配重用重混凝土的配合比設計及耐久性能試驗

程　波，張紹原

(浙江省建筑科學設計研究院有限公司，浙江 杭州 310012)

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配重用重混凝土的配合比設計及耐久性能試驗

程波，張紹原

(浙江省建筑科學設計研究院有限公司，浙江 杭州 310012)

摘要：結合重混凝土在電梯配重中的應用，對重混凝土的原材料進行選擇，然后對重混凝土的配合比進行設計，并參考普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法，開展配重用重混凝土的使用環境分析及相關耐久性能的試驗研究，試驗表明該重混凝土的耐久性能可滿足電梯配重的長期使用要求。

關鍵詞：重混凝土；配合比設計；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現，它可應用于防護和結構配重使用。

防護使用主要領域是國防建設中的原子能工業，另外，放射性同位素在工業、農業及醫療方面的應用也日益增多，以上各類工程建設中，都需要用防止射線的重混凝土作建筑材料。現在對重混凝土的研究主要集中在配合比設計和施工應用方面，如文獻[1]和文獻[2]中對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、配合比設計，以及施工注意事項都作了較系統的介紹；文獻[3]結合某核動力研發基地的建設對重晶石防輻射泵送混凝土進行配制，并成功采用泵送方式完成施工；文獻[4]結合醫院工程的建設對防輻射泵送混凝土的應用作了介紹；文獻[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用。

重混凝土也可用于配重方面，本文結合電梯配重用的重混凝土，對該重混凝土的配合比進行設計，并參考普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法，對該重混凝土開展相關耐久性能試驗研究，為重混凝土在電梯配重方面的長期使用提供依據。

2重混凝土的配合比設計

2.1重混凝土配合比設計思路

1)配制重混凝土必須以達到設計密度為首要目標，所以為了充分利用重骨料的較大密度，根據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(即松堆密度)。

2)由于重混凝土可能有明顯的離析現象，因此細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度和和易性為基本要求，同時由于重混凝土骨料密度較大，為防止混凝土拌合物出現骨料下沉情況，適當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降低水對混凝土密度的影響。

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鍵，原則上重混凝土的集料應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、細砂、水泥、減水劑、水。

1)水泥：配制重混凝土優先選用密度較大、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。試驗前，先對赤鐵礦的放射性進行測試，可知所選用的赤鐵礦的放射性檢測結果滿足標準《建筑材料放射性核素限量(GB 6566—2010)》的限量要求。

3)細骨料：本次配制重混凝土所用鐵礦砂細度模數較大，達到3.4，為了解決細骨料顆粒級配的問題，將采用細度模數為1.5的天然河砂來補充。

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：采用自來水。

2.3重混凝土的配合比

本次重混凝土的主要技術參數如下：強度等級為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。具體見表1。

根據《普通混凝土力學性能試驗方法標準(GB/T 50081—2002)》測試重混凝土試塊抗壓強度，結果見表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度

由此可見，采用該配合比配制而成的重混凝土，其28 d抗壓強度滿足設計等級C35的要求。

3重混凝土的耐久性能試驗

3.1重混凝土所處環境分析

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

1)海拔高度不超過1 000 m；

2)機房內的空氣溫度應保持在5 ℃～40 ℃之間；

3)運行地點的空氣相對濕度在最高溫度為40 ℃時不超過50%，在較低溫度下可有較高的相對濕度，最濕月的月平均最低溫度不超過25 ℃，該月的月平均最大相對濕度不超過90%；

4)環境空氣中不應含有腐蝕性和易燃性氣體及導電塵埃存在。

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

根據上述情況，根據《混凝土結構耐久性設計規范(GB/T 50476—2008)》對環境條件和環境作用等級的分類，電梯配重用重混凝土所處最不利環境為Ⅱ-C(環境條件：嚴寒和寒冷，混凝土中度保水，無氯鹽)。

3.2重混凝土的含硫(三氧化硫)試驗

《混凝土結構耐久性設計規范(GB/T 50476—2008)》中參照《水質硫酸鹽的測定重量法(GB/T 11899—1989)》的試驗方法,對配重用重混凝土中的硫酸鹽離子含量進行測試，結果是混凝土中硫酸鹽離子為膠凝材料總量的1.2%，換算成三氧化硫為1.0%。

