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冻融循环与海水腐蚀对超高性能混凝土抗冲磨性能的影响研究
水工建筑物受到高速挟砂水流或挟带推移质水流撞击并经历一定运转周期后,常常会出现不同程度的磨蚀冲击破坏或气蚀破坏,导致混凝土表面大面积剥落,尤其是我国北方沿海地区、青海盐湖地区等,在长期盐侵蚀和冻融循环的耦合作用下,混凝土劣化速度加快,出现内部损伤、表面混凝土剥落、承载力下降以及使用功能退化等问题[1-2]。据调查,我国运行中的大坝泄水建筑物中大约有70%存在不同程度的冲磨破坏问题[3]。为了提高水工建筑物的抗冲磨性能,在水工建筑物的过流面应用抗冲磨材料,现有抗冲磨材料有硅灰耐冲磨混凝土、纤维增强混凝土、粉煤灰混凝土、环氧砂浆、不锈钢板、铸石板等,但都存在不同缺点[4]。 % 由图1可知,橡胶颗粒掺量0%~15%的UHPC抗压强度、抗折强度均随着橡胶颗粒掺量的增加而降低。 分析原因:橡胶颗粒是一种弹性体材料,受到压力时,容易使体积发生收缩,形成“孔洞”,导致UHPC结构内部存在较大的孔隙,同时橡胶颗粒的掺入,增加了UHPC内部界面薄弱点,所以橡胶颗粒掺量越多,UHPC的抗压强度下降越多,杨敏[8]对橡胶颗粒降低混凝土抗压强度也进行了类似的理论分析;橡胶颗粒与水化产物粘结性能较差,增加了橡胶UHPC内部的裂隙,从而使橡胶UHPC的抗折强度要低于不掺橡胶的UHPC,并随着橡胶颗粒掺量的增多抗折强度降低幅度增大,这些原因也出现在徐敏[9]对橡胶混凝土力学性能机理分析中。 2.2 橡胶颗粒掺量对UHPC抗冲磨性能的影响 UHPC试件高温养护后进行抗冲磨测试,橡胶颗粒掺量对UHPC抗冲磨性能的影响见表2。 通过对不同橡胶颗粒掺量的UHPC进行力学和抗冲磨性能测试,对比研究橡胶颗粒掺量、冻融循环次数和海水腐蚀天数对UHPC抗冲磨性能的影响,并对比研究冻融循环与海水腐蚀耦合作用下,掺10%橡胶颗粒的UHPC和C50钢纤维混凝土的抗冲磨性能,得出以下主要结论: (1)橡胶颗粒与水化产物粘结性能较差,橡胶颗粒增加了UHPC内部界面薄弱点和裂隙,因此UHPC抗压强度、抗折强度分别随着橡胶颗粒体积掺量的增加而降低。 (2)由于橡胶颗粒是高弹性体材料,掺入适量的橡胶颗粒时,橡胶颗粒高弹性的优势作用要大于增加界面薄弱点的劣势作用,可提高UHPC的抗冲磨强度;当橡胶颗粒掺量过量时,橡胶颗粒的高弹性优势作用要小于增加界面薄弱点的劣势作用,UHPC抗冲磨强度下降,因此UHPC抗冲磨强度随着橡胶颗粒体积掺量的增加先提高后降低,橡胶颗粒最优掺量为10%。 (3)UHPC的抗冲磨强度在冻融循环150次后开始下降,在海水腐蚀50d后开始降低,由于橡胶颗粒的高弹性,具有缓冲、卸压功能,掺入部分橡胶颗粒可以提高冻融循环或海水腐蚀作用下UHPC的抗冲磨强度,且最优掺量为10%。 (4)在冻融循环和海水腐蚀耦合作用下,UHPC的抗冲磨强度远优于C50钢纤维混凝土的抗冲磨强度。在5倍浓度人工海水300次冻融循环及抗冲磨试验后,UHPC表面冲磨较少且表面较平整,C50钢纤维混凝土边缘表面凹凸不平,掺10%橡胶颗粒的UHPC抗冲磨强度约为C50钢纤维混凝土的28倍。