方 鑫, 陳曉清, 陳劍剛, 趙萬(wàn)玉

(1.中國(guó)科學(xué)院 山地災(zāi)害與地表過(guò)程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 四川 成都 610041;2.中國(guó)科學(xué)院 水利部 成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所, 四川 成都 610041; 3.中國(guó)科學(xué)院大學(xué), 北京 100049)

在汶川地震和極端暴雨事件的雙重影響下，地震影響區(qū)域內(nèi)的泥石流災(zāi)害發(fā)生頻繁，呈現(xiàn)出持續(xù)性和群發(fā)性的特點(diǎn)。近年來(lái)，對(duì)泥石流災(zāi)害的起動(dòng)機(jī)理、運(yùn)動(dòng)過(guò)程、監(jiān)測(cè)預(yù)警、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和防治措施等方面開(kāi)展了深入的研究[1-8]。同時(shí)為保障交通生命線的暢通和保護(hù)山區(qū)村鎮(zhèn)人民生命財(cái)產(chǎn)的安全，修建了大量的泥石流防治工程。其中常見(jiàn)的防治工程型式包括：谷坊、攔砂壩、明洞、排導(dǎo)槽、渡槽等，這些工程通常會(huì)用到大量混凝土材料。20世紀(jì)70—90年代，在鐵路泥石流防治工程中，在溢流口等表面易受沖磨損傷的部位較多使用鋼板、鋼軌等做抗沖及耐磨材料，但其中大部分在經(jīng)歷多次泥石流沖磨后，抗沖磨性能仍不能完全滿足要求。例如，為治理成昆線在四川省樂(lè)山市大瓦山南麓與漢源縣的邊界上的白熊溝泥石流，20世紀(jì)80年代末修建的防治工程中，修建了全襯砌V型排導(dǎo)槽以加強(qiáng)泥石流的宣泄能力，為加強(qiáng)排導(dǎo)槽底的抗沖磨性能，在混凝土中摻入了鋼板、鋼軌等材料。現(xiàn)行的《泥石流防治工程設(shè)計(jì)規(guī)范(試行)(T/CAGHP021-2018)》中明確了用于保護(hù)鐵路的泥石流防治工程的設(shè)計(jì)壽命一般按50 a考慮，而根據(jù)2010年(相距白熊溝防治工程建成僅20余年)對(duì)白熊溝的現(xiàn)場(chǎng)考察資料發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)該處的全襯砌V型排導(dǎo)槽在經(jīng)歷泥石流沖磨后，產(chǎn)生了較大的損傷，如圖1所示。圖1中A處顯示了在槽底的預(yù)埋鋼軌已被沖斷；圖1中B處顯示的損傷，如再經(jīng)歷大規(guī)模泥石流作用，將有可能引發(fā)排導(dǎo)槽地板的揭底破壞，存在失效的風(fēng)險(xiǎn)隱患。

圖1 成昆線白熊溝V型排導(dǎo)槽破損現(xiàn)狀

在現(xiàn)有的研究資料中，泥石流防治工程混凝土的抗沖磨性能研究還較少，如何獲得力學(xué)性能穩(wěn)定，且具有較高的抗沖磨強(qiáng)度的混凝土，一直是泥石流防治工程領(lǐng)域亟待解決的一個(gè)重要技術(shù)問(wèn)題[9]。圖2—3為2019年8月泥石流對(duì)攔砂壩和排導(dǎo)槽造成的沖磨破壞。

圖2 2019年8月泥石流對(duì)登溪溝攔砂壩的沖磨破壞

圖3 泥石流對(duì)汶川登溪溝排導(dǎo)槽底板的沖磨破壞(矩形槽底)

