掺加料提升抗冲耐磨混凝土性能的效果及措施分析

（1）掺加料效果分析。

1）硅粉混凝土在水化反应过程中，产生的水化产物Ca（OH）2比普通的硅酸盐混凝土少，但增加混凝土密实性的C—S—H凝胶比硅酸盐水泥混凝土要多，所以其抗压强度和抗折强度均增大；而硅粉是矿物超细掺合料，掺硅粉势必会增加用水量，影响了混凝土的抗磨性，因此，掺硅粉使混凝土的强度比普通混凝土略微增加，但是却降低了混凝土的耐磨性。

2）聚丙烯纤维并不改变混凝土中各种材料的化学性能和构成，且与混凝土有良好的亲和性，可以很好地与混凝土材料混合，而且能够在混凝土中均匀分布。由于聚丙烯纤维同混凝土中水泥基体有紧密的结合力，从而提高了混凝土的整体性。因而混凝土掺加聚丙烯纤维能改善混凝土的防渗、抗裂、抗冲击及耐磨等性能。

3）单掺粉煤灰对水泥混凝土的早期强度发展不利，粉煤灰活性的激发需要较长的时间，但粉煤灰自身的独特结构和微集料效应增强了混凝土的耐磨性。掺加硅灰虽然对混凝土的早期强度有利，但是因为用水量的增加导致了微裂缝的增加，反而对耐磨性产生不利影响。

4）掺加粉煤灰、硅粉和聚丙烯纤维，利用粉煤灰的“滚珠”作用，可以减少用水量，减少微裂缝的产生。硅粉可以提高水泥混凝土的早期强度，弥补了粉煤灰带来的强度损失，聚丙烯纤维可以增加混凝土的耐久性能，通过掺用这三种外加剂，提高了混凝土的强度和耐磨性。

（2）改善混凝土强度的措施。

1）材料控制。

A.材料的性能控制。高性能的原材料可以使得混凝土强度大幅提高。结合经济和安全的原则，选用尽可能好的原材料提高混凝土强度。

B.材料的质量控制。进场材料的好坏对混凝土的质量有直接影响，因此，把好原材料进场质量关就显得尤为重要。除收料人员外，项目技术、质量人员必须参与材料验收，原材料进场时，材料合格证必须同时送达。所有质量把关人员必须从材料外观上对材料质量进行判断，不合格材料绝不允许进场。外观质量鉴定通过后，由技术人员在监理监督下取样送检。在材料投入使用前，必须得到复试报告，材料合格后方可使用。

2）工艺控制。随着科学技术的不断发展，越来越多的新工艺被用于提高混凝土的强度。各种新型的外加剂和掺合料也被不断使用。因此，设计和施工单位可以结合经济预算，根据实际情况尽可能地采用较为先进的工艺，以提高混凝土强度。

3）施工控制。先进的施工技术和规范的施工管理是提高混凝土强度的重要保障。根据实际情况，尽可能地采用较为先进的振捣技术和养护工艺，力求最大限度地发展混凝土的强度。另外混凝土浇筑、振捣和养护是一个连续性工作，对混凝土质量的好坏同样是一个不可忽略的因素。从施工角度，应对操作者进行技术教育和交底，以提高操作者业务能力，从施工角度加强监督力度，将责任落实到人，这样就不难解决因操作不当而引起混凝土出现质量问题的情况。

（3）改善混凝土抗渗性的措施。

1）降低水灰比。在混凝土工程中，水泥水化用水量约占水泥重量的25%。但为了满足施工要求，必须加大用水量到40%以上。过大的水灰比会明显影响混凝土的抗渗，因为水灰比越大，水泥水化时留下的毛细孔越多，渗透系数也越大。如：水灰比从0.4增加到0.7，渗透系数增至100倍甚至更多；从0.65降至0.55，渗透系数降至原来的1/3。所以在施工时，在满足施工要求的情况下，一定要选择最低用水量，把水灰比降至0.6以下。

2）通过优选级配，控制好原材料质量来减少混凝土的收缩。一般而言，粗骨料最大粒径越大，混凝土的抗渗性越差。因为随着石子粒径的增大，石子颗粒下部形成的空隙也越大，而粗骨料下面的空隙正是混凝土抵抗水流的最弱环节。如粗骨料最大粒径为80mm、40mm的混凝土与最大粒径为25mm的混凝土相比，在水灰比的相同情况下，前两者的渗透扩散系数分别为后者的3倍和1.5倍。所以，选择粗骨料时，最大粒径要合理。除大体积混凝土外，一般情况下粗骨料粒径以5～30mm为宜，最大粒径不超过40mm，含泥量不大于1%，要求组织细密、颗粒整齐、质地坚硬。另外，级配要优良，以改善混凝土的和易性，提高密实度，提高抗渗性。

