止水橡胶快速修复材料及修复方法
技术领域
本发明涉及水工金属结构止水橡胶检修技术领域，具体为一种止水橡胶快速修复材料及修复方法。
背景技术
随着当今水运、水利水电事业的不断发展，大尺寸、大吨位水工金属结构在工程中的应用，止水橡胶使用寿命直接影响水工金属结构的使用寿命，目前，钢闸门上的止水橡胶老化、撕裂等损坏不满足水密性要求后，一般采取止水橡胶整体更换，然而，由于部分工程中止水橡胶的安装精度要求高、拆装工艺复杂、安装空间狭小，造成检修更换难度大。升船机船厢密封框机构与闸首工作门是重要的运行设备，密封框C型止水与下闸首工作大门充压止水损坏漏水将影响升船机正常通航和运行安全，按照现有检修技术，密封框C型止水一旦局部损坏需整体更换，停航时间长，严重影响升船机运行效率，造成不良社会影响及经济损失。
发明内容
本发明提供一种止水橡胶快速修复材料及修复方法，可以缩短水工金属结构止水橡胶检修时间，提高止水橡胶服役性能，延长其服役寿命。
本发明的技术方案是，一种止水橡胶快速修复材料，该材料为有机合金材料，采用凝胶状液体与Ni-Cr-Cl-Si合金粉按0.75～1.27:1配制而成，合金材料粒径为15μm-45μm，合金材料比重为2.6g/cm3-3.4g/cm3。
进一步地，所述凝胶状液体为溶剂，采用聚氨酯树脂、环氧树脂和含有Si、Al的钾基溶液配制而成，其中聚氨酯树脂的含量小于等于23%，环氧树脂的含量大于等于18.5%，Si、Al元素的含量小于等于5%。凝胶状液体粘度为43～62cp，20℃。
进一步地，所述合金粉中Ni、Cr、Cl、Si的元素比为25～29：37～40：10～13：19～22。
本发明还涉及所述的材料在止水橡胶快速修复中的应用。
本发明还涉及采用所述的材料进行止水橡胶修复的方法，包括以下步骤：
1)对止水橡胶受损部位周边固定且使受损部位不承受外力作用，然后将破损缝隙外扩为楔形开口，并将破损部位缝隙内杂物与老化橡胶清理干净;
2)在现场根据待修复面积配制修复材料，将提前制作好的模板与安装到待修复止水橡胶受损部位内侧，使止水橡胶破损部位与模板贴紧，便于后期喷涂与热压，并采用电陶瓷加热片对待修复部位进行加热，控制80-100℃;
3)步骤2)中配制好的修复材料通过喷枪对准破损部位进行喷涂，喷嘴与修复止水橡胶的距离为300mm～400mm，喷涂之后采用热压机对喷涂部位进行热压;
4)反复进行多道喷涂和热压，下一道热压要盖住上一道热压，直至止水橡胶修复部位高于完好部位2mm-5mm;
5)喷涂修复完毕后，待止水橡胶恢复室温，对修复部位进行打磨修边处理，最后拆除模板，将止水橡胶恢复原样，进行止水结构有水与无水调试试验，正常后恢复运行。
修复过程中，80～100℃为橡胶断口融合性最佳区间，故现场修复时，进行恒温保持，使得修复材料具有良好的粘度，确保修复效果。
进一步地，步骤1)中清理时，先采用石英砂对楔形开口进行打磨处理，后采用丙酮进行清洗。
进一步地，石英砂粒径为0.5mm-0.8mm，破损部位楔形开口通过石英砂打磨处理后粗糙度Rz为25μm-40μm。
进一步地，步骤2)中现场配制的修复材料，调至合适的黏度90～120cp，20℃。若采用目测法判断黏度，用棒将材料搅匀后挑起至20cm高处停下观察，液状修复材料成一直线，瞬间即断流变成水滴状往下滴，此黏度为合适;以涂-4黏度计测量黏度时，控制为20s-30s。
进一步地，步骤3)和步骤4)中，喷涂时温度在80-100℃，热压温度控制在145℃～185℃，热压强度为0.4MPa～0.55MPa，喷涂部位均匀承受热压。