泥石流防治工程建筑物與泥石流接觸的部位受到的作用力，一部分是泥石流整體對(duì)其的摩擦力，另一部分是流體中的巖石顆粒對(duì)其的沖擊力，這兩部分作用力共同導(dǎo)致了對(duì)建筑物結(jié)構(gòu)表面的沖磨作用[10]。在此作用下，混凝土表面不斷有水泥石微粒脫離，逐漸露出混凝土內(nèi)部的粗骨料并形成粗糙表面。粗糙表面加大了摩擦系數(shù)和沖擊角，導(dǎo)致沖磨力的增強(qiáng)，加速了水泥石微粒的脫離。如此反復(fù)循環(huán)，混凝土損傷不斷的積累導(dǎo)致強(qiáng)度降低，最終破壞建筑物結(jié)構(gòu)，嚴(yán)重影響泥石流防治工程的安全運(yùn)行[11]。因此混凝土的抗沖磨性能的優(yōu)劣決定了泥石流防治工程能否長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

摻加納米二氧化硅[12-14]、微硅粉[12,15]和聚丙烯纖維[15-16]對(duì)提高混凝土抗沖磨性能有較好效果，聚丙烯纖維還能夠提高混凝土的沖擊韌性[17]，引氣劑對(duì)改善混凝土內(nèi)微結(jié)構(gòu)，減少有害孔隙有積極作用，還可以提高混凝土的抗?jié)B性和抗凍性，但混凝土強(qiáng)度會(huì)有輕微損失[18]。為改善混凝土微結(jié)構(gòu)，提高泥石流防治工程混凝土的抗沖磨性能，提出一種新的抗沖磨混凝土配合比設(shè)計(jì)思路：通過(guò)摻入納米二氧化硅、微硅粉改善混凝土粗、細(xì)集料和水泥石之間的接觸界面；通過(guò)摻入聚丙烯纖維提高混凝土接觸界面的黏附力；通過(guò)引氣劑改善混凝土內(nèi)微結(jié)構(gòu)、減少有害孔隙，提高混凝土的和易性，同時(shí)摻加上述4種材料以提高混凝土的整體抗沖磨性能。為此，開(kāi)展了使用納米二氧化硅和微硅粉等質(zhì)量取代水泥、聚丙烯纖維質(zhì)量摻量，并摻入引氣劑的試驗(yàn)，通過(guò)混凝土表面受水下流動(dòng)介質(zhì)沖磨的相對(duì)抗力來(lái)評(píng)價(jià)混凝土的抗沖磨性能，篩選出顯著影響混凝土抗沖磨強(qiáng)度的摻合材料，并識(shí)別出各摻合材料的最佳摻量水平，為泥石流防護(hù)工程建設(shè)中抗沖磨混凝土的配合比設(shè)計(jì)提供參考。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 材料選取

納米二氧化硅選用ZEC牌的氣相納米二氧化硅，比表面積200±15 m2/g，一次粒徑15 nm，松散密度0.1 g/cm3。微硅粉選用成都產(chǎn)的錦祥牌94型微硅粉，二氧化硅含量94.5%。聚丙烯纖維選用束狀單絲15 mm的聚丙烯纖維，密度為0.91 g/cm3。引氣劑選用廣東龍湖的FLOTAGE AE-2型引氣劑。水泥選用成都產(chǎn)的425普通硅酸鹽水泥，密度為3.1 g/cm3；細(xì)集料選用細(xì)度模數(shù)為2.76的中砂，密度為2.632 g/cm3，含水率為2%；粗集料選用粒徑5～31.5 mm連續(xù)級(jí)配的碎石，表觀密度為2.685 g/cm3。因納米二氧化硅比表面積大，吸水性強(qiáng)，選用聚羧酸系高效減水劑(減水率21%)，滿足混凝土施工的和易性要求。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在原材料不變的條件下，較小水膠比的混凝土密實(shí)程度較高，從而有較高的抗沖磨強(qiáng)度。又因?yàn)槟嗍鞣乐喂こ讨惺褂玫幕炷翉?qiáng)度等級(jí)普遍在C20—C35之間，考慮到工程經(jīng)濟(jì)性，水灰比不宜定得過(guò)小，本試驗(yàn)選擇固定水膠比為0.4，配制強(qiáng)度等級(jí)C25的混凝土。根據(jù)肖會(huì)剛等人[19]的研究，納米二氧化硅和微硅粉在不同尺度范圍上充當(dāng)了細(xì)小填料，進(jìn)一步完善了粗、細(xì)集料的級(jí)配，減少了影響抗沖磨性能的混凝土內(nèi)部有害孔隙。為在相同的砂、石級(jí)配條件下比較納米二氧化硅和微硅粉對(duì)混凝土抗沖磨強(qiáng)度的影響，選擇了固定砂率0.4。

