1、NEW BUILDING MATERIALSNEW BUILDING MATERIALS0前言水工建筑物的磨蚀破坏大多是由于在服役过程中水颗粒（粉砂、砂砾和其他固体颗粒）对混凝土表面的冲磨造成1。对于经常受到冲磨作用的水工建筑物，维护成本成为最为突出的问题，并且随着时间延长，构筑物的服役寿命也大为缩短。为保护水工混凝土结构免受磨损侵蚀，需要耐用和抗磨损的混凝土。混凝土的抗冲磨性能受集料性能及用量、混凝土强度、配合比、胶凝材料用量、纤维掺量、养护条件、表面光洁度等因素的影响2-4。诸多研究表明5，混凝土的耐磨性主要取决于混凝土的抗压强度。因此，通过增加胶凝材料用量、活性以及降低水胶比等手段被广泛
2、用于水工混凝土的配制，但过多的胶凝材料用量会增加水泥水化过程的放热量，从而引起温度裂缝问题。为解决这一问题，粉煤灰、矿粉、硅灰等矿物掺合料被用于水工混凝土的配制，以降低其开裂的风险。为此，本文以粉煤灰等质量取代水泥制备水工混凝土，研究了不同水胶比和粉煤灰取代率条件下混凝土的抗冲磨性能，并采用引入磨损因子的方法，加强了水胶比、抗压强度与磨损深度之间的相关关系，其研究成果可为水工混凝土配制及应用提供参考。1试验1.1原材料水泥：海螺 P O42.5 水泥，符合 GB 1752007 通用硅酸盐水泥 的要求，比表面积 339 m2/kg，主要化学成分见表 1；粉粉煤灰对水工混凝土抗冲磨性能影响研究姚
3、琪钦（健研检测集团有限公司，福建 厦门361000）摘要：以磨损深度为混凝土抗冲磨能力的评价指标，研究了水胶比、抗压强度以及粉煤灰掺量对混凝土抗冲磨性能的影响，并通过数据关联分析，引入磨损因子以提高通过抗压强度和水胶比预测磨损深度的准确性。结果表明，无论粉煤灰是否加入到混凝土中，磨损深度均随着水胶比的增加而增大，随着抗压强度的提高而减小；当粉煤灰掺量15%时，粉煤灰对混凝土磨损深度无明显影响，当其掺量15%后，对混凝土的抗冲磨性能不利；通过引入磨损因子，抗压强度和水胶比与磨损深度的相关系数显著提高。关键词：水工混凝土；粉煤灰；抗压强度；水胶比；抗冲磨性能；相关系数中图分类号：TU528.36文
4、献标识码：A文章编号：1001-702X（2023）02-0019-04Effects of fly ash on abrasion resistance of hydraulic concreteYAO Qiqin（Jianyan Testing Group Co.Ltd.，Xiamen 361000，China）Abstract：Taking abrasion depth as the evaluation index of concretes abrasion resistance，the effects of water-binder ratio，compressive strengt
5、h and fly ash content on concretes abrasion resistance were studied.Through data correlation analysis，wear factor was introduced to improve the accuracy of predicting abrasion depth by compressive strength and water-binder ratio.The resultsshow that no matter fly ash is added to concrete or not，the
6、wear depth increases with the increase of water-binder ratio，and decreases with the increase of compressive strength.When the content of fly ash is less than 15%，fly ash has no obvious effect onthe abrasion depth of concrete.A more than 15%content of fly ash deteriorates the performance of hydraulic
7、 concrete in abrasiondepth.By introducing wear factor，the correlation coefficients between compressive strength and water-binder ratio and wear depthwere significantly improved.Key words：hydraulic concrete，fly ash，compressive strength，water-binder ratio，anti-abrasion performance，correlation coeffici
8、ent收稿日期：2022-07-29；修订日期：2022-10-13作者简介：姚琪钦，男，1976 年生，高级工程师，从事科研、检测、评审和管理工作，E-mail：。中国科技核心期刊19新型建筑材料202302煤灰：F 类级，细度（45 m 筛筛余）29.52%，主要化学成分见表 1；细骨料：天然河砂，细度模数 2.9，密度 2.65 g/cm3，其级配符合 GB/T 146842011 建设用砂 中规定的区范围；粗骨料：级配碎石，最大粒径 19 mm，密度 2.64 g/cm3；减水剂：江苏博特新材料有限公司生产的高性能聚羧酸减水剂，减水率 26.5%，固含量 39%；水：自来水。表 1水泥