进一步地，喷涂的下一道热压覆盖上一道热压的搭接量1mm-3mm，喷枪喷涂移动速度为80mm/min-400mm/min。
本发明还具有以下有益效果：
1、本发明提供的修复材料，采用有机材料即凝胶状液体与合金粉制得，其中合金粉末可以为修复材料提供足够的结合强度，而凝胶状液体保证了合金粉末与橡胶材料的高度融合性;二者的混合无论从相容性还是强度上均可满足现有止水橡胶的运行工况要求。凝胶状液体可以增强待修复橡胶与合金粉末之间的融合性;而且可以稀释合金粉末，让合金粉末均匀分散在溶液中;另外喷涂后期热压过程中，凝胶状液体中的水分挥发，变得粘稠，可以增强对合金粉末颗粒的吸附性。在配制的过程中，两者的比例相对关键，若金属粉末过多，则修复部位硬度偏高，不利于充放压循环，若金属粉末过少，则修复部位强度不够，达不到质保时间。本发明得到的修复材料进行性能试验，最终所得到的材料比重为2.6g/cm3-3.4g/cm3，承受2000g.cm的冲击后涂层无裂纹，无剥落(25℃68%Rh)，110℃炉冷循环七次以上，无裂纹，无剥落。
2、本发明提供的修复材料可进一步提高止水橡胶的物理性能，大幅提高止水橡胶的服役性能和使用寿命。利用该修复材料在试验室对破损止水橡胶进行修复处理，经测试止水橡胶修复部位各项物理性能达到原止水橡胶性能，甚至超过原止水橡胶性能，经现场修复实验，修复后止水橡胶满足现场使用要求。
3、本发明提供的修复方法，可以实现止水橡胶缺陷现场修复，避免发现止水橡胶缺陷后返厂重新硫化处理，影响施工周期，或者因止水橡胶带部分受损而导致的全部更换，增加成本;本发明中的修复方法方便快捷，处理效果能满足工程使用需要，且可用于在役止水橡胶隐患应急处置，减小对生产运行的影响，节约成本。
4、本发明提供的材料和方法，在实施过程中所需工器具可根据工况、现场环境、安装条件等配套定制，因此工程化应用可操作性强;可用于大型水利水电工程钢闸门、船闸、升船机等止水橡胶缺陷、破损处理及止水橡胶修复再制造。
附图说明
图1是本发明实施例4中的升船机船厢密封框结构示意图。
图2是本发明实施例4中的C型止水橡胶修复模具安装示意图。
图3是图2中A处楔形开口示意图。
图中：
1为船厢密封框、2为密封框驱动油缸、3为C型止水结构、4为碟簧组、5为P型止水橡胶、6为介质水体、7为下压板、8为上压板、9为止水修复模具、10为楔形开口。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。
实施例1：
一种止水橡胶修复材料，具体为有机合金材料，采用凝胶状液体与Ni-Cr-Cl-Si合金粉按质量比1:1配制而成。其中Ni-Cr-Cl-Si合金粉中，Ni、Cr、Cl、Si质量比为28：39：12：21，合金粉的粒径为15μm-45μm;凝胶状液体成分包括：聚氨酯树脂21.5%，环氧树脂17.8%;含Si、Al的钾基溶液，其中Si含量为1.8%，Al含量为3.1%。得到的修复材料比重为3.2g/cm3，粘度56cp，结合强度为14MPa。
实施例2：
一种止水橡胶修复材料，具体为有机合金材料，采用凝胶状液体与Ni-Cr-Cl-Si合金粉按质量比0.8:1配制而成。其中Ni-Cr-Cl-Si合金粉中，Ni、Cr、Cl、Si质量比为25：40：10：22，合金粉的粒径为15μm-45μm;凝胶状液体成分包括：聚氨酯树脂21.5%，环氧树脂17.8%;含Si、Al的钾基溶液，其中Si含量为1.8%，Al含量为3.1%。得到的修复材料比重为2.8g/cm3，粘度49cp，结合强度为11MPa。
实施例3：
