CN107083149B - 一种输水隧洞混凝土表面防护及防贝类涂层 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种输水隧洞混凝土表面防护及防贝类涂层，包括第一组分及第二组分，且第一组分和第二组分的重量比介于10：3‑10：5，其中，第一组分包括环氧树脂、增韧改性剂、稀释剂、触变剂及纳米混合填料；第二组分包括苯甲醇稀释剂、纳米混合填料以及聚酰胺固化剂、酚醛胺固化剂和改性脂肪胺固化剂中的至少一种。本发明所能实现的有益效果是：提高输水隧洞混凝土的防碳化、抗渗和抗冲磨性能，降低过水糙率并能够有效减少贝类侵蚀，延长检修周期，提高运行效益及混凝土寿命，显著提高经济效益。

Description

一种输水隧洞混凝土表面防护及防贝类涂层
技术领域
本发明涉及水利水电工程防护技术领域，具体涉及一种输水隧洞混凝土表面防护及防贝类涂层。
背景技术
水电站输水隧洞混凝土衬砌面临各种侵蚀和病害的威胁，其常见病害主要有裂缝、冻胀、冲磨、空蚀、碱骨料反应、碳化、溶蚀和侵蚀等。前三类属于物理性病害，后四种属于化学性病害。另外，输水隧洞极易受到沼蛤(淡水壳菜)等贝类生物的入侵，这些贝类密集附着在隧洞混凝土表面，分泌酸性液体，对混凝土产生生物腐蚀并降低输水效率。由于工程自身因素和工作条件的差异，这几类病害对混凝土的危害程度也互不相同。裂缝多在工程施工期及运行初期出现，冻胀在温度正负交替过程中出现，而冲磨和空蚀则由高速水流冲刷引起。输水隧洞多处于地下，其洞内混凝土基本处在正温，极少发生冻胀破坏。因此，影响输水隧洞混凝土衬砌耐久性的因素多为碳化、水流冲磨和贝类生物侵蚀。
目前对于淡水壳菜的防治方法的报道主要是化学药剂防治，采用氯气、次氯酸钠、高锰酸钾、二氧化氯、硫酸铜、双氧水等对原水管道中淡水壳菜进行杀灭。这类方法均需持续投放并保持一定的浓度，方可达到理想的杀灭效果。对于抽水蓄能电站输水隧洞淡水壳菜的防治，这类方法并不适用。一方面，输水隧洞面积大，要想达到理想的杀灭效果，使用化学药剂费用太高，经济效益差；另一方面，这些有毒有异味的化学要就可能会把鱼虾等水生物杀死，影响下游水域生态；其次，这些化学物质会对输水隧洞衬砌混凝土造成腐蚀，影响输水建筑物的耐久性。
中国专利申请201510261307.1公开了一种防治抽水蓄能电站水库淡水壳菜灾害的方法，该方法主要通过对抽水蓄能电站水库流域进行生态调查、建设时河床暴晒及设置过滤池、闸门、拦污栅等涂刷聚氨酯，建设后投放青鱼等方法进行防治。该方法不适合已建工程混凝土的修补防护及淡水壳菜的防治。
因此，现有的混凝土表面修补防护及防贝类侵蚀的技术，均存在改善的必要。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明提供了一种输水隧洞混凝土表面防护及防贝类涂层，包括第一组分及第二组分，且第一组分和第二组分的重量比介于10：3-10：5，其中，
第一组分包括环氧树脂、增韧改性剂、活性稀释剂、触变剂及纳米混合填料；
第二组分包括苯甲醇稀释剂、纳米混合填料以及聚酰胺固化剂、酚醛胺固化剂和改性脂肪胺固化剂中的至少一种。
