配重用重混凝土的配合比设计及耐久性能试验

程　波，张绍原

(浙江省建筑科学设计研究院有限公司，浙江 杭州 310012)



配重用重混凝土的配合比设计及耐久性能试验

程波，张绍原

(浙江省建筑科学设计研究院有限公司，浙江 杭州 310012)

摘要：结合重混凝土在电梯配重中的应用，对重混凝土的原材料进行选择，然后对重混凝土的配合比进行设计，并参考普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法，开展配重用重混凝土的使用环境分析及相关耐久性能的试验研究，试验表明该重混凝土的耐久性能可满足电梯配重的长期使用要求。

关键词：重混凝土；配合比设计；耐久性能

1概述

重混凝土是指表观密度大于2 600 kg/m3的混凝土。较大的表观密度需要采用较重的集料才可以实现，它可应用于防护和结构配重使用。

防护使用主要领域是国防建设中的原子能工业，另外，放射性同位素在工业、农业及医疗方面的应用也日益增多，以上各类工程建设中，都需要用防止射线的重混凝土作建筑材料。现在对重混凝土的研究主要集中在配合比设计和施工应用方面，如文献[1]和文献[2]中对防辐射混凝土的定义，防辐射的条件，防辐射混凝土所用的原材料要求、配合比设计，以及施工注意事项都作了较系统的介绍；文献[3]结合某核动力研发基地的建设对重晶石防辐射泵送混凝土进行配制，并成功采用泵送方式完成施工；文献[4]结合医院工程的建设对防辐射泵送混凝土的应用作了介绍；文献[5]中重混凝土作为沉浮材料在某别墅的游泳池底板上得到成功的应用。

重混凝土也可用于配重方面，本文结合电梯配重用的重混凝土，对该重混凝土的配合比进行设计，并参考普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法，对该重混凝土开展相关耐久性能试验研究，为重混凝土在电梯配重方面的长期使用提供依据。

2重混凝土的配合比设计

2.1重混凝土配合比设计思路

1)配制重混凝土必须以达到设计密度为首要目标，所以为了充分利用重骨料的较大密度，根据骨料密度和混凝土密度的要求，以单方混凝土中最大能掺入量为准(即松堆密度)。

2)由于重混凝土可能有明显的离析现象，因此细骨料也尽量选用高密度材料。

3)水泥的用量以满足混凝土强度和和易性为基本要求，同时由于重混凝土骨料密度较大，为防止混凝土拌合物出现骨料下沉情况，适当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，在保证和易性的前提下，尽量选较小的用水量来降低水对混凝土密度的影响。

2.2重混凝土原材料选择

选择合适的集料是配制重混凝土的关键，原则上重混凝土的集料应该是一些高密度的材料。本次配重用重混凝土采用的原材料为赤铁矿、铁矿砂、细砂、水泥、减水剂、水。

1)水泥：配制重混凝土优先选用密度较大、需水性和水化热较小的水泥，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，如赤铁矿、重晶石、磁铁矿等。本次配制选用赤铁矿。试验前，先对赤铁矿的放射性进行测试，可知所选用的赤铁矿的放射性检测结果满足标准《建筑材料放射性核素限量(GB 6566—2010)》的限量要求。

3)细骨料：本次配制重混凝土所用铁矿砂细度模数较大，达到3.4，为了解决细骨料颗粒级配的问题，将采用细度模数为1.5的天然河砂来补充。

4)减水剂：采用萘系高效减水剂，减水率20%，推荐掺量1.2%。

5)水：采用自来水。

2.3重混凝土的配合比

本次重混凝土的主要技术参数如下：强度等级为C35，坍落度要求(60±20) mm，水胶比为0.50，胶凝材料的用量为370 kg/m3，重混凝土的表观密度为2 910 kg/m3。具体见表1。

根据《普通混凝土力学性能试验方法标准(GB/T 50081—2002)》测试重混凝土试块抗压强度，结果见表2。

表1　配重用重混凝土的配合比

表2　重混凝土试块抗压强度

由此可见，采用该配合比配制而成的重混凝土，其28 d抗压强度满足设计等级C35的要求。

3重混凝土的耐久性能试验

3.1重混凝土所处环境分析

根据《电梯技术条件(GB/T 10058—2009)》的规定，电梯的工作条件如下：

1)海拔高度不超过1 000 m；

2)机房内的空气温度应保持在5 ℃～40 ℃之间；

3)运行地点的空气相对湿度在最高温度为40 ℃时不超过50%，在较低温度下可有较高的相对湿度，最湿月的月平均最低温度不超过25 ℃，该月的月平均最大相对湿度不超过90%；

4)环境空气中不应含有腐蚀性和易燃性气体及导电尘埃存在。

由于电梯配重用重混凝土试件放置于电梯井内，因此其使用环境与电梯的工作环境相同。

根据上述情况，根据《混凝土结构耐久性设计规范(GB/T 50476—2008)》对环境条件和环境作用等级的分类，电梯配重用重混凝土所处最不利环境为Ⅱ-C(环境条件：严寒和寒冷，混凝土中度保水，无氯盐)。

3.2重混凝土的含硫(三氧化硫)试验

《混凝土结构耐久性设计规范(GB/T 50476—2008)》中参照《水质硫酸盐的测定重量法(GB/T 11899—1989)》的试验方法,对配重用重混凝土中的硫酸盐离子含量进行测试，结果是混凝土中硫酸盐离子为胶凝材料总量的1.2%，换算成三氧化硫为1.0%。

