论文总字数：18396字

摘 要

我国具有很长的海岸线，内陆也拥有很多的水能资源。随着国家的快速发展，水能资源和海洋环境的开发使用也备受关注，所以对于水工建筑材料的研究也就较为重视。水泥基材料是目前最无普遍的建筑材料，它具有包括高硬度，高强度，耐久性好，使用寿命长，施工简单，容易获得等优点。水泥基材料在水域环境主要受到多因素复合作用下的冲磨破坏。本文主要的工作如下：（1）分析水泥基材料产生冲磨破坏的机理。水泥基材料的冲磨破坏机理主要是由于水流使得其中携带的颗粒物具有动能，当含有颗粒物的水流与水泥基材料表面发生碰撞，颗粒物具有的动能会发生能量转化，使得材料表面颗粒脱落，发生破坏；（2）了解目前研究水泥基材料的实验方法。目前水泥基材料测试方法主要包含水下钢球法、含砂水流转动磨损法、气流挟砂喷射法、高速挟沙水流喷射法；（3）分析影响材料抗冲磨性能的因素及常用改善抗冲磨材料的方法；（4）研究一种高铁相水泥用于改善水泥基材料得抗冲磨性能，实验结果表明，高铁水泥在28d后的抗压性能优于普通水泥，这将有利于改善其抗冲磨性能。

关键字：水泥基材料；抗冲磨；高铁相水泥

Abstract

China has a long coastline, and inland also has a lot of hydropower resources. With the rapid development of the country, the development and use of hydropower resources and the marine environment have also received much attention, so the research on hydraulic construction materials has also paid more attention. Cement-based materials are currently the least common building materials. They have the advantages of high hardness, high strength, good durability, long service life, simple construction and easy access. Cement-based materials are mainly damaged by erosion under the combined action of multiple factors in the water environment. The main work of this paper is as follows: (1) analysis of the mechanism of cement-based materials to produce erosion damage. The erosion and destruction mechanism of cement-based materials is mainly due to the water flow that makes the particles carried therein have kinetic energy. When the water flow containing particles collides with the surface of the cement-based material, the kinetic energy of the particles will undergo energy conversion, causing the particles on the surface of the material to fall off and damage ; (2) understanding of the current experimental methods of researching cement-based materials. At present, the testing methods of cement-based materials mainly include underwater steel ball method, sand-containing water flow rotating wear method, air flow sand-blasting method, and high-speed sand-holding water-jet method;; (3) Analyze the factors that affect the material's anti-abrasion performance and the methods commonly used to improve the anti-abrasion material; (4) study of a High iron phase cement is used to improve the anti-abrasion performance of cement-based materials. The experimental results show that the high-speed cement's compressive performance after 28d is better than ordinary cement, which will help improve its anti-abrasion performance.

Key Words：Cement-based materials; Anti-Flush ; High-iron phase cement

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 研究背景与意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.3 存在的问题 3

1.4 本文的主要工作 3

第2章 冲磨破坏的机理及常见抗冲磨试验方法 5

2.1水泥基材料发生冲磨破坏的机理 5

2.1.1冲磨破坏介质的分类 5

2.1.2 材料磨损公式 5

2.1.3 悬移质冲磨破坏影响因素 6

2.2 抗冲磨试验方法 7

第3章 影响混凝土冲磨破坏的因素及常用抗冲磨混凝土 9

3.1 常见影响水泥基材料冲磨破坏因素 9

3.1.1 含砂水流对海工水泥基材料抗冲磨性能的影响 9

3.1.2 温度变化对海工水泥基材料抗冲磨性能的影响 9

3.1.3 离子侵蚀对海工水泥基材料抗冲磨性能的影响 10

3.2水泥基材料抗冲磨性能改善措施 12

3.2.1 选用高强度骨料 12

3.2.2加入纤维材料 13

3.2.3添加辅助材料 14

3.2.3使用环氧砂浆 15

3.2.4 使用表面防护涂层材料 15

第4章 水泥基抗冲磨性能提升方法探究 16

4.1 原材料及试验方法 16

4.1.1 原材料 16

4.1.2 实验仪器 17

4.1.3 试验方法 17

4.2测试方法 18

4.2.1 力学性能测试 18

4.3实验结果分析 18

第5章 结论与展望 21

5.1 结论 21

5.2 展望 21

参考文献 23

致 谢 25

第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

水泥基材料是社会发展尤为重要的一种材料，适用于海洋环境的水泥基材料也是国家开发海洋的基础。近些年，在国家海洋大开发战略和能源发展战略的背景下，我国海岸工程及离岸工程基础设施建设步伐明显加快，海洋性水泥基材料的需求也是大大增多。

