C30 石灰?guī)r不發(fā)火混凝土的配制與性能研究

陳 儀

（四川國(guó)泰高新管廊產(chǎn)業(yè)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(chǎn)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(zhì)中含有金屬物質(zhì)；（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(huán)境中，比如加油站、化工廠、氣體廠等，在摩擦和沖擊時(shí)，極易產(chǎn)生靜電，可能導(dǎo)致爆炸、燃燒等安全事故，給人民群眾帶來較大的經(jīng)濟(jì)損失。

不發(fā)火混凝土也叫做防爆混凝土。不發(fā)火混凝土材料及其制品在特定的條件下試驗(yàn)（試驗(yàn)方法按照《建筑地面工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB50209-2016）附錄A[1]進(jìn)行），不會(huì)產(chǎn)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(chǎn)。它在普通的商品混凝土市場(chǎng)當(dāng)中運(yùn)用并不普遍，但是在一些特殊要求的地區(qū)得到了廣泛運(yùn)用，特別是在化工、軍工、石油、加油站、酒廠、紡織等行業(yè)當(dāng)中。《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB50016-2014）規(guī)定，“散發(fā)較空氣重的可燃?xì)怏w、可燃?xì)獾募最悘S房，以及有粉塵、纖維爆炸危險(xiǎn)的乙類廠房，應(yīng)采用不發(fā)火花的地面”[2]。

1 概述

目前經(jīng)過大量的研究，不發(fā)火材料應(yīng)采用質(zhì)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?guī)r[3]。白云石主要產(chǎn)地在我國(guó)北方地區(qū)，針對(duì)川南地區(qū)，如果從北方采購(gòu)白云石，成本太高，不經(jīng)濟(jì)，那么只有采用石灰?guī)r進(jìn)行生產(chǎn)配制。目前采用石灰?guī)r生產(chǎn)不發(fā)火混凝的研究較少，為降低生產(chǎn)成本，本文的研究結(jié)合川南地區(qū)現(xiàn)有材料，采用不同來源的石灰?guī)r進(jìn)行篩選后，進(jìn)行C30 不發(fā)火混凝土的配制與性能研究，并將該不發(fā)火混凝土運(yùn)用于實(shí)際酒廠等有特殊要求的地面項(xiàng)目，具有較大的經(jīng)濟(jì)效益。

2 試驗(yàn)原材料

2.1 水泥

試驗(yàn)采用重慶華新參天水泥有限公司生產(chǎn)的P·O42.5R 水泥，其物理力學(xué)性能如表1 所示。

表1 水泥的物理力學(xué)性能

2.2 粉煤灰

采用習(xí)水電廠粉煤灰開發(fā)有限公司生產(chǎn)的Ⅱ級(jí)粉煤灰，其性能如表2 所示。

表2 粉煤灰的物理力學(xué)性能（%）

2.3 粗骨料

川南地區(qū)各處來源的石灰石存在夾泥較多、雜質(zhì)較多、石灰?guī)r純度較低等現(xiàn)象，經(jīng)過篩選擬采用習(xí)水鑫三元建材有限公司生產(chǎn)的5～20mm 連續(xù)級(jí)配的石灰?guī)r碎石。

2.4 外加劑

采用重慶石博士新材料有限公司生產(chǎn)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(xì)骨料

由石灰?guī)r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(jīng)過篩選也擬采用由習(xí)水鑫三元建材有限公司生產(chǎn)的機(jī)制砂（中砂）。細(xì)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(yǎng)護(hù)水。

混凝土拌合用水、養(yǎng)護(hù)用水均采用自來水，滿足相關(guān)規(guī)范要求。

3 配合比設(shè)計(jì)與試驗(yàn)方法

3.1 混凝土配合比設(shè)計(jì)

基準(zhǔn)配合比采用四川恒固建設(shè)工程檢測(cè)有限公司出具的機(jī)制砂C30 混凝土配合比，如表3 所示。

表3 C30 混凝土基準(zhǔn)配合比（kg/m3）

依據(jù)基準(zhǔn)配合比，針對(duì)不同水泥和細(xì)砂摻量進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，如表4 所示。

表4 C30 混凝土試驗(yàn)配合比（kg/m3）

3.2 不發(fā)火性檢驗(yàn)方法

按照《建筑地面工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB50209-2016）附錄A[1]的試驗(yàn)方法進(jìn)行砂輪、粗骨料和粉狀骨料進(jìn)行不發(fā)火性試驗(yàn)。砂輪檢查時(shí)，砂輪的轉(zhuǎn)速應(yīng)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(fā)生火花的試件在旋轉(zhuǎn)的砂輪上進(jìn)行摩擦，摩擦?xí)r應(yīng)施加10～20N 的壓力，如果發(fā)生清晰的火花，則該砂輪即認(rèn)為是合格的，可用于不發(fā)火（防爆）建筑地面材料及其制品不發(fā)火性的試驗(yàn)。骨料檢查時(shí)，砂輪的轉(zhuǎn)速應(yīng)控制在600～1 000r/min，將試件的任意部分接觸旋轉(zhuǎn)的砂輪并施加10～20N 的壓力后，仔細(xì)觀察試件與砂輪摩擦的地方有無火花發(fā)生。試驗(yàn)需要持續(xù)到每個(gè)試件被磨掉不小于20g 后才能停止。如在試驗(yàn)過程中沒有發(fā)現(xiàn)任何瞬時(shí)的火花，可以判定該材料為不發(fā)火材料。