其中，所述第一组分中，以质量百分比计，环氧树脂、增韧改性剂、活性稀释剂、触变剂及纳米混合填料的含量分别为100份、10-30份、10-40份、2-10份、100-200份。
其中，所述环氧树脂选自E44环氧树脂、E51环氧树脂及E54环氧树脂中的至少一种。
其中，所述增韧改性剂选自端环氧基液态丁晴橡胶。
其中，所述活性稀释剂选自单环氧缩水甘油醚或双环氧缩水甘油醚或丙烯碳酸酯。
其中，所述单环氧缩水甘油醚选自丁基缩水甘油醚，所述双环氧缩水甘油醚选自丁二醇二缩水甘油醚或聚丙二醇二缩水甘油醚。
其中，所述触变剂选自气相二氧化硅。
其中，所述第一组分中的纳米混合填料选自聚四氟微粉、硅粉、改性纳米碳酸钙和改性纳米二氧化钛中的至少两种。
其中，所述第二组分中，以质量百分比计，苯甲醇稀释剂、纳米混合填料、聚酰胺固化剂、酚醛胺固化剂以及改性脂肪胺胺固化剂的含量分别为5-10份、100-160份、30-80份、20-70份、20-80份。
其中，所述纳米混合填料包括纳米碳酸钙及纳米二氧化钛。
本发明所能实现的有益效果是：提高水工混凝土的防碳化、抗渗和抗冲磨性能，降低过水糙率并能能够有效减少贝类侵蚀，延长检修周期，提高运行效益及混凝土寿命，显著提高经济效益。
具体实施方式
为了对本发明的技术方案及有益效果有更进一步的了解，下面详细说明本发明的技术方案及其产生的有益效果。
本发明提供了一种输水隧洞混凝土表面防护及防贝类涂层，包括第一组分及第二组分，且第一组分和第二组分的重量比介于10：3-10：5，其中，
第一组分包括环氧树脂、增韧改性剂、活性稀释剂、触变剂及纳米混合填料；以质量百分比计，环氧树脂、增韧改性剂、活性稀释剂、触变剂及纳米混合填料的含量分别为100份、10-30份、10-40份、2-10份、100-200份。
其中，所述环氧树脂选自E44环氧树脂、E51环氧树脂及E54环氧树脂中的至少一种；所述增韧改性剂选自端环氧基液态丁晴橡胶；所述活性稀释剂选自单环氧缩水甘油醚或双环氧缩水甘油醚或丙烯碳酸酯；所述单环氧缩水甘油醚选自丁基缩水甘油醚，所述双环氧缩水甘油醚选自丁二醇二缩水甘油醚或聚丙二醇二缩水甘油醚；所述触变剂选自气相二氧化硅；所述纳米混合填料选自聚四氟微粉(较佳为粒径介于20-100nm范围内的聚四氟微粉)、硅粉、改性纳米碳酸钙和改性纳米二氧化钛中的至少两种，并且，较佳的使所述纳米混合填料配置成低表面能纳米混合填料。
所述第一组分的制备方法是：在40℃和搅拌速度为400-1200转/分钟的条件下，将环氧树脂、增韧改性剂和活性稀释剂在反应釜中混合30分钟。然后，停止加热，向反应釜中加入触变剂及纳米混合填料，继续搅拌至所有物料混合均匀。将该混合料采用研磨机研磨至细度≤50μm，即为第一组分。
第二组分包括苯甲醇稀释剂、纳米混合填料以及聚酰胺固化剂、酚醛胺固化剂、和改性脂肪胺固化剂中的至少一种。以质量百分比计，苯甲醇稀释剂、纳米混合填料、聚酰胺固化剂(600#、V140)、酚醛胺固化剂以及改性脂肪胺胺固化剂的含量分别为5-10份、100-160份、30-80份、20-70份、20-80份。其中，所述纳米混合填料包括纳米碳酸钙及纳米二氧化钛。
本发明中，由于第二组分中，三种固化剂并不是必须同时存在，因此，上述对固化剂份数的限定仅表示在第二组分中含有相应的固化剂时，相应的固化剂在整体配方中所占的质量份数。
