无磁混凝土技术研究

孙小兰 唐林洋

（广东基础新世纪混凝土有限公司）

1 无磁混凝土原材料性能对比

1.1 水泥的选用及性能

关于水泥的各项指标，物理性质及水化热容易进行对比分析，而矿物掺合料的种类及各自对水泥磁感应强度的影响，又因不同类型水泥和不同掺入比例，有较大区别。

对广东地区某大型水泥厂家生产的各型水泥进行物理、化学性能和磁感应强度检测，得出数据对比如表1。

表1 各种水泥性能指标对比

经对比，最终选择了早期强度高、电磁强度低的PⅡ42.5 早强型水泥作为本次配合比研发的水泥型号。确定水泥型号后，需要对不同厂家的水泥进行进一步的对比。选择了广东地区市场使用率较高的几家水泥进行对比，最终选择了供应量大、质量稳定的英德生产的海螺牌42.5R 水泥作为本次试验研究的基准水泥。各项检测结果见表2。

1.2 掺合料的选用及性能

矿物掺合料作为胶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热，提高混凝土的工作性。常规矿物掺合料有硅粉、微珠粉、粉煤灰、矿渣粉及石粉等。本次试验，分别对这几种矿物掺合料进行了系统比对，结果见表3。

表2 水泥各项性能指标对比

表3 各类型掺合料性能指标对比

经对比分析，最终选定硅粉和微珠粉作为胶凝材料掺合料组分。

1.3 骨料选用及性能

在混凝土结构中，骨料组分占混凝土总体积的70%以上，其坚固性直接影响混凝土抗压强度，其矿物组成也将直接影响混凝土的电磁强度。混凝土骨料组分中，又分粗骨料（粒径为5～25mm）和细骨料（粒径为0.15～5mm）。

在粗骨料的选择中，广州地区主要以花岗岩为主。本地区所产花岗岩质地坚硬、风化层较少、含泥量低且粒型较为圆润，针片状少。本次试验首先就对厂区库存的花岗岩样品进行了电磁强度检测，经检测发现，1 号仓、3 号仓、6 号仓所堆放的花岗岩样品电磁强度分别为：175nT、64nT 和162nT，无法达到控制要求。求近不得，遂在华南地区遍寻石场，各项结果见表4。

表4 不同产地碎石性能指标对比

从表4 可以看出，根据混凝土用碎石标准要求，各样品的物理性能基本能满足本次设计强度要求,但只有惠州博罗石场一家的电磁强度满足控制要求。原因是地质形成过程中，岩层山脉在形成过程中会有不同的矿物质夹杂在其中，其中花岗岩的内部组分尤其复杂。本次确定的博罗石场在工程开展进货前的检验中，亦有数批次碎石电磁强度无法达到控制要求。经对比，最终决定选择博罗石场的碎石作为配合比设计的粗骨料。

细骨料的选择相对简单，目前市场所用的细骨料主要为天然砂。其主要组分为二氧化硅，直接抽取本公司2 号仓和4 号仓的砂样品，经检验，电磁强度都为0nT，满足控制要求。

1.4 水的选用

拌和用水应符合国家现行标准《混凝土拌和用水标准》(JGJ63)的要求。本试验使用饮用自来水。

1.5 外加剂的选择

沿用日常在用的聚羧酸系高性能减水剂作为本次研发用的外加剂。

2 无磁混凝土配合比试验研究

2.1 确定基准配合比

根据JGJ 55《混凝土配合比设计规程》中各项技术要求，结合本次设计对混凝土电磁强度的严格控制，将各类原材料进行胶凝材料体系调整、粗细骨料调整、水胶比调整，通过正交试验和测定混凝土和易性等试验手段，分别对无磁混凝土的电磁强度、混凝土抗压强度、和易性差别进行了多维度深层次对比。根据原材料性能参数，通过配合比设计规程计算，得出基准配合比见表5。

2.2 调整胶凝材料各组分

在基准配合比中，首先对胶凝材料组分进行调整，对比混凝土各项技术参数之间的差异。具体调整配方见表6。

表5 基准配合比信息

表6 胶凝材料调整后配方

只调整胶凝材料，混凝土水胶比和砂率不作调整，对调整后配方的各项数据经对比分析试验和检测，得出数据见表7。

从表7 可以看出，调整混凝土中胶凝材料组分比例后，混凝土的电磁强度值均符合控制要求，混凝土和易性表现基本良好，坍落度、扩展度和经时损失略有差异，但基本可控。

2.3 调整混凝土中粗细骨料比例（砂率）

表7 胶凝材料调整后混凝土性能

表8 调整砂石骨料后混凝土配方

取抗压强度最佳者为下一步砂石骨料调整参考数据，并作对比配方，见表8。

只调整砂石骨料比例，混凝土水胶比和容重不作调整，对调整后配方的各项数据经对比分析试验和检测，得出数据见表9。

表9 胶凝材料调整后混凝土性能

从表9 中可以看出，当混凝土砂率下调后，混凝土和易性迅速变差，强度降低明显，混凝土电磁强度超出控制值要求；当混凝土比较基准上调一个砂率之后，混凝土和易性得到改善，流动性和粘聚性均表现良好，混凝土28 天强度虽略有下降，但7 天强度达到了设计值的100%，与此同时，混凝土电磁强度控制在3nT。

2.4 确定最优配合比

经过综合对比分析，最终确定了本次研究最终配合比。见表10。

表10 最终配合比

此配合比和易性最佳，3 天强度达到了设计值的100%，电磁强度实测值也远低于控制指标。

3 结论

⑴此次研发的无磁混凝土在工程中已成功应用。主体结构部位经周密的设计和标准化的养护，所有水上水下结构经检测，未发现一条裂缝，混凝土表面气孔率底，镜面光整度高，混凝土试块3 天试压强度在50MPa 以上，28 天达64MPa 以上，混凝土实体结构回弹值全部合格。主体结构实体磁性检测结果全部在5nT 以下。完全达到了设计方的各项控制指标，工程方和业主方对此表示满意。

⑵无磁混凝土的技术研发过程中，矿物掺合料的选择是控制混凝土和易性和混凝土磁感应强度的一个非常重要的因素。硅粉和微珠粉的活性高，磁感应强度低，是配制无磁混凝土的优良掺合料，该掺合料同时还能改善混凝土的工作性能，提高混凝土的早期强度，改善混凝土的耐久性能。

⑶粗骨料的选择是无磁混凝土制备的一个难点。同是花岗岩，不同矿山的岩石矿物组分不同，同一矿山岩石不同的岩层，其磁感应强度也有较大的变化。在配制无磁混凝土时，一定要预先确定碎石的批次，并进行磁性检测。在确定磁性合格后，该批次碎石方可使用。