重晶石混凝土在橋梁中的應用

張大強

(駐馬店市衡達公路測試科研咨詢有限公司，河南 駐馬店463000)

重晶石混凝土是一種新型混凝土，其骨料主要為重晶石，重晶石的主要化學成分為硫酸鋇（BaSO4），它具有自身密度大、硬度低的特點，它的化學性質(zhì)穩(wěn)定，無磁性和無毒性，具有吸收X射線和γ射線的性能，最近幾年主要應用在醫(yī)院的防輻射隔離墻體和重型機械的配重。我是在襄陽漢江三橋接觸到的重晶石混凝土，工地主要目的是為防止主梁通車后產(chǎn)生的沉陷，提前給主梁施加一個力，使其產(chǎn)生一定量的撓度，經(jīng)過設計院計算，業(yè)主單位考慮后，給主梁提前配重。要求配重為密度不小于3500kg/m3、強度為C20的混凝土。

我試驗室接到任務后，先后考慮鐵砂混凝土和重晶石混凝土，查閱相關資料，鐵砂混凝土有成熟的經(jīng)驗，重晶石混凝土密度大多在2800～3800kg/m3，通過試驗認證，鐵砂混凝土很容易達到設計要求，但是其成本太高；重晶石混凝土也能達到設計要求，缺點是施工中注意事項多，稍有偏差就有混凝土密度達不到要求的現(xiàn)象。經(jīng)過項目部考慮并報業(yè)主單位和監(jiān)理單位批復，確定加強施工現(xiàn)場管控，采用重晶石混凝土進行配重。我就在試驗室配制重晶石混凝土的心得寫出來，供大家參考。

首先確定重晶石和晶石砂的料源，經(jīng)過物資部聯(lián)系，在鄖西羊尾鎮(zhèn)考察重晶石及晶石砂，并采集樣品帶回試驗室試驗，其主要性能指標如表1、表2。

表2 鄖西羊尾重晶石砂試驗結(jié)果

經(jīng)過檢測，重晶石的壓碎值指標偏大、晶石砂的細度偏小，其余各項指標均符合橋梁施工規(guī)范，考慮到主要是配重需要，其表觀密度能達到要求即可。考慮施工方便、節(jié)約成本、原材料就近使用的原則，決定利用拌合站現(xiàn)有襄陽華新堡壘P·O42.5水泥，襄陽電廠天健公司產(chǎn)I級粉煤灰，武漢格瑞林SP010—R聚羧酸鹽高性能減水劑。各種材料性能如表3、表 4、表5。

表3 華新堡壘牌水泥P·O42.5試驗結(jié)果

表4 襄陽電廠天健公司I級粉煤灰試驗結(jié)果

表5 武漢格瑞林SP010-R聚羧酸高性能減水劑試驗結(jié)果

確定材料后，進行配合比計算和試配工作：

1）確定混凝土試配強度：已知強度標準值fcu,k=20MPa,取標準差σ=4MPa，所以試配強度 fcu,o=fcu,k+1.645σ=20+1.645×4=26.6MPa。

2）確定水膠比（w/c）：已知試配強度fcu,o=26.6MPa，水泥強度 fce=rc×fcek=1.05×42.5=44.6MPa （式中：fcek為水泥標號的標準值，rc為水泥標號標準值的富裕系數(shù)）。查回歸系數(shù)得：aa=0.46，ab=0.07，由此計算 w/c=（aa×fce）/（fcu.o+aa×ab×fce）=（0.46×44.6）/（26.6+0.46×0.07×44.6）=0.73，考慮到為改善工作性能摻加一定量的粉煤灰，根據(jù)試配結(jié)果，本試驗室水膠比采用0.47。

3）確定初步單位用水量：根據(jù)以前試配結(jié)果和施工經(jīng)驗確定每立方砼用水量 mw0，=175kg。

4）確定砂率：查表及規(guī)范規(guī)定基礎上，根據(jù)施工經(jīng)驗和實際選βs=37%。

5） 確定每立方混凝土膠凝材料用量：mc0=mw0/（w/c）=175/0.47=375kg，粉煤灰摻量按膠凝材料用量的15%計算，則水泥用量為320kg，粉煤灰用量為55kg。

6）外加劑摻量：根據(jù)試配確定為膠凝材料的1.2%。

7）計算每立方混凝土各種材料用量：采用質(zhì)量法

已知 mw0=175kg，mc0=375kg。

由公式1和公式2計算得出：ms0=1106kg，mg0=1884kg。

按質(zhì)量法計算得初步配合比：

水泥：粉煤灰：晶石砂：晶石：水：外加劑：

320 ： 55 ： 1106 ：1884：175：4.50

8）調(diào)整工作性，確定基準配合比

根據(jù)初步配合比稱料試拌，測得拌合物坍落度205mm，密度為3510kg/m3且和易性好，無離析。以此配合比為基準配合比。

在基準配比基礎上，水膠比上下各調(diào)整0.05，砂率和粉煤灰摻量適當調(diào)整，分別制取混凝土試件，觀察工作性能良好，滿足坍落度要求，其中水膠比為0.52和0.42的混凝土密度均為3480kg/m3。

三組配合比試驗數(shù)據(jù)如表6。

表6

根據(jù)試驗結(jié)果結(jié)合項目的配制要求和現(xiàn)場施工需要，我試驗室選定水膠比為0.47的配合比為理論配合比。經(jīng)過現(xiàn)場生產(chǎn)拌制，檢驗后，其密度在3490～3520kg/m3上下浮動，均符合設計要求。

施工中應注意的要點：

1）因為重晶石混凝土自身密度大，所以在拌合混凝土時應考慮拌合設備的荷載能力，每盤材料用量按照普通混凝土的60%左右計量，運輸車輛也同樣運輸平時運輸方量的60%左右；

2）重晶石混凝土由混凝土運輸車運至施工現(xiàn)場，卸料前攪拌運輸車高速旋轉(zhuǎn)1min以上，卸下少許重晶石混凝土檢查是否有離析現(xiàn)象，如果有離析現(xiàn)象，則運輸車高速旋轉(zhuǎn)時間延長，無離析可進行卸料澆筑，輸送泵宜連續(xù)緩慢均勻輸送重晶石混凝土；

3）模板支護宜比正常支護的間距短，模板支架立桿間距宜控制在30～40cm之間，以免發(fā)生跑模、垮?，F(xiàn)象；

4）每層澆筑厚度不大于40cm，不得過度振搗，避免粗骨料下沉，以免在澆筑過程中產(chǎn)生離析現(xiàn)象。

5）澆筑完成后，要及時保濕養(yǎng)生，且養(yǎng)護期不少于7天，確保重晶石混凝土的后期強度，避免產(chǎn)生表面的收縮裂縫。