水利工程泄水建筑物抗沖耐磨混凝土耐久性研究

石 磊

(河南省水利勘測設(shè)計(jì)研究有限公司成都分公司， 四川 成都 610000)

水利工程泄水建筑物抗沖耐磨混凝土耐久性研究

石 磊

(河南省水利勘測設(shè)計(jì)研究有限公司成都分公司， 四川 成都 610000)

水利工程在人類的社會(huì)發(fā)展中占有重要地位，其泄水建筑物的抗沖及抗磨特性一直備受關(guān)注，找到適宜的建筑材料來解決工程垮塌問題成了水利事業(yè)最關(guān)注的話題。本文即對抗沖耐磨混凝土做出淺要研究，以聚合物混凝土、纖維抗沖磨混凝土為例，對其成分構(gòu)成、建筑功效進(jìn)行分析。

水利工程；抗沖耐磨；聚合物混凝土；纖維混凝土

水利工程中的水泄建筑物承擔(dān)著水體及混合砂土的沉重沖刷作用，在快速?zèng)_流的過程中，建筑物的抗沖耐磨性就成了評估工程質(zhì)量的重要指標(biāo)。水泄建筑物的材料運(yùn)用與規(guī)劃是一個(gè)不可忽視的環(huán)節(jié)，在這一設(shè)計(jì)研究中，聚合物混凝土和纖維混凝土為今后建筑物的抗沖耐磨性的提高做出了一定程度參考。聚合物混凝土是一種新型混凝土材料的概稱，其主要包含有機(jī)聚合物、無機(jī)凝膠材料及集料，經(jīng)過高效結(jié)合而形成；纖維混凝土是以凈漿、砂漿或混凝土作為基礎(chǔ)材料，以連續(xù)的長纖維或者不連續(xù)的短纖維作為增強(qiáng)材料，均勻地融入混凝土中。以下本文對這兩種混凝土進(jìn)行分析，研究其抗沖耐磨特性。

1 聚合物混凝土

1.1 聚合物水泥混凝土

聚合物水泥混凝土是以普通混凝土為基礎(chǔ)，加入某些聚合物相互融合形成的新型混凝土，其相對于初始狀態(tài)的混凝土來說，擁有更加高效的抗沖耐磨性質(zhì)?；炷林杏捎诰酆衔锏膮⑷?，其水分減失率增大，這就使新型混凝土的干縮變小，此外，其具有較好的抗拉效果，且延伸性能、彈力性能都有較好的體現(xiàn)，所以在抗收縮裂縫方面就表現(xiàn)出了一定的優(yōu)勢。另一方面，聚合物水泥混凝土的耐磨性在原始材料上得到了很大提高，在這一點(diǎn)上，耐磨性的高低還取決于聚灰比的設(shè)定，比值高則耐性好。

聚合物在混凝土的聯(lián)結(jié)上起到了重要作用，其以膜的形式將泥漿和集料粘接起來，且具備良好的粘合性，這一過程中，砂漿之間的空隙也得到了塞堵，水泥漿與聚合物相互容處，相互構(gòu)建，集料也被粘合在這一體系中。因此，材料裂縫就不會(huì)有更大的擴(kuò)展，從而維持了建筑整體的穩(wěn)定性，其可拉伸強(qiáng)度及韌性都有了明顯提高，抗沖耐磨性能也有較高質(zhì)量的體現(xiàn)。

1.2 聚合物膠結(jié)混凝土

此類混凝土的別稱為樹脂混凝土，及以樹脂為主要合成膠結(jié)材料，骨料為砂石，由于樹脂牽扯到了較大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，所以其用量也就受到了多方面控制，在商業(yè)應(yīng)用方面，美國及歐洲一些國家已經(jīng)投入應(yīng)用。聚合物膠結(jié)混凝土一般使用熱固性的聚合物來滿足膠結(jié)材料的特性需求，如環(huán)氧化合物、苯乙烯及乙烯基脂樹脂等，骨料一般為石英砂、玄武石等。在樹脂混凝土的配置進(jìn)程中，還需要加入適宜的外加劑，如引發(fā)劑、固定劑等，以達(dá)到對混凝土的硬化時(shí)長和相應(yīng)性能的良好控制。膠結(jié)混凝土具有更高的韌性與拉伸性，相對普通混凝土來說，其在水利工程中的磨損量大致減少了21.59%～38.44%，是抗沖耐磨的好材料。

普通混凝土的結(jié)構(gòu)屬于多孔性，且之地不均較脆，在韌性和延展性方面都有較大缺陷，因其老化、衰化常常會(huì)造成工程垮塌現(xiàn)象，這不僅影響到了工程質(zhì)量，也負(fù)作用于人們的社會(huì)經(jīng)濟(jì)生活，所以危害指數(shù)很高。因此，研究設(shè)計(jì)新型混凝土材料是一項(xiàng)必要工作，長遠(yuǎn)看來，聚合物混凝土有很高的展望前途，對建筑材料進(jìn)行多重有效的改良，使其增強(qiáng)可延伸性、拉展力，提高韌性，降低剛性，從而滿足水利工程中建筑物的抗沖耐磨要求。

