一种增设表面强化层的高硬度抗冲磨混凝土的配制和浇筑施工方法与流程

本发明属于水利水电工程受水流冲刷磨蚀部位的混凝土施工领域，涉及一种增设表面强化层的高硬度抗冲磨混凝土的配制和浇筑施工方法。

背景技术

在水利水电工程中，存在受水流冲刷磨蚀的部位，这些部位的混凝土常常由于水流的作用而过早的破坏，主要表现在混凝土表面被冲出深槽，钢筋保护层被冲刷剥离致钢筋裸露，水流侵入下层结构造成上层混凝土板被掀翻而断裂、移位，从而影响工程正常运行。分析认为，其主要原因是用于受冲刷部位的混凝土坚硬程度不足，现有的做法过多地关注混凝土中水泥石的强度，比如只是在混凝土中加入硅粉和抗冲磨外加剂，而不重视混凝土整体的坚硬度，作为混凝土骨架且体积占比较大的砂、石材料的硬度和坚固性不够高，同时也存在混凝土拌和物流动性偏高，浇筑振捣后骨料下沉，水泥浆上浮，致使表层材料硬度下降。另外，这些部位的混凝土也会由于追求高强度而过于粘稠，不易浇筑密实，表面不易整平和抹光，而造成抗冲磨性能下降。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供一种增设表面强化层的高硬度抗冲磨混凝土的配制和浇筑施工方法，按照此方法配制和施工的混凝土，其抵抗水流冲刷磨蚀作用的能力相较于一般的混凝土大幅提高。

本发明的方案是：

一种增设表面强化层的高硬度抗冲磨混凝土的配制方法，所述方法针对的高硬度抗冲磨混凝土的设计要求为：强度等级不低于c50；水胶比0.35-0.45；每方混凝土中骨料总体积不小于720升；拌和物坍落度50mm-70mm，按照所述依此进行混凝土配合比设计，确定组成混凝土的各种原材料之间的比例。

优选地，所述方法采用的原料的性能指标符合以下要求：粗骨料：莫氏硬度不小于6.5，最大粒径不大于40mm，含泥量不大于0.5%，压碎指标值不大于10%，坚固性不大于4%，针片状颗粒含量不大于10%。

优选地，所述方法采用的原料的性能指标符合以下要求：细骨料：天然砂，莫氏硬度不小于6.5，含泥量不大于2%，坚固性不大于7%。

优选地，所述方法采用的原料的性能指标符合以下要求：水泥：强度等级不低于52.5。

优选地，所述方法采用的原料的性能指标符合以下要求：减水剂：减水率不低于20%。

一种增设表面强化层的高硬度抗冲磨混凝土的浇筑施工方法，高硬度抗冲磨混凝土浇筑时，在无模板覆盖的上表面增设硬质磨料强化层，强化层通过如下方法形成：在已经浇筑的高硬度抗冲磨混凝土临近初凝时，拉毛混凝土表面，在其上表面均匀撒布一层预拌砂浆，用平板振动器振动压实，再用带圆盘抹平机揉压混凝土表面，使撒上去的砂浆与混凝土表层物质充分混合，并使混凝土表面密实、平整。在此后的1至2小时之间，用抹光机将混凝土表面收光。待混凝土全部终凝之后开始养护，到相关规范规定时间结束。