3）通过优化施工工艺、加强混凝土浇筑过程控制，做好混凝土早期养护工作：

A.坍落度的控制：在第一车混凝土到达现场后，试验员应及时进行复核配比单和坍落度的测试，并经过监理的认证，达到要求的配合比时方可浇筑，发现未达到要求的坚决退场。

B.落实振捣人员：振捣人员挑选以往进行操作过的，并且有振捣知识、振捣经验和工作责任心的职工，并在浇筑前由施工员进行认真的技术交底（严格分层、逐层振捣，且在混凝土终凝前进行二次振捣）。

C.混凝土表面处理：混凝土表面处理在混凝土浇捣后2h左右进行，板面先按标高用刮尺刮平，在初凝前用滚筒来回碾压数遍并二次振捣后，用木抹打磨，待混凝土收水后，再二次用木抹搓平，以闭合收水裂缝，木抹的纹路与受力方向平行，待终凝后马上采取养护措施。(www.xing528.com)

D.模板的拆除时间：混凝土在硬化过程中，早期由于混凝土内部水化热升温，混凝土内外温差会形成混凝土温度梯度，产生很大的拉应力，而混凝土早期强度低，极限拉伸小，处于不利的温度条件下，极易形成裂缝，因此采用延迟拆模时间，7d后方可拆除外墙侧模板，模板的保温作用可以减少混凝土表面的热扩散，降低混凝土内外温差，防止表面裂缝，同时可以延长散热时间，充分发挥混凝土强度的潜力和材料的松弛特性，使平均总温差对混凝土产生的拉应力小于混凝土抗拉强度，防止混凝土中产生贯穿性裂缝。

E.混凝土的养护：底板混凝土的养护在混凝土浇筑结束后8h内用薄膜覆盖后盖一层草袋，定时浇水养护；外墙采用带模板并浇水养护，外墙养护7～14d后拆模，始终保持外墙表面湿润，可采用在墙顶敷设喷淋管道进行淋水养护；顶板表面采用蓄水办法养护不少于15d。

4）石子选择及其最大粒径的控制。防水混凝土粗骨料可用碎石或卵石。由于碎石表面粗糙、多棱角，与水泥石黏着比卵石好，故碎石混凝土的强度和抗渗性能好。混凝土沉降缝隙是在其结构形成时，因骨料与水泥的密度、颗粒大小不同而造成的沉降程度不同所引起的。水泥的泌水性越大，粗骨料粒径越大，混凝土拌和物的保水性越差，相对沉降也越大。混凝土浇筑后粗骨料沉降较快，并较早固定下来，水泥砂浆则在粗骨料间继续下沉，一部分水析出至表面；另一部分水泌出时被混凝土中的粗骨料或钢筋阻挡而积存于粗骨料与水泥石接触的粗骨料下部，形成积水层，这些游离水蒸发后形成树根状连通的孔隙，当水泥石中的毛细孔隙不能被“凝胶”所堵塞时，则在混凝土内部产生透水通道，为了减少分层离析，增加对压力水的渗透阻力和减少砂浆与石子裂缝，防水混凝土的石子粒径不宜过大，但也不宜过小，料径宜为5～40mm。

5）合理选择外加剂。使用外加剂的目的首先是从防水材料上抑制和减少混凝土内孔隙的生成；其次是改变孔隙的特征以堵塞和切断透水通道。水泥完全水化所需的结合水约为水泥重量的20%～25%，而施工用水远远超过水化用水，多余水的蒸发形成毛细孔渗水通道，使混凝土抗渗性能降低，为此应使用减水剂。减水剂对水泥具有强烈的分散作用，可减少拌和用水，从而减小混凝土的孔隙率，增加混凝土的密实性和抗渗性。

