無磁混凝土技術(shù)研究

孫小蘭 唐林洋

（廣東基礎(chǔ)新世紀(jì)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(guān)于水泥的各項(xiàng)指標(biāo)，物理性質(zhì)及水化熱容易進(jìn)行對比分析，而礦物摻合料的種類及各自對水泥磁感應(yīng)強(qiáng)度的影響，又因不同類型水泥和不同摻入比例，有較大區(qū)別。

對廣東地區(qū)某大型水泥廠家生產(chǎn)的各型水泥進(jìn)行物理、化學(xué)性能和磁感應(yīng)強(qiáng)度檢測，得出數(shù)據(jù)對比如表1。

表1 各種水泥性能指標(biāo)對比

經(jīng)對比，最終選擇了早期強(qiáng)度高、電磁強(qiáng)度低的PⅡ42.5 早強(qiáng)型水泥作為本次配合比研發(fā)的水泥型號。確定水泥型號后，需要對不同廠家的水泥進(jìn)行進(jìn)一步的對比。選擇了廣東地區(qū)市場使用率較高的幾家水泥進(jìn)行對比，最終選擇了供應(yīng)量大、質(zhì)量穩(wěn)定的英德生產(chǎn)的海螺牌42.5R 水泥作為本次試驗(yàn)研究的基準(zhǔn)水泥。各項(xiàng)檢測結(jié)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(guī)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(yàn)，分別對這幾種礦物摻合料進(jìn)行了系統(tǒng)比對，結(jié)果見表3。

表2 水泥各項(xiàng)性能指標(biāo)對比

表3 各類型摻合料性能指標(biāo)對比

經(jīng)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(jié)構(gòu)中，骨料組分占混凝土總體積的70%以上，其堅(jiān)固性直接影響混凝土抗壓強(qiáng)度，其礦物組成也將直接影響混凝土的電磁強(qiáng)度。混凝土骨料組分中，又分粗骨料（粒徑為5～25mm）和細(xì)骨料（粒徑為0.15～5mm）。

在粗骨料的選擇中，廣州地區(qū)主要以花崗巖為主。本地區(qū)所產(chǎn)花崗巖質(zhì)地堅(jiān)硬、風(fēng)化層較少、含泥量低且粒型較為圓潤，針片狀少。本次試驗(yàn)首先就對廠區(qū)庫存的花崗巖樣品進(jìn)行了電磁強(qiáng)度檢測，經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)，1 號倉、3 號倉、6 號倉所堆放的花崗巖樣品電磁強(qiáng)度分別為：175nT、64nT 和162nT，無法達(dá)到控制要求。求近不得，遂在華南地區(qū)遍尋石場，各項(xiàng)結(jié)果見表4。

表4 不同產(chǎn)地碎石性能指標(biāo)對比

從表4 可以看出，根據(jù)混凝土用碎石標(biāo)準(zhǔn)要求，各樣品的物理性能基本能滿足本次設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求,但只有惠州博羅石場一家的電磁強(qiáng)度滿足控制要求。原因是地質(zhì)形成過程中，巖層山脈在形成過程中會(huì)有不同的礦物質(zhì)夾雜在其中，其中花崗巖的內(nèi)部組分尤其復(fù)雜。本次確定的博羅石場在工程開展進(jìn)貨前的檢驗(yàn)中，亦有數(shù)批次碎石電磁強(qiáng)度無法達(dá)到控制要求。經(jīng)對比，最終決定選擇博羅石場的碎石作為配合比設(shè)計(jì)的粗骨料。

細(xì)骨料的選擇相對簡單，目前市場所用的細(xì)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(jīng)檢驗(yàn)，電磁強(qiáng)度都為0nT，滿足控制要求。

1.4 水的選用

拌和用水應(yīng)符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《混凝土拌和用水標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ63)的要求。本試驗(yàn)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(fā)用的外加劑。

