水胶比对混凝土抗冲磨性能的影响

金自强，朱炎宁，张涛，艾洪祥

（中建西部建设股份有限公司，新疆 乌鲁木齐 830000）

水胶比对混凝土抗冲磨性能的影响

金自强，朱炎宁，张涛，艾洪祥

（中建西部建设股份有限公司，新疆 乌鲁木齐 830000）

本文采用天然石+天然砂、铁矿石+铁矿砂两种骨料组合，以 0.21、0.26、0.31、0.45 四个水胶比配制混凝土，进行抗压试验和抗冲磨试验。通过试验结果分析得出：随着水胶比的减小，混凝土的抗压强度、抗冲磨性能逐步提高。但当水胶比W/C≤0.31 时，进一步降低水胶比对于混凝土抗冲磨性能的提高不够明显。因此，在实际工程中，应控制其水胶比在较小范围内，但当水胶比已经控制在较小的情况下，不必刻意追求更低的水胶比。同时还发现，当 W/C≤0.31 时，水胶比对不同骨料种类混凝土的抗压强度、抗冲磨性能的影响不尽相同，骨料种类对混凝土的性能有一定的影响。

混凝土；水胶比；抗冲磨性能

0 前言

众所周知，降低水胶比可以提高混凝土的密实程度，改善混凝土的孔结构，减小混凝土中有害孔的数量和比例[1]。另外，降低水胶比还可以提高混凝土中水泥石及其界面过渡区的强度和硬度，从而提高混凝土强度和抗冲磨性能。但是，水胶比过低，会极大地提高混凝土的粘聚性，从而导致混凝土坍落度损失加快[2]。在实际工程运用中，由于现场施工环境的差异，常出现施工性能较差、振捣不易、抹面困难等现象，使得施工时间更加紧迫，同时也不能保证混凝土的施工质量，给现场施工带来不便和麻烦。同时，水胶比过低时会使得混凝土的水泥砂浆过多，混凝土中水泥石比例变大，粗骨料相对含量减小。由于水泥石的抗冲磨性能远不如粗骨料的抗冲磨性能，混凝土抗冲磨性能可能不增反降[3-4]。因此，很有必要对混凝土的水胶比进行具体研究，探究不同水胶比对混凝土抗压强度、抗冲磨性能的影响。

1 试验原材料

水泥：新疆天山牌普通硅酸盐 52.5 水泥。

硅粉：宁夏硅铁厂生产的微硅粉。

粉煤灰：新疆玛纳斯电厂Ⅰ级粉煤灰。

减水剂：新疆科能有限责任公司生产的聚羧酸减水剂，其固含量为 39%。

骨料：采用两种细骨料、两种粗骨料。其中，细骨料分别为：天然砂，其细度模数为 2.69；安徽人工破碎铁矿砂，其细度模数为 3.16。粗骨料分别为天然卵石以及安徽人工破碎铁矿石，骨料颗粒粒径为 5～20mm，级配连续。

水：乌鲁木齐市自来水。

2 试验方法

2.1 混凝土的拌合及养护

混凝土拌合采用 HJW–60 强制式单卧轴式混凝土搅拌机，搅拌机最大容量为 60L。制作的抗压试件、抗冲磨试件放入标准养护室（温度为 (18±2)℃，湿度大于 90%）中养护，养护 24h 后拆模，将拆模后的试件继续放入养护室，养护至需要龄期，再进行相关试验[5]。

2.2 混凝土的抗压强度试验

采用 YAW4206 型万能试验机进行混凝土抗压强度试验。

2.3 混凝土的抗冲磨试验

本文选用水下钢球法进行抗冲磨试验。其具体要求依据SL 352—2006《水工混凝土试验规程》和 DL/T 5150—2001《水工混凝土试验规程》的相关规定[5-6]。

试验仪器为南京水利科学研究院生产的 HKS–Ⅱ型混凝土抗冲磨试验机。

混凝土抗冲磨试件为直径 300mm、高 100mm 的圆柱体。试验前将试块在水中浸泡 48h 以上，进行试验前先测量抗冲磨试件质量，记为 M1；试验后测其质量，记为 M2。评价混凝土抗冲磨性能的指标为抗冲磨强度和磨损率。

