四川涼山坪頭水電站位于金沙江左岸一級(jí)支流美姑河上，是美姑河“一庫五級(jí)”梯級(jí)開發(fā)規(guī)劃的第五級(jí)電站。電站為引水式開發(fā)，水庫總庫容62萬m3，調(diào)節(jié)庫容9.77萬m3，具有日調(diào)節(jié)能力。水庫采用重力混凝土閘壩作為檔水建筑物，最大壩高33m，通過一孔沖沙閘、三孔泄洪閘實(shí)施泄洪工作。由于美姑河河床比降較大（約2.7%）、河床內(nèi)塊石堆積較多，在汛期泄洪期間洪水挾裹塊石、泥沙通過泄洪閘，對(duì)閘底板造成極大破壞力。電站運(yùn)行單位曾對(duì)泄洪閘底板采用不同材料對(duì)損毀部位進(jìn)行修復(fù)，均在當(dāng)年再次破壞。2018年初，運(yùn)行單位引進(jìn)晶牛集團(tuán)研發(fā)的四耐微晶對(duì)3#泄洪閘底板進(jìn)行修補(bǔ)，經(jīng)過一個(gè)汛期的過流考驗(yàn)，新材料試驗(yàn)獲得成功。

     水電工程急需高強(qiáng)耐磨材料

      坪頭水電站樞紐工程位于四川省涼山州美姑、昭覺、雷波三縣交界處，為美姑河流域規(guī)劃“一庫五級(jí)”的最后一級(jí)電站，為低閘引水式電站。閘址位于美姑縣柳洪溝口下游600m，廠址位于坪頭道班附近。坪頭水電站開發(fā)任務(wù)為發(fā)電，大壩采用混凝土閘壩，閘頂高程915m，最大閘高33m。

      坪頭水電站工程屬三等中型工程，永久性主要建筑物按3級(jí)設(shè)計(jì)，次要建筑物按4級(jí)設(shè)計(jì)。電站主要建筑物包括首部樞紐（左岸擋水壩、取水口、沖沙閘、泄洪閘及右岸擋水壩）、引水建筑物、廠區(qū)建筑物等。

      水工建筑物在高速水流作用下，脈動(dòng)壓力和空蝕是破壞的主要因素，如果有水流挾沙、裹石，流道的工作條件則更為惡劣，通常流道抗沖層會(huì)被快速剝離，進(jìn)而影響建筑物結(jié)構(gòu)安全。因此，在設(shè)計(jì)初期，三級(jí)建筑物采用高強(qiáng)鋼板襯護(hù)（壽命約5~8年），四級(jí)建筑物采用高強(qiáng)抗沖磨硅粉混凝土進(jìn)行防護(hù)。

      隨著水工建筑物的過流，流道開始遭受水流破壞，對(duì)抗沖磨面層進(jìn)行修復(fù)也成為必然。上世紀(jì)六十年代開始，科研院所對(duì)多種抗沖磨材料開始了大量研究和工程試驗(yàn)，發(fā)明了多種抗沖磨新材料，如樹脂類、聚脲類、環(huán)氧砂漿類等，在不同的建筑物上發(fā)揮了相當(dāng)?shù)淖饔谩５捎谖闪鳡顟B(tài)下脈動(dòng)壓力的強(qiáng)大破壞力，尚沒有一種材料能夠在各種水流條件下廣泛適用。

       坪頭水電站2006年主體工程開工建設(shè)，3#泄洪閘2007年汛期開始過流。由于天然河床陡峭、狹窄且富含塊石，洪峰可達(dá)達(dá)1600m3/s，洪水通過時(shí)不僅有大量泥沙，還有重達(dá)幾十千克的塊石被水流推移而過，對(duì)閘底板的破壞力可謂巨大。

      閘壩三級(jí)建筑物底板和邊墻（1.2m高度以下）均采用高強(qiáng)錳鋼板進(jìn)行襯護(hù)，四級(jí)建筑物（閘底板斜坡段）表層采用厚度40cm硅粉混凝土（HF C40）進(jìn)行防護(hù)。3#泄洪閘經(jīng)過三個(gè)汛期運(yùn)行，硅粉混凝土抗沖磨層被完全破壞，下部結(jié)構(gòu)層鋼筋裸露，運(yùn)行單位對(duì)該部位進(jìn)行了等強(qiáng)同材質(zhì)修補(bǔ)，一個(gè)汛期后修補(bǔ)層被全部沖毀。截至2017年底，閘底板沖蝕深度達(dá)96cm，結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重。

      為尋求可靠材料對(duì)抗沖部位進(jìn)行修補(bǔ)，運(yùn)行單位在2014~2015年枯水期連續(xù)兩年對(duì)2#泄洪閘底板（破壞程度較3#閘輕微）進(jìn)行了剛性材料修補(bǔ)，結(jié)果均在當(dāng)年前兩場(chǎng)洪水作用下被整體剝離，試驗(yàn)失敗。