2 纖維抗沖磨混凝土

普通混凝土有諸多弊端，同時(shí)也給水利工程帶來了許多問題，在不斷改善的過程中，纖維的加入也為新型混凝土擴(kuò)展了研發(fā)道路。纖維可以大幅度的提高建筑構(gòu)件的韌性，使混凝土具備良好的延展性，從而提升抗沖擊能力。纖維不單單在這一方面有所改良，且可以防止碎片式破裂的發(fā)生，因此，纖維混凝土較耐磨抗沖，大大降低了建筑損壞率。在降低混凝土收縮方面，鋼纖維大約可以減少10%，而玻璃纖維對水泥漿體的收縮大約可以減少 20%，由此看來，纖維本身不占有太大的體積空間，但是所起的作用不可忽視，其有效地減少了建筑開裂，使混凝土有了更長的壽命，耐磨具有耐久性。以下我們主要以鋼纖維抗沖磨混凝土和超細(xì)合成纖維抗沖磨混凝土為例，探究其設(shè)計(jì)構(gòu)成和主要作用。

2.1 鋼纖維抗沖磨混凝土

鋼纖維對于改良混凝土的抗拉、抗沖性能以及變形能力都有很大的效果，鋼纖維混凝土中還需要添加硅粉，用以強(qiáng)化和進(jìn)一步改善。因?yàn)殇摾w維與水泥基存有過渡層且較為薄弱，導(dǎo)致纖維與水泥材料缺乏緊密的粘合性，纖維在混凝土表面與水流直接接觸時(shí)容易受到損害，從而破壞整體結(jié)構(gòu)的抗沖耐磨性。加入必要材料硅粉之后，鋼纖維本身的結(jié)構(gòu)也得到了相應(yīng)改善，加強(qiáng)了與水泥本體之間的粘合性，使混凝土整體更加協(xié)調(diào)勻合，從而提高耐磨能力與持久性。如為映秀灣水電站攔河閘提供的硅粉鋼纖維混凝土，它的抗沖耐磨能力比普通混凝土高66%，抗氣蝕性能也高出12倍。

鋼性纖維具有良好的抗裂性、耐凍性及耐磨性，起整體價(jià)值性能很高，因此耐久性有明顯的提升?；煊?.5%的鋼纖維混凝土經(jīng)過凍融循環(huán)150次，它的抗壓抗彎強(qiáng)度減低了20%，而普通混凝土降低了60%以上，由此可見相對于普通材料的混凝土來說，鋼纖維混凝土更加穩(wěn)定抗沖，是水利建筑的良好選材。

2.2 超細(xì)合成纖維抗沖磨混凝土

超細(xì)合成纖維在混凝土中起到了重要的改善作用，這些纖維所占的比重較小，且直徑最小可達(dá)到 12μm，如聚丙烯纖維、聚丙烯腈纖維等。其占比小但是有著不可忽視的作用，成效在于精，混凝土中加入0.1%的超細(xì)纖維，就可以達(dá)到超數(shù)量的效益，幾千萬根纖維共同維持整個(gè)混凝土的體系，能更高效地調(diào)節(jié)和完善建筑結(jié)構(gòu)。聚丙烯纖維混凝土對降低混凝土塑性收縮有很大的控制效果，進(jìn)一步提高了材料的韌性和延伸能力，使混凝土加強(qiáng)拉力抗性、冷凍抗性和沖滲抗性，從而提高耐磨抗沖的耐久性。

纖維在混凝土中扮演著高價(jià)值的角色，其功效也不斷得到了提高與應(yīng)用，纖維可以阻止水泥本體的斷裂，延緩裂縫的擴(kuò)增，通過這一性能又可以加強(qiáng)混凝土的嚴(yán)密性，從而達(dá)到抗?jié)B透能力的提高，外界水體無法進(jìn)入建筑結(jié)構(gòu)，這就使得建筑材料有了良好的構(gòu)建空間，內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，維持體系的正常支撐作用。水泥基體抗凍抗沖、耐磨耐拉，就達(dá)成了抗性的耐久化，從而提高整體工程的效益。此外，纖維混凝土相比普通混凝土來說，還具有高價(jià)值的美觀特性，水利工程在一方面是對水體的建筑型改造，另一方面也是大型工程的觀賞景點(diǎn)，其宏偉的外形特征也需要滿足美觀需要，而纖維的參入，為混凝土的美型帶來了福音。

3 結(jié)束語

水利工程關(guān)乎民生社稷，其泄水建筑物的抗蟲耐磨耐久性是建筑整體穩(wěn)定度的重要評估指標(biāo)，混凝土的具體成分構(gòu)造決定了其抗性與優(yōu)良特性的發(fā)揮，因此，工程建筑必須充分考慮混凝土各方面性能，提高工程質(zhì)量。聚合物混凝土與纖維混凝土都有較強(qiáng)的抗沖耐磨性能，其為今后的泄水建筑材料研發(fā)提供了良好的參考構(gòu)材。在材料設(shè)計(jì)時(shí)，對于水利建筑混凝土的材料選擇有多重方案，但是在實(shí)際實(shí)施時(shí)也存在諸多問題，這就要求材料構(gòu)造方成分發(fā)揮混合效益，使混凝土更加完善的同時(shí)確保水利可行性。從長遠(yuǎn)來看，以水泥為本體的混合混凝土具有極高的研發(fā)效益，如聚合物、纖維的摻入為混凝土自身提出了較高程度的改善，為建筑材料抗沖耐磨性能的提高做出了卓越貢獻(xiàn)，具有良好的發(fā)展前景。

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