所述第二组分的制备方法是：在搅拌速度为400-1200转/分钟的条件下，将固化剂(聚酰胺固化剂、酚醛胺固化剂和改性多元胺固化剂中的至少一种)、苯甲醇稀释剂和纳米混合填料在反应釜中混合均匀。将该混合料采用研磨机研磨至细度≤20μm，即为第二组分。
因此，本发明涉及的材料均为无溶剂环氧体系，无毒、挥发性小，适宜在隧洞、管道等施工环境较为封闭的输水工程中使用。同时，本发明提供的混凝土表面防护涂层材料符合国家卫生标准《生活饮用水输配水设备及防护材料的安全性评价标准》(GB/T 17219-1998)，因此，不会对水质造成影响。
本发明提供的防护材料考虑到了防贝类防侵蚀的要求，经实验证明，本发明提供的防护材料对隧洞混凝土具有很好的防护作用，在普通的混凝土表面涂覆1.0-2.0mm本发明的防护材料，可形成平整、光滑的防护面层，且与干燥或潮湿混凝土粘接性能好、材料本身拉伸高、柔韧性好、长期水下耐久性好，因此可在潮湿环境的基础面施工。
同时，本发明提供的防护材料为厚膜型产品，一次施工厚度可以达到1.0-2.0mm，大大提高了施工效率。施工完成后表面光滑，明显降低糙率，防贝类防侵蚀效果显著。
为更具体地了解本发明提供的防护材料的技术效果，下面结合具体的实施例加以说明如下：
实施例1
表1及表2分别为本发明提供的输水隧洞混凝土表面防护及防贝类涂层的配方，其中，该防护涂层的制备方法为：
1、第一组分的制备方法：将E51环氧树脂、增韧剂端环氧基液态丁晴橡胶、稀释剂丁基缩水甘油醚按照下述配比加入反应釜中，搅拌混合均匀。然后按照下述比例加入改性纳米碳酸钙、气相二氧化硅、聚四氟微粉、硅粉，混合均匀。然后将该混合料采用三辊研磨机研磨至细度为20μm以下，装桶，得到第一组分。
2、第二组分的制备方法：将聚酰胺固化剂(600#)和改性脂肪胺固化剂(593)、苯甲醇稀释剂、纳米二氧化钛、纳米碳酸钙按照下述比例加入搅拌釜中混合均匀，然后将该混合料采用三辊研磨机研磨至细度为20μm以下，装桶，得到第二组分。
3、将第一组分和第二组分按照100:40的重量比混合均匀，得到多功能混凝土表面涂层材料，该材料一次刮涂1500μm不流淌。
表1：实施例1的防护涂层的配方
表2：实施例1的防护涂层的性能特点
实施例2
表3及表4分别为本发明提供的输水隧洞混凝土表面防护及防贝类涂层的配方及性能特点，其中，该防护涂层的制备方法为：
1、第一组分的制备方法：将环氧树脂、增韧剂端环氧基液态丁晴橡胶、稀释剂丁二醇二缩水甘油醚按照下述配比加入反应釜中，搅拌混合均匀。然后按照下述比例加入改性纳米碳酸钙、气相二氧化硅、聚四氟微粉、硅粉，混合均匀。然后将该混合料采用三辊研磨机研磨至细度为20μm以下，装桶，得到第一组分。
2、第二组分的制备方法：将聚酰胺固化剂(600#)和酚醛胺固化剂(T31)、苯甲醇稀释剂、纳米二氧化钛、纳米碳酸钙按照下述比例加入搅拌釜中混合均匀，然后将该混合料采用三辊研磨机研磨至细度为20μm以下，装桶，得到B组分。
3、将第一组分和第二组分按照100:30的重量比混合均匀，得到多功能混凝土表面材料，该材料一次刮涂1200μm不流淌。
表3：实施例2的防护涂层的配方
表4：实施例2的防护涂层的性能特点
实施例3
