的冲坑。
3.2施工工艺
清理基面，采用切割机、电镐等工具凿除表层松散混凝土，然后利用高压水枪冲洗干净裂体及松散颗粒。
3.3铺设水下抗冲磨砂浆
待环氧界面剂涂刷0.5~1h后，若出现拔丝现象，即可在其表面铺设水下抗冲磨砂浆，压实后抹平。
3.4涂刷柔性纳米陶瓷涂料
铺设水下抗冲磨砂浆8~10h后，在其表面涂刷配制好的柔性纳米陶瓷涂料，涂层厚度约2mm，分2~3次进行涂刷，每次涂刷间隔约1h，涂层要求连续均匀饱满。
3.5应用效果检测结果表明
该组合修复材料可在带水环境下与混凝土有效粘接，经一年的冲磨考验，表面平整，未出现裂缝、冲坑、剥离等现象。见表1
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表1现场试验检测结果
结束语
水下抗冲磨砂浆抗压强度达85.99MPa，湿粘接强度达3.95MPa，可在水工环境中与原混凝土形成良好粘接；在柔性纳米陶瓷涂料的保护下，抗冲磨强度达2545.2h/(kg/m2)，优于国内其他同类材料；柔性纳米陶瓷涂料固化后表面光滑，且具有良好的韧性，对水下抗冲磨砂浆起到很好的保护作用，可有效延长其使用寿命；强化开裂试验表明，水下抗冲磨砂浆可在高低温环境中适应混凝土的变形。
参考文献
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