抗冲磨强度按下式计算：

式中：

Rn——抗冲磨强度，h/(kg/m2)；

T——试验累计时间，h；

A——试件受冲磨面积，m2；

M1、M2——试验前和试验后试件的质量，kg。

磨损率按下式计算：

式中：L——磨损率，%。

3 试验方案及混凝土配合比设计

试验参照 JGJ 55—2011《普通混凝土配合比设计规程》中的质量法来进行混凝土配合比设计。以计算的理论配合比为基础，在实验室根据混凝土具体状态进行调整，制作抗压试件和抗冲磨试件，在标准养护条件下进行养护，测 3d、7d、28d、60d、120d 抗压强度，对养护 28d 的抗冲磨试件进行抗冲磨试验。不同水胶比的混凝土配合比分别见表 1。

表1　不同水胶比混凝土配合比表

4 试验结果与结果分析

4.1 抗压试验结果及分析

对两种不同骨料组合各不同配合比混凝土进行抗压强度试验，试验结果分别见表 2，不同龄期混凝土的抗压强度变化曲线分别见图1、图2。

表2　不同水胶比混凝土抗压强度试验结果

图1　天然砂石骨料混凝土强度曲线

图2　铁矿砂石骨料混凝土强度曲线

分析表 2 和图1、图2，在硅粉掺量、粉煤灰掺量、骨料种类、粗骨料最大粒径相同的情况下，水胶比变化对混凝土抗压强度的影响有以下规律：

（1）水胶比对混凝土抗压强度影响较大。两种不同种类骨料混凝土的抗压强度都随水胶比的减小而提高。对于天然砂石骨料混凝土，水胶比由 0.31 减小到 0.26，混凝土3d、7d、28d、60d 强度分别提高 15.53%、15.64%、6.40%、2.23%；水胶比由 0.26 减小到 0.21，混凝土 3d、7d、28d、60d 强度分别提高 7.15%、16.70%、2.21%、4.02%。对于铁矿砂石混凝土，水胶比由 0.31 减小到 0.26，混凝土 3d、7d、28d、60d 强度分别提高 24.02%、11.73%、4.39%、4.07%；水胶比由 0.26 减小到 0.21，混凝土 3d、7d、28d、60d 强度分别提高 1.22%、0.89%、9.37%、6.51%。

（2）对于天然砂石骨料混凝土，当水胶比从 0.31 增大到 0.45 时，其抗压强度下降较明显。水胶比由 0.45 减小到 0.31，混凝土 3d、7d、28d、60d 强度分别提高 29.57%、27.82%、36.47%、50.66%。但当水胶比 W/C≤0.31 时，进一步降低水胶比，混凝土的抗压强度增大相对较小。

（3）当水胶比 W/C≤0.31 时，进一步降低水胶比，天然砂石骨料混凝土抗压强度的提高程度不如铁矿砂石骨料混凝土。即在较低水胶比情况下，水胶比对铁矿砂石骨料混凝土抗压强度的影响大于其对天然砂石骨料混凝土的影响。

（4）水胶比对混凝土强度的前期影响小于其对混凝土后期的影响。

4.2 抗冲磨试验结果及分析

对两种不同骨料组合各不同配合比混凝土的抗冲磨试件，养护 28d 后进行抗冲磨试验，试验结果分别见表 3；混凝土抗冲磨强度、磨损率随水胶比的变化曲线分别见图3、图4；混凝土抗冲磨强度、磨损率随抗压强度的变化曲线分别见图5、图6。

表3　不同水胶比混凝土抗冲磨试验结果

图3　混凝土抗冲磨强度随水胶比变化图

图4　混凝土磨损率随水胶比变化图

图5　混凝土抗冲磨强度与抗压强度的关系图

图6　混凝土磨损率与抗压强度的关系图

分析表 3 和图3 至图6，在硅粉掺量、粉煤灰掺量、骨料种类、粗骨料最大粒径相同的情况下，水胶比变化对混凝土抗冲磨性能的影响有以下规律：

（1）两种不同种类骨料混凝土的抗冲磨强度都随水胶比的减小而提高，磨损率随水胶比的减小而减小。由于混凝土的抗冲磨性能随抗冲磨强度的增大而变大，随磨损率的减小而增大，因此，两种不同种类骨料混凝土的抗冲磨性能都随水胶比的减小有所提高；但是，总体而言，在水胶比 W/ C≤0.31 情况下，进一步降低水胶比对于混凝土抗冲磨性能的提高不够明显。