選定的4因素3水平詳見(jiàn)表1。納米二氧化硅的摻量參照唐明[12]和Nazari等[13]人的研究，選擇1%，1.5%和2%；微硅粉的摻量參照唐明[12]的研究，選擇8%，10%和12%；聚丙烯纖維的摻量參照胡金生[17]和周世華、石妍等人[20]的研究，選擇0.6，1.2和1.8 kg/m3；引氣劑的摻量以生產(chǎn)廠家的推薦值為基礎(chǔ)增加高水平和低水平，選擇0.005%，0.010%和0.015%。

表1 復(fù)摻材料混凝土的有關(guān)因素和水平

按照表1中各因素各水平值的選擇，可以得到正交試驗(yàn)表(詳見(jiàn)表2)。

表2 復(fù)摻材料混凝土正交試驗(yàn)參數(shù)

1.3 配合比設(shè)計(jì)

根據(jù)《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程(JGJ55-2011)》，計(jì)算出初步配合比，并于2019年8月19日，在中鐵二局第四工程有限公司工程檢測(cè)中心實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)行了初步配合比的4次試拌調(diào)整。由研究資料[21]得知，由于納米二氧化硅的加入會(huì)使得水泥凈漿的標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量急劇上升，所配制出混凝土的坍落度將顯著降低，因此在配制過(guò)程中不斷試拌調(diào)整，選擇使用聚羧酸系高效減水劑，摻量選擇1.85%，以滿足混凝土的工作性要求。最終配制的試驗(yàn)配合比詳見(jiàn)表3。通過(guò)該表所列數(shù)據(jù)配制的混凝土坍落度在20～90 mm不等，基本滿足工作性要求。

表3 復(fù)摻材料混凝土配合比 kg

1.4 混凝土試件制作

2019年8月20日上午，仍在中鐵二局四公司中心試驗(yàn)室，按試驗(yàn)1的配合比，使用內(nèi)徑300 mm±2 mm，高100 mm±1 mm的試模，制作了1組3個(gè)符合《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程(SL352-2006)》要求的混凝土試件。在脫模之后，于8月23日運(yùn)回中國(guó)科學(xué)院、水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所試驗(yàn)大廳常規(guī)養(yǎng)護(hù)，用于調(diào)試水下鋼球沖磨試驗(yàn)機(jī)。2019年8月20日下午至22日下午，按表3的配合比，在該實(shí)驗(yàn)室，使用標(biāo)準(zhǔn)試模，制作了每組3個(gè)共9組符合《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程(SL352-2006)》要求的混凝土試件，每組試件脫模后，均送入該中心試驗(yàn)室的養(yǎng)護(hù)室標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)。8月23日，最后一組試件脫模完畢送入養(yǎng)護(hù)室。所有試件標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d后，于2019年9月20日運(yùn)至成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所試驗(yàn)大廳(圖4)。

