配重用重混凝土的配合比設(shè)計(jì)及耐久性能試驗(yàn)

程　波，張紹原

(浙江省建筑科學(xué)設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 310012)

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配重用重混凝土的配合比設(shè)計(jì)及耐久性能試驗(yàn)

程波，張紹原

(浙江省建筑科學(xué)設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 310012)

摘要：結(jié)合重混凝土在電梯配重中的應(yīng)用，對(duì)重混凝土的原材料進(jìn)行選擇，然后對(duì)重混凝土的配合比進(jìn)行設(shè)計(jì)，并參考普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法，開(kāi)展配重用重混凝土的使用環(huán)境分析及相關(guān)耐久性能的試驗(yàn)研究，試驗(yàn)表明該重混凝土的耐久性能可滿足電梯配重的長(zhǎng)期使用要求。

關(guān)鍵詞：重混凝土；配合比設(shè)計(jì)；耐久性能

1概述

重混凝土是指表觀密度大于2 600 kg/m3的混凝土。較大的表觀密度需要采用較重的集料才可以實(shí)現(xiàn)，它可應(yīng)用于防護(hù)和結(jié)構(gòu)配重使用。

防護(hù)使用主要領(lǐng)域是國(guó)防建設(shè)中的原子能工業(yè)，另外，放射性同位素在工業(yè)、農(nóng)業(yè)及醫(yī)療方面的應(yīng)用也日益增多，以上各類工程建設(shè)中，都需要用防止射線的重混凝土作建筑材料?，F(xiàn)在對(duì)重混凝土的研究主要集中在配合比設(shè)計(jì)和施工應(yīng)用方面，如文獻(xiàn)[1]和文獻(xiàn)[2]中對(duì)防輻射混凝土的定義，防輻射的條件，防輻射混凝土所用的原材料要求、配合比設(shè)計(jì)，以及施工注意事項(xiàng)都作了較系統(tǒng)的介紹；文獻(xiàn)[3]結(jié)合某核動(dòng)力研發(fā)基地的建設(shè)對(duì)重晶石防輻射泵送混凝土進(jìn)行配制，并成功采用泵送方式完成施工；文獻(xiàn)[4]結(jié)合醫(yī)院工程的建設(shè)對(duì)防輻射泵送混凝土的應(yīng)用作了介紹；文獻(xiàn)[5]中重混凝土作為沉浮材料在某別墅的游泳池底板上得到成功的應(yīng)用。

重混凝土也可用于配重方面，本文結(jié)合電梯配重用的重混凝土，對(duì)該重混凝土的配合比進(jìn)行設(shè)計(jì)，并參考普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法，對(duì)該重混凝土開(kāi)展相關(guān)耐久性能試驗(yàn)研究，為重混凝土在電梯配重方面的長(zhǎng)期使用提供依據(jù)。

2重混凝土的配合比設(shè)計(jì)

2.1重混凝土配合比設(shè)計(jì)思路

1)配制重混凝土必須以達(dá)到設(shè)計(jì)密度為首要目標(biāo)，所以為了充分利用重骨料的較大密度，根據(jù)骨料密度和混凝土密度的要求，以單方混凝土中最大能摻入量為準(zhǔn)(即松堆密度)。

2)由于重混凝土可能有明顯的離析現(xiàn)象，因此細(xì)骨料也盡量選用高密度材料。

3)水泥的用量以滿足混凝土強(qiáng)度和和易性為基本要求，同時(shí)由于重混凝土骨料密度較大，為防止混凝土拌合物出現(xiàn)骨料下沉情況，適當(dāng)增加混凝土的粘聚性，所以水泥的用量不宜偏少。

4)水的密度小，在保證和易性的前提下，盡量選較小的用水量來(lái)降低水對(duì)混凝土密度的影響。

2.2重混凝土原材料選擇

選擇合適的集料是配制重混凝土的關(guān)鍵，原則上重混凝土的集料應(yīng)該是一些高密度的材料。本次配重用重混凝土采用的原材料為赤鐵礦、鐵礦砂、細(xì)砂、水泥、減水劑、水。

1)水泥：配制重混凝土優(yōu)先選用密度較大、需水性和水化熱較小的水泥，本次配制重混凝土采用P·O42.5水泥。

2)粗骨料：通常配重用重混凝土采用重骨料，如赤鐵礦、重晶石、磁鐵礦等。本次配制選用赤鐵礦。試驗(yàn)前，先對(duì)赤鐵礦的放射性進(jìn)行測(cè)試，可知所選用的赤鐵礦的放射性檢測(cè)結(jié)果滿足標(biāo)準(zhǔn)《建筑材料放射性核素限量(GB 6566—2010)》的限量要求。

3)細(xì)骨料：本次配制重混凝土所用鐵礦砂細(xì)度模數(shù)較大，達(dá)到3.4，為了解決細(xì)骨料顆粒級(jí)配的問(wèn)題，將采用細(xì)度模數(shù)為1.5的天然河砂來(lái)補(bǔ)充。

