無磁混凝土技術研究

孫小蘭 唐林洋

（廣東基礎新世紀混凝土有限公司）

1 無磁混凝土原材料性能對比

1.1 水泥的選用及性能

關于水泥的各項指標，物理性質及水化熱容易進行對比分析，而礦物摻合料的種類及各自對水泥磁感應強度的影響，又因不同類型水泥和不同摻入比例，有較大區別。

對廣東地區某大型水泥廠家生產的各型水泥進行物理、化學性能和磁感應強度檢測，得出數據對比如表1。

表1 各種水泥性能指標對比

經對比，最終選擇了早期強度高、電磁強度低的PⅡ42.5 早強型水泥作為本次配合比研發的水泥型號。確定水泥型號后，需要對不同廠家的水泥進行進一步的對比。選擇了廣東地區市場使用率較高的幾家水泥進行對比，最終選擇了供應量大、質量穩定的英德生產的海螺牌42.5R 水泥作為本次試驗研究的基準水泥。各項檢測結果見表2。

1.2 摻合料的選用及性能

礦物摻合料作為膠凝材料以一定比例取代水泥加入到混凝土中，能有效降低混凝土水化熱，提高混凝土的工作性。常規礦物摻合料有硅粉、微珠粉、粉煤灰、礦渣粉及石粉等。本次試驗，分別對這幾種礦物摻合料進行了系統比對，結果見表3。

表2 水泥各項性能指標對比

表3 各類型摻合料性能指標對比

經對比分析，最終選定硅粉和微珠粉作為膠凝材料摻合料組分。

1.3 骨料選用及性能

在混凝土結構中，骨料組分占混凝土總體積的70%以上，其堅固性直接影響混凝土抗壓強度，其礦物組成也將直接影響混凝土的電磁強度。混凝土骨料組分中，又分粗骨料（粒徑為5～25mm）和細骨料（粒徑為0.15～5mm）。

在粗骨料的選擇中，廣州地區主要以花崗巖為主。本地區所產花崗巖質地堅硬、風化層較少、含泥量低且粒型較為圓潤，針片狀少。本次試驗首先就對廠區庫存的花崗巖樣品進行了電磁強度檢測，經檢測發現，1 號倉、3 號倉、6 號倉所堆放的花崗巖樣品電磁強度分別為：175nT、64nT 和162nT，無法達到控制要求。求近不得，遂在華南地區遍尋石場，各項結果見表4。

表4 不同產地碎石性能指標對比

從表4 可以看出，根據混凝土用碎石標準要求，各樣品的物理性能基本能滿足本次設計強度要求,但只有惠州博羅石場一家的電磁強度滿足控制要求。原因是地質形成過程中，巖層山脈在形成過程中會有不同的礦物質夾雜在其中，其中花崗巖的內部組分尤其復雜。本次確定的博羅石場在工程開展進貨前的檢驗中，亦有數批次碎石電磁強度無法達到控制要求。經對比，最終決定選擇博羅石場的碎石作為配合比設計的粗骨料。

細骨料的選擇相對簡單，目前市場所用的細骨料主要為天然砂。其主要組分為二氧化硅，直接抽取本公司2 號倉和4 號倉的砂樣品，經檢驗，電磁強度都為0nT，滿足控制要求。

1.4 水的選用

拌和用水應符合國家現行標準《混凝土拌和用水標準》(JGJ63)的要求。本試驗使用飲用自來水。

1.5 外加劑的選擇

沿用日常在用的聚羧酸系高性能減水劑作為本次研發用的外加劑。

2 無磁混凝土配合比試驗研究

2.1 確定基準配合比

根據JGJ 55《混凝土配合比設計規程》中各項技術要求，結合本次設計對混凝土電磁強度的嚴格控制，將各類原材料進行膠凝材料體系調整、粗細骨料調整、水膠比調整，通過正交試驗和測定混凝土和易性等試驗手段，分別對無磁混凝土的電磁強度、混凝土抗壓強度、和易性差別進行了多維度深層次對比。根據原材料性能參數，通過配合比設計規程計算，得出基準配合比見表5。

2.2 調整膠凝材料各組分

在基準配合比中，首先對膠凝材料組分進行調整，對比混凝土各項技術參數之間的差異。具體調整配方見表6。

表5 基準配合比信息

表6 膠凝材料調整后配方

只調整膠凝材料，混凝土水膠比和砂率不作調整，對調整后配方的各項數據經對比分析試驗和檢測，得出數據見表7。

從表7 可以看出，調整混凝土中膠凝材料組分比例后，混凝土的電磁強度值均符合控制要求，混凝土和易性表現基本良好，坍落度、擴展度和經時損失略有差異，但基本可控。

2.3 調整混凝土中粗細骨料比例（砂率）

表7 膠凝材料調整后混凝土性能

表8 調整砂石骨料后混凝土配方

取抗壓強度最佳者為下一步砂石骨料調整參考數據，并作對比配方，見表8。

只調整砂石骨料比例，混凝土水膠比和容重不作調整，對調整后配方的各項數據經對比分析試驗和檢測，得出數據見表9。

表9 膠凝材料調整后混凝土性能

從表9 中可以看出，當混凝土砂率下調后，混凝土和易性迅速變差，強度降低明顯，混凝土電磁強度超出控制值要求；當混凝土比較基準上調一個砂率之后，混凝土和易性得到改善，流動性和粘聚性均表現良好，混凝土28 天強度雖略有下降，但7 天強度達到了設計值的100%，與此同時，混凝土電磁強度控制在3nT。

2.4 確定最優配合比

經過綜合對比分析，最終確定了本次研究最終配合比。見表10。

表10 最終配合比

此配合比和易性最佳，3 天強度達到了設計值的100%，電磁強度實測值也遠低于控制指標。

3 結論

⑴此次研發的無磁混凝土在工程中已成功應用。主體結構部位經周密的設計和標準化的養護，所有水上水下結構經檢測，未發現一條裂縫，混凝土表面氣孔率底，鏡面光整度高，混凝土試塊3 天試壓強度在50MPa 以上，28 天達64MPa 以上，混凝土實體結構回彈值全部合格。主體結構實體磁性檢測結果全部在5nT 以下。完全達到了設計方的各項控制指標，工程方和業主方對此表示滿意。

⑵無磁混凝土的技術研發過程中，礦物摻合料的選擇是控制混凝土和易性和混凝土磁感應強度的一個非常重要的因素。硅粉和微珠粉的活性高，磁感應強度低，是配制無磁混凝土的優良摻合料，該摻合料同時還能改善混凝土的工作性能，提高混凝土的早期強度，改善混凝土的耐久性能。

⑶粗骨料的選擇是無磁混凝土制備的一個難點。同是花崗巖，不同礦山的巖石礦物組分不同，同一礦山巖石不同的巖層，其磁感應強度也有較大的變化。在配制無磁混凝土時，一定要預先確定碎石的批次，并進行磁性檢測。在確定磁性合格后，該批次碎石方可使用。