2024年9月1日发(作者：和鸿福)
NSF-Ⅱ型硅粉抗磨蚀剂性能评估
摘要：根据设计要求，河南省河口村水库1#泄洪洞底板及边墙下部3m采用
掺加NSF-Ⅱ型硅粉抗磨蚀剂的C9050二级配泵送混凝土，工程量21390m3，以
满足高速水流条件下混凝土的抗冲磨要求。本着对工程质量负责、对业主负责，
不能仅凭厂家一面之词就确信其产品质量，有必要经过试验加以检验和评估。
关键词：NSF-Ⅱ型硅粉抗磨蚀剂；粘度；抗冲磨；开裂风险；收缩；仿真
试验；评估
0 概述
NSF-Ⅱ型硅粉抗磨蚀剂是国家“七五”攻关项目和水利部、能源部重点项目优
秀科研成果转化而成的产品，由抗冲磨组分、膨胀组分、减水组分和凝结调节组
分等组成，已在多个重点水利工程中成功运用，取得了良好工程效益和经济效益。
根据设计要求，河南省河口村水库1#泄洪洞底板及边墙下部3m采用掺加
NSF-Ⅱ型硅粉抗磨蚀剂的C9050二级配泵送混凝土，工程量21390m3，以满足
高速水流条件下混凝土的抗冲磨要求。本着对工程质量负责、对业主负责，不能
仅凭厂家一面之词就确信其产品质量，有必要经过试验加以检验和评估。
检验内容分为粘度与和易性检验、抗冲磨防空蚀性能检验、混凝土开裂风险
评估三项。
混凝土粘度与和易性检验
用混凝土流变仪检测各混凝土的流变性。试验配合比见表1。试验采用焦作
岩鑫P.O 42.5普硅水泥，因其中已经含有20%以上的混合材，故不再掺加粉煤灰；
细骨料为Mx=2.8的天然河砂，粗骨料为灰岩骨料；减水剂为北京瑞帝斯生产的
高性能聚羧酸减水剂，减水率27%。通过微调用水量，调整坍落度基本接近。
试验结果见图1。从图1可以看出，尽管同强度的三种配合比坍落度相当，
但是NSF-Ⅱ型硅粉抗磨蚀剂混凝土（NSF-Ⅱ掺量13%）的粘度明显低于硅粉混
凝土（掺量5%）和某抗冲磨剂混凝土（抗冲磨剂掺量2.5%）。混凝土粘度低，
容易操作，施工质量易控制，这对平整度要求高的高速泄水建筑物抗冲磨混凝土
是很关键的。
表1对比粘度用混凝土配合比（kg/m3）
图1不同抗冲磨混凝土的粘度对比
抗冲磨防空蚀性能
按照GB8076-2008中缓凝型高性能减水剂的检测方法，测试NSF-Ⅱ硅粉抗
磨蚀剂的减水率、28d抗压强度比、28d收缩率比，并同时成型抗冲磨试件，用
转速4000r/min的高速水下钢球法测试28d抗冲磨强度。试验采用外加剂检测用
基准水泥，粗骨料为灰岩骨料、天然河砂。
配合比主要参数见表2，性能测试结果见表3。NSF-Ⅱ的28d抗冲磨强度比
为163%，满足原有的NSF硅粉抗磨蚀剂的抗冲磨性能指标要求（≥150%）。
表2抗冲磨性能试验对比用配合比主要参数
3 混凝土开裂风险评估
3.1收缩评估
参照DL/T 5150-2001《水工混凝土试验规程》中的干缩测试方法，但为了测
试早期收缩，成型24h脱模后立刻测试初长，对比NSF-Ⅱ硅粉抗磨蚀剂与某抗
冲磨剂对混凝土早期收缩性能的影响，采用表1中C9050的三个配合比。某抗
冲磨剂的减水效果略高，相同水胶比条件下，其单位用水量和胶材用量都较低。
试验结果见图2。典型硅粉混凝土在15d时间内一直在收缩，收缩值达到
219με；掺某抗冲磨剂的混凝土在21d测试时间内一直在收缩，21d收缩值达到
413με（15d收缩值为376με）；而掺NSF-Ⅱ硅粉抗磨蚀剂的混凝土在前5h内收
缩约50με（这可能是由于试件表面游离水蒸发引起），随后开始膨胀，到2d左
右达到最大膨胀值12με，然后开始缓慢收缩，到21d龄期时收缩只有117με（15d
收缩值为99με）。且从图中可见，掺NSF-Ⅱ硅粉抗磨蚀剂的混凝土的收缩-时间