6）通过温度测定来控制混凝土的内外温差。混凝土底板、墙板均进行温度监控，掌握混凝土内外的温差变化情况，及时采取措施（覆盖薄膜、麻袋等）将其温差控制在25℃以内。

（4）提高混凝土抗冻性能的措施。

1）严格控制水灰比，降低孔隙率提高混凝土的密实性。实际上水泥水化所需的水量仅约占水泥重量的25%左右，其余水分主要是为便于施工而增加的。当混凝土内多余的水分在后期蒸发后，即产生连通性孔隙，这就大大减弱了混凝土的抗冻性能。因此最佳的水灰比，应该经过反复的试验来确定，使混凝土既具有正常的坍落度，又尽可能使水灰比最小化。为解决这一问题，国内外广泛采用高效减水剂。减水剂的作用是在保证混凝土有必要的流动度的前提下降低水灰比，减少混凝土的孔隙率，使混凝土自身结构变得密实，从而有效控制游离水对混凝土的侵入以及水在负温下结冰产生的破坏。

混凝土水灰比越低，抗冻性越好，对水灰比为0.27以下的高强混凝土，即使不掺引气剂，仍具有非常优良的抗冻性。低水灰比混凝土微观结构密实，大量的孔隙以凝胶孔形式存在，毛细孔含量少，因此毛细孔中可参与冻融破坏的自由水量就少。此外，低水灰比混凝土中的自由水由水泥水化很快消耗完，内部产生自我干燥，而且该混凝土非常密实，一旦硬化后，外部的水分也很难进入，内部一直保持比较干燥状态，参与冻融破坏的水量就少，整个冻融过程很难破坏混凝土内部结构。上述两个因素是低水灰比的高强混凝土抗冻性能优良的主要原因。

2）掺用引气剂，改变混凝土内部的孔隙结构。通过引气剂所产生的封闭气泡来阻断毛细管渗水通道及缓冲水冰结所产生的静水压力冻融破坏是由水转变为冰的体积膨胀所造成的静水压力、渗透压力共同作用的结果。在混凝土中掺入引气剂，可使混凝土产生均匀的适量的闭合小气泡，改善混凝土中孔的分布和结构。利用附加气泡在冻胀外力作用下形状的改变来缓冲和调节冻胀压力。另外封闭的附加气泡还可以切割毛细管，阻断水的渗透，从而减少渗透压力，进而增加混凝土的抗冻性。当然，从综合效果来考虑，最好采用引气型减水剂，这样既可以减小改善和易性，降低水灰比，同时又可以引气，从而改善混凝土的抗渗、抗冻性能。

（5）影响混凝土抗冲磨性能的因素。

1）水泥品种和强度等级。尽量选择硅酸三钙含量高的水泥。因为硅酸三钙抗冲磨强度最高，硅酸二钙的抗冲磨强度最低。在水泥品种、骨料种类及级配相同的条件下，混凝土的抗冲磨强度与抗压强度均随水泥强度等级的提高而提高。

2）细骨料。砂中质地坚硬的矿物颗粒（如石英）含量较多，黏土、淤泥等有害杂质含量少，混凝土抗冲磨强度较高；级配良好的粗、中砂混凝土比细砂或特细砂混凝土抗冲磨强度明显增大。当砂子细度模数从2.31减小到1.26时，混凝土的抗冲磨强度降低约2倍。

3）粗骨料。采用抗冲磨性能不同的骨料配制的混凝土，即使抗压强度基本相同，但抗冲磨强度可能相差几倍，抗空蚀能力亦可能有较大的差别。一般应选用质地致密、坚硬的花岗岩，辉绿岩及石灰岩等。

4）掺合料。用于抗冲磨混凝土的掺合料有两类：一类是直接用于增强耐磨性的掺合料，这部分掺合料可以代替部分细骨料，如钢屑、钢纤维、金刚砂等；另一类是用于增强混凝土的致密性和强度的掺合料，常用的有硅灰、粉煤灰及细矿渣粉等。更多是把两种或两种以上的掺合料同时掺合到混凝土中，各自发挥优点，形成优势互补。

5）外加剂。在混凝土中均匀掺入适量外加剂，不但可以提高混凝土的抗冲磨性能，而且可以改善混凝土的和易性，减少单位用水量和水泥用量。如X404缓凝高效减水剂在三峡水利枢纽大坝泄洪坝段的应用，不但提高了混凝土的抗冲磨强度，而且减少了水和水泥的用量，降低了水化热温升，有利于混凝土温度裂缝的控制。

6）施工工艺。改进施工方法，使混凝土具有良好的均匀密实性，对提高混凝土的抗冲磨性能具有重要意义。如真空作业法，可使混凝土28d抗冲磨强度提高30～50。另外还有滑块模板施工、预缩混凝土施工等。

综上所述，实现混凝土高抗冲磨性能的途径可简单描述为：高强水泥+高性能减水剂+超细矿物掺合料+优质骨料+良好施工工艺。