技术创新

在悬移质和推移质泥沙的冲磨作用下，混凝土组成材料中抗冲耐磨性能较差的部分将首先被磨掉，抗冲耐磨性能较强的部分则凸现出来，并承受较多的冲磨作用［1］。提高混凝土内各组分的抗冲耐磨性能及其所占比例，改善各组分之间的界面结合状况，都有利于混凝土抗冲耐磨性能的提高［2］，其中水泥品种与骨料品种是影响混凝土抗冲耐磨性能的主要因素。

( 1) 硅粉混凝土。硅粉混凝土具有较高的抗压强度，良好的抗磨性能及防渗和低热等性质。湖南鱼潭大坝、白石水库和美国肯尤阿坝消力池都曾应用硅粉混凝土，以抵抗高速含砂洪流的冲磨作用。目前在工程中应用较为普遍。

    ( 2) 聚丙烯纤维混凝土。与普通混凝土相比较，聚丙烯纤维混凝土的脆性指数和弹性模量降低，极限拉伸变形增大。这些特征有利于提高混凝土的延性，改善混凝土变形性能，进而有效地约束混凝土裂缝的扩展，提高混凝土开裂后的承载能力。李光伟等［3］试验发现，掺0. 6 kg /m3 聚丙烯纤维时，混凝土的抗冲磨强度可提高37% ～ 40%。Mindess 等［4］研究表明，当聚丙烯纤维掺量为0. 6 kg /m3、0. 9 kg /m3 和1. 2 kg /m3，与水泥用量相同的普通高强混凝土相比，抗冲磨强度分别提高了33%、49% 和58%。聚丙烯纤维混凝土能耐酸、碱、盐等化学腐蚀，比重小、成本低，能有效地抑制混凝土的塑性裂缝，改善混凝土的抗冲磨、抗渗、抗冻等性能，在水利工程中应用较多。

    ( 3) 铁钢沙混凝土。铁钢沙混凝土最初被用于火电厂输煤溜槽护面，近年来以其优异的物理力学性能和较高的抗磨损抗冲击性能，在工程上的应用范围日益扩大。如漫湾水电站1# 导流洞进口段底板和底部边墙衬护，宝珠寺水电站水垫塘底板等工程，应用铁钢沙混凝土或沙浆作表面抗磨层材料，均获得了较满意的效果。铁钢沙作为骨料其硬度远远高于普通天然砂石的硬度。铁钢沙混凝土的抗拉压强度大，干缩率小，抗冲击强度也较高，其抗冲耐磨性能随着强度的增加而加强。铁钢沙混凝土还克服了一般抗冲耐磨混凝土早期强度低的缺点，避免因寒潮或干缩等引起的裂缝［5］。

    ( 4) HF 抗冲耐磨混凝土。HF 混凝土是一种符合以防为主、兼顾优良的抗磨抗空蚀性能，又能够满足高速水流脉动压力和动水压力作用，保持自身稳定要求的新型护面材料。HF 混凝土胶凝材料与骨料之间结合力的提高，其两者强度差异减小，混凝土形成一个相对的均质材料体，不易产生应力集中破坏。由于HF 混凝土强度的提高，抗蚀性能增强，在空蚀和磨损作用下，整个表面基本上被均匀磨损，形成比较光滑的表面，不会出现因胶凝材料和砂浆被磨掉，骨料外露引起空蚀破坏而导致的再生不平整度［6］。因此，HF 混凝土具有良好的抗冲耐磨、抗空蚀的性能。HF混凝土曾应用于2002 年在二滩泄洪洞护面工程，效果良好。

    上述混凝土的抗冲耐磨性能较普通混凝土有显著提高，但在工程应用过程中，依然存在各自的问题。硅粉混凝土存在施工困难、易产生蜂窝麻面、表面平整度差以及裂缝严重［7］等问题。聚丙烯纤维混凝土难以搅拌均匀，容易结团，并且对混凝土的干缩裂缝和温度裂缝的改善效果不大。铁钢沙混凝土的缺点是用水量大，水泥用量高，和易性差，泌水现象明显，施工性能差。HF 混凝土也存在和易性差等问题。

    在我国利用特殊混凝土作为抗冲磨、抗空蚀修补材料或护面材料的研究和工程应用中，还先后出现了呋喃混凝土、环氧混凝土、高纤维混凝土、高强混凝土、聚合物砂浆等材料，这些材料也仍然存在不少问题。例如，在树脂混凝土方面，呋喃混凝土、环氧混凝土造价较高，施工不便，一般只作为填坑、修补材料试用，而用作大面积护面材料尚缺乏研究与实践。另外，其使用效果在不同工程中也不尽相同，与施工工艺、施工条件等有很大关系。此外，高强混凝土和钢纤维混凝土虽然造价比树脂混凝土低，施工也较方便，但由于水泥用量大等原因，施工质量难于控制，不能达到预期效果，其抗磨损、抗空蚀性能不够理想。