9、和粉煤灰的主要化学成分%1.2试验配合比研究了不同水胶比（0.54、0.45、0.33、0.28）以及粉煤灰掺量（0、15%、20%、25%、30%）条件下混凝土的抗冲磨性能，其中粉煤灰等质量取代水泥，通过调整砂率以及减水剂掺量使得混凝土拌合物的出机坍落度控制在（20010）mm，并且具有良好的黏聚性和保水性，混凝土配合比见表 2。表 2混凝土的配合比1.3测试方法依据 GB/T 500812019 混凝土物理力学性能试验方法标准，相同配比成型 3 组 100 mm100 mm100 mm 试件，成型后静置 24 h，第 2 d 拆模后放入混凝土标准养护室温度（202），相对湿度95%中，养护
10、至 28、60、90、180 d 龄期后采用万能试验机测试其抗压强度。对养护至 28 d 和 90 d 龄期的试件，采用混凝土抗冲磨试验机对试件的抗冲磨性能进行测试，以磨损深度表示。2结果与讨论2.1水胶比对抗冲磨性能的影响未掺粉煤灰条件下，不同龄期时水胶比对磨损深度的影响如图 1 所示。图 1未掺粉煤灰时水胶比对磨损深度的影响由图 1 可以看出，无论是 28 d 龄期还是 90 d 龄期，磨损深度均随着水胶比的增加而增大，水胶比从 0.28 增加到0.53，混凝土的磨损深度增大了约 67%，这表明水胶比的增加降低了混凝土的抗冲磨性能。相同水胶比时，90 d 龄期试件的磨损深度比 28 d 龄
11、期的试件降低了 20%以上，这表明随着水泥水化的进行，有利于混凝土构件抗磨损性能的提高。当在混凝土配合比中掺入 15%30%粉煤灰后，28 d 和90 d 龄期时水胶比对磨损深度影响如图 2 所示。图 2掺加粉煤灰时水胶比对磨损深度的影响由图 2 可见，在掺入粉煤灰时，水胶比与磨损深度存在一定的相关性，且磨损深度随着水胶比的增加而增大。水胶比（W/B）与 28 d、90 d 龄期磨损深度（H28、H90）拟合关系分别见式（1）和式（2）。H28=W/B6.890-0.510R2=0.775（1）H90=W/B5.224-0.306R2=0.626（2）结合图 1 和图 2 可知，水胶比对混凝土
12、抗磨损性能的影MgOSO3f-CaOLOI项目2.532.020.761.38水泥粉煤灰1.500.37-5.87Al2O32.995.38CaO63.744.88SiO221.1056.83Fe2O35.4825.18水水泥 粉煤灰砂石减水剂0216400.0068810324.750216480.0067410105.650175530.007129835.300168600.0069099210.2915216340.060.068810324.7515216408.072.067410105.4715175450.579.57129835.3015168510.090.06909921
13、0.1620216320.080.068810324.8520216384.096.067410105.5930168420.0180.069099211.0420175424.0106.07129837.9720168480.0120.069099212.21编号F0B54F0B45F0B33F0B28F15B54F15B45F15B33F15B28F20B54F20B45F30B28F20B33F20B28水胶比0.540.450.330.280.540.450.330.280.540.450.330.280.2825216300.0100.068810324.90F25B540.54F2
14、5B450.4525216360.0120.067410105.74F25B330.3325175397.5132.57129838.15F25B280.2825168450.0150.069099212.29F30B540.5430216280.0120.068810324.72F30B450.4530216336.0144.067410105.80F30B330.3330175371.0159.07129838.12粉煤灰掺量/%材料用量/（kg/m3）姚琪钦：粉煤灰对水工混凝土抗冲磨性能影响研究20NEW BUILDING MATERIALSNEW BUILDING MATERIALS响
15、在掺或未掺粉煤灰时均表现出类似结果。2.2抗压强度与磨损深度的关系以 28 d、90 d 抗压强度为横坐标，对应龄期的磨损深度为纵坐标绘图并进行拟合分析，其结果见图 3。图 3抗压强度与磨损深度的相关关系由图 3 可见，在混凝土中掺加 030%粉煤灰时，磨损深度均随着抗压强度的提高而减小。抗压强度 fc-磨损深度 H 的拟合关系见式（3）。H=-2.303ln（fc+11.200）+11.537R2=0.863（3）式（3）的相关系数为 0.863，表明抗压强度与磨损深度之间存在一定的相关性，即抗压强度是磨损深度的影响因素之一，随着抗压强度的提高，磨损深度减小。2.3粉煤灰掺量的影响28 d、
16、90 d 龄期时，在不同水胶比条件下粉煤灰掺量与磨损深度的关系见图 4。图 4在不同水胶比条件下粉煤灰掺量与磨损深度的关系由图 4 可以看出，当粉煤灰掺量为 15%时，混凝土的抗冲磨性能与不掺粉煤灰的混凝土基本相当；当粉煤灰掺量超过 15%后，随着粉煤灰掺量的增加，混凝土的磨损深度增加，抗冲磨性能降低。在不考虑龄期的条件下，对不同粉煤灰掺量时混凝土的抗压强度与对应的磨损深度进行相关分析，结果见图 5，抗压强度与磨损深度的拟合公式见表 3。图 5不同粉煤灰掺量下抗压强度与磨损深度的关系表 3抗压强度与磨损深度的拟合公式由图 5 和表 3 可见，抗压强度与磨损深度的相关系数在0.9100.996，表明在不同粉煤灰掺量时，抗压强度与混凝土磨损深度之间具有显著的相关关系，即随着粉煤灰掺量的增加，混凝土的抗冲磨性能逐渐降低。结合本文以及其他研究者的研究结论可以发现，抗压强度是影响混凝土耐磨性能的最主要因素之一6-7，这主要是由于混凝土抗压强度是其密实度的反映，密实度越高，强度越高，混凝土在密实度增加的同时，减少了骨料-浆体之间界面过渡区的缺陷数量，从而有利于混凝土耐磨性的提高。2.4磨损深度预测