曲线比其它两种混凝土都平缓，也即收缩发展较慢。掺NSF-Ⅱ硅粉抗磨蚀剂的
混凝土干缩性能大幅度改善。
图2NSF-Ⅱ硅粉抗磨蚀剂与硅粉混凝土、某抗冲磨剂混凝土收缩性能对比
为了进一步考察从初凝到脱模期间发生的自生体积变形（一般认为这期间硅
粉混凝土的自生收缩较大），测试了NSF-Ⅱ硅粉抗磨蚀剂对砂浆早龄期自生体积
变形性能的影响，试件浇筑在密闭而轴向约束可忽略的试模内，采用外置式位移
传感器立式测长，初凝时测试初长。所用配合比见表4，NSF-Ⅱ掺量13%。
试验结果见图3。与上述混凝土试验结果相似，空白组砂浆在初凝后的5h
内自生收缩发展较快，达到300με，随后进入缓慢收缩阶段，90h的自生收缩为
320με；掺NSF-Ⅱ硅粉抗磨蚀剂后，在初凝后的5h内自生收缩发展大大减慢，
只有70με，随后开始膨胀，90h时不但没有收缩，还有400με的自生膨胀。
上述两批试验结果都表明：掺NSF-Ⅱ硅粉抗磨蚀剂明显减少混凝土的收缩。
表4NSF-Ⅱ硅粉抗磨蚀剂砂浆配合比（kg/m3）
图3掺NSF-Ⅱ硅粉抗磨蚀剂的砂浆早龄期自生变形
3.2仿真试验
采用温度应力试验机进行温度-应力仿真试验，对比了两种典型的C9050抗
冲磨混凝土方案的抗裂性：
A、低热水泥+30%粉煤灰+5%硅粉：这是目前溪洛渡[1]等大型水电站典型
配合比；
B、普硅水泥+25%粉煤灰+13% NSF-Ⅱ型硅粉抗磨蚀剂：这是河口村水库泄
洪洞工程抗冲磨混凝土的实际施工配合比。由于未采用低热水泥、粉煤灰掺量低、
用水量较高、胶凝材料总量高，故其开裂风险相对恶劣，可以更苛刻地考察NSF-
Ⅱ型硅粉抗磨蚀剂的抗裂效果。
采用嘉华 42.5低热水泥、焦作岩鑫P.O 42.5普硅水泥、焦作沁北电厂
Ⅰ级粉煤灰，焦作汇丰灰岩粗骨料、天然砂、北京瑞帝斯生产的高性能聚羧酸减
水剂，配合比见表5。
表5两种典型抗冲磨混凝土配合比（kg/m3）
所谓温度-应力仿真试验，是指模拟混凝土处于实际结构内部的温度历程和
约束工况下，产生应力直至开裂。采用对应的温度曲线对比见图4，系根据浇筑
尺寸、混凝土绝热温升、浇筑温度、环境温度、模板散热系数、通水冷却工艺等
计算得到。掺加NSF-Ⅱ的这组混凝土由于绝热温升高、实际施工中未通水冷却，
故内部最高温度高得多。
温度应力曲线实测结果见图5，实测综合抗裂参数见表6。
从图4可见，“普硅水泥+25%粉煤灰+13% NSF-Ⅱ型硅粉抗磨蚀剂”的混凝土
内部最高温度达64.5℃，最大温升42℃，而“低热水泥+30%粉煤灰+5%硅粉”的
混凝土内部最高温度45.4℃，最大温升26.8℃，二者相差甚远。但模拟寒潮袭击
导致混凝土开裂时的温度，前者为20℃，后者为17℃，换句话说，前者在经历
44℃的温降后才开裂，而后者经历28℃的温降就开裂，说明掺入NSF-Ⅱ型硅粉
抗磨蚀剂后混凝土抵抗温度应力的抗裂性显著提高。原因之一是在前40h内，掺
NSF-Ⅱ的混凝土有1.1MPa的膨胀预压应力产生，抵消了一部分冷缩导致的温度
应力（见图5）。
图4两种典型抗冲磨混凝土温度曲线 图5两种典型抗冲磨混凝土应力曲线
表6温度应力试验结果
4 结论
通过对在混凝土内掺入NSF-Ⅱ型硅粉抗磨蚀剂后的粘度与和易性、抗冲磨
防空蚀性能及开裂风险的检验与评估，由水利部交通运输部国家能源局南京水利
科学研究院生产的NSF-Ⅱ型硅粉抗磨蚀剂产品是合格的，能够满足河口村水库
泄洪洞工程抗冲磨混凝土的各项技术要求。
参考文献:
［1］吕玉娥, 李学峰,陈柯朴. 溪洛渡水电站泄洪洞C9050硅粉抗冲耐磨混
凝土配合比研究[J].四川水力发电，2010年10月，29增刊（2）：16-17
