高速含沙水流条件下水工混凝土抗冲磨机理与寿命预测评估

针对我国目前大量高坝的兴建，引发高速水流条件下混凝土抗冲磨破坏问题日趋严重，而相关冲磨破坏机理与冲磨破坏评价方法的研究却较为滞后的现状，本课题采用改进的新型"风砂枪"方法，结合核磁共振、原子力显微镜等混凝土微结构现代测试新技术和新理论，从环境影响因子(冲磨速率、冲磨角度、冲磨介质类型)和材料特性(不同类型抗冲磨混凝土的微结构特征)两方面对高速水流条件下混凝土抗冲磨破坏机理进行探索，建立包含材料微结构特性和环境影响因子在内的混凝土抗冲磨破坏劣化模型；并针对混凝土冲磨破坏过程的随机性和动态性，探索混凝土冲磨破坏随机过程建模方法，并结合试验室和现场试验数据为受高速水流冲磨破坏作用的水工建筑物可靠性分析和寿命预测提供方法。本研究对阐明高速水流条件下混凝土受冲磨破坏作用的劣化机制，为高坝、高水头条件下水工抗冲磨建筑物耐久性寿命评估的开展具有意义。

我国西南地区大批高水头大坝以及东部沿海地区跨海大桥的兴建，高速含沙水流冲磨和近海工程挟沙浪涌冲刷等复杂冲磨工况的出现，需要对混凝土材料以及其他抗冲磨修补材料的性能进行新的研究和试验，为复杂冲磨条件下抗冲磨材料的设计与选择提供科学依据。项目基于此试制了基于改进“风砂枪”方法的高速挟沙水流抗冲耐磨试验体系，并基于该试验系统对不同胶凝材料体系的高性能抗冲磨混凝土进行了相关试验研究，考虑了冲磨速率、冲磨角度、冲磨介质（含沙量）等不同冲磨工况下的抗冲磨性能，并结合水泥基材料微观结构原理提出了高坝条件以及海工环境下抗冲磨混凝土的设计原则；同时，对新型抗冲磨涂层材料-聚脲进行了全面研究，提出了它的适用条件与范围。基于材料磨粒磨损理论，提出了抗冲磨混凝土及抗冲磨涂层材料的冲磨耐久性寿命预测方法，对高性能抗冲磨混凝土和聚脲涂层材料进行了初步预测；同时，针对海工混凝土氯盐与冲磨的协同作用，初步提出了该环境条件下的混凝土耐久性寿命预测方法。