重混凝土配合比设计及应用

重混凝土配合比设计及应用

左洲明

左洲明

中铁二局第二工程有限公司四川成都610091

摘要：采用两种不同密度等级骨料进行配制4300kg/m3密度等级的混凝土，宜采用体积砂率，并按体积法进行配合比设计，计算配合比与实际配合比有很好的相关性。

关键词：重混凝土；配合比；体积砂率

1概述

工程中常见的水泥混凝土是指表观密度为2400~2500kg/m3的普通骨料混凝土，重混凝土是指利用重骨料且表观密度大于2600kg/m3的混凝土，由于其高密度性而广泛应用于国防建设中的原子能工业等防护领域，同时也作为结构配重使用。本文根据某CENTER工程AX厂房提供的混凝土工程技术规格书，结合普通混凝土配合比设计规程，对表观密度要求不小于4300kg/m3的重混凝土进行配合比设计。

在重混凝土中，重骨料密度与水泥胶结材料密度相差很大，一般可达到1.5倍以上，因此，所配制的混凝土与普通混凝土相比，更易出现离析现象，如何控制所配制的混凝土，既满足“重混”的要求，又满足混凝土均匀性的要求，是本文需要解决的两个关键环节。

2配合比设计

2.1重混凝土配合比技术规格书要求

2.2重混凝土配合比设计思路

1）重混凝土配制必须以达到设计密度为首要目标，所以要充分利用重骨料的大密度，提高在混凝土中的占比，以单方混凝土中最大能掺入量为准则，确保达到“重混”目标。

2）水泥的密度小于配制混凝土密度，在满足施工性能及配制强度的前提下尽量减少其用量，降低混凝土绝热温升，减小大体积混凝土产生温度裂缝的风险。

3）水的密度小，尽量选用较低用水量来降低水对配制混凝土密度的影响。

2.3重混凝土原材料相容性试验

外加剂与水泥和细骨料相容性试验。混凝土外加剂的相容性，不仅与水泥特征有关，还与混凝土的其他原材料如矿物掺和料、细骨料质量等以及配合比有关。本次试验中采用的减水剂实为工程中期配置密度为3600kg/m3重混凝土的减水剂，该中期配合比使用骨料均为赤铁矿，该减水剂针对赤铁矿砂有较好的适应性。由于AX厂房需要重新配置表观密度要求不小于4300kg/m3的重混凝土，理论计算采用原赤铁矿砂已不能满足设计要求，经过市场调查、理论计算及部分试验拟采用密度等级更大的铁砂作为细骨料。由于细骨料材质的变化，混凝土外加剂的相容性试验必须提前做。

相容性试验原则如下：

1）采用工程实际使用的聚羧酸高性能缓凝减水剂、峨胜水泥厂的P•O42.5R水泥、筛除大于5mm以上颗粒的铁砂。

2）砂浆配合比采用与工程实际配合比中去除粗骨料后的配合比，水胶比降低0.02，且总砂浆量不小于1L。

经过大量试验发现，采用原配方的减水剂，其砂浆扩展度经时损失（30min、60min）很大，已不能满足配合比技术要求。针对这种情况，邀请外加剂厂家技术人员进行减水剂配方改良，经过多次试验，最终确定配方及掺量。

2.4重混凝土原材料选择与试验

选择适宜的骨料是配置重混凝土的关键。通过对铁砂（密度6800~7200kg/m3）、赤铁矿砂（密度4400~4700kg/m3）、重晶石（密度4200~4500kg/m3）、磁铁矿（密度4400~4800kg/m3）、赤铁矿（密度4500~4900kg/m3）等多种矿料的比选，通过理论计算并结合其他因素，本次重混凝土采用的材料为铁砂、赤铁矿碎石，以及普通水泥、减水剂等。

1）水泥：优先选用密度较大、需水性较小的水泥。本次配制混凝土采用四川峨胜水泥厂的P•O42.5R水泥。标准稠度用水量：25.4%，初凝：135min，终凝：179min，密度：3120kg/m3，比表面积：367m2/kg。3d抗压强度25.4MPa，28d抗压强度45.9MPa。

2）粗骨料：优先选用密度大、级配好的骨料。本次配制混凝土采用上海龙核供应的赤铁矿碎石，采用5-10mm与10-20mm两级配掺配而成。具体性能指标见表2

3）细骨料：优先选用密度大、级配好的中砂。本次配制混凝土采用上海龙核供应铁砂。具体性能指标见表3。

4）减水剂：优先选用减水率较高、与水泥相容性较好的减水剂。本次配制混凝土采用江苏苏博特聚羧酸高性能缓凝减水剂，实测减水率37%，掺量1.5%，配合比设计时亦按实测值进行计算。