2024年9月1日发(作者：和鸿福)
NSF-Ⅱ型硅粉抗磨蚀剂性能评估
摘要：根据设计要求，河南省河口村水库1#泄洪洞底板及边墙下部3m采用
掺加NSF-Ⅱ型硅粉抗磨蚀剂的C9050二级配泵送混凝土，工程量21390m3，以
满足高速水流条件下混凝土的抗冲磨要求。本着对工程质量负责、对业主负责，
不能仅凭厂家一面之词就确信其产品质量，有必要经过试验加以检验和评估。
关键词：NSF-Ⅱ型硅粉抗磨蚀剂；粘度；抗冲磨；开裂风险；收缩；仿真
试验；评估
0 概述
NSF-Ⅱ型硅粉抗磨蚀剂是国家“七五”攻关项目和水利部、能源部重点项目优
秀科研成果转化而成的产品，由抗冲磨组分、膨胀组分、减水组分和凝结调节组
分等组成，已在多个重点水利工程中成功运用，取得了良好工程效益和经济效益。
根据设计要求，河南省河口村水库1#泄洪洞底板及边墙下部3m采用掺加
NSF-Ⅱ型硅粉抗磨蚀剂的C9050二级配泵送混凝土，工程量21390m3，以满足
高速水流条件下混凝土的抗冲磨要求。本着对工程质量负责、对业主负责，不能
仅凭厂家一面之词就确信其产品质量，有必要经过试验加以检验和评估。
检验内容分为粘度与和易性检验、抗冲磨防空蚀性能检验、混凝土开裂风险
评估三项。
混凝土粘度与和易性检验
用混凝土流变仪检测各混凝土的流变性。试验配合比见表1。试验采用焦作
岩鑫P.O 42.5普硅水泥，因其中已经含有20%以上的混合材，故不再掺加粉煤灰；
细骨料为Mx=2.8的天然河砂，粗骨料为灰岩骨料；减水剂为北京瑞帝斯生产的
高性能聚羧酸减水剂，减水率27%。通过微调用水量，调整坍落度基本接近。
试验结果见图1。从图1可以看出，尽管同强度的三种配合比坍落度相当，
但是NSF-Ⅱ型硅粉抗磨蚀剂混凝土（NSF-Ⅱ掺量13%）的粘度明显低于硅粉混
凝土（掺量5%）和某抗冲磨剂混凝土（抗冲磨剂掺量2.5%）。混凝土粘度低，
容易操作，施工质量易控制，这对平整度要求高的高速泄水建筑物抗冲磨混凝土
是很关键的。
表1对比粘度用混凝土配合比（kg/m3）
图1不同抗冲磨混凝土的粘度对比
抗冲磨防空蚀性能
按照GB8076-2008中缓凝型高性能减水剂的检测方法，测试NSF-Ⅱ硅粉抗
磨蚀剂的减水率、28d抗压强度比、28d收缩率比，并同时成型抗冲磨试件，用
转速4000r/min的高速水下钢球法测试28d抗冲磨强度。试验采用外加剂检测用
基准水泥，粗骨料为灰岩骨料、天然河砂。
配合比主要参数见表2，性能测试结果见表3。NSF-Ⅱ的28d抗冲磨强度比
为163%，满足原有的NSF硅粉抗磨蚀剂的抗冲磨性能指标要求（≥150%）。
表2抗冲磨性能试验对比用配合比主要参数
3 混凝土开裂风险评估
3.1收缩评估
参照DL/T 5150-2001《水工混凝土试验规程》中的干缩测试方法，但为了测
试早期收缩，成型24h脱模后立刻测试初长，对比NSF-Ⅱ硅粉抗磨蚀剂与某抗
冲磨剂对混凝土早期收缩性能的影响，采用表1中C9050的三个配合比。某抗
冲磨剂的减水效果略高，相同水胶比条件下，其单位用水量和胶材用量都较低。
试验结果见图2。典型硅粉混凝土在15d时间内一直在收缩，收缩值达到
219με；掺某抗冲磨剂的混凝土在21d测试时间内一直在收缩，21d收缩值达到
413με（15d收缩值为376με）；而掺NSF-Ⅱ硅粉抗磨蚀剂的混凝土在前5h内收
缩约50με（这可能是由于试件表面游离水蒸发引起），随后开始膨胀，到2d左
右达到最大膨胀值12με，然后开始缓慢收缩，到21d龄期时收缩只有117με（15d
收缩值为99με）。且从图中可见，掺NSF-Ⅱ硅粉抗磨蚀剂的混凝土的收缩-时间
