抗磨損混凝土的技術缺陷及解決方案

田先忠，楊代六

（中國水電顧問集團成都勘測設計研究院，成都 610072）

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

混凝土的強度、密實度、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計主要是使用高強混凝土，水工抗磨蝕混凝土的設計強度等級一般在C30 以上，多為C40、C50、C60 混凝土，為了提高混凝土抗沖磨性能，80年代來國內多家科研單位先后開展了無機膠凝材料類的水工泄水建筑物抗磨損混凝土的研究和應用，主要有:硅粉混凝土、纖維增強混凝土、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、早期強度發展快，如果養護不到位容易裂紋、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用的經歷很少，目前的抗沖磨劑主要是以提高混凝土強度的技術路線研制和開發的，存在的主要問題是混凝土強度發展與耐久性不匹配、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行技術優化：

優良的強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合性能，可以用混凝土的強度來代表，一般認為，混凝土強度越高，其抗磨損性能越好。

混凝土強度的提高，其主要影響因素在于膠凝材料活性及水灰比。通過選用高強度等級的水泥、高活性超細粉材料、超細磨礦渣粉材料、優質粉煤灰等摻合料增強膠凝材料活性。

在混凝土設計和施工中，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，工程上研發的混凝土抗沖磨劑有一種思路就是利用混凝土活性激發劑創造堿性環境，激發混凝土體系中礦物摻合料的活性，增加混凝土的后期強度以達到提高混凝土抗沖磨能力的目的。

提高混凝土的密實度以增強混凝土的抗磨損性能

混凝土的密實度包括兩個方面的內容，一是混凝土級配體系的密實性，二是膠凝材料與骨料粘結的密實性。

混凝土級配體系的密實性主要靠骨料體系的優良級配來實現，從混凝土設計的角度來講，主要用粗骨料級配比例、砂率等參數來表征，目前的混凝土配合比設計規范規定了相應的試驗方法，這些試驗方法都是很粗糙的，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計抗沖磨混凝土的骨料級配。

膠凝材料與骨料的粘結性能是影響混凝土抗沖磨性能的關鍵，一般來說，粗骨料的抗沖磨能力最強，其次是細骨料，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構，二是膠凝材料與骨料的粘結性能。

膠凝材料與骨料的粘結性能主要的影響因素是膠凝材料的顆粒組成，水泥顆粒分析試驗表明，水泥顆粒分布達到我國52.5 級回轉窯水泥水平，均勻性系數平均值達0.819，說明我國中小型水泥企業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，可采用抗裂指數這個參數來表達。

傳統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，探索混凝土結構的“剛柔并濟”的防護形式，是抗沖磨混凝土技術新思維。