黄河作为世界上含沙量最多的河流,其流域上大型水电工程泄水建筑物水流流速高达40m/s～50m/s,对抗冲磨材料的强度和抗冲磨性能均提出了更高的要求。钢纤维对混凝土的抗冲磨性能具有一定的改善作用,但仍需求改性效果更优秀的掺合料。而橡胶作为一种提高混凝土抗冲磨性能的优秀材料,如能有效应用于钢纤维二级配混凝土,则能在满足混凝土强度的基础上大幅提高混凝土的抗冲磨性能,这对水工混凝土结构工程安全性具有重大意义。另外,目前混凝土抗冲磨研究大多以质量损失为指标,但研究表明这种指标仍不尽合理。因此本文基于“确保黄河安澜”的国家战略需求,研究了橡胶体积掺量和橡胶粒径对钢纤维二级配混凝土基本力学性能和抗冲磨性能的影响,提出了基于混凝土表面冲磨程度的评价方法,并分析了影响机理。主要内容包括:1、通过混凝土抗压强度和劈拉强度试验,研究了橡胶体积掺量和橡胶粒径对钢纤维二级配混凝土抗压强度、劈拉强度和拉压比的影响。试验结果表明:在试验范围内,橡胶改性钢纤维二级配混凝土的抗压强度和劈拉强度相对钢纤维二级配混凝土均随着橡胶体积掺量的增加呈现下降的趋势,但其拉压比却随着橡胶体积掺量的增加呈现上升的趋势。表明橡胶的掺入虽然会降低钢纤维二级配混凝土的强度,但能够增加混凝土的韧性。2、通过电镜扫描和显微硬度试验,研究了橡胶改性钢纤维二级配混凝土微观结构特征。试验结果表明:钢纤维-砂浆界面过渡区致密性最好,显微硬度值最大,其次是骨料-砂浆界面过渡区和橡胶-砂浆界面过渡区。也进一步说明橡胶的掺入会降低钢纤维二级配混凝土的抗压强度和劈拉强度。3、通过混凝土水下钢球法抗冲磨试验和三维激光扫描试验,研究了橡胶体积掺量和橡胶粒径对钢纤维二级配混凝土抗冲磨性能的影响。试验结果表明:在试验范围内,橡胶改性钢纤维二级配混凝土的抗冲磨强度、单位冲磨体积时间和单位平均冲磨深度时间相对钢纤维二级配混凝土均随着橡胶体积掺量的增加呈现上升的趋势。橡胶粒径越大,混凝土抗冲磨强度、单位冲磨体积时间和单位平均冲磨深度时间越大。表明橡胶能够进一步提高钢纤维二级配混凝土的抗冲磨性能,并且橡胶粒径越大,提高效果越明显。4、通过立方体覆盖法对混凝土表面冲磨程度进行了分维分析,研究了抗冲磨各指标与分形维数之间的关系。结果表明:混凝土表面冲磨程度分形维数与橡胶体积掺量之间具有较好的线性关系,橡胶体积掺量越大,分形维数越小,表面混凝土表面越平整,橡胶对钢纤维二级配混凝土的抗冲磨性能的提高效果越好。混凝土表面冲磨程度分形维数与抗冲磨强度、磨损率、单位冲磨体积时间和单位平均冲磨深度时间具有较好的幂函数关系,可通过分形维数表征混凝土的抗冲磨性能。分形维数越小,混凝土抗冲磨性能越好。