曲线比其它两种混凝土都平缓，也即收缩发展较慢。掺NSF-Ⅱ硅粉抗磨蚀剂的
混凝土干缩性能大幅度改善。
图2NSF-Ⅱ硅粉抗磨蚀剂与硅粉混凝土、某抗冲磨剂混凝土收缩性能对比
为了进一步考察从初凝到脱模期间发生的自生体积变形（一般认为这期间硅
粉混凝土的自生收缩较大），测试了NSF-Ⅱ硅粉抗磨蚀剂对砂浆早龄期自生体积
变形性能的影响，试件浇筑在密闭而轴向约束可忽略的试模内，采用外置式位移
传感器立式测长，初凝时测试初长。所用配合比见表4，NSF-Ⅱ掺量13%。
试验结果见图3。与上述混凝土试验结果相似，空白组砂浆在初凝后的5h
内自生收缩发展较快，达到300με，随后进入缓慢收缩阶段，90h的自生收缩为
320με；掺NSF-Ⅱ硅粉抗磨蚀剂后，在初凝后的5h内自生收缩发展大大减慢，
只有70με，随后开始膨胀，90h时不但没有收缩，还有400με的自生膨胀。
上述两批试验结果都表明：掺NSF-Ⅱ硅粉抗磨蚀剂明显减少混凝土的收缩。
表4NSF-Ⅱ硅粉抗磨蚀剂砂浆配合比（kg/m3）
图3掺NSF-Ⅱ硅粉抗磨蚀剂的砂浆早龄期自生变形
3.2仿真试验
采用温度应力试验机进行温度-应力仿真试验，对比了两种典型的C9050抗
冲磨混凝土方案的抗裂性：
A、低热水泥+30%粉煤灰+5%硅粉：这是目前溪洛渡[1]等大型水电站典型
配合比；
B、普硅水泥+25%粉煤灰+13% NSF-Ⅱ型硅粉抗磨蚀剂：这是河口村水库泄
洪洞工程抗冲磨混凝土的实际施工配合比。由于未采用低热水泥、粉煤灰掺量低、
用水量较高、胶凝材料总量高，故其开裂风险相对恶劣，可以更苛刻地考察NSF-
Ⅱ型硅粉抗磨蚀剂的抗裂效果。
采用嘉华 42.5低热水泥、焦作岩鑫P.O 42.5普硅水泥、焦作沁北电厂
Ⅰ级粉煤灰，焦作汇丰灰岩粗骨料、天然砂、北京瑞帝斯生产的高性能聚羧酸减
水剂，配合比见表5。
表5两种典型抗冲磨混凝土配合比（kg/m3）
所谓温度-应力仿真试验，是指模拟混凝土处于实际结构内部的温度历程和
约束工况下，产生应力直至开裂。采用对应的温度曲线对比见图4，系根据浇筑
尺寸、混凝土绝热温升、浇筑温度、环境温度、模板散热系数、通水冷却工艺等
计算得到。掺加NSF-Ⅱ的这组混凝土由于绝热温升高、实际施工中未通水冷却，
故内部最高温度高得多。
温度应力曲线实测结果见图5，实测综合抗裂参数见表6。
从图4可见，“普硅水泥+25%粉煤灰+13% NSF-Ⅱ型硅粉抗磨蚀剂”的混凝土
内部最高温度达64.5℃，最大温升42℃，而“低热水泥+30%粉煤灰+5%硅粉”的
混凝土内部最高温度45.4℃，最大温升26.8℃，二者相差甚远。但模拟寒潮袭击
导致混凝土开裂时的温度，前者为20℃，后者为17℃，换句话说，前者在经历
44℃的温降后才开裂，而后者经历28℃的温降就开裂，说明掺入NSF-Ⅱ型硅粉
抗磨蚀剂后混凝土抵抗温度应力的抗裂性显著提高。原因之一是在前40h内，掺
NSF-Ⅱ的混凝土有1.1MPa的膨胀预压应力产生，抵消了一部分冷缩导致的温度
应力（见图5）。
图4两种典型抗冲磨混凝土温度曲线 图5两种典型抗冲磨混凝土应力曲线
表6温度应力试验结果
4 结论
通过对在混凝土内掺入NSF-Ⅱ型硅粉抗磨蚀剂后的粘度与和易性、抗冲磨
防空蚀性能及开裂风险的检验与评估，由水利部交通运输部国家能源局南京水利
科学研究院生产的NSF-Ⅱ型硅粉抗磨蚀剂产品是合格的，能够满足河口村水库
泄洪洞工程抗冲磨混凝土的各项技术要求。
参考文献:
［1］吕玉娥, 李学峰,陈柯朴. 溪洛渡水电站泄洪洞C9050硅粉抗冲耐磨混
凝土配合比研究[J].四川水力发电，2010年10月，29增刊（2）：16-17