5）水：采用自来水。

2.5重混凝土配合比

从表2、表3可以看出，赤铁矿碎石与铁砂属于不同密度等级材料，通过大量试验，直接采用JGJ55-2011中的推荐砂率方法已不适宜。故本配合比中参照《轻骨料混凝土技术规程》中体积砂率概念，采用绝对体积法进行配合比计算。

2.5.1

从混凝土拌合物性能来看，无离析、泌水、板结等现象。从成型混凝土试件进行劈裂来看，混凝土均匀性较好。

2.5.3强度、抗渗性能验证

在满足工作性能的前提下进行强度及抗渗性能验证，直至满足要求为止，试验结果见表6。

表6试验结果

表干密度（kg/m3）28天强度（MPa）抗渗性能

3d28d7d28d

4320431037.845.6＞P8

2.5.4配合比校正

混凝土密度、工作性能、力学性能及耐久性能满足设计要求后，根据配合比调整后的混凝土拌合物表观密度进行配合比校正，确定最终重混凝土配合比。具体结果见表7。

表7选定的C35重混凝土配合比（密度4300kg/m3）

材料水泥赤铁矿碎石铁砂水减水剂

用量（kg/m3）340193719451385.100

重混凝土出机60min后湿表观密度为4360kg/m3，设计计算密度为4482kg/m3，两者密度差略大于2%，说明利用体积砂率概念，采用体积法计算配合比与实际配合比有较好的相关性。

3复现验证及模拟试验

室内配合比选定后，业主、监理及施工三方共同验证配合比。经现场拌和测试，该重混凝土配合比有良好的复现性，三方一致认为满足现场施工要求。

复现验证完成后，为确保重混凝土结构的密实性，在正式浇筑重混凝土前，施工方选择了一段最复杂的结构做模拟试验。通过模拟试验得出浇筑混凝土的措施可行，混凝土的密实性能够得到保证。

4工程实体应用及建议

某CENTER工程AX厂房从使用选定配合比进行施工以来，混凝土拌合物流动、包裹、保水均处于良好状态，现场施工顺畅。通过多批次混凝土标养试件及同条件试件强度的测试来看，强度均达到设计值的120%以上，混凝土表观密度均大于4300kg/m3。

根据现场施工控制来看，建议重混凝土施工做好以下几点：

1）原材料进场后必须加强检验，尤其是骨料的密度检测；

2）模板必须加固并验算，以承受重混凝土的荷载；

3）必须采用溜槽将混凝土注入模板，分层浇筑，每层厚度不大于0.3m；

4）必须采用高频率振捣器振捣，当混凝土表面出现翻浆时，必须立即停止振捣；

5）混凝土浇筑过程中必须注意校核密度，混凝土注入边长150cm的立方体试模，振捣方式同结构混凝土；

6）混凝土浇筑现场应进行专门检查，避免出现气泡、离析、低比重等缺陷。

5结束语

1）重混凝土配合比设计是以达到设计密度为首要目标，选择合适的骨料是配制重混凝土的关键。本次试验选用赤铁矿碎石、铁砂为骨料，成功的配制出了密度要求4300kg/m3以上的重混凝土；同时从实际施工情况及实体钻芯情况来看，混凝土匀质性良好。

2）本次试验按绝对体积法计算，其体积砂率为41%，如果换算为质量计算时结果为50%，其相互间偏差9%。在引用JGJ55-2011进行砂率查询时，将该规程中砂率默认为体积砂率进行引用时，较为适宜。

3）对于两种或两种以上不同密度等级骨料进行配合比设计时，宜采用体积砂率进行计算。

另外，在本配合比设计中，赤铁矿压碎值为3.2%，与《普通混凝土用砂、石质量检验方法标准》（JGJ52-2006）技术要求相比，显著偏低，由于该工程技术规格书未作规定，而实体混凝土强度远超设计，以及所提供材料有限，未对配合比进行进一步的优化。

参考文献

[1]混凝土工程技术规格书-生物防护用重混凝土，HB1001XX-G310

[2]《普通混凝土配合比设计规程》，JGJ55-2011

[3]《配重用重混凝土的配合比设计及耐久性能试验》，浙江建筑，第33卷，第4期

作者简介

左洲明（1983一）男，汉族，材料科学与工程专业，高级工程师，注册检测师，主要从事公司试验管理工作。