一种止水橡胶修复材料，具体为有机合金材料，采用凝胶状液体与Ni-Cr-Cl-Si合金粉按质量比1.25:1配制而成。其中Ni-Cr-Cl-Si合金粉中，Ni、Cr、Cl、Si质量比为29：37：11：19，合金粉的粒径为15μm-45μm;凝胶状液体成分包括：聚氨酯树脂21.5%，环氧树脂17.8%;含Si、Al的钾基溶液，其中Si含量为1.8%，Al含量为3.1%。得到的修复材料比重为3.4g/cm3，粘度60cp，结合强度为16MPa。
需要说明的是，结合强度高，说明修复部位的修复效果好，但结合现场实施考虑，结合强度高时，配比溶液材料粘度大，流动性差，现场实施难度较大，可能造成修复部位余高不均匀，现场如何选择，需根据现场位置空间及检修工期综合考虑，不宜仅考虑结合强度进行评判。
实施例4：
如图1-3所示，本实施例中修复的止水橡胶为三峡升船机船厢密封框C型止水橡胶，三峡升船机C型止水橡胶裂口深度约10mm，长200mm。
采用止水橡胶快速修复材料对其进行修复时，具体包括以下步骤：
步骤1)：升船机船厢解除对接，密封框退回，船厢停至检修位，将破损部位C型止水橡胶上、下压板螺栓拆除，螺栓拆除原则为：拆除C型止水橡胶破损部位附近上、下各一条压板(止水压板为分段，每段长约2.5米)且将压板拆除后放置于脚手架平台上，C型止水橡胶破损部位周边固定使受损部位不承受外力作用，根据止水橡胶破损部位大小，确定修复面积。
步骤2)：根据修复面积将破损橡胶裂缝外扩，使止水橡胶破损缝隙外扩为楔形开口，并将止水橡胶破损部位缝隙内杂物与老化橡胶清理干净，采用石英砂将楔形开口打磨粗糙，在采用丙酮对破损橡胶楔形开口部位进行清洗;石英砂粒径为0.5mm-0.8mm，破损部位楔形开口通过石英砂打磨处理后粗糙度Rz为30μm。
步骤3)：根据现场需要凝胶状液体与Ni-Cr-Cl-Si合金粉按照1∶1制备修复材料，材料呈灰黑色，所述合金粉末粒径为15μm-45μm。并调至合适的黏度备用，若采用目测法，用棒(铁棒或木棒)将Ni-Cr-Cl-Si有机合金材料搅匀后挑起至20cm高处停下观察，液状修复材料成一直线，瞬间即断流变成水滴状往下滴，此黏度为合适。或者以涂-4黏度计测量，合适的黏度控制为30s。
步骤4)将提前制作好的C型止水橡胶模板至于C型止水内侧，采用原压板螺栓固定在止水基座上，使止水橡胶破损部位与模板贴紧，以方便喷涂与热压。
步骤5)：将制备好的修复材料装入气动喷枪内，启动空压机，喷枪对准止水橡胶修复部位进行喷涂，喷嘴与C型止水橡胶楔形开口的距离为300mm，可根据喷涂材料黏度及气压的大小做适当调整。
步骤6)：采用喷枪进行多道喷涂，采用热压机对每道喷涂部位进行热压;喷枪喷涂移动速度为200mm/min。热压温度控制在160℃，热压强度为0.5MPa，喷涂部位均匀承受热压。
步骤7)：重复步骤5)-步骤6)，下一道热压要盖住上一道热压，喷涂的下一道热压覆盖上一道热压的搭接量1mm-3mm，直至止水橡胶修复部位高于完好部位2mm;
步骤8)：待喷涂修复完毕后，待止水橡胶恢复室温，冷却时间为1h，对修复部位进行打磨修边处理，打磨时呈环形打磨。
步骤9)：修复完成后，拆除C型止水模具，回装破损部位C型止水橡胶压板及螺栓，进行止水结构有水与无水调试试验，正常后恢复运行。
根据运行数据统计，船厢上、下游密封框每天动作约18次，每年运行335天，从止水修复完成后，运行4年时，检查止水橡胶7，仅局部出现小的疲劳龟裂，无大的撕裂现象，实践证明本发明提供的橡胶止水修复方法的力学性能，满足橡胶止水现场实际应用需要。
