C30 石灰巖不發火混凝土的配制與性能研究

陳 儀

（四川國泰高新管廊產業投資有限公司，四川 瀘州 646000）

0 引言

普通混凝土受到摩擦和沖擊的作用下有可能產生火花，主要原因有：（1）采用的建筑材料硬度較大；（2）原材料或者雜質中含有金屬物質；（3）摩擦和沖擊的力度過大。如果該混凝土處于易燃易爆的環境中，比如加油站、化工廠、氣體廠等，在摩擦和沖擊時，極易產生靜電，可能導致爆炸、燃燒等安全事故，給人民群眾帶來較大的經濟損失。

不發火混凝土也叫做防爆混凝土。不發火混凝土材料及其制品在特定的條件下試驗（試驗方法按照《建筑地面工程施工質量驗收規范》（GB50209-2016）附錄A[1]進行），不會產生火花的特種混凝土。作為特種混凝土，性能要求特殊，甚至許多商砼站根本沒有聽說過，更別說大量生產。它在普通的商品混凝土市場當中運用并不普遍，但是在一些特殊要求的地區得到了廣泛運用，特別是在化工、軍工、石油、加油站、酒廠、紡織等行業當中。《建筑設計防火規范》（GB50016-2014）規定，“散發較空氣重的可燃氣體、可燃氣的甲類廠房，以及有粉塵、纖維爆炸危險的乙類廠房，應采用不發火花的地面”[2]。

1 概述

目前經過大量的研究，不發火材料應采用質軟的原材料，其主要成分是CaCO3，而目前滿足該要求且使用較多的是白云石和石灰巖[3]。白云石主要產地在我國北方地區，針對川南地區，如果從北方采購白云石，成本太高，不經濟，那么只有采用石灰巖進行生產配制。目前采用石灰巖生產不發火混凝的研究較少，為降低生產成本，本文的研究結合川南地區現有材料，采用不同來源的石灰巖進行篩選后，進行C30 不發火混凝土的配制與性能研究，并將該不發火混凝土運用于實際酒廠等有特殊要求的地面項目，具有較大的經濟效益。

2 試驗原材料

2.1 水泥

試驗采用重慶華新參天水泥有限公司生產的P·O42.5R 水泥，其物理力學性能如表1 所示。

表1 水泥的物理力學性能

2.2 粉煤灰

采用習水電廠粉煤灰開發有限公司生產的Ⅱ級粉煤灰，其性能如表2 所示。

表2 粉煤灰的物理力學性能（%）

2.3 粗骨料

川南地區各處來源的石灰石存在夾泥較多、雜質較多、石灰巖純度較低等現象，經過篩選擬采用習水鑫三元建材有限公司生產的5～20mm 連續級配的石灰巖碎石。

2.4 外加劑

采用重慶石博士新材料有限公司生產的聚羧酸高性能減水劑，密度1.034g/cm3，PH 值6.0，含固量10.6%，總堿含量2%，氯離子含量0.003%。

2.5 細骨料

由石灰巖采用大塊粗骨料破碎而成，來源和粗骨料存在相同的情況，經過篩選也擬采用由習水鑫三元建材有限公司生產的機制砂（中砂）。細砂采用瀘州市玉馬河建材有限公司開采的天然河砂。

2.6 拌合水和養護水。

混凝土拌合用水、養護用水均采用自來水，滿足相關規范要求。

3 配合比設計與試驗方法

3.1 混凝土配合比設計

基準配合比采用四川恒固建設工程檢測有限公司出具的機制砂C30 混凝土配合比，如表3 所示。

表3 C30 混凝土基準配合比（kg/m3）

依據基準配合比，針對不同水泥和細砂摻量進行配合比設計，如表4 所示。

表4 C30 混凝土試驗配合比（kg/m3）

3.2 不發火性檢驗方法

按照《建筑地面工程施工質量驗收規范》（GB50209-2016）附錄A[1]的試驗方法進行砂輪、粗骨料和粉狀骨料進行不發火性試驗。砂輪檢查時，砂輪的轉速應控制在600～1 000r/min，用工具鋼、石英巖或含有石英巖的混凝土等能發生火花的試件在旋轉的砂輪上進行摩擦，摩擦時應施加10～20N 的壓力，如果發生清晰的火花，則該砂輪即認為是合格的，可用于不發火（防爆）建筑地面材料及其制品不發火性的試驗。骨料檢查時，砂輪的轉速應控制在600～1 000r/min，將試件的任意部分接觸旋轉的砂輪并施加10～20N 的壓力后，仔細觀察試件與砂輪摩擦的地方有無火花發生。試驗需要持續到每個試件被磨掉不小于20g 后才能停止。如在試驗過程中沒有發現任何瞬時的火花，可以判定該材料為不發火材料。