圖4 完成養(yǎng)護(hù)待沖磨的9組試件

1.5 試驗(yàn)方法

在泥石流運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，由于鋪床作用[22]，減小了外部的阻力，也減小了防護(hù)工程結(jié)構(gòu)體受到的摩擦力，因此當(dāng)容重在一定范圍內(nèi)時(shí)，黏性泥石流比稀性泥石流對(duì)建筑物表面混凝土的沖磨作用要小。本試驗(yàn)采用的水下鋼球法是用葉輪帶動(dòng)水流高速流動(dòng)，并挾帶水中的鋼球?qū)υ嚰砻孢M(jìn)行沖磨，模擬了特定參數(shù)的泥石流的運(yùn)動(dòng)，對(duì)泥石流防治工程的耐久(磨)性設(shè)計(jì)具有一定的參考作用。按照《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程(SL352-2006)》中，水下鋼球法沖磨試驗(yàn)的要求，抗沖磨性能指標(biāo)以抗沖磨強(qiáng)度表示，按公式(1)計(jì)算，其數(shù)值越大說(shuō)明抗沖磨性能越好。

(1)

式中：Ra為抗沖磨強(qiáng)度,即單位面積上被磨損單位質(zhì)量所需的時(shí)間(h·m2/kg);T為試驗(yàn)累計(jì)時(shí)間(h)；A為試件受沖磨面積(m2)；MT為試件受沖磨T時(shí)段后，累計(jì)的損失質(zhì)量(kg)。

在摻加了納米二氧化硅和微硅粉的混凝土中，隨著混凝土齡期的發(fā)展，水泥水化進(jìn)程不斷深入，活性二氧化硅微粒不斷與水泥水化生成的氫氧化鈣發(fā)生火山灰反應(yīng)，將導(dǎo)致混凝土的抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度隨混凝土齡期發(fā)展而不斷提高，陳永根的研究[23]也印證了這一點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn)，56 d齡期和28 d齡期的單摻硅灰的相變混凝土相比較，抗壓強(qiáng)度增加了14.17%，劈裂抗拉強(qiáng)度增加了43.36%。大量前人研究表明[24-25]，混凝土抗壓強(qiáng)度和抗沖磨強(qiáng)度存在正相關(guān)關(guān)系，即混凝土試件的抗壓強(qiáng)度越大，抗沖磨強(qiáng)度也越大。而劈裂抗拉強(qiáng)度宏觀反映的是混凝土中的膠凝材料的黏結(jié)力，此強(qiáng)度越高，說(shuō)明膠凝材料與集料之間的黏結(jié)力越大，在沖磨過(guò)程中需要更長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)造成混凝土膠凝材料的質(zhì)量損失，因此由抗沖磨強(qiáng)度的定義可知，劈裂抗拉強(qiáng)度與抗沖磨強(qiáng)度也存在正相關(guān)關(guān)系。基于以上原因，為盡量降低混凝土試件齡期過(guò)長(zhǎng)，混凝土的抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度增大對(duì)試件抗沖磨強(qiáng)度的影響，避免試驗(yàn)結(jié)果受到較大干擾，參照《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程(SL352-2006)》標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法，用沖磨12 h的質(zhì)量損失，來(lái)定性描述各試件的抗沖磨強(qiáng)度。試驗(yàn)步驟為： ①試驗(yàn)前，將試件在水盆中浸泡48 h； ②試驗(yàn)時(shí)，取出試件，擦去表面水分，稱量試件沖磨前質(zhì)量； ③放好鋼筒密封圈，底板上墊兩根φ6 mm的鋼筋后，將試件裝至試驗(yàn)機(jī)中并對(duì)中，套上鋼筒； ④安裝攪拌槳，使得槳底部距試件表面約38 mm，調(diào)整轉(zhuǎn)軸并和鋼筒對(duì)中； ⑤在鋼筒內(nèi)放入10個(gè)直徑25.4±0.1 mm，35個(gè)直徑19.1±0.1 mm，25個(gè)直徑12.7±0.1 mm的研磨鋼球于試件表面，加水至水面高出試件表面165 mm； ⑥設(shè)定轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速1 200 r/min，開(kāi)機(jī)。 ⑦累計(jì)沖磨12 h，取出試件，清洗干凈并去除表面水分，稱量試件沖磨后質(zhì)量。

