骨料级配对混凝土抗冲耐磨性能的影响

骨料级配对混凝土抗冲耐磨性能的影响

韩养辉1  孟华2

中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司工程实验监测院 陕西西安710100

摘要:骨料作为混凝土的主要组成部分，其级配对混凝土的性能具有重要影响。骨料级配不仅影响混凝土的强度、工作性和经济性，还直接关系到混凝土的密实度和耐久性。因此，研究骨料级配对混凝土抗冲耐磨性能的影响，对于优化混凝土配合比、提高混凝土工程质量具有重要意义。本文旨在通过试验研究，系统分析不同骨料级配对混凝土抗冲耐磨性能的影响规律，探讨其影响机制，并提出相应的优化策略。研究成果将为混凝土工程的设计、施工和维护提供科学依据和技术支持，对于推动混凝土技术的进步和发展具有重要意义。

关键词：骨料级配；混凝土；抗冲耐磨性能

引言

混凝土作为现代建筑中不可或缺的基础材料，其性能直接关系到工程结构的安全性、耐久性和经济性。在众多混凝土性能中，抗冲耐磨性能是衡量其耐久性的重要指标之一。特别是在水利、交通、港口等工程领域，混凝土经常受到水流冲刷、车辆碾压等外部荷载的作用，其抗冲耐磨性能直接关系到工程的使用寿命和安全运行。

一、理论基础

1. 混凝土耐久性概述

混凝土耐久性是指混凝土在外部环境因素（如物理作用、化学侵蚀、生物侵蚀等）和内部因素（如材料老化、应力变化等）共同作用下，保持其原有性能（如强度、抗渗性、抗冻融性等）和外观完整性的能力。其中，抗冲耐磨性能是混凝土耐久性的重要组成部分，直接关系到混凝土结构在冲击、磨损等外力作用下的稳定性和使用寿命。

混凝土耐久性影响其长期安全运行。耐久性不足会导致强度降低、开裂、剥落，影响承载能力和稳定性。在易受冲刷和磨损的环境如水工结构、道路和桥梁工程中，抗冲耐磨性能尤为重要。磨损严重不仅影响外观，还加速钢筋锈蚀，削弱结构性能，可能引发安全事故。因此，提高混凝土耐久性和抗冲耐磨性能对长期安全运行至关重要。

2. 骨料级配理论

骨料级配影响混凝土性能，指不同粒径骨料的搭配比例。合理级配可优化颗粒堆积，提高密实度和强度。连续级配无间断，利于紧密堆积；间断级配设计需谨慎，避免大孔隙和不利界面。优化级配减少孔隙和微裂缝，提升密实度，改善界面过渡区结构，增强强度和耐久性。

3. 混凝土抗冲耐磨性能评估方法

常用的混凝土抗冲耐磨性能测试方法包括喷射磨损试验和滚动磨损试验。喷射磨损试验通过高压水流或气流模拟实际冲刷环境，直接反映混凝土表面的磨损情况，以评估其抗冲耐磨性能。而滚动磨损试验则利用滚动磨损机模拟车轮等滚动荷载对路面的磨损作用，通过滚轮对混凝土试件表面的滚动摩擦来评估其耐磨性能。

不同的测试方法适用于不同的工程环境和评估需求。喷射磨损试验更适用于模拟水流冲刷等环境条件下的混凝土抗冲性能评估；而滚动磨损试验则更适用于道路、桥梁等工程中混凝土路面的耐磨性能评估。在选择测试方法时，应根据具体工程环境和评估需求进行合理选择。同时，还需要注意测试方法的准确性和可重复性，以确保评估结果的可靠性和有效性。

二、试验设计

1. 试验材料与设备

在混凝土配制过程中，选用符合国家标准的P.O 42.5强度等级的普通硅酸盐水泥，其初凝和终凝时间均符合规范要求，以保障混凝土的凝结性能。同时，我们使用洁净的自来水作为拌合水，确保水质满足混凝土拌合用水标准，从而避免水中杂质对混凝土性能产生不利影响。细骨料方面，采用天然河砂，其细度模数和含泥量等关键指标均达到规范要求，以提升混凝土的和易性和强度。至于粗骨料，选用不同级配的碎石或卵石，包括单一级配和混合级配，并确保其粒形、级配和含泥量等符合相关标准，以有效控制其对混凝土性能的影响。