2 無磁混凝土配合比試驗(yàn)研究

2.1 確定基準(zhǔn)配合比

根據(jù)JGJ 55《混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》中各項(xiàng)技術(shù)要求，結(jié)合本次設(shè)計(jì)對混凝土電磁強(qiáng)度的嚴(yán)格控制，將各類原材料進(jìn)行膠凝材料體系調(diào)整、粗細(xì)骨料調(diào)整、水膠比調(diào)整，通過正交試驗(yàn)和測定混凝土和易性等試驗(yàn)手段，分別對無磁混凝土的電磁強(qiáng)度、混凝土抗壓強(qiáng)度、和易性差別進(jìn)行了多維度深層次對比。根據(jù)原材料性能參數(shù)，通過配合比設(shè)計(jì)規(guī)程計(jì)算，得出基準(zhǔn)配合比見表5。

2.2 調(diào)整膠凝材料各組分

在基準(zhǔn)配合比中，首先對膠凝材料組分進(jìn)行調(diào)整，對比混凝土各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)之間的差異。具體調(diào)整配方見表6。

表5 基準(zhǔn)配合比信息

表6 膠凝材料調(diào)整后配方

只調(diào)整膠凝材料，混凝土水膠比和砂率不作調(diào)整，對調(diào)整后配方的各項(xiàng)數(shù)據(jù)經(jīng)對比分析試驗(yàn)和檢測，得出數(shù)據(jù)見表7。

從表7 可以看出，調(diào)整混凝土中膠凝材料組分比例后，混凝土的電磁強(qiáng)度值均符合控制要求，混凝土和易性表現(xiàn)基本良好，坍落度、擴(kuò)展度和經(jīng)時(shí)損失略有差異，但基本可控。

2.3 調(diào)整混凝土中粗細(xì)骨料比例（砂率）

表7 膠凝材料調(diào)整后混凝土性能

表8 調(diào)整砂石骨料后混凝土配方

取抗壓強(qiáng)度最佳者為下一步砂石骨料調(diào)整參考數(shù)據(jù)，并作對比配方，見表8。

只調(diào)整砂石骨料比例，混凝土水膠比和容重不作調(diào)整，對調(diào)整后配方的各項(xiàng)數(shù)據(jù)經(jīng)對比分析試驗(yàn)和檢測，得出數(shù)據(jù)見表9。

表9 膠凝材料調(diào)整后混凝土性能

從表9 中可以看出，當(dāng)混凝土砂率下調(diào)后，混凝土和易性迅速變差，強(qiáng)度降低明顯，混凝土電磁強(qiáng)度超出控制值要求；當(dāng)混凝土比較基準(zhǔn)上調(diào)一個(gè)砂率之后，混凝土和易性得到改善，流動(dòng)性和粘聚性均表現(xiàn)良好，混凝土28 天強(qiáng)度雖略有下降，但7 天強(qiáng)度達(dá)到了設(shè)計(jì)值的100%，與此同時(shí)，混凝土電磁強(qiáng)度控制在3nT。

2.4 確定最優(yōu)配合比

經(jīng)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(qiáng)度達(dá)到了設(shè)計(jì)值的100%，電磁強(qiáng)度實(shí)測值也遠(yuǎn)低于控制指標(biāo)。

3 結(jié)論

⑴此次研發(fā)的無磁混凝土在工程中已成功應(yīng)用。主體結(jié)構(gòu)部位經(jīng)周密的設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)化的養(yǎng)護(hù)，所有水上水下結(jié)構(gòu)經(jīng)檢測，未發(fā)現(xiàn)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(qiáng)度在50MPa 以上，28 天達(dá)64MPa 以上，混凝土實(shí)體結(jié)構(gòu)回彈值全部合格。主體結(jié)構(gòu)實(shí)體磁性檢測結(jié)果全部在5nT 以下。完全達(dá)到了設(shè)計(jì)方的各項(xiàng)控制指標(biāo)，工程方和業(yè)主方對此表示滿意。

⑵無磁混凝土的技術(shù)研發(fā)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(yīng)強(qiáng)度的一個(gè)非常重要的因素。硅粉和微珠粉的活性高，磁感應(yīng)強(qiáng)度低，是配制無磁混凝土的優(yōu)良摻合料，該摻合料同時(shí)還能改善混凝土的工作性能，提高混凝土的早期強(qiáng)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(gè)難點(diǎn)。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(yīng)強(qiáng)度也有較大的變化。在配制無磁混凝土?xí)r，一定要預(yù)先確定碎石的批次，并進(jìn)行磁性檢測。在確定磁性合格后，該批次碎石方可使用。