2019年9月30日至10月6日，在中國(guó)科學(xué)院、水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所試驗(yàn)大廳，按照上述試驗(yàn)步驟，使用如圖5所示的水下鋼球試驗(yàn)機(jī)完成了各組試件的12 h沖磨試驗(yàn)。

圖5 水下鋼球法試驗(yàn)裝置

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)開(kāi)始前測(cè)量記錄試件的初始質(zhì)量，試驗(yàn)完成后測(cè)量記錄試件累計(jì)沖磨12 h后的剩余質(zhì)量，并計(jì)算抗沖磨強(qiáng)度一并填入(表4)。沖磨試驗(yàn)后，試件如圖6所示。

表4 水下鋼球法沖磨試驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖6 經(jīng)歷12 h沖磨試驗(yàn)的一個(gè)試件

2.2 極差分析

表5 沖磨試驗(yàn)數(shù)據(jù)極差分析結(jié)果

對(duì)表5中的數(shù)據(jù)，應(yīng)用極差法進(jìn)行分析，可以得到： ①本次正交試驗(yàn)各因素對(duì)應(yīng)的極差R值從大到小的順序?yàn)椋篈>C>B>D，也即各因素影響混凝土抗沖磨強(qiáng)度的主次順序?？梢?jiàn)納米二氧化硅摻量是影響混凝土試件抗沖磨強(qiáng)度的主要因素，其次為聚丙烯纖維，再次是微硅粉，最后是引氣劑。 ②因素A所在列的K2在該列中最大，說(shuō)明因素A選擇第2個(gè)水平比其余兩個(gè)水平好，同理可以得到因素B的第3個(gè)水平、因素C的第3個(gè)水平，因素D的第1個(gè)水平比其余的水平好，因此得到最佳的試驗(yàn)條件為：A2B3C3D1。也即當(dāng)納米二氧化硅摻量為1.5%，微硅粉摻量為12%，聚丙烯纖維摻量為1.8 kg/m3，引氣劑摻量為0.005%時(shí)，所配制的抗沖磨混凝土具有較高的抗沖磨強(qiáng)度。

2.3 納米二氧化硅摻量對(duì)抗沖磨強(qiáng)度的影響

納米二氧化硅顆粒直徑一般在1～100 nm，比表面積可達(dá)150～300 m2/g，表面有大量不飽和Si-O殘鍵及不同鍵合狀態(tài)的羥基，因表面欠氧而偏離了穩(wěn)態(tài)的硅氧結(jié)構(gòu)，從而具有高反應(yīng)活性[28]。納米二氧化硅顆粒摻入到混凝土中以后，通過(guò)與水泥水化生成的Ca(OH)2發(fā)生火山灰反應(yīng)，加速硅酸三鈣(C3S)的溶解，并為硅酸鈣水合物(C-S-H)提供成核位置加速C-S-H的生成[29]，改善了膠凝材料與集料的界面結(jié)構(gòu)，極大降低了水化產(chǎn)物中Ca(OH)2的含量，在膠凝材料中生成了更多的鈣礬石，提高了水泥石的密實(shí)程度，減少了影響混凝土強(qiáng)度的有害孔隙，從而能夠有效提高混凝土的抗壓強(qiáng)度。由于C-S-H凝膠的生成需要大量水參與反應(yīng)，摻入納米二氧化硅后，需水量將大大增加。如果納米二氧化硅摻量過(guò)高，一是可能導(dǎo)致用水量不足，水泥水化不充分，降低混凝土的抗壓強(qiáng)度；二是可能大大增加了用水量，混凝土硬化產(chǎn)生強(qiáng)度后，未參與水化反應(yīng)和火山灰反應(yīng)的水分逸散后留下的有害孔隙將大量增加，降低混凝土的抗壓強(qiáng)度?；谏鲜龇治?，從抗沖磨強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度的正相關(guān)關(guān)系來(lái)看，摻加合適含量的納米二氧化硅能提高混凝土的抗沖磨強(qiáng)度，但摻量過(guò)高將降低混凝土的抗沖磨強(qiáng)度。由試驗(yàn)結(jié)果可以看到，納米二氧化硅(因素A)對(duì)應(yīng)的不同摻量水平的K值有以下關(guān)系：K2>K3>K1，這說(shuō)明納米二氧化硅的摻量不是越高越好，當(dāng)摻量超過(guò)一定比例后混凝土的抗沖磨強(qiáng)度反而會(huì)降低，和分析結(jié)論一致。

