冻融循环与海水腐蚀对超高性能混凝土抗冲磨性能的影响研究.docx

引言水工建筑物受到高速挟砂水流或挟带推移质水流撞击并经历一定运转周期后，常常会出现不同程度的磨蚀冲击破坏或气蚀破坏，导致混凝土表面大面积剥落，尤其是我国北方沿海地区、青海盐湖地区等，在长期盐侵蚀和冻融循环的耦合作用下，混凝土劣化速度加快，出现内部损伤、表面混凝土剥落、承载力下降以及使用功能退化等问题[1-2]。据调查，我国运行中的大坝泄水建筑物中大约有70%存在不同程度的冲磨破坏问题[3]。为了提高水工建筑物的抗冲磨性能，在水工建筑物的过流面应用抗冲磨材料，现有抗冲磨材料有硅灰耐冲磨混凝土、纤维增强混凝土、粉煤灰混凝土、环氧砂浆、不锈钢板、铸石板等，但都存在不同缺点[4]。超高性能混凝土（简称UHPC）是近年来发展起来的一种超高性能水泥基复合材料，是由水泥、活性矿物掺合料、砂、高性能减水剂、钢纤维等材料组成，具有高抗压、高抗弯、高抗冲击性、高耐腐蚀性、高耐久性的特点[5-7]。目前许多学者对UHPC进行了力学性能、耐久性能的试验研究，并已取得了一定的成果，但对UHPC在冻融循环和盐腐蚀作用下的抗冲磨性能方面的研究较少。因此，本文对UHPC在冻融循环和海水腐蚀作用下的抗冲磨性能进行了试验研究，并与C50钢纤维混凝土进行了比较，为UHPC在北方沿海地区和盐湖地区水利工程的应用提供参考，以推进UHPC在水工抗冲磨混凝土领域的应用。 1、试验部分?1.1 材料水泥：广州市珠江水泥有限公司生产的普通硅酸盐水泥，P·O 42.5R级，标准稠度用水量25.8%，初凝时间162min，终凝时间216min，3d抗压强度36MPa、抗折强度6.8MPa，28d龄期抗压强度55MPa、抗折强度8.6MPa。掺合料：广东道明铁路器材有限公司生产的复合矿物掺合料，比表面积2680m2/kg，28d活性指数大于100%。粗集料：佛冈贵田石场生产的玄武岩碎石，粒径5～20mm，连续级配，压碎值＜10%。细集料：清远市长平砂石有限公司的河砂，粒径＜4.75mm，细度模数2.3～2.8，含泥量＜1.0%；阳泉市新亿成商贸有限公司的烧结铝矾土，粒径4.75mm，细度模数2.3～2.8，Al2O3含量＞75%；都江堰欣华益橡胶颗粒制品经营部的橡胶颗粒，粒径1.25mm，细度模数2.2。外加剂：广东道明铁路器材有限公司生产的聚羧酸减水剂，固含量40%，减水率＞30%。钢纤维：上海真强钢纤维有限公司生产的镀铜钢纤维，长度12～14mm，直径0.2mm，抗拉强度≥2850MPa。水：自来水。海水：5倍浓度人工海水，按照GB/T 15748—2013《船用金属材料电偶腐蚀试验方法》规定配置。1.2 配合比设计通过正交设计，在进行大量配合比试验的基础上，选取5组配合比，为了确保相同水胶比条件下橡胶UHPC与基准UHPC总体积一致，橡胶颗粒以等体积取代铝矾土，其他材料用量均为体积比，具体配合比见表1。 表1? ?混凝土配合比 % 1.3 试验方法材料抗冲磨强度是指材料单位面积上被磨损单位质量所需要的时间，单位面积上被磨损单位质量所需要的时间越长，表明材料抗冲磨强度越高、抗冲磨性能越好。本文分析橡胶颗粒掺量、冻融循环次数、海水腐蚀天数、冻融循环与海水腐蚀的耦合作用对UHPC抗冲磨性能的影响及橡胶颗粒掺量对UHPC抗压、抗折强度的影响。根据表1所列各组配合比，分别制作用于上述测试的试件，抗压强度采用100mm×100mm×100mm的立方体试件，抗折强度采用100mm×100mm×400mm的棱柱体试件，抗冲磨强度采用Φ300mm×100mm的圆柱体试件。试件采用振动成型方式，UHPC试件成型后24h脱模，随后放入高温养护箱中85℃蒸汽养护48h后自然冷却至室温。C50钢纤维混凝土试件成型后24h脱模，随后放入标准养护室中喷雾养护28d，养护室温度为（20±2）℃，相对湿度为95%以上。本文设置4组试验，第1组为橡胶颗粒掺量对UHPC性能的影响研究：UHPC试件完成高温养护后进行抗压、抗折和抗冲磨试验；第2组为冻融循环次数对UHPC抗冲磨性能的影响研究：UHPC试件完成高温养护后在淡水中冻融循环150、300、450、600次后分别进行抗冲磨试验；第3组为海水腐蚀天数对UHPC抗冲磨性能的影响研究：UHPC试件完成高温养护后在海水中浸泡50、100、150、200d后分别进行抗冲磨试验；第4组为冻融循环300次和海水腐蚀50d耦合作用下UHPC与C50钢纤维混凝土的抗冲磨性能对比：掺10%橡胶颗粒的UHPC试件和C50钢纤维混凝土试件，高温养护后在海水中冻融循环300次（冻融循环300次与海水腐蚀50d耦合作用）后分别进行抗冲磨试验。抗冲磨强度测试根据DL/T 5150—2001《水工混凝土试验规程》中水下钢球法进行，冲磨试验用水为5倍浓度人工海水；抗压、抗折强度测试根据