《混凝土結構耐久性設計規范(GB/T 50476—2008)》中規定：單位體積混凝土中三氧化硫的最大含量不應超過膠凝材料總量的4%,所以配重用重混凝土中三氧化硫含量滿足標準要求。

3.3重混凝土的Cl-含量試驗

根據《建筑結構檢測技術標準(GB/T 50344—2004)》的試驗方法，對配重用重混凝土中的Cl-含量進行測試，結果為0.016%。

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

根據混凝土配合比把“混凝土中氯離子含量的檢測結果”換算成混凝土中氯離子含量占水泥質量的百分比，換算過程如下：

1)配重用重混凝土配合比見表1；

2)混凝土中氯離子含量檢測結果：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境為潮濕而不含有氯離子環境，所以該配重用重混凝土中的氯離子含量符合

《混凝土質量控制標準(GB 50164—2011)》的要求。

3.4重混凝土的堿含量試驗

根據《高性能混凝土應用技術規程(CECS 207∶2006)》的試驗方法，對配重用重混凝土中的堿含量進行測試，結果為2.61 kg/m3。滿足《混凝土結構耐久性設計規范(GB/T 50476—2008)》中“對骨料無活性但處于潮濕環境(相對濕度≥75%)條件下的混凝土結構構件，堿含量不超過3 kg/m3”的要求。

3.5重混凝土的Cl-擴散系數試驗

根據《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法(GB/T 50082—2009)》，對配重用重混凝土進行Cl-擴散系數試驗，結果見表3。

《混凝土結構耐久性設計規范(GB/T 50476—2008)》中抗氯離子侵入性指標見表4。

表3　重混凝土Cl-擴散系數試驗結果

表4　混凝土抗氯離子侵入性指標

根據表4的分類情況，設計使用年限為50年，環境作用等級為D，氯離子擴散系數DRCM(28d齡期)的推薦指標為<10×10-12m2/s。配重用重混凝土所處最不利環境可位于Ⅱ-C(環境條件：嚴寒和寒冷，混凝土中度保水，無氯鹽)。本次Cl-擴散系

數(28d齡期)的結果為2.85×10-12m2/s，滿足推薦指標<10×10-12m2/s的要求，且電梯配重用重混凝土的環境作用等級低于推薦指標中的D，所以本次試驗的結果滿足《混凝土結構耐久性設計規范(GB/T50476—2008)》所推薦的混凝土抗氯離子侵入指標50年的要求。

3.6重混凝土的碳化性能試驗

根據《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法(GB/T50082—2009)》，對配重用重混凝土試塊進行碳化性能試驗，重混凝土試塊28d的碳化深度見表5和圖1。

表5　配重用重混凝土(C35，28d齡期)的碳化結果

對比普通商品混凝土(C35)，所選普通商品混凝土的配合比見表6，用該配比配置普通混凝土，制作成混凝土試塊然后進行碳化試驗。它的試塊28d的碳化深度見表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的碳化結果為7.3mm，所選同強度等級的普通商品混凝土28d的碳化結果為26.4mm，是重混凝土的3.62倍。由此可見，該重混凝土試塊28d的碳化深度遠小于所選的同

強度等級的普通商品混凝土，說明該重混凝土的抗碳化性能較所選同強度等級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期使用的要求。

4結語

1)重混凝土配合比設計是以達到設計密度為首要目標，所以選擇合適的集料是配制重混凝土的關鍵。本次試驗中選用赤鐵礦為粗骨料，鐵礦砂為主要的細骨料，成功配制成了密度要求達到2 910kg/m3的重混凝土。

2)結合重混凝土在電梯配重中的應用，參考普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法，對該重混凝土開展使用環境分析及相關耐久性能的試驗研究，耐久性能試驗內容包括：含硫(三氧化硫)、Cl-含量、堿含量、Cl-擴散系數試驗和碳化試驗，試驗表明該重混凝土的耐久性能可滿足電梯配重長期使用的要求。

參 考 文 獻

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

[2]馮乃謙.實用混凝土大全[M].北京：科學出版社，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研究與工程應用[J].混凝土，2011(10)：90-92.

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

[5]吳會閣，諶會芹，王曉中，等.重混凝土的研究與工程應用[J].混凝土，2011(11)：107-109.

收稿日期：2016-01-20

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

中圖分類號：TU528

文獻標志碼：A

文章編號：1008-3707(2016)04-0052-04

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

CHENG Bo, ZHANG Shaoyuan