2.4 微硅粉摻量對(duì)抗沖磨強(qiáng)度的影響

微硅粉顆粒的平均粒徑在0.1～0.3 μm，比表面積為20～28 m2/g，細(xì)度和比表面積約為水泥的80～100倍，粉煤灰的50～70倍。微硅粉摻入到混凝土中以后，與納米二氧化硅相類似，其中的活性二氧化硅顆粒也能夠和水泥水化產(chǎn)物中的Ca(OH)2發(fā)生火山灰反應(yīng)，改善膠凝材料與集料的界面結(jié)構(gòu)，提高混凝土抗壓強(qiáng)度，從而提高抗沖磨強(qiáng)度。

由試驗(yàn)結(jié)果，可以看到微硅粉(因素B)對(duì)應(yīng)的不同摻量水平的K值有以下關(guān)系：K3>K2>K1，說(shuō)明在選擇的摻量范圍內(nèi)，摻入微硅粉以后，混凝土的抗沖磨強(qiáng)度隨微硅粉摻量的增加而增加。但微硅粉摻量過(guò)高將可能造成替換的水泥過(guò)多，參加水化反應(yīng)的水泥顆粒不足，導(dǎo)致混凝土的力學(xué)強(qiáng)度降低，最終影響混凝土抗沖磨強(qiáng)度。綜合防治工程建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性考慮，在抗沖磨混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)可在10%～12%中選定實(shí)際摻加量。

2.5 聚丙烯纖維摻量對(duì)抗沖磨強(qiáng)度的影響

聚丙烯纖維質(zhì)量輕，纖維直徑小。摻加聚丙烯纖維后，在混凝土強(qiáng)度發(fā)展的早期階段，纖維在混凝土中呈均勻亂向分布相互交叉搭接，抑制了混凝土的粗骨料下沉，不但減少結(jié)構(gòu)缺陷、提高了混凝土的均勻性，還能通過(guò)阻斷逸出通道減少水分的散失[30]?；炷劣不纬煞€(wěn)定結(jié)構(gòu)后，由于纖維與混凝土中膠凝材料基體之間的黏結(jié)強(qiáng)度較高，纖維本身也有一定的塑性，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具有一定的約束作用，又因?yàn)樵诨炷潦艿經(jīng)_磨時(shí)，纖維在混凝土中的雜亂分布有利于將沖磨面受到的荷載傳導(dǎo)到未受沖磨的部分，因此沖磨力需要克服這些約束作用后才會(huì)使混凝土發(fā)生磨損，這使混凝土整體的抗沖磨強(qiáng)度得到了一定程度的提高。由試驗(yàn)結(jié)果可以看到，聚丙烯纖維(因素C)對(duì)應(yīng)的不同摻量水平的K值有以下關(guān)系：K3>K1>K2。表明在摻入聚丙烯纖維后，混凝土的抗沖磨強(qiáng)度隨聚丙烯纖維的摻量增加先降低后升高。這是因?yàn)樵诶w維摻量水平較低時(shí)，還未在混凝土中廣泛形成相互交叉搭接的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，在這個(gè)階段，摻入的纖維是作為影響混凝土力學(xué)性能的雜質(zhì)存在，因此混凝土抗沖磨強(qiáng)度隨摻量的增加而降低；而摻量達(dá)到一定水平后，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)開(kāi)始廣泛形成，隨著纖維摻量的增加，約束作用的不斷增強(qiáng)，混凝土抗沖磨強(qiáng)度也開(kāi)始不斷增強(qiáng)。因此在抗沖磨混凝土的配合比設(shè)計(jì)中，每方混凝土的聚丙烯纖維摻量可選擇在1.8 kg左右，并通過(guò)進(jìn)一步的試配試驗(yàn)確定其抗壓強(qiáng)度、抗沖磨強(qiáng)度及經(jīng)濟(jì)性是否滿足設(shè)計(jì)要求。