2.试验设备与仪器：

混凝土搅拌机均匀拌合混凝土，振动台或振动成型机成型混凝土以确保试件内部密实无气泡，标准养护室提供恒温恒湿环境养护混凝土，抗冲耐磨性能测试设备如喷射磨损试验机评估混凝土性能，测量工具精确测量原材料用量和试件尺寸。

2. 试验方案

根据研究目的，设计多组不同骨料级配的试验方案，包括单一级配（如仅使用5-10mm或10-20mm粒径的粗骨料）和混合级配（如5-10mm与10-20mm按1:1、1:2等不同比例混合）。通过对比不同级配方案下混凝土的抗冲耐磨性能，分析骨料级配对混凝土性能的影响。同时，确定合理的混凝土配合比，通过调整水灰比、水泥用量、砂率等关键参数，以控制混凝土的流动性、凝结时间和强度等性能。在试验过程中，采用机械搅拌方式确保混凝土拌合均匀，并采用振动成型法将拌合好的混凝土倒入模具中成型。最后，将成型好的试件置于标准养护室中养护至规定龄期，以确保试件在标准条件下硬化。

3. 试验过程

混凝土拌合时，需按设计配合比称取水泥、水、细骨料和粗骨料，依次加入搅拌机中拌合并确保均匀。成型时，将拌合好的混凝土倒入模具中，在振动台上振动成型，需控制振动时间和振幅避免缺陷。养护时，将成型试件移至标准养护室，定期检查环境条件。最后，在试件养护至规定龄期后，进行抗冲耐磨性能测试，记录并分析数据。

三、讨论

1. 试验结果与文献对比

将本研究中不同骨料级配下混凝土的抗冲耐磨性能试验结果与已有文献中的相关数据进行对比，可以发现一些共性和差异。共性方面，大多数研究均表明合理的骨料级配能够显著提高混凝土的抗冲耐磨性能，这主要是由于级配优化改善了混凝土的密实度和颗粒堆积状态，减少了内部孔隙和微裂缝，从而增强了混凝土的耐久性。差异方面，可能是由于试验材料、配合比、测试方法以及试验条件等方面的不同所导致的。例如，不同文献中采用的骨料种类、粒径范围、水灰比等参数可能有所不同，这些都会影响混凝土的抗冲耐磨性能。此外，测试方法的选择和试验条件的控制也会对结果产生一定影响。因此，在对比分析时，需要充分考虑这些因素的影响，以便更准确地评估本研究的成果和意义。

2. 级配优化策略

建议采用混合级配骨料，以提高混凝土密实度和抗冲耐磨性能。需控制水灰比和水泥用量，确保强度和耐久性。对混凝土外观要求高的工程，如桥梁、隧道，需关注表面质量和色泽均匀性。可调整细骨料用量和种类，使用添加剂改善外观质量。在实际工程应用中，应根据具体工程条件和环境因素进行级配优化调整。例如，在寒冷地区施工时，应考虑骨料的抗冻融性能；在盐碱地区施工时，应关注骨料的耐腐蚀性能等。这些优化策略的应用前景广阔，可以显著提高混凝土的耐久性和工程质量，降低维护成本，延长使用寿命。同时，随着科技的不断进步和工程技术的不断发展，这些策略还将不断完善和优化，以适应更加复杂多变的工程需求。

3. 研究局限性及未来方向

当前研究有成果，但存局限。试验条件单一，未模拟实际复杂环境。测试方法精度需提升，确保结果可靠。研究主要关注骨料级配对混凝土抗冲耐磨性能影响，未全面考虑其他因素交互作用。

针对这些局限性，未来研究可以朝以下几个方向展开：一是加强复杂工程环境模拟和荷载作用下的混凝土性能研究；二是探索更加精确和高效的测试方法和技术手段；三是开展多因素交互作用下的混凝土性能研究，以更全面地揭示混凝土耐久性的影响因素和机制。通过这些努力，可以进一步推动混凝土技术的发展和应用水平的提高。

结束语

综上所述，本文探讨了不同骨料级配对混凝土抗冲耐磨性能的影响，丰富了混凝土耐久性的理论体系，为工程材料选择和优化设计提供了重要参考。通过对比验证，明确了合理骨料级配对提升混凝土耐久性的关键作用及其物理机制，并提出了针对不同需求的优化策略，旨在实现混凝土性能的最优化。这些策略对提升工程质量、降低维护成本和推动建筑行业可持续发展具有重要意义。同时，我们也认识到当前研究的局限性，并展望未来将继续关注前沿动态，致力于解决更多实际问题，推动混凝土技术的不断进步。

参考文献

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