復(fù)合樹脂砂漿性能及在蝸殼耐磨防護(hù)中的應(yīng)用

柳海鵬

（新疆烏魯瓦提水利樞紐管理局，新疆 和田 848000）

1 前言

環(huán)氧樹脂由于其良好的力學(xué)性能、耐化學(xué)性能及耐腐蝕性能，其及其復(fù)合材料廣泛應(yīng)用于航空、汽車、水利等領(lǐng)域，水利行業(yè)主要用在防腐、耐磨等方面，如耐磨環(huán)氧砂漿。在高泥沙含量的河流上，水力機(jī)械及水工建筑物承受著含沙水流的磨蝕，遭受到了不同程度的破壞，每年需要投入相當(dāng)?shù)娜肆臀锪?duì)其進(jìn)行維修和防護(hù)，個(gè)別破壞嚴(yán)重的地方，可能對(duì)電站、大壩安全運(yùn)行造成威脅[1]。環(huán)氧樹脂配合高耐磨磨料制備出耐磨環(huán)氧砂漿，涂覆于高速水流的過(guò)流面，能夠起到較好的抗磨蝕效果[2]。本文從磨料級(jí)配、膠砂配比及密實(shí)度等方面考察了以上因素對(duì)復(fù)合樹脂砂漿力學(xué)性能的影響，并將該復(fù)合樹脂砂漿[3]在電站水輪機(jī)蝸殼耐磨防護(hù)中進(jìn)行了應(yīng)用，取得了良好的防護(hù)效果。

2 試驗(yàn)部分

2.1 試樣制備

金剛砂級(jí)配試樣制備：試驗(yàn)中采用20目、40目、60目、80目的金剛砂，采用如下配比及命名，20:40=1:1（S-1），20:60=1:1（S-2），20:80=1:1（S-3），40:60=1:1（S-4），40:80=1:1（S-5），具體配方為環(huán)氧：固化劑：金剛砂=100:20:700。

不同砂膠比試樣制備：固定環(huán)氧與固化劑配比（100:20）、金剛砂級(jí)配（40:80=1:1），改變環(huán)氧與金剛砂配比，分別為 1:5、1:6、1:7、1:8，命名為 ES-1、ES-2、ES-3、ES-4。

不同密實(shí)度試樣制備：固定環(huán)氧樹脂與固化劑（100:20）、金剛砂級(jí)配（40:80=1:1）、膠砂比（1:6），改變?cè)嚇拥拿軐?shí)度，密實(shí)與不密實(shí)試樣分別命名為MS-1、MS-2。

2.2 性能測(cè)試

抗壓強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度測(cè)試：參照環(huán)氧砂漿技術(shù)規(guī)程DL/T5193-2004進(jìn)行測(cè)試。

斷面形態(tài)觀察：復(fù)合樹脂砂漿試塊經(jīng)過(guò)抗壓試驗(yàn)后，取其斷裂面較為平整部分，制作成0.5 cm×0.5 cm×0.5 cm的小試塊，表面噴金處理后對(duì)其進(jìn)行掃描電鏡觀察。

3 結(jié)果與討論

3.1 金剛砂級(jí)配對(duì)復(fù)合樹脂砂漿力學(xué)性能的影響

從表1中可以看出，粒徑較大（20目、40目復(fù)配）、兩種磨料粒徑相差較小時(shí)，復(fù)合樹脂砂漿的抗壓強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度較低。當(dāng)磨料粒徑較小、兩種磨料粒徑相差較大時(shí)，復(fù)合樹脂砂漿的各項(xiàng)性能較好，當(dāng)40目與80目磨料1：1復(fù)配后，砂漿的力學(xué)性能最優(yōu)，抗壓強(qiáng)度達(dá)到89.61 MPa，拉伸強(qiáng)度達(dá)到16.09 MPa，抗折強(qiáng)度為21.49 MPa。究其原因，可能是粒徑較大時(shí)，磨料之間存在較多空隙，在受到外力作用時(shí)，這些空隙成為了影響性能的缺陷；粒徑較小或者兩種磨料粒徑差別大時(shí)，不同磨料之間較為致密，可以相互填充，避免產(chǎn)生較大空隙，在受到外力作用時(shí)能夠相互支撐而有利于砂漿力學(xué)性能的提高[4,5]，如S-1、S-5砂漿試塊斷面掃描電鏡圖片所示。