（2）两种不同种类骨料混凝土抗冲磨性能对水胶比变化的敏感程度略有不同，在水胶比 W/C≤0.31 情况下，进一步降低水胶比，天然砂石骨料混凝土抗冲磨性能的提高程度不如铁矿砂石骨料混凝土。即在较低水胶比情况下，水胶比对铁矿砂石骨料混凝土抗冲磨性能的影响大于其对天然砂石骨料混凝土的影响。

（3）对于天然砂石骨料混凝土，当水胶比从 0.31 增大到 0.45 时，其抗冲磨性能显著下降，说明在实际工程中若采用天然砂石骨料混凝土时，应控制其水胶比在较低范围内。

（4）水胶比对混凝土抗压强度的影响大于其对混凝土抗冲磨性能的影响。随水胶的减小，各不同水胶比混凝土之间的抗压强度都有比较明显的差异；但当 W/C≤0.31 时，减小水胶比，对混凝土抗冲磨性能的提高程度相对较小。

5 小结

通过前文试验可以得到以下结论：

（1）降低水胶比，有利于提高混凝土的抗压强度、抗冲磨性能。用于抵抗推移质泥沙冲磨的混凝土，应控制其水胶比在较小范围内。

（2）试验发现 W/C=0.31、0.26、0.21 时，混凝土抗冲磨性能相差较小。说明在水胶比 W/C≤0.31 的情况下，进一步降低水胶比对于混凝土抗冲磨性能的提高不够明显。

（3）当 W/C≤0.31 时，水胶比对铁矿砂石骨料混凝土抗压强度、抗冲磨性能的影响大于其对天然砂石骨料混凝土的影响。当 W/C≥0.31 时，水胶比对混凝土抗压强度的影响大于其对混凝土抗冲磨性能的影响。

[1] 霍亮，张涛，蔺喜强，等． 低水胶比混凝土力学性能及水化物相微观结构[J]．混凝土，2014,(3): 55-58+63．

[2] 王国辉． 关于高性能混凝土的研究探讨[J]．江西建材，2014, (24): 2．

[3] 廖碧娥，白福来．影响混凝土耐冲磨性若干因素的试验研究[J]．水利水电技术，1985, 12(9): 11–16．

[4] Suresh A, Harsha A P,Ghosh M K. Solid particle erosion of unidirectional fibre reinforced thermoplastic composites[J]. Wear, 2009, 267(9):1516–1524.

[5] SL 352—2006．水工混凝土试验规程[S]．

[6] DL/T 5150—2001．水工混凝土试验规程[S]．

［通讯地址］新疆乌鲁木齐市经济技术开发区丹霞山街 666号（830000）

The influence of water-binder ratio on the anti scouring and abrasive resistant performance of concrete

Jin Ziqiang, Zhu Yanning, Zhang Tao, Ai Hongxiang
(China West Construction Group Company, Xinjiang Urumqi 830000)

This paper used two aggregate combinations which are natural stone & natural sand, iron ore & iron sand, and four concrete water-binder ratio ( 0.21, 0.26, 0.31, 0.45 ) to produce concrete, then tested their compressive strength and abrasion resistance. The test results show that, with the decrease of water cement ratio, the compressive strength and wear resistance of concrete are increased gradually. But when water-binder ratio is less than or equals to 0.31, further reducing water binder ratio the anti abrasion performance improvement is not obvious. Therefore, in the actual project, it should be controlled in a smaller range of water cement ratio, but when the water-binder ratio has been controlled in a small case, it does not have to deliberately pursue lower water cement ratio. It is also found that when the water-binder ratio is less than or equals to 0.31, the influence of water-binder tratio on different kinds of aggregate concretes, the’ compressive strength and abrasion resistance properties is different, aggregate types have some influence on the performance of concrete.

concrete; water-binder ratio; abrasion resistance property

金自强（1960—），男，本科学历， 工程师，现任中建西部建设新疆有限公司董事长，长期从事混凝土生产质量管理和混凝土技术的研究工作。