重晶石防輻射混凝土配合比的設計及應用

黃振凱 ，張瑞全

（1.濟南魯冠混凝土有限責任公司，濟南 250000；2.濟南市城建材料開發服務中心，濟南 250000）

1 引言

山東藍孚醫療科技公司輻照車間位于濟南市章丘圣井工業園內，工程主體結構形式為混合結構，設計使用年限為 50年，主體建筑為地上2層，建筑高度為 12.6m（算至女兒墻），總建筑面積為 2712.6m2。其1層頂板長度為 16mm，寬度為 5mm，厚度為 500mm，采用現澆泵送防輻射重晶石混凝土結構設計，混凝土強度等級為 C40。經過多次配合比設計及研究，并經模擬實驗，最終確定了此次工程用混凝土配比。

2 原材料

混凝土原材料主要包括以下幾種：

1）水泥：采用質量穩定貨源充足的萊鋼魯碧 P·O42.5 級水泥，其強度指標如表1所示。

表1 水泥強度指標

2）礦渣粉：采用濟南格潤生產的 S95 級礦渣粉，其性能指標如表2所示。

表2 S95 級礦渣粉性能指標

3）粉煤灰：采用萊蕪電廠生產的 F 類 II 級，其性能指標如表3所示。

表3 I I 級粉煤灰性能指標

4）細骨料：產地山東高密，為重晶石經破碎后篩分的機制砂，石粉量較高，級配符合 I 級技術要求。其性能指標如表4 所示。

表4 細骨料檢測指標

5）粗骨料：產地山東高密，為 5～20mm 連續級配重晶石，粒型級配均較好，符合 II 級技術要求，其性能指標如表5所示。

表5 粗骨料檢測指標

6）外加劑：采用濟南華新產 M17 緩凝型高效減水劑，其性能指標如表6所示。

表6 外加劑性能指標

3 配合比設計

本工程采用混凝土為 C40 防輻射重晶石混凝土，其設計重點為強度和混凝土密度。另外，由于重晶石細骨料的級配不佳，故其和易性也是必須解決的問題。

1）為了達到混凝土的密度要求，在先滿足混凝土和易性的前提下，盡可能降低低密度膠凝材料的用量，用以滿足混凝土的密度要求[1]。

2）因為本工程板厚 500mm，必須考慮混凝土收縮、溫差的不利影響，通過采用低水泥用量，摻入部分摻合料及使用緩凝型高效外加劑的方法，來控制混凝土的水化熱的釋放，以避免混凝土裂縫的出現。

3）由于骨料的密度大，坍落度對重晶石混凝土的影響遠遠大于普通混凝土，必須對混凝土的坍落度進行控制，既要防止坍落度過大造成骨料下沉形成離析，也要避免坍落度過小造成流動度變差影響泵送性能。

4）重晶石的壓碎指標值較大，具有強度低、脆性的特點，故其混凝土攪拌時間不宜過長，應控制其投料完成后的攪拌時間在 20～30s，時間過長，會使重晶石粗骨料碰撞產生石粉，造成石粉含量增加，影響混凝土性能[2]。

基于以上幾點設計要求，經過大量實驗驗證，確定混凝土水泥用量為 390kg/m3，出機坍落度控制在 190～210mm 內，即混凝土配合比2的各項性能指標均能滿足混凝土強度及施工要求。具體如表 7～表9所示。

表7 3種配合比設計kg/m3

表8 3種配合比的坍落度控制

表9 3種配合比的強度控制MPa

4 生產運輸

生產運輸的注意事項包括：（1）選定混凝土配合比2為生產用配合比，控制各原材料的計量準確有效，控制骨料計量誤差在±2%以內，其他材料計量誤差在±1%以內；（2）坍落度對晶石混凝土和易性的影響較大，在生產中控制混凝土的出機坍落度為（200±10）mm[3]；（3）生產及運輸中，因重晶石混凝土密度較大，在生產及運輸中，考慮設備、車輛的負載能力，均按普通混凝土容積的 70%進行攪拌及裝料；（4） 在運輸過程中，運輸車輛必須保證罐體勻速轉動，防止重晶石粗骨料下沉積淀。

5 澆筑養護

澆筑養護需要注意以下幾方面：（1）重晶石混凝土的自重大，要求模板及模板的支撐體系具有足夠的承載能力；（2）重晶石混凝土泵送前，應先檢查確認混凝土泵及泵管內無異物，且采用同水灰比的重晶石細骨料砂漿進行潤滑輸送管；（3）在重晶石混凝土輸送過程中，合理控制輸送泵功率、配管情況及輸出量，使混凝土能夠均勻、連續輸出；（4）因重晶石混凝土骨料密度大，入模后的振搗時間不宜過長，可使用小功率振動設備，振搗時間應比普通混凝土時間稍微短些，防止重晶石混凝土骨料下沉，漿體上浮；（5）重晶石混凝土終凝后，應立即進行覆蓋、保溫、保濕，養護時間不應少于 14d，以防止混凝土溫差、收縮裂縫的產生。

6 結語

山東藍孚醫療公司輻照車間采用了此配合比重晶石防輻射混凝土，經檢測實體未出現裂縫，其強度、密度、和易性均滿足設計要求，也滿足了工程的最終使用要求，為后續工程中此類混凝土的質量控制積累了寶貴的經驗。