抗磨損混凝土的技術(shù)缺陷及解決方案

田先忠，楊代六

（中國水電顧問集團(tuán)成都勘測設(shè)計研究院，成都 610072）

混凝土的抗磨蝕性是指混凝土能經(jīng)受高速水流或高速挾砂水流的沖刷、磨損，而不被嚴(yán)重?fù)p害的性能。處于溢流壩壩面、輸水隧洞、溢洪道或護(hù)坦等部位的混凝土，常要經(jīng)受高速水流或挾砂、石高速水流的沖磨。

混凝土的強(qiáng)度、密實(shí)度、表面平整度及粗骨料的粒徑等，是影響混凝土抗磨蝕能力的主要因素。

目前抗磨蝕混凝土的設(shè)計主要是使用高強(qiáng)混凝土，水工抗磨蝕混凝土的設(shè)計強(qiáng)度等級一般在C30 以上，多為C40、C50、C60 混凝土，為了提高混凝土抗沖磨性能，80年代來國內(nèi)多家科研單位先后開展了無機(jī)膠凝材料類的水工泄水建筑物抗磨損混凝土的研究和應(yīng)用，主要有:硅粉混凝土、纖維增強(qiáng)混凝土、粉煤灰混凝土、鐵鋼砂混凝土等，同時也探索性使用部分抗沖磨劑。

在混凝土中摻入硅粉，可以提高混凝土的抗沖磨性能，帶來的問題是硅粉混凝土的水化熱溫升高、早期強(qiáng)度發(fā)展快，如果養(yǎng)護(hù)不到位容易裂紋、混凝土彈性模量高、干縮大等。

目前商品抗沖磨劑品種很少，在水工抗磨蝕混凝土中成功應(yīng)用的經(jīng)歷很少，目前的抗沖磨劑主要是以提高混凝土強(qiáng)度的技術(shù)路線研制和開發(fā)的，存在的主要問題是混凝土強(qiáng)度發(fā)展與耐久性不匹配、混凝土抗裂性能差、干縮變形大、施工性能差等。

抗磨損混凝土的設(shè)計必須兼顧混凝土的抗磨損性及抗裂性能，可以從以下幾個方面對抗磨損混凝土進(jìn)行技術(shù)優(yōu)化：

優(yōu)良的強(qiáng)度性能仍然是混凝土抗磨損性能的保證

混凝土是一種以膠凝材料、水、砂石骨料及摻合料、外加劑混合形成的一個多相體，決定這種多相體的抗磨損主要有兩個方面的性能，一個是組成材料本體的抗磨損性能；另一個是各種材料相互結(jié)合性能，可以用混凝土的強(qiáng)度來代表，一般認(rèn)為，混凝土強(qiáng)度越高，其抗磨損性能越好。

混凝土強(qiáng)度的提高，其主要影響因素在于膠凝材料活性及水灰比。通過選用高強(qiáng)度等級的水泥、高活性超細(xì)粉材料、超細(xì)磨礦渣粉材料、優(yōu)質(zhì)粉煤灰等摻合料增強(qiáng)膠凝材料活性。

在混凝土設(shè)計和施工中，通常在水泥和混凝土中使用了大量的摻合料，這些摻合料包括粉煤灰、高爐礦渣等，工程上研發(fā)的混凝土抗沖磨劑有一種思路就是利用混凝土活性激發(fā)劑創(chuàng)造堿性環(huán)境，激發(fā)混凝土體系中礦物摻合料的活性，增加混凝土的后期強(qiáng)度以達(dá)到提高混凝土抗沖磨能力的目的。

提高混凝土的密實(shí)度以增強(qiáng)混凝土的抗磨損性能

混凝土的密實(shí)度包括兩個方面的內(nèi)容，一是混凝土級配體系的密實(shí)性，二是膠凝材料與骨料粘結(jié)的密實(shí)性。

混凝土級配體系的密實(shí)性主要靠骨料體系的優(yōu)良級配來實(shí)現(xiàn)，從混凝土設(shè)計的角度來講，主要用粗骨料級配比例、砂率等參數(shù)來表征，目前的混凝土配合比設(shè)計規(guī)范規(guī)定了相應(yīng)的試驗(yàn)方法，這些試驗(yàn)方法都是很粗糙的，可以參照瀝青混凝土骨料級配的選擇方法、土工級配選擇方法等來設(shè)計抗沖磨混凝土的骨料級配。

膠凝材料與骨料的粘結(jié)性能是影響混凝土抗沖磨性能的關(guān)鍵，一般來說，粗骨料的抗沖磨能力最強(qiáng)，其次是細(xì)骨料，抗沖磨能力最差的是膠凝材料。膠凝材料的抗沖磨能力由兩個方面的因素決定，一是膠凝材料本身水化的完整性和空隙結(jié)構(gòu)，二是膠凝材料與骨料的粘結(jié)性能。

膠凝材料與骨料的粘結(jié)性能主要的影響因素是膠凝材料的顆粒組成，水泥顆粒分析試驗(yàn)表明，水泥顆粒分布達(dá)到我國52.5 級回轉(zhuǎn)窯水泥水平，均勻性系數(shù)平均值達(dá)0.819，說明我國中小型水泥企業(yè)的水泥顆粒分布趨向合理，但大于10.8μm 的粗顆粒平均為10.8%，還是偏粗。水泥最佳的顆粒組成可以從兩個方面進(jìn)行改善，一是≤3μm 的顆粒既要滿足最佳水化性能的顆粒組成要求，又要盡量滿足Fuller 曲線緊密堆積的要求；二是要減少大于60μm 的顆粒含量。

提高混凝土的抗裂性能以增強(qiáng)混凝土的抗磨損性能

影響混凝土抗裂性的因素很多，歸納起來可分為兩類：一類是對混凝土抗裂性有利因素，如混凝土極限拉伸、抗拉強(qiáng)度、徐變、膨脹型自生體積變形；另一類為對混凝土抗裂不利因素，如混凝土干縮、溫度變形，收縮型自生體積變形，而拉伸彈模在極限拉伸變形中反映。混凝土的抗裂性能是一個綜合性能，可采用抗裂指數(shù)這個參數(shù)來表達(dá)。

傳統(tǒng)的混凝土抗沖磨思維方式仍然可歸納為“以硬制硬”，帶來的問題比較集中在混凝土的抗裂能力差。大量的試驗(yàn)資料表明，在混凝土中摻入高分子聚合物，可以提高混凝土的抗裂性能、提高混凝土抗沖磨能力，因此，探索混凝土結(jié)構(gòu)的“剛?cè)岵?jì)”的防護(hù)形式，是抗沖磨混凝土技術(shù)新思維。