4)減水劑：采用萘系高效減水劑，減水率20%，推薦摻量1.2%。

5)水：采用自來(lái)水。

2.3重混凝土的配合比

本次重混凝土的主要技術(shù)參數(shù)如下：強(qiáng)度等級(jí)為C35，坍落度要求(60±20) mm，水膠比為0.50，膠凝材料的用量為370 kg/m3，重混凝土的表觀密度為2 910 kg/m3。具體見(jiàn)表1。

根據(jù)《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 50081—2002)》測(cè)試重混凝土試塊抗壓強(qiáng)度，結(jié)果見(jiàn)表2。

表1　配重用重混凝土的配合比

表2　重混凝土試塊抗壓強(qiáng)度

由此可見(jiàn)，采用該配合比配制而成的重混凝土，其28 d抗壓強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)等級(jí)C35的要求。

3重混凝土的耐久性能試驗(yàn)

3.1重混凝土所處環(huán)境分析

根據(jù)《電梯技術(shù)條件(GB/T 10058—2009)》的規(guī)定，電梯的工作條件如下：

1)海拔高度不超過(guò)1 000 m；

2)機(jī)房?jī)?nèi)的空氣溫度應(yīng)保持在5 ℃～40 ℃之間；

3)運(yùn)行地點(diǎn)的空氣相對(duì)濕度在最高溫度為40 ℃時(shí)不超過(guò)50%，在較低溫度下可有較高的相對(duì)濕度，最濕月的月平均最低溫度不超過(guò)25 ℃，該月的月平均最大相對(duì)濕度不超過(guò)90%；

4)環(huán)境空氣中不應(yīng)含有腐蝕性和易燃性氣體及導(dǎo)電塵埃存在。

由于電梯配重用重混凝土試件放置于電梯井內(nèi)，因此其使用環(huán)境與電梯的工作環(huán)境相同。

根據(jù)上述情況，根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范(GB/T 50476—2008)》對(duì)環(huán)境條件和環(huán)境作用等級(jí)的分類，電梯配重用重混凝土所處最不利環(huán)境為Ⅱ-C(環(huán)境條件：嚴(yán)寒和寒冷，混凝土中度保水，無(wú)氯鹽)。

3.2重混凝土的含硫(三氧化硫)試驗(yàn)

《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范(GB/T 50476—2008)》中參照《水質(zhì)硫酸鹽的測(cè)定重量法(GB/T 11899—1989)》的試驗(yàn)方法,對(duì)配重用重混凝土中的硫酸鹽離子含量進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果是混凝土中硫酸鹽離子為膠凝材料總量的1.2%，換算成三氧化硫?yàn)?.0%。

《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范(GB/T 50476—2008)》中規(guī)定：?jiǎn)挝惑w積混凝土中三氧化硫的最大含量不應(yīng)超過(guò)膠凝材料總量的4%,所以配重用重混凝土中三氧化硫含量滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.3重混凝土的Cl-含量試驗(yàn)

根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 50344—2004)》的試驗(yàn)方法，對(duì)配重用重混凝土中的Cl-含量進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果為0.016%。

《混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)(GB 50164—2011)》規(guī)定了混凝土拌合物中水溶性氯離子最大含量(水泥用量的質(zhì)量百分比)的要求：0.20%(潮濕但不含氯離子的環(huán)境,鋼筋混凝土)。

根據(jù)混凝土配合比把“混凝土中氯離子含量的檢測(cè)結(jié)果”換算成混凝土中氯離子含量占水泥質(zhì)量的百分比，換算過(guò)程如下：

1)配重用重混凝土配合比見(jiàn)表1；

2)混凝土中氯離子含量檢測(cè)結(jié)果：0.016%；

3)混凝土中水泥重量的百分比：

370/(370+1 604+620+135+185+4.44)×100%=12.7%。

故混凝土中氯離子含量占水泥重量的百分比為：(0.016%/12.7%)×100%=0.13%。

配重用重混凝土所處環(huán)境為潮濕而不含有氯離子環(huán)境，所以該配重用重混凝土中的氯離子含量符合

《混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)(GB 50164—2011)》的要求。

3.4重混凝土的堿含量試驗(yàn)

根據(jù)《高性能混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程(CECS 207∶2006)》的試驗(yàn)方法，對(duì)配重用重混凝土中的堿含量進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果為2.61 kg/m3。滿足《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范(GB/T 50476—2008)》中“對(duì)骨料無(wú)活性但處于潮濕環(huán)境(相對(duì)濕度≥75%)條件下的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件，堿含量不超過(guò)3 kg/m3”的要求。

3.5重混凝土的Cl-擴(kuò)散系數(shù)試驗(yàn)

根據(jù)《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法(GB/T 50082—2009)》，對(duì)配重用重混凝土進(jìn)行Cl-擴(kuò)散系數(shù)試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表3。