《混凝土结构耐久性设计规范(GB/T 50476—2008)》中规定：单位体积混凝土中三氧化硫的最大含量不应超过胶凝材料总量的4%,所以配重用重混凝土中三氧化硫含量满足标准要求。

3.3重混凝土的Cl-含量试验

根据《建筑结构检测技术标准(GB/T 50344—2004)》的试验方法，对配重用重混凝土中的Cl-含量进行测试，结果为0.016%。

《混凝土质量控制标准(GB 50164—2011)》规定了混凝土拌合物中水溶性氯离子最大含量(水泥用量的质量百分比)的要求：0.20%(潮湿但不含氯离子的环境,钢筋混凝土)。

根据混凝土配合比把“混凝土中氯离子含量的检测结果”换算成混凝土中氯离子含量占水泥质量的百分比，换算过程如下：

1)配重用重混凝土配合比见表1；

2)混凝土中氯离子含量检测结果：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%。

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

配重用重混凝土所处环境为潮湿而不含有氯离子环境，所以该配重用重混凝土中的氯离子含量符合

《混凝土质量控制标准(GB 50164—2011)》的要求。

3.4重混凝土的碱含量试验

根据《高性能混凝土应用技术规程(CECS 207∶2006)》的试验方法，对配重用重混凝土中的碱含量进行测试，结果为2.61 kg/m3。满足《混凝土结构耐久性设计规范(GB/T 50476—2008)》中“对骨料无活性但处于潮湿环境(相对湿度≥75%)条件下的混凝土结构构件，碱含量不超过3 kg/m3”的要求。

3.5重混凝土的Cl-扩散系数试验

根据《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法(GB/T 50082—2009)》，对配重用重混凝土进行Cl-扩散系数试验，结果见表3。

《混凝土结构耐久性设计规范(GB/T 50476—2008)》中抗氯离子侵入性指标见表4。

表3　重混凝土Cl-扩散系数试验结果

表4　混凝土抗氯离子侵入性指标

根据表4的分类情况，设计使用年限为50年，环境作用等级为D，氯离子扩散系数DRCM(28d龄期)的推荐指标为<10×10-12m2/s。配重用重混凝土所处最不利环境可位于Ⅱ-C(环境条件：严寒和寒冷，混凝土中度保水，无氯盐)。本次Cl-扩散系

数(28d龄期)的结果为2.85×10-12m2/s，满足推荐指标<10×10-12m2/s的要求，且电梯配重用重混凝土的环境作用等级低于推荐指标中的D，所以本次试验的结果满足《混凝土结构耐久性设计规范(GB/T50476—2008)》所推荐的混凝土抗氯离子侵入指标50年的要求。

3.6重混凝土的碳化性能试验

根据《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法(GB/T50082—2009)》，对配重用重混凝土试块进行碳化性能试验，重混凝土试块28d的碳化深度见表5和图1。

表5　配重用重混凝土(C35，28d龄期)的碳化结果

对比普通商品混凝土(C35)，所选普通商品混凝土的配合比见表6，用该配比配置普通混凝土，制作成混凝土试块然后进行碳化试验。它的试块28d的碳化深度见表7和图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龄期)的碳化结果

图1　配重用重混凝土(C35，28 d龄期)的碳化照片

图2　普通商品混凝土(C35，28 d龄期)的碳化照片

该配重用重混凝土28d的碳化结果为7.3mm，所选同强度等级的普通商品混凝土28d的碳化结果为26.4mm，是重混凝土的3.62倍。由此可见，该重混凝土试块28d的碳化深度远小于所选的同

强度等级的普通商品混凝土，说明该重混凝土的抗碳化性能较所选同强度等级的普通商品混凝土好，这也表明该重混凝土的抗碳化性能可满足电梯配重长期使用的要求。

4结语

1)重混凝土配合比设计是以达到设计密度为首要目标，所以选择合适的集料是配制重混凝土的关键。本次试验中选用赤铁矿为粗骨料，铁矿砂为主要的细骨料，成功配制成了密度要求达到2 910kg/m3的重混凝土。

2)结合重混凝土在电梯配重中的应用，参考普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法，对该重混凝土开展使用环境分析及相关耐久性能的试验研究，耐久性能试验内容包括：含硫(三氧化硫)、Cl-含量、碱含量、Cl-扩散系数试验和碳化试验，试验表明该重混凝土的耐久性能可满足电梯配重长期使用的要求。

参 考 文 献

[1]朱宏军，程海丽，姜德民.特种混凝土和新型混凝土[M].北京:化学工业出版社，2004.

[2]冯乃谦.实用混凝土大全[M].北京：科学出版社，2001.

[3]高育欣，吴海泳，林喜华，等.重晶石防辐射泵送混凝土的试验研究与工程应用[J].混凝土，2011(10)：90-92.

[4]张伟强.大体积防辐射泵送重混凝土在芜湖弋矶山医院工程中的应用[J].福建建筑，2009(12)：54-55.

[5]吴会阁，谌会芹，王晓中，等.重混凝土的研究与工程应用[J].混凝土，2011(11)：107-109.

收稿日期：2016-01-20

作者简介：程波(1975—)，男，浙江桐庐人，高级工程师，从事建筑材料研究、检测工作。

中图分类号：TU528

文献标志码：A

文章编号：1008-3707(2016)04-0052-04

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

CHENG Bo, ZHANG Shaoyuan