优选地，所述预拌砂浆由水、水泥和砂子预拌而成，其中砂子为粒径0.5mm至3mm的硬质磨料，坚固性不大于5%，莫氏硬度不小于7。

优选地，水、水泥和砂子的质量比为0.2:1-1.2:5-5.5。

优选地，预拌砂浆用量为每平方米8-15kg。

本发明有益效果：

1、本发明适用于水利水电工程领域，按照此方法配制和施工的混凝土，其抵抗水流冲刷磨蚀作用的能力相较于一般的混凝土大幅提高。

2、高硬度抗冲磨混凝土的设计要求为：强度等级不低于c50的混凝土对骨料的粘结力大，骨料不易脱落；水胶比控制在0.35至0.45之间，拌和物坍落度控制在50mm至70mm之间的做法，是因为这样的混凝土中水泥石与骨料的粘结性好，骨料不易剥落；拌和物流动性和粘聚性适中，易于振捣密实和表面抹光，且粗骨料不容易下沉，砂浆不会在表面过多聚集，保证了混凝土表面的硬度和光洁度，从而在施工环节上避免了对混凝土抗冲磨性能的不利影响。每方混凝土中骨料总体积不小于720升，会保证混凝土中水泥浆量相对较少，从而使硬化后硬度不高的水泥石的体积率下降，高硬度骨料的体积率上升。这种使水泥石能够满足握裹骨料的需要，同时体积相对较小的设计，也有益于提高混凝土的整体抗冲磨性能。

3、在高硬度抗冲磨混凝土的原材料选择方法中，强调了骨料莫氏硬度不低于6.5，该硬度高于普通岩石的硬度，粗骨料中压碎指标值和坚固性的要求，又保证了坚固性，坚硬的骨料在强度等级不低于c50的混凝土中，会形成稳定坚固的屏障，耐磨且不易脱落，而在对混凝土产生冲刷作用较大的挟砂水流中的砂，其硬度大多不会高于有意选择的骨料的硬度，低硬度的冲磨物质不容易使高硬度的骨料产生质量损失，从而使混凝土的抗冲磨性能得以提高。

4、水泥强度等级不低于52.5，强度等级较高，减水率不低于20%的减水剂，减水效果好，这些措施，也会使混凝土中水泥浆量减少，从而使硬化后硬度不高的水泥石的体积率下降，高硬度骨料的体积率上升，有益于提高混凝土的整体抗冲磨性能。粗骨料最大粒径40mm的限制，使之能填入钢筋网格的缝隙中，另外，这种粒径的骨料大小适中，不会因太小而增加水泥浆的用量，也不会因太大而容易破碎。

5、抗冲磨混凝土的上表面，通常为抹面，也是水流冲刷磨蚀作用剧烈的部位，而这里却会由于混凝土表面泌水，水泥浆因振捣而上浮等因素，使水胶比增大，骨料含量减少，成为混凝土中抗冲磨的薄弱层。在这里增设硬质磨料强化层，可以弥补这一缺陷。在上表面揉压进水胶比很小的硬质磨料砂浆，能降低表面混凝土的水胶比，提高表面强度，砂浆中的硬质磨料是高硬度材料，能提高表面硬度，揉压和抹光的操作可以增大表面的密实性和光滑度，从而形成一个坚硬、致密又光滑的表面层，从而使混凝土的抗冲磨性能进一步提高。

6、硬质磨料坚固性和硬度的限制，保证了其硬度和坚固性，砂子为粒径0.5mm至3mm的硬质磨料，保证了砂子不会过细，水、水泥和砂子的质量比为0.2:1:5，保证了硬质磨料的比例较高，水胶比很低，这样的材料压入混凝土表面，会降低表层材料的水胶比，提高其抗压强度，使硬质磨料在表层粘结牢固，较高的硬质磨料比例，保证了在混凝土表面形成致密的硬度高、粘结性好的抗磨层。每平方米8-15kg的用量，保证了强化层具有合适的厚度，太薄则表层强化作用较弱，太厚则强化层与基层结合变差，容易脱落。

7、结果表明，同样的混凝土，增设了表面强化层后，其抗冲磨强度会达到未增设表面强化层的2倍以上。

附图说明

图1：一种增设表面强化层的高硬度抗冲磨混凝土结构组成示意图。

图中：高硬度粗骨料1、高硬度细骨料2、硬质磨料3、钢筋4和水泥浆体共同构成了高硬度抗冲磨混凝土，其中硬质磨料3和部分水泥浆体又形成了混凝土表面的硬质磨料强化层5。

