水工抗冲磨混凝土原材料选用分析

摘要:文中介绍了水工混凝土的冲磨破坏机理及研究现状，结合张峰水库杭冲磨混凝土配合比试脸对杭冲磨混凝土的原材料选用进行分析，通过原材料优选研制出了经济合理满足设计要求的杭冲磨混凝土。

关键词:杭冲磨;原材料;性能

　　水工抗冲磨混凝土不同于普通混凝土，它是以抵抗含砂石、高速水流冲磨破坏为目的的特种混凝土。据调查，我国运行中的大坝泄水建筑物有70%由于高速含砂水流的冲刷磨损和空蚀作用，存在不同程度的冲磨破坏问题，导致建筑物过流面表层大面积剥蚀破坏，甚至有严重的安全隐患。如何获得力学性能稳定，具有较高的抗冲磨强度和较好的冲击韧性的抗冲磨混凝土，一直是我国水工混凝土材料领域研究的重要课题。

1 水工混凝土冲刷磨损机理

　　水流中的悬移质泥砂颗粒较小，在高速水流的紊动作用下与水充分混合，非常均匀地与水流一起运动，在移动过程中触及建筑物过流面时对混凝土产生磨损、切削和冲撞。随着磨损剥离程度的增加，过流面产生凹凸不平的磨损坑，高速水流受到扰动进而加剧冲磨破坏的进程，并同时产生空蚀破坏。水流中的推移质在高速水流作用下以滑动、滚动及跳动等方式与过流面产生滑动摩擦和冲击砸撞，在撞击区形成很高的局部应力，当应力超过混凝土内聚力时，发生局部破坏。

2 水工抗冲磨混凝土研究现状

　　为提高水工混凝土的抗冲磨、空蚀能力，20世纪60,70年代多采用高分子材料护面，但由于其存在与基底混凝土温度适应性不好，容易开裂脱落且有毒性、污染环境、施工不便等缺点，80年代以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冲磨混凝土研究和应用，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。经过十几年的工程实践，硅粉混凝土抗冲磨性能良好，技术指标超过高分子材料。

3 原材料选用分析

　　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冲磨主要有两个方面的性能，一个是组成材料本体的抗冲磨性能，另一个是各种材料相互结合是否牢固的性能。后一个性能可以用混凝土的强度代表，而提高本体材料抗冲磨性能需要采用坚硬的骨料。

　　水泥混凝土强度的提高，其主要影响因素在于胶凝材料活性及水灰比。通过选用高标号水泥、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。在保证混凝土的耐久性、经济性和体积稳定性的基础上，选用高效减水剂、引气剂等外加剂。

4 工程实例

　　张峰水库位于山西省晋城市沁水县沁河干流上，水库大坝采用粘土斜心墙堆石坝，坝高72.2 m，总库容3.92亿m3，泄水建筑物有导流泄洪洞和滋洪道，导流洞断面流速为29m /s,滋洪道断面流速为31m/ s，平均含砂量为5.54 kg/m3,

4.1 技术要求

　　张峰水库泄水建筑物有导流泄洪洞和溢洪道，设计要求:导流泄洪洞强度等级C40，抗冻等级F150，抗冲磨强度大于0.8 h/(叼‘)，骨料要求二级配，建议掺铁矿石、硅粉;滋洪道强度等级C35，抗冻等级F150，抗冲磨强度大于0.75 h(kg/m')，骨料要求二级配，建议掺硅粉。

4.2 水泥的选用

　　在高性能水工抗冲磨混凝土的配置中，水泥是最主要的胶凝材料，它的优质与否直接影响抗冲磨混凝土物理力学性能和耐久性。由于水泥在棍凝土中的重要性，要求使用高强度等级水泥，以减少水泥用量。通常高性能水工抗冲磨混凝土应首选纯硅酸盐水泥，普通硅酸盐水泥也可以，水泥标号宜选用42.5级水泥。初选三种水泥，依据(硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》GB175-1999进行检验，物理力学性能试验结果见表1，从表中可以看到三种水泥的物理力学性能指标均符合国家标准。经过对比筛选，采用邯郸P.O 42.5进行抗冲磨混凝土试验。