表1 不同粒徑金剛砂配比對(duì)復(fù)合樹脂砂漿力學(xué)性能的影響

圖1 復(fù)合樹脂砂漿S-1、S-5試塊斷面掃描電鏡照片

3.2 砂膠配比對(duì)復(fù)合樹脂砂漿力學(xué)性能的影響

從表2可以看出，隨著膠砂比的減小，耐磨環(huán)氧砂漿的各項(xiàng)性能較優(yōu)。當(dāng)膠砂比為1：5時(shí)，砂漿的抗壓強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度分別為100.20 MPa、17.20 MPa、21.58 MPa。當(dāng)用膠量較大時(shí)，環(huán)氧樹脂能夠更為充分地將磨料浸潤(rùn)包裹，固化后能夠形成更為完善的環(huán)氧交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)[6]，試樣在拉力或者壓力作用時(shí)，能夠較好的吸收外力，使材料具有較好的性能。綜合考慮材料性能及經(jīng)濟(jì)性，可采用膠砂配比1：6或者1：7的配方制作復(fù)合樹脂砂漿，該配方有較好的力學(xué)性能，成本又相對(duì)較低，具有較高的性價(jià)比。

表2 砂膠配比對(duì)復(fù)合樹脂砂漿力學(xué)性能的影響

3.3 密實(shí)度對(duì)復(fù)合樹脂砂漿力學(xué)性能的影響

復(fù)合樹脂砂漿施工中主要采用人工涂抹，不同的施工環(huán)境下制備出的復(fù)合樹脂砂漿涂層性能也不盡相同，其中密實(shí)度對(duì)涂層的影響較大。如表3所示，當(dāng)復(fù)合樹脂砂漿涂層制備過(guò)程中壓緊、密實(shí)時(shí)，其性能明顯高于不密實(shí)涂層的性能，抗壓強(qiáng)度為不密實(shí)涂層的1.56倍，拉伸強(qiáng)度為不密實(shí)涂層的1.40倍，抗折強(qiáng)度是不密實(shí)涂層的1.34倍。密實(shí)度對(duì)涂層的性能影響較大，在制備過(guò)程中應(yīng)著重關(guān)注。

表3 密實(shí)度對(duì)復(fù)合樹脂砂漿力學(xué)性能的影響

3.4 復(fù)合樹脂砂漿在蝸殼耐磨防護(hù)中應(yīng)用

通過(guò)檢測(cè)復(fù)合樹脂砂漿的力學(xué)性能，選定性能較優(yōu)的配方在水輪機(jī)蝸殼耐磨防護(hù)中進(jìn)行應(yīng)用。由于高速含沙水流沖蝕作用，水輪機(jī)蝸殼遭受著磨蝕破壞，通過(guò)涂抹復(fù)合樹脂砂漿對(duì)蝸殼表面進(jìn)行防護(hù)，利用復(fù)合樹脂砂漿優(yōu)異的耐磨性能保護(hù)蝸殼不被破壞，經(jīng)過(guò)實(shí)際運(yùn)行，如圖2所示，復(fù)合樹脂砂漿涂層表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，經(jīng)受住了高速含沙水流的沖蝕，起到了對(duì)水力機(jī)械過(guò)流面的耐磨防護(hù)作用，取得了良好的應(yīng)用效果。

圖2 復(fù)合樹脂砂漿涂層在水輪機(jī)蝸殼中的應(yīng)用

4 結(jié)論

通過(guò)檢測(cè)不同配方的復(fù)合樹脂砂漿力學(xué)性能，優(yōu)選出力學(xué)性能優(yōu)異的配方組合，其中當(dāng)金剛砂40目、80目復(fù)配，膠砂比為1：6，密實(shí)性好的復(fù)合樹脂砂漿涂層的性能最優(yōu)。利用該復(fù)合樹脂砂漿涂層對(duì)水輪機(jī)蝸殼進(jìn)行防護(hù)，使用5年后，涂層完好，起到了良好的保護(hù)作用，取得了優(yōu)異的抗磨蝕效果。

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[3]張雷,張健峰,趙振杰,等.三門峽水庫(kù)泄水建筑物磨蝕修復(fù)試驗(yàn)研究[J].人民黃河,2017,39(01):110-112，120.

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