2.6 引氣劑摻量對(duì)抗沖磨強(qiáng)度的影響

由于混凝土在攪拌時(shí)將空氣帶入到混凝土漿體內(nèi)，容易形成一些大小不一，不均勻的氣泡?；炷劣不?，部分氣泡在混凝土內(nèi)形成密閉空腔，成為結(jié)構(gòu)缺陷，氣泡直徑、氣泡間距等參數(shù)直接影響了混凝土強(qiáng)度。引氣劑是一種憎水性表面活性劑，溶于水后加入混凝土拌合物內(nèi)，在攪拌過(guò)程中可以使混凝土攪拌時(shí)產(chǎn)生的氣泡直徑大大減少，分布均勻，還能提高混凝土的和易性。摻入引氣劑后增加了混凝土的孔隙率，隨著引氣劑摻量的變化，混凝土的力學(xué)強(qiáng)度、抗沖磨性能均會(huì)受到影響。由于摻加的納米二氧化硅需水量大，混凝土攪拌時(shí)和易性和工作性不好，為解決這一困難，需要加入少量引氣劑。由試驗(yàn)結(jié)果可以看到，引氣劑(因素D)對(duì)應(yīng)的不同摻量水平的K值有以下關(guān)系：K1>K3>K2。摻入引氣劑后隨著引氣劑摻量的增加，混凝土抗沖磨強(qiáng)度先減小后增加。需要注意的是，引氣劑不宜摻入過(guò)多，而試驗(yàn)結(jié)果顯示，4個(gè)因素中引氣劑的影響最不顯著，因此在防護(hù)工程的抗沖磨混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，引氣劑的摻量可選擇0.005%。

3 結(jié) 論

通過(guò)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，選擇納米二氧化硅、微硅粉、聚丙烯纖維、引氣劑的不同摻量水平，分組配制成抗沖磨混凝土試件后，使用水下鋼球試驗(yàn)法對(duì)各試件進(jìn)行了沖磨試驗(yàn)，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析，復(fù)摻納米二氧化硅、微硅粉、聚丙烯纖維、引氣劑時(shí)，最合適的摻量分別是為1.5%，12%，1.8 kg/m3，0.005%。本試驗(yàn)得出的結(jié)果反映了C25強(qiáng)度的混凝土試件抵抗特定的流速、容重、最大粒徑、固體顆粒配比的固液兩相流體連續(xù)沖磨的能力，缺乏普適性，只是定性表征了混凝土材料在此類流體下的抗沖磨能力，為泥石流防治工程中抗沖磨混凝土配合比的設(shè)計(jì)提供了一些思路。需要注意的是在泥石流防治工程的混凝土設(shè)計(jì)中，不僅需要按照所在防治地區(qū)發(fā)生過(guò)的泥石流的運(yùn)動(dòng)特征參數(shù)作進(jìn)一步的現(xiàn)場(chǎng)或模擬沖磨試驗(yàn)，驗(yàn)證所設(shè)計(jì)混凝土的實(shí)際抗沖磨能力是否能滿足設(shè)計(jì)要求，還應(yīng)進(jìn)行力學(xué)強(qiáng)度、沖擊韌性等試驗(yàn)，驗(yàn)證其力學(xué)性能是否滿足結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的要求。