但是，在实际应用中，海水中的化学组成成分如氯离子、硫酸根离子、镁离子等能使得海洋中的建筑材料结构发生改变，使得材料耐久性降低；与此同时，处于海洋中的水泥基材料会遭受海水及其中携带的颗粒物质的冲击，这就会带来水泥基材料的磨损破坏，使得水泥基材料的使用寿命无法达到预期设计的使用寿命。波浪和悬浮颗粒对混凝土结构的机械磨损和冲击是导致海洋水泥基材料损伤的主要因素之一，一般在桥梁的承台构造、墩柱和大直径桩基础等处，这种破坏由于常见。根据学者的研究结论以及工程人员的实战经验可知^[1][1]，水流不断的冲刷着建筑表面，尽管在水流中颗粒物较少和水流速度不快的情况下，随着时间的不断推移，材料表面也会结构破坏，使得水泥基材料失去使用性能。随着水流的不断冲击，将会使得水泥基材料表面的浆体破坏掉落，使得骨料裸露。表层浆体的破坏，会使得水泥基材料中保护层逐渐遭到破坏，这就会加速各种离子对于水泥里材料的破坏，对于桥梁的安全使用带来巨大挑战。与此同时，中国的大陆海岸线18400km，所以海工水泥基材料的使用量较大，使得增加对水泥基材料的抗冲磨研究更有必要。

在水工环境下^[2][2]，含砂水流的冲刷也是影响水工水泥基材料结构耐久性的重要因素。其主要发生在大坝溢洪道泄洪洞部分，例如沉积物孔隙水走廊和发电厂的底部。水工水泥基材料在水流经过的地方极其容易受到携带沙石等颗粒物且速度较大的水流的冲击，造成空蚀作用，如果不加处理，将会造成这一地方结构的大范围脱落破坏，失去强度，带来无法挽回的损失。我国国内存在很多多泥沙河流，据一项调查报告显示：国内运行的大坝溢洪道的结构，60％以上存在不同程度的冲磨损伤问题。由此可见，水泥基材料的冲磨问题是我国无法避免的、不可忽视的一个重要问题。

因此，水泥基材料的冲磨破坏问题应该被着重关注。它也是水泥基材料在应用中亟待解决的问题。随着国家海洋强国战略的开展，深入研究海工水泥基材料冲蚀磨蚀机理，推进新型海工水泥基材料的开发及应用，对我国海洋工程基础设施建设及海洋经济发展具有重要意义。否则，水利工程的正常使用功能和安全将得不到保障，无休止的修复重建将消耗大量的人力资源和社会财产。对于国家和社会来说将带来极大的危害。

1.2 国内外研究现状

关于水泥基材料的抗冲磨的问题，国内外的众多专家学者展示出高度的重视。早在上世纪60年代，国内外的企业及学者为了提高水泥基材料的抗冲磨性能而进行的工作和努力就很多。并将他们所取得的研究成果运用于工程实践问题中；80年代中期以来，各类抗冲磨水泥基材料在我国逐渐普及开来得到认可。我国许多水利科研机构和材料生产厂家开展了水工建筑物抗磨材料和技术的研究与应用。例如，南京水科院，长江科学院等科研机构和材料生产厂家，先后开展了关于水工泄水建筑物抗冲磨水泥基材料及工艺的研究和应用，取得了很多有效的成果。并通过不断改善结构进行设计、合理的消能措施来提高水工泄水建筑物的抗冲磨性能^[3][3] 。虽然国内学者对于水泥基抗冲磨材料的研究较为深入，经过众多学者的努力，也取得了很大的成就，对于实验研究和工程应用都有了很多的经验，但是随着研究的不断深入，仍然发现还是存在着很多问题，需要不断的研究改进。国外对于此类材料的研究较少，主要集中在用混合材提高混凝土抗冲磨性能，以及使用表面涂层材料来改善材料的抗冲磨性能。

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