      微晶產(chǎn)品破解水電工程建設(shè)瓶頸

       在接下來的考察調(diào)研過程中，坪頭水電站運(yùn)行單位發(fā)現(xiàn)，晶牛集團(tuán)研發(fā)的四耐微晶及施工主要施工材料物理性能技術(shù)指標(biāo)非常適用于水力發(fā)電場(chǎng)所。

       經(jīng)過詳細(xì)周密的考察與咨詢，以及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，水電站運(yùn)行單位得知，晶牛四耐微晶產(chǎn)品具有多個(gè)水力發(fā)電工程建設(shè)所需材料應(yīng)該具備的特性：耐磨性，四耐微晶是以氮化硅、碳化硅、石英粉為主要成分，以特殊成分材料為結(jié)合劑，通過高溫氧化反應(yīng)，使結(jié)構(gòu)微晶化而形成的一種高強(qiáng)、耐磨的新材料。在耐磨、耐腐部位使用中壽命是錳鋼的7~8倍，是不銹鋼的15~20倍；抗沖擊，四耐微晶在現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)受重達(dá)19kg堅(jiān)硬塊石自30m高空墜落沖擊無破損。

       泄洪閘底板修復(fù)采用環(huán)氧乳液砂漿作為膠粘介質(zhì)。環(huán)氧乳液砂漿具有化學(xué)性能穩(wěn)定，高抗壓強(qiáng)度且不受結(jié)構(gòu)形狀限制，具有補(bǔ)強(qiáng)、加固的作用。

       NJ環(huán)氧乳液是以環(huán)氧樹脂為基料的聚合物乳液A組分和B組分組成，施工時(shí)將A組分和B組分按比例均勻攪拌成膠液，再配以水泥、集填料（砂子）和外加劑攪拌均均而成。

       泄洪閘底板修復(fù)采用耐磨防腐強(qiáng)力膠作為縫隙填充劑，依靠其高強(qiáng)粘接性能，將四耐微晶形成堅(jiān)固整體，對(duì)于抗擊紊流脈動(dòng)壓力起到至關(guān)重要作用。

       在施工過程中，坪頭水電站對(duì)3#泄洪閘破壞深槽采用C45混凝土進(jìn)行建基面修補(bǔ)，預(yù)留出三耐微晶耐磨材料及粘接劑厚度，在混凝土齡期達(dá)到7天后進(jìn)行四耐微晶抗沖層施工；在上游起始點(diǎn)、鋼板結(jié)合處采用預(yù)埋鋼板壓條以保證水流平順，在下游收口處同樣采用高強(qiáng)鋼板設(shè)立足趾，以保證四耐微晶版不至在紊流作用下脫落，在水流最惡劣的右邊墻處用高強(qiáng)鋼板設(shè)置壓條。
在混凝土建基面修復(fù)7天后，首先用環(huán)氧乳液砂漿對(duì)建基面找平至設(shè)計(jì)高程，然后鋪設(shè)四耐微晶板。微晶板設(shè)有兩根錨拉筋與環(huán)氧乳液砂漿形成強(qiáng)力牽制，微晶板之間均勻預(yù)留縫隙，再用耐磨強(qiáng)力膠填塞縫隙，保持5℃以上溫度和養(yǎng)護(hù)28天即可過流泄洪。

     四耐微晶應(yīng)用超過預(yù)期

      四耐微晶產(chǎn)品在坪頭水電站的應(yīng)用試驗(yàn)于2018年3月初進(jìn)場(chǎng)，3月26日全面完成，2018年6月開始經(jīng)歷洪水考驗(yàn)，期間經(jīng)歷了1360小時(shí)泄洪，其中經(jīng)歷洪峰流量826m3/s。2018年10月30日，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)，四耐微晶板材整體完好，微晶板無磨損，試驗(yàn)結(jié)果超過預(yù)期，后續(xù)試驗(yàn)將在1#、2#孔泄洪閘繼續(xù)推進(jìn)，并進(jìn)一步改善抗沖耐磨施工工藝。

      四耐微晶具有施工簡(jiǎn)單、快捷的特點(diǎn)，其高抗沖磨物理指標(biāo)已經(jīng)廣泛在冶金、礦山、化工等領(lǐng)域得到充分驗(yàn)證。坪頭水電站的成功使用表明，該材料在大流量、多泥沙、堅(jiān)硬推移質(zhì)水流中的優(yōu)異表現(xiàn)已經(jīng)超越水電水利行業(yè)采用的經(jīng)典抗沖磨材料，它在破解百年水力發(fā)電泄洪沖刷瓶頸的同時(shí)，一定能為水電水利工程修補(bǔ)加固翻開新的一頁。