水工混凝土的抗冲磨性能试验及评价

水工混凝土的抗冲磨性能试验及评价

王方东

安徽建工建材科技集团有限公司

摘要:伴随着人们对经济发展的需要，越来越多的水利工程逐渐落实，这些水工不仅可以调整水域发展、调节水质，更能够为两岸居民带来生活的便利条件。水工混凝土材料需要结合其真实的使用环境：易遭受含沙高速水流、含沙水流等复杂水质冲击而引起的材料磨损的情况。本研究详细介绍了有关混凝土在水工方面使用的多种研发性材料、详细介绍三种具体实验方法，通过这些具体的对比详细的介绍了这些具体的材料和实验方法在日常生活中的投入使用。

关键词: 水工混凝土; 抗冲磨性能; 试验及评价

引言：水工建筑的落成，也标志着我国在这方面的发展日新月异，水工类建筑材料对于抗磨性的要求极高，需要面临不同水质的冲磨挑战。我国各地水质各异，因此如何模拟不同地区的水质，也成为科研人员需要思考的工作，本研究将针对抗冲磨材料进行详细介绍，并结合三种试验模式进行评价与总结。

1.水工抗冲磨混凝土材料当下进展

水泥作为人们日常生活中维修普通建筑时也会用到的材料，出现在水工建筑当中，必然需要经过进一步的加工改良。水工抗冲混凝土材料作为水工材料中最常使用到的一类，因良好的抗冲磨性能和较低的生产成本，其使用量高居不下，备受建筑者喜爱，在这段内容中，将详细介绍改良加工后的水泥材料在实际使用中的情况对比。

1.1硅粉混凝土

硅粉混凝土，顾名思义，这类材料当中含有大量硅粉，而硅的化学性质稳定，添加于此类材料中，可以保持材料在受到大量水流冲击时依然有良好的化学性能，其次，硅粉本身耐冲磨，可以进一步帮助水工混凝土提高抗冲磨性能，避免因为水流冲击引起的材料损耗，这是硅粉加入之后的物理反应。而实际上，在硅粉掺入之后还会发生一系列的水化反应，两者交替进行能够整合材料的强度、硬度，帮助结构更加合理、增强粘合力。由于四季温差不同，各类建筑之间承温能力需要随地理位置和四季变化进行补充调整。硅粉的参与可以保证其抗冻性，使得整体的使用率大幅提升，确保各类温度下该水利工程都能正常运行，保证两岸居民的生活条件。

1.2 纤维混凝土

实际上，纤维混凝土和硅粉混凝土是相类似的建筑材料，但纤维混凝土是将短而粗、化学性能强的纤维均匀混合在混凝土当中，类似于水泥当中添加棉花可以使混凝土之间的结合力增强，即使是破碎之后建筑也不易倒塌，正因如此，对于纤维材料的挑选也更加严苛，因为地区不同，水流的冲击量和含沙量也不同，需要面临大量含沙水流冲击时，纤维混凝土良好的抗拉伸作用，可以帮助建筑材料之间紧密结合，使得表层分子不易被冲刷走，减少建筑的磨损率，此类纤维的添加，不仅可以使混凝土之间的结合更加紧密，还可以排出当中的空气，使得其孔隙率的下降，另一方面，县委混凝土当中，如果再加入硅粉，可以同时提高其抗冲模性和稳定性，利用硅粉的稳定化学结构和纤维材料的高结合度，不仅能使这项工程的韧性得到提升，更能延长其使用寿命，我国利用到这项材料的工程有葛洲坝水利枢纽工程、映秀湾水电站等，目前，这些工程依旧在良好运行，为人们的生活带来极大的便利。

1.3铁钢砂混凝土

铁钢砂混凝土是类似于硅粉混凝土的存在，因其添加物为铁钢砂，所以其整体的重量会大于硅石混凝土，在实际的使用过程当中，虽然其抗磨性很好，但也由于其重量容易导致混凝土整体产生分离现象，一旦静止时间过长，铁钢砂便容易沉在底部，引起材料的变形，但如果能将其混匀，并且随用随混便，可以保证材料整体的均匀度，避免造成铁钢砂的浪费和建筑的形变，也正因其抗磨性优越，尽管使用条件较高，但依然被大量投入实际的建筑过程当中。

1.4铸石

柱石一般情况下是各种废弃的石料炼制而成的工业材料，或直接从玄武岩等天然岩石中所选取的一种脆度较高的建筑材料。虽然其脆性大，但抗冲磨性能优异。在实际使用当中，铸石板非常容易被含沙水流推走，因此建筑过程当中，我们需要避免使用铸石板。这种材料的特性容易受到限制，若用铸石直接配制混凝土，则可以利用其磨损率低的特性提高材料整体的耐磨度，并且解决板容易被水流冲走的的问题同时也可以避免铸石板被冲走的问题。