具体实施方式

下面结合实施例来进一步说明本发明，但本发明要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围。

实施例1预拌干粉混凝土

按要求精选砂、石骨料，先找到料源后，取样进行测试，判断是否满足《水工混凝土施工规范》5144对混凝土粗骨料、细骨料的要求，判断是否满足硬度、含泥量和粒径要求。满足要求的骨料进入预拌场存放。满足这些要求的骨料坚硬，干净，粒形浑圆者更好。如果只是含泥量过大，不满足要求，有条件的话可以淘洗去泥。骨料要做干燥处理。

水泥，选择普通硅酸盐52.5级水泥，也可以掺加适量粉煤灰、硅粉等掺和料作为胶凝材料。选择粉状高性能减水剂，减水率不低于20%。也可以适量加入有机纤维。

确定配合比：按设计强度等级不低于c50；水胶比控制在0.35至0.45之间；每方混凝土中骨料总体积不小于720升；拌和物坍落度控制在50mm至70mm之间的要求进行配合比设计，通过试拌、调整、成型和测试，得到和易性好，易于施工，抗压强度符合要求的混凝土配合比。

干粉混凝土预拌：按照确定下来的配合比，不掺加水，配料、拌和、装袋，得到预拌干粉混凝土产品。生产过程中适量取样检测，保证产品质量。

硬质磨料强化层干粉砂浆预拌：选择硬质磨料，比如石榴石砂、棕刚玉砂等，颗粒坚硬，不易碎，硬度高于细骨料的硬度。按水泥与硬质磨料的质量比为1:5的比例，通过拌和系统配料、拌和、装袋，得到预拌硬质磨料干粉砂浆产品。

将干粉混凝土运输至工地，通过混凝土拌和系统，依照配合比加水充分拌和均匀，之后入仓浇筑，振捣密实，整平表面并适时收光。

若存在无模板覆盖的混凝土上表面的迎水部位，则要在这些部位增设硬质磨料强化层。先测试已浇筑混凝土的凝结状态，当达到初凝状态时，则按前述方法进行表面整平、表面拉毛、撒砂浆、揉压、抹平、抛光和养护作业。

预拌的方法容易保证混凝土的质量，也使工地生产混凝土的工序简化，因为原材料处理、配料和干拌工序都是在工厂内完成，生产条件相对较好。但是，由于将预拌干粉产品运输至工地需要支出运输、包装等费用，成本较高。

选用最大粒径40mm的二级配卵石，棕刚玉硬质磨料，按上述方法配制混凝土，成型试件，增设表面强化层，其水下钢球法抗冲磨强度试验结果为16.80h/（g/cm²），而大多混凝土该试验结果不大于10h/（g/cm²）。

实施例2现拌混凝土

如果在工地附近能够找到符合要求的砂、石料源，则不必进行干粉混凝土预拌，可直接在现场进行混凝土的拌和。其基本步骤为：

勘察料场，对骨料进行必要的开采、破碎、筛分、冲洗、脱水等处理，检测其各项指标，若满足要求，则存放至合适的料仓。

选择满足要求的水泥、减水剂和硬质磨料等其它原材料。

按水胶比、强度等级、坍落度和骨料体积率等要求，进行配合比设计，确定每方混凝土的材料用量。

浇筑混凝土时，依照配合比配料，拌和，入仓，振捣密实。至已浇筑的混凝土初凝时，对无模板的混凝土上表面迎水部位开始进行硬质磨料强化层施工作业，养护至规定时间结束。

现拌混凝土的方法，可以节省由预拌干粉混凝土带来的部分费用，成本较低，但是，需要附近有骨料料源，大部分工地不具备这种条件。此外，由于工地的生产条件相对于预拌工厂通常较简陋，需更加重视混凝土的生产质量管理。

以上所述实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、改进及替代，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。