抗磨损混凝土的技术缺陷及解决方案

田先忠，杨代六

（中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，成都 610072）

混凝土的抗磨蚀性是指混凝土能经受高速水流或高速挟砂水流的冲刷、磨损，而不被严重损害的性能。处于溢流坝坝面、输水隧洞、溢洪道或护坦等部位的混凝土，常要经受高速水流或挟砂、石高速水流的冲磨。

混凝土的强度、密实度、表面平整度及粗骨料的粒径等，是影响混凝土抗磨蚀能力的主要因素。

目前抗磨蚀混凝土的设计主要是使用高强混凝土，水工抗磨蚀混凝土的设计强度等级一般在C30 以上，多为C40、C50、C60 混凝土，为了提高混凝土抗冲磨性能，80年代来国内多家科研单位先后开展了无机胶凝材料类的水工泄水建筑物抗磨损混凝土的研究和应用，主要有:硅粉混凝土、纤维增强混凝土、粉煤灰混凝土、铁钢砂混凝土等，同时也探索性使用部分抗冲磨剂。

在混凝土中掺入硅粉，可以提高混凝土的抗冲磨性能，带来的问题是硅粉混凝土的水化热温升高、早期强度发展快，如果养护不到位容易裂纹、混凝土弹性模量高、干缩大等。

目前商品抗冲磨剂品种很少，在水工抗磨蚀混凝土中成功应用的经历很少，目前的抗冲磨剂主要是以提高混凝土强度的技术路线研制和开发的，存在的主要问题是混凝土强度发展与耐久性不匹配、混凝土抗裂性能差、干缩变形大、施工性能差等。

抗磨损混凝土的设计必须兼顾混凝土的抗磨损性及抗裂性能，可以从以下几个方面对抗磨损混凝土进行技术优化：

优良的强度性能仍然是混凝土抗磨损性能的保证

混凝土是一种以胶凝材料、水、砂石骨料及掺合料、外加剂混合形成的一个多相体，决定这种多相体的抗磨损主要有两个方面的性能，一个是组成材料本体的抗磨损性能；另一个是各种材料相互结合性能，可以用混凝土的强度来代表，一般认为，混凝土强度越高，其抗磨损性能越好。

混凝土强度的提高，其主要影响因素在于胶凝材料活性及水灰比。通过选用高强度等级的水泥、高活性超细粉材料、超细磨矿渣粉材料、优质粉煤灰等掺合料增强胶凝材料活性。

在混凝土设计和施工中，通常在水泥和混凝土中使用了大量的掺合料，这些掺合料包括粉煤灰、高炉矿渣等，工程上研发的混凝土抗冲磨剂有一种思路就是利用混凝土活性激发剂创造碱性环境，激发混凝土体系中矿物掺合料的活性，增加混凝土的后期强度以达到提高混凝土抗冲磨能力的目的。

提高混凝土的密实度以增强混凝土的抗磨损性能

混凝土的密实度包括两个方面的内容，一是混凝土级配体系的密实性，二是胶凝材料与骨料粘结的密实性。

混凝土级配体系的密实性主要靠骨料体系的优良级配来实现，从混凝土设计的角度来讲，主要用粗骨料级配比例、砂率等参数来表征，目前的混凝土配合比设计规范规定了相应的试验方法，这些试验方法都是很粗糙的，可以参照沥青混凝土骨料级配的选择方法、土工级配选择方法等来设计抗冲磨混凝土的骨料级配。

胶凝材料与骨料的粘结性能是影响混凝土抗冲磨性能的关键，一般来说，粗骨料的抗冲磨能力最强，其次是细骨料，抗冲磨能力最差的是胶凝材料。胶凝材料的抗冲磨能力由两个方面的因素决定，一是胶凝材料本身水化的完整性和空隙结构，二是胶凝材料与骨料的粘结性能。

胶凝材料与骨料的粘结性能主要的影响因素是胶凝材料的颗粒组成，水泥颗粒分析试验表明，水泥颗粒分布达到我国52.5 级回转窑水泥水平，均匀性系数平均值达0.819，说明我国中小型水泥企业的水泥颗粒分布趋向合理，但大于10.8μm 的粗颗粒平均为10.8%，还是偏粗。水泥最佳的颗粒组成可以从两个方面进行改善，一是≤3μm 的颗粒既要满足最佳水化性能的颗粒组成要求，又要尽量满足Fuller 曲线紧密堆积的要求；二是要减少大于60μm 的颗粒含量。

提高混凝土的抗裂性能以增强混凝土的抗磨损性能

影响混凝土抗裂性的因素很多，归纳起来可分为两类：一类是对混凝土抗裂性有利因素，如混凝土极限拉伸、抗拉强度、徐变、膨胀型自生体积变形；另一类为对混凝土抗裂不利因素，如混凝土干缩、温度变形，收缩型自生体积变形，而拉伸弹模在极限拉伸变形中反映。混凝土的抗裂性能是一个综合性能，可采用抗裂指数这个参数来表达。

传统的混凝土抗冲磨思维方式仍然可归纳为“以硬制硬”，带来的问题比较集中在混凝土的抗裂能力差。大量的试验资料表明，在混凝土中掺入高分子聚合物，可以提高混凝土的抗裂性能、提高混凝土抗冲磨能力，因此，探索混凝土结构的“刚柔并济”的防护形式，是抗冲磨混凝土技术新思维。