2.水工混凝土抗冲磨性能试验方法介绍及评价指标

关于水工混凝土材料的抗磨性能试验已有很多年的发展历史。最初，我国所采取的是美国的一套实验方式，但这种实验方式无法依据实时变化，得到结果后被弃置，现在我国所使用的是之后美国陆军又研发出的一套新技术，并且国内各研究组织也依据此类方法进行改进，得到了新的研究技术，在这一段内容中，我们将进行详细的了解。

2.1水下钢球法

水下钢球法便是美国新提出的研磨试验方式，这种技术允许骨料最大粒径为40毫米。在这个条件之下，可以测量多种材料的抗磨性能，正式实验开始之前，每一组参与测试的材料都需要提前在水中浸泡至饱和，并以三种材料为一组对比对象进行测试。这里有一处细节需要强调，称量三种材料之前需要保证三种材料表面均为干燥状态，再上天平。简单来说，需要将三种材料分别固定在底座之上，并且选好研磨钢球，确保其转速合适之后开始研磨

。水下钢球法需要每隔24小时就在研磨缸当中加入水，并且少量多次的使水位回归到最初状态。这项实验最麻烦的地方便是时常需要累计三天以上，在三天之后，将被测的材料取出，同样需要保持其表面干燥，再上天平，避免因表面所被带出的水滴量的不同引起实验结果的偏差。这项试验虽然复杂，且需要大量的人工时间付出，但已是目前最常用到的评估方法，实验过程稳定得到的结果也精准，能够更直观的观察对比出几组被测材料的不同。

2.2圆环法

事实上，圆环法是水下钢球法的另一种形式，与水下钢球法不太相同的是，其允许的骨料最大粒径只有20毫米，这也决定了，圆环法所需要的仪器体积更小，如果被试的材料粒径大于20，则需要使用湿筛法对其进行剔除，这一要求也会增加实际试验过程中的工作量。在正式开始之前的前两天，需要将被测材料放入水中，浸泡至饱和程度，以模拟其在实际使用过程当中的材料状态，在实验开始之后，需要将被测材料表面擦干，再上天平进行记录，注意水分达到饱和之后，表面干燥并不会引起内部水分的流失，不会影响材料对真实状态的模拟。另一点不同的是，圆环法所使用到的磨损剂是标准石英砂与水的混合物，需要转动水轮进行压紧，每30分钟停机进行水分的擦除和称重，这也是圆环法复杂的地方，它需要进行多次实验，每一次试验结束之后，都需要对磨损剂进行更换，并且按照同样的步骤反复进行四次以上，重复的次数越多，所得到的磨损数据越精准，而这项试验的缺点便是骨料的最大粒径小，没有办法真实模拟建筑物遭受含沙高速水流、含沙水流等复杂水质冲击之下的情况，因为其冲磨速度无法达到实际水流速度。

2.3风砂枪法

风砂枪法是利用喷砂对被试验的材料产生磨损的测试方式，在实验的过程当中需要提前准备好磨料，通过对仪器的调整，可以设置不同的风向和力度，以模拟含沙水流的冲击，同时磨料的大小粒径和硬度，也可以根据实际的水流环境进行调整，这种测试方式的优势便是可以模拟各类情境，获得更加贴合实际情况的数据。但问题在于，需要时刻维持风压，保持其大小不变，并且对于设备的精准调控也有较高的要求，只有设备的调控和磨料选择精准才能确定这两者的结合能够贴近实际生活，所测得的数据才会更加精准。风砂枪法也需要进行重复实验。

3.水工混凝土抗冲磨性能评价方式存在的问题

运用在这些材料抗磨性试验上的方法还有很多种，本研究所介绍的仅是最为常用、也被大众所认可的几种，需要强调的是，因为实际环境的不同，对每一项材料的测试，多数情况下都不会仅用一种方法结合，多种方法反复精准进行测试，才能保证我们得到更加可靠的实验数据。本研究所介绍的三种方式各有利弊，例如水下钢球法可以模拟真实环境方法、简单结果可靠是最常用的方法，但钢球形貌单一，在现实生活中水流含沙往往并不会以钢球的形式出现，这是需要改进的方向；圆环法虽然结果可靠，但同样难以反映水流的破坏特征；风砂枪法可以通过角度石料的冲模大小，模拟不同的环境，但石料与空气之间的阻力也容易引起数据的误差。这三种方法共同的问题，便是离不开人类的时刻监督，需要人工进行操作与调整，但抗冲磨方式作为主要的评价手段，对于行业整体的发展有着较大的推动作用，可以帮助检验抗冲磨性能现存的问题促进进步。

参考文献

[1]黄微波,胡晓,徐菲.水工混凝土抗冲耐磨防护技术研究进展[J].水利水电技术, 2014,45(2):61-63.