4 試驗(yàn)結(jié)果

4.1 砂輪不發(fā)火性

采用螺紋鋼在旋轉(zhuǎn)的砂輪上進(jìn)行摩擦，本次試驗(yàn)砂輪轉(zhuǎn)速取650r/min，施加10～20N 的壓力，在完全黑暗的試驗(yàn)室房間內(nèi)進(jìn)行。本次試驗(yàn)結(jié)果可看見產(chǎn)生了明顯的火花，則認(rèn)為該砂輪是合格的，可用于不發(fā)火材料的檢驗(yàn)。

4.2 粗骨料的不發(fā)火性

將大塊石灰?guī)r碎石破碎制作成50～250g（準(zhǔn)確度達(dá)到1g）的粗骨料，不少于50 個(gè)，任選10 個(gè)試件置于暗黑的房間內(nèi)進(jìn)行不發(fā)火性試驗(yàn)，本次試驗(yàn)砂輪轉(zhuǎn)速取650r/min，施加10～20N 的壓力。試驗(yàn)結(jié)果如表5 所示，由表可知采用石灰?guī)r作為粗骨料是可行的。

表5 粗骨料檢測(cè)結(jié)果

4.3 細(xì)骨料的不發(fā)火性

將細(xì)骨料按照表6 的配合比制成砂漿塊，50～250g（準(zhǔn)確度達(dá)到1g），不少于50 個(gè)，任選10 個(gè)試件置于暗黑的房間內(nèi)進(jìn)行不發(fā)火性試驗(yàn)，本試驗(yàn)砂輪轉(zhuǎn)速取650r/min，施加10～20N 的壓力。

表6 M10 砂漿配合比（kg/m3）

試驗(yàn)結(jié)果如表7 所示，由表7 可知采用機(jī)制砂作為細(xì)骨料是可行的，而全部采用細(xì)砂作為細(xì)骨料是不行的。

表7 細(xì)骨料檢測(cè)結(jié)果

4.4 C30 不發(fā)火混凝土性能

不同配合比的混凝土相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果，如表8 所示，不發(fā)火性同粗細(xì)骨料的方法，取10 個(gè)滿足要求的試塊進(jìn)行試驗(yàn)（若重量不滿足要求，則采用切割機(jī)進(jìn)行切割，使其滿足規(guī)范要求）。

表8 C30 混凝土試驗(yàn)結(jié)果

由表8 可知，B3、B4、C3 和C4 滿足不發(fā)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(jī)制砂棱角較多，粘聚力較大，導(dǎo)致混凝土流動(dòng)困難；同時(shí)砂的粗細(xì)程度難以控制，本次試驗(yàn)雖采用中砂，但整體偏粗，細(xì)骨料填隙較少，導(dǎo)致泵送性能不好。其他配合比的試塊，都存在發(fā)火現(xiàn)象，主要原因是河砂當(dāng)中含有磁性礦物和石英，磁性礦物摩擦容易產(chǎn)生火花，石英硬度較高，摩擦也容易產(chǎn)生火花。

B3 和C3 當(dāng)中也含有部分河砂，但未出現(xiàn)火花，原因是在容重2 403kg 的混凝土當(dāng)中，河砂含量較少，對(duì)火花的產(chǎn)生影響甚微，但它作為填充材料，增大了混凝土的流動(dòng)性；雖然試驗(yàn)中未出現(xiàn)火花，但是應(yīng)當(dāng)從改善機(jī)制砂出發(fā)，使用級(jí)配合理的中砂，盡量避免使用河砂，減少發(fā)火的概率。

隨著機(jī)制砂的增加，混凝土的強(qiáng)度在不斷增加，說明了機(jī)制砂中的石粉對(duì)混凝土強(qiáng)度的增長(zhǎng)具有一定的積極作用。主要原因是，石粉中碳酸鈣可以促進(jìn)硅酸三鈣水化，而水泥當(dāng)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(qiáng)度得到了提高[4]。利用這個(gè)積極效果，可以適當(dāng)降低水泥的用量，從而降低生產(chǎn)成本。因此，在實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)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(jié)論

（1）石灰?guī)r可以作為粗細(xì)骨料配制不發(fā)火混凝土；全部或者一定量的河砂不可作為不發(fā)火混凝土原材料。

（2）石灰?guī)r破碎而成的機(jī)制砂，棱角較多，如果級(jí)配不當(dāng)，配制而成的混凝土和易性較差，在原材料選擇上，機(jī)制砂要求較高，應(yīng)當(dāng)選擇級(jí)配優(yōu)良的中砂，并盡量不使用河砂，減少發(fā)火的概率。

（3）石灰?guī)r機(jī)制砂當(dāng)中的石粉對(duì)混凝土強(qiáng)度的增長(zhǎng)具有一定的積極作用，可利用這個(gè)規(guī)律，適當(dāng)降低水泥的用量，從而降低生產(chǎn)成本。