4 試驗結果

4.1 砂輪不發火性

采用螺紋鋼在旋轉的砂輪上進行摩擦，本次試驗砂輪轉速取650r/min，施加10～20N 的壓力，在完全黑暗的試驗室房間內進行。本次試驗結果可看見產生了明顯的火花，則認為該砂輪是合格的，可用于不發火材料的檢驗。

4.2 粗骨料的不發火性

將大塊石灰巖碎石破碎制作成50～250g（準確度達到1g）的粗骨料，不少于50 個，任選10 個試件置于暗黑的房間內進行不發火性試驗，本次試驗砂輪轉速取650r/min，施加10～20N 的壓力。試驗結果如表5 所示，由表可知采用石灰巖作為粗骨料是可行的。

表5 粗骨料檢測結果

4.3 細骨料的不發火性

將細骨料按照表6 的配合比制成砂漿塊，50～250g（準確度達到1g），不少于50 個，任選10 個試件置于暗黑的房間內進行不發火性試驗，本試驗砂輪轉速取650r/min，施加10～20N 的壓力。

表6 M10 砂漿配合比（kg/m3）

試驗結果如表7 所示，由表7 可知采用機制砂作為細骨料是可行的，而全部采用細砂作為細骨料是不行的。

表7 細骨料檢測結果

4.4 C30 不發火混凝土性能

不同配合比的混凝土相關試驗結果，如表8 所示，不發火性同粗細骨料的方法，取10 個滿足要求的試塊進行試驗（若重量不滿足要求，則采用切割機進行切割，使其滿足規范要求）。

表8 C30 混凝土試驗結果

由表8 可知，B3、B4、C3 和C4 滿足不發火性能要求，但是B4 和C4 和易性較差，施工泵送較為困難，主要原因是機制砂棱角較多，粘聚力較大，導致混凝土流動困難；同時砂的粗細程度難以控制，本次試驗雖采用中砂，但整體偏粗，細骨料填隙較少，導致泵送性能不好。其他配合比的試塊，都存在發火現象，主要原因是河砂當中含有磁性礦物和石英，磁性礦物摩擦容易產生火花，石英硬度較高，摩擦也容易產生火花。

B3 和C3 當中也含有部分河砂，但未出現火花，原因是在容重2 403kg 的混凝土當中，河砂含量較少，對火花的產生影響甚微，但它作為填充材料，增大了混凝土的流動性；雖然試驗中未出現火花，但是應當從改善機制砂出發，使用級配合理的中砂，盡量避免使用河砂，減少發火的概率。

隨著機制砂的增加，混凝土的強度在不斷增加，說明了機制砂中的石粉對混凝土強度的增長具有一定的積極作用。主要原因是，石粉中碳酸鈣可以促進硅酸三鈣水化，而水泥當中存在大量硅酸三鈣，它其主要成分之一，水泥水化越充分，混凝土強度得到了提高[4]。利用這個積極效果，可以適當降低水泥的用量，從而降低生產成本。因此，在實際生產當中，可采用C 組的水泥用量，在目前的原材料情況下，可選擇C3 的配合比。

5 結論

（1）石灰巖可以作為粗細骨料配制不發火混凝土；全部或者一定量的河砂不可作為不發火混凝土原材料。

（2）石灰巖破碎而成的機制砂，棱角較多，如果級配不當，配制而成的混凝土和易性較差，在原材料選擇上，機制砂要求較高，應當選擇級配優良的中砂，并盡量不使用河砂，減少發火的概率。

（3）石灰巖機制砂當中的石粉對混凝土強度的增長具有一定的積極作用，可利用這個規律，適當降低水泥的用量，從而降低生產成本。