高强铁砂配重混凝土研究

摘要：本文通过设计研究，以体积计算法和多组分混凝土强度理论作为设计计算依据，介绍了采用铁砂作为重集料进行配制桥梁用配重混凝土的思路，配制出了满足桥梁用的高强配重混凝土，解决了桥梁配重混凝土技术难题。

关键词：配重混凝土

1、工程概况

鹿山大桥位于富春江第一大桥和中埠大桥之间，是富阳市鹿山分区和春江分区之间跨越富春江，实现两区连接的重要的城市桥梁，设计使用寿命100年。其中该桥主桥为双塔中央索面预应力混凝土箱梁斜拉桥，全长492m，跨度组成为(118+256+118)m，主梁边跨箱室内压重采用铁砂混凝土配重解决主塔的偏载平衡，设计要求C50，配重≥3000kg／m3，属于高强重混凝土。

2、设计原则

重混凝土是指干表观密度大于2600kg／m3的混凝土，多用于结构配重和防护。配制重混凝土必须以达到设计容重为首要目标，同时兼顾混凝土强度和和易性：

1)重混凝土中集料的表观密度对重混凝土的容重影响最大，而采用常规砂石的普通混凝土容重一般在2350-2450kg／m3之间，对于容重在2500-3500kg／m3的混凝土，需要采用较重的集料才可以实现，因此选择合适的重集料是最重要的，其选取原则：堆积密度及表观密度大。从表1可以看出，铁砂具备较大的表观密度条件，适宜作为重集料进行配重。

2)水泥的用量以满足混凝土设计强度和和易性为原则，若在混凝土容重偏低时，可掺入精铁粉作为胶凝材料取代部分水泥，以调整和提高混凝土的容重。

3)为了充分利用重集料的较大表观密度，根据集料表观密度和混凝土的容重要求，以每方混凝土中最多能掺入量为原则。

4)由于水的表观密度较小，因此采用掺入高效减水剂的办法来尽可能的减小用水量，控制水灰比，降低水对容重的影响，同时改善混凝土的和易性。

3、原材料

水泥采用富阳市三亚南方生产的P·42.5水泥，其各项性能指标均符合GBl75-2007标准：以钢厂冶炼的合金铁锭经破碎成粗铁砂为粗骨料，粒径在0～25mm之间(见图1)：细骨料以炼钢时的浮渣自然形成的颗粒形状(烧结球)细铁砂为主(见图2)，粒径在0～5mm之间，同时采用赣江产的中粗砂，来调整部分和易性，其细度模数2.7；精铁粉(见图3)；外加剂采用山西黄腾减水剂厂生产的HT-HPC聚羧酸类高效减水剂，其各项性能指标符合国家标准一等品要求；拌合及养生用水均采用富春江水。各原材料的表观密度见表1。

4、配合比设计和试验分析

对于配重混凝土，由于目前尚无专门的配合比设计公式，所以本工程依据《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ55-2000)，以体积计算法和多组分混凝土强度理论作为设计计算依据，采用多组分混凝土强度理论进行设计计算，确定其配合比，见表2。再依据《普通混凝土拌和物性能试验法标准》(GB／T50080-2002)和《普通混凝土力学性能试验法标准》(GB／T50081-2002)进行了新拌混凝土性能的各项试验及其试件的28天力学性能试验，试验结果见表3：

从上表3可以看出，三种配比新拌混凝土初始容重均低于设计容重，随着时间延长，混凝土容重逐渐增加且混凝土坍落度损失较快，1小时后混凝土坍落度损在20mm左右，三种混凝土容重均达到并超过了设计容重。分析其原因，由于铁砂吸水是一个缓慢过程，在新拌混凝土出盘后仍在吸水，致使新拌混凝土单位用水量相应增加，从而使混凝土拌合料含水量较大而导致出机混凝土容重偏低，但随后伴随着水分的充分吸收，混凝土体积减小，相应的容重增加并达到了设计要求。同时图4表明铁砂配重混凝土内部结构较为密实，加之铁砂具有较高的硬度，从表3试验结果看出其均28天强度达到设计了要求。

三种铁砂配重混凝土相比较，从混凝土工艺性、经济性以及现场控制需要进行综合考虑，A配比中精铁粉的成本偏高，试验表明不需精铁粉也可保证配重混凝土的容重，而C配比中水泥含量较大，使混凝土水化热较大从而导致混凝土坍落度损失较快，不利于混凝土的现场施工以及混凝土的稳定性，所以选定B配合比。

5、工程应用和质量控制

为保证配重混凝土的工作性和稳定性，铁砂集料尽量在搅拌前先进行润湿作业，使铁砂预先吸水，以避免试验中铁砂缓慢吸水所引起的铁砂配重混凝土坍落度损失较快和前期容重稍微偏低不稳定的问题。

由于铁砂材料重，表观密度较大，搅拌困难，因此现场宜采用双卧轴强制式搅拌机进行施工作业，同时减水剂采以滞水法，在骨料、水泥和水投入搅拌机搅拌60S后掺入至搅拌均匀，以提高减水剂的减水效果和改善混凝土的和易性，有利于混凝土强度的提高和减少水对铁砂配重混凝土容重的影响，保证混凝土的容重。

在实际生产施工过程中，铁砂混凝土工作性能良好，现场检测铁砂混凝土出盘容重平均3030 kg／m3，硬化后容重平均3048kg／m3，现场取立方体抗压强度试件10组在标准恒温恒湿养护进行养护，28天平均强度57.9Mpa，最低57.6Mpa，标准差3.00Mpa,全部满足C50配重混凝土设计强度等级的要求。

6、结论

以体积计算法和多组分混凝土强度理论作为设计计算依据，用钢厂冶炼的合金铁锭经破碎成粗铁砂为粗骨料，钢厂废料(铁渣)做为配重细集料、普通砂调整和易性、水泥为胶结材，使用高效减水剂，可以配制出用于桥梁压重和防护用的大于3000kg／m3C50高强配重混凝土，且同时兼顾了混凝土的容重、强度和工作性，解决了桥梁配重混凝土技术难题。在铁砂混凝土施工过程中，预先对铁砂进行润湿作业，可以很好的保证铁砂混凝土前期的容重，使其具有良好的稳定性。而且铁砂来源方便，成本相对将较低，具备良好的经济效果，通过对铁砂混凝土的应用研究，为配重混凝土生产提供了一定的技术经验。

参考文献：

[1]《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ55-2000)

[2]《普通混凝土拌和物性能试验法标准》(GB／T50080-2002)

[3]《普通混凝土力学性能试验法标准》(GB／T50081-2002)

[4]孙忠义，王建华，公路工程试验工程师手册，人民交通出版社，2004.

[5]张应立，现代混凝土配合比设计手册，人民交通出版社，2002.

高强铁砂配重混凝土研究