重晶石混凝土拌合物穩(wěn)定性及補(bǔ)償措施研究及應(yīng)用

重晶石混凝土的骨料由重晶石和重晶砂組成，與普通砂石相比，重晶石和重晶砂的表觀密度大，因此在新拌混凝土中極易下沉，導(dǎo)致重晶石混凝土密度分布不均勻，從而影響混凝土的強(qiáng)度和防輻射能力。重晶石骨料發(fā)生嚴(yán)重下沉現(xiàn)象時(shí)因水分向上運(yùn)動(dòng)，易使混凝土發(fā)生離析和泌水。重晶石混凝土的穩(wěn)定性對(duì)混凝土質(zhì)量及建筑質(zhì)量至關(guān)重要，為保障重晶石混凝土的穩(wěn)定性，目前施工中普遍采用分層澆筑。高能同步輻射光源項(xiàng)目中，需一次性澆筑4.2?m高的重晶石混凝土鋸齒墻，須嚴(yán)格控制重晶石骨料下沉，采取提高重晶石混凝土均勻性的措施，以提高其穩(wěn)定性，保證工程質(zhì)量。1、工程概況高能同步輻射光源項(xiàng)目（HEPS）是我國(guó)“十三五”期間為國(guó)家重大戰(zhàn)略需求和前沿基礎(chǔ)科學(xué)研究提供技術(shù)支撐的國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，該項(xiàng)目建筑面積12.5萬(wàn)m2，主要分為裝置區(qū)、環(huán)外低溫廳及綜合動(dòng)力站、技術(shù)安全樓、環(huán)境監(jiān)測(cè)站。其中裝置區(qū)為一直徑400?m，寬約27?m的圓環(huán)（圖1），為產(chǎn)生、加速高品質(zhì)電子束，并產(chǎn)生同步輻射的裝置，一般包含儲(chǔ)存環(huán)、直線加速器、增強(qiáng)器和輸運(yùn)線。圖1加速器平面示意增強(qiáng)器及儲(chǔ)能環(huán)防輻射隧道環(huán)狀重晶石混凝土鋸齒墻高4.2?m，厚度為0.7?m，0.8?m和1?m。重晶石混凝土的強(qiáng)度等級(jí)為C30，密度不小于3.4?t/m3，共5?500?m3?；炷羶?nèi)摻加抗裂膨脹劑及高效減水劑，按設(shè)計(jì)要求膨脹混凝土水中養(yǎng)護(hù)14?d的限制膨脹率不小于0.015%，限制干縮率不大于0.030%，終極收縮值不大于0.000?2。2、施工難點(diǎn)本工程重晶石混凝土體量大，鋸