《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范(GB/T 50476—2008)》中抗氯離子侵入性指標(biāo)見(jiàn)表4。

表3　重混凝土Cl-擴(kuò)散系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果

表4　混凝土抗氯離子侵入性指標(biāo)

根據(jù)表4的分類情況，設(shè)計(jì)使用年限為50年，環(huán)境作用等級(jí)為D，氯離子擴(kuò)散系數(shù)DRCM(28d齡期)的推薦指標(biāo)為<10×10-12m2/s。配重用重混凝土所處最不利環(huán)境可位于Ⅱ-C(環(huán)境條件：嚴(yán)寒和寒冷，混凝土中度保水，無(wú)氯鹽)。本次Cl-擴(kuò)散系

數(shù)(28d齡期)的結(jié)果為2.85×10-12m2/s，滿足推薦指標(biāo)<10×10-12m2/s的要求，且電梯配重用重混凝土的環(huán)境作用等級(jí)低于推薦指標(biāo)中的D，所以本次試驗(yàn)的結(jié)果滿足《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范(GB/T50476—2008)》所推薦的混凝土抗氯離子侵入指標(biāo)50年的要求。

3.6重混凝土的碳化性能試驗(yàn)

根據(jù)《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法(GB/T50082—2009)》，對(duì)配重用重混凝土試塊進(jìn)行碳化性能試驗(yàn)，重混凝土試塊28d的碳化深度見(jiàn)表5和圖1。

表5　配重用重混凝土(C35，28d齡期)的碳化結(jié)果

對(duì)比普通商品混凝土(C35)，所選普通商品混凝土的配合比見(jiàn)表6，用該配比配置普通混凝土，制作成混凝土試塊然后進(jìn)行碳化試驗(yàn)。它的試塊28d的碳化深度見(jiàn)表7和圖2。

表6　普通商品混凝土配合比(C35)

表7　普通商品混凝土(C35，28 d齡期)的碳化結(jié)果

圖1　配重用重混凝土(C35，28 d齡期)的碳化照片

圖2　普通商品混凝土(C35，28 d齡期)的碳化照片

該配重用重混凝土28d的碳化結(jié)果為7.3mm，所選同強(qiáng)度等級(jí)的普通商品混凝土28d的碳化結(jié)果為26.4mm，是重混凝土的3.62倍。由此可見(jiàn)，該重混凝土試塊28d的碳化深度遠(yuǎn)小于所選的同

強(qiáng)度等級(jí)的普通商品混凝土，說(shuō)明該重混凝土的抗碳化性能較所選同強(qiáng)度等級(jí)的普通商品混凝土好，這也表明該重混凝土的抗碳化性能可滿足電梯配重長(zhǎng)期使用的要求。

4結(jié)語(yǔ)

1)重混凝土配合比設(shè)計(jì)是以達(dá)到設(shè)計(jì)密度為首要目標(biāo)，所以選擇合適的集料是配制重混凝土的關(guān)鍵。本次試驗(yàn)中選用赤鐵礦為粗骨料，鐵礦砂為主要的細(xì)骨料，成功配制成了密度要求達(dá)到2 910kg/m3的重混凝土。

2)結(jié)合重混凝土在電梯配重中的應(yīng)用，參考普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法，對(duì)該重混凝土開(kāi)展使用環(huán)境分析及相關(guān)耐久性能的試驗(yàn)研究，耐久性能試驗(yàn)內(nèi)容包括：含硫(三氧化硫)、Cl-含量、堿含量、Cl-擴(kuò)散系數(shù)試驗(yàn)和碳化試驗(yàn)，試驗(yàn)表明該重混凝土的耐久性能可滿足電梯配重長(zhǎng)期使用的要求。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]朱宏軍，程海麗，姜德民.特種混凝土和新型混凝土[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

[2]馮乃謙.實(shí)用混凝土大全[M].北京：科學(xué)出版社，2001.

[3]高育欣，吳海泳，林喜華，等.重晶石防輻射泵送混凝土的試驗(yàn)研究與工程應(yīng)用[J].混凝土，2011(10)：90-92.

[4]張偉強(qiáng).大體積防輻射泵送重混凝土在蕪湖弋磯山醫(yī)院工程中的應(yīng)用[J].福建建筑，2009(12)：54-55.

[5]吳會(huì)閣，諶會(huì)芹，王曉中，等.重混凝土的研究與工程應(yīng)用[J].混凝土，2011(11)：107-109.

收稿日期：2016-01-20

作者簡(jiǎn)介：程波(1975—)，男，浙江桐廬人，高級(jí)工程師，從事建筑材料研究、檢測(cè)工作。

中圖分類號(hào)：TU528

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1008-3707(2016)04-0052-04

Design of Mixing Proportion and Durability Test for theWeight-Distribution Used Heavy Concrete

CHENG Bo, ZHANG Shaoyuan