表5及表6分别为本发明提供的输水隧洞混凝土表面防护及防贝类涂层的配方及性能特点，其中，该防护涂层的制备方法为：
1、第一组分的制备方法：将环氧树脂、增韧剂端环氧基液态丁晴橡胶、稀释剂聚丙二醇二缩水甘油醚按照下述配比加入反应釜中，搅拌混合均匀。然后按照下述比例加入改性纳米碳酸钙、气相二氧化硅、聚四氟微粉、硅粉，混合均匀。然后将该混合料采用三辊研磨机研磨至细度为20μm以下，装桶，得到第一组分。
2、第二组分的制备方法：将聚酰胺固化剂(V140)和改性脂肪胺固化剂(593)、苯甲醇稀释剂、纳米二氧化钛、纳米碳酸钙按照下述比例加入搅拌釜中混合均匀，然后将该混合料采用三辊研磨机研磨至细度为20μm以下，装桶，得到第二组分。
3、将第一组分和第二组分按照100:50的重量比混合均匀，得到多功能混凝土表面涂层材料，该材料一次刮涂2000μm不流淌。
表5：实施例3的防护涂层的配方
表6：实施例3的防护涂层的性能特点
具体的，本发明提供了如下两个在实际工程中的应用实例：
应用实例1：某抽水蓄能电站引水隧洞防贝防侵蚀处理
某抽水蓄能电站引水隧洞，洞径约9m，检修中发现衬砌表面附着大量淡水壳菜，并且有不同程度的腐蚀现象，需进行防贝防侵蚀处理。设计方案首先用环氧腻子及环氧砂浆进行找平处理，然后采用实施例1涂层材料对隧洞进行全断面防护处理，涂覆形成1.5mm防渗面层，采用一次刮涂工艺。该工程涂覆面积3万余平，施工工期和质量达到业主满意。经过运行1年后水下机器人检查，防护面层状态良好，未见到明显的淡水壳菜附着，效果令人满意。
应用实例2：某水电站引水隧洞防渗防护处理
某水电站引水隧洞为圆形有压洞，洞径约6m，运行中发现隧洞有渗漏现象，需进行防渗处理。设计方案采用实施例2涂层材料对部分隧洞进行全断面反渗、防护处理，涂覆形成2mm防渗面层。由于隧洞混凝土衬砌表面平整，未进行找平处理。该工程涂覆面积1万余平，施工工期和质量达到业主满意。经过4年运行后停水检查，防护面层未见任何缺陷。
综上，本发明的所能实现的有益效果在于：
1、本发明提供的输水隧洞混凝土表面防护及防贝类涂层材料符合国家卫生标准《生活饮用水输配水设备及防护材料的安全性评价标准》(GB/T17219-1998)，对水质无不良影响。
2、本发明提供的输水隧洞混凝土表面防护及防贝类涂层材料的施工性能符合隧洞施工环境，属于无溶剂厚涂型环氧材料，在隧洞相对封闭的条件下对施工人员影响小；具有优异的厚涂性能，可一次施工达到设计厚度(1.0-2.0)mm，大大提高了施工效率，缩短施工时间，符合电站施工时间紧张的要求。
3、本发明提供的输水隧洞混凝土表面防护及防贝类涂层材料的糙率为0.010，而普通混凝土的糙率为0.018。因此，本发明提供的防护涂层相对于普通混凝土，可有效减少淡水壳菜的附着，提高输水效率。
4、本发明提供的输水隧洞混凝土表面防护及防贝类涂层材料便于工业化生产，与干燥及潮湿混凝土基材均具有优良的粘结性能，粘结强度大于3MPa，抗渗压力大于2.5MPa。对混凝土防护性能优异，提高混凝土的耐久性。
5、与现有技术相比，在输水隧洞混凝土表面涂覆本发明提供的防护涂层材料，不仅可以减少贝类生物的附着，而且可提高混凝土的耐久性。经过9个月的现场试验，涂覆本发明的防护涂层材料的混凝土试块，较空白混凝土试块，淡水壳菜的附着量减少了85％，混凝土的碳化深度降低了92.2％。表面糙率降低40％。
虽然本发明已利用上述较佳实施例进行说明，然其并非用以限定本发明的保护范围，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围之内，相对上述实施例进行各种变动与修改仍属本发明所保护的范围，因此本发明的保护范围以权利要求书所界定的为准。

Claims (8)

1.一种输水隧洞混凝土表面防护及防贝类涂层，其特征在于：包括第一组分及第二组分，且第一组分和第二组分的重量比介于10：3-10：5，其中，
第一组分包括环氧树脂、增韧改性剂、活性稀释剂、触变剂及纳米混合填料；
第二组分包括苯甲醇稀释剂、纳米混合填料以及聚酰胺固化剂、酚醛胺固化剂和改性脂肪胺固化剂中的至少一种；其中，所述第一组分和第二组分按照重量比例混合均匀，得到所述涂层；所述涂层一次施工厚度达到1.0 mm 至2.0mm；该涂层适用于饮用水输送；
所述第一组份的制备方法是：在40℃和搅拌速度为400-1200 转/分钟的条件下，将环氧树脂、增韧改性剂和活性稀释剂在反应釜中混合30 分钟；然后，停止加热，向反应釜中加入触变剂及纳米混合填料，继续搅拌至所有物料混合均匀；将该混合料采用研磨机研磨至细度≤50μm，即为第一组分；
所述第二组分的制备方法是：在搅拌速度为400-1200 转/分钟的条件下，将固化剂、苯甲醇稀释剂和纳米混合填料在反应釜中混合均匀；将该混合料采用研磨机研磨至细度≤20μm，即为第二组分；
所述第一组分中，以质量百分比计，环氧树脂、增韧改性剂、活性稀释剂、触变剂及纳米混合填料的含量分别为100份、10-30份、10-40份、2-10份、100-200份；
所述第二组分中，以质量百分比计，苯甲醇稀释剂、纳米混合填料、聚酰胺固化剂、酚醛胺固化剂以及改性脂肪胺固化剂的含量分别为5-10份、100-160份、30-80份、20-70份、20-80份。
2.如权利要求1所述的输水隧洞混凝土表面防护及防贝类涂层，其特征在于：所述环氧树脂选自E44环氧树脂、E51环氧树脂及E54环氧树脂中的至少一种。
3.如权利要求1所述的输水隧洞混凝土表面防护及防贝类涂层，其特征在于：所述增韧改性剂选自端环氧基液态丁晴橡胶。
4.如权利要求1所述的输水隧洞混凝土表面防护及防贝类涂层，其特征在于：所述活性稀释剂选自单环氧缩水甘油醚或双环氧缩水甘油醚或丙烯碳酸酯。
5.如权利要求4所述的输水隧洞混凝土表面防护及防贝类涂层，其特征在于：所述单环氧缩水甘油醚选自丁基缩水甘油醚，所述双环氧缩水甘油醚选自丁二醇二缩水甘油醚或聚丙二醇二缩水甘油醚。
6.如权利要求1所述的输水隧洞混凝土表面防护及防贝类涂层，其特征在于：所述触变剂选自气相二氧化硅。
7.如权利要求1所述的输水隧洞混凝土表面防护及防贝类涂层，其特征在于：所述第一组分中的纳米混合填料选自聚四氟微粉、硅粉、改性纳米碳酸钙和改性纳米二氧化钛中的至少两种。
8.如权利要求1所述的输水隧洞混凝土表面防护及防贝类涂层，其特征在于：所述纳米混合填料包括纳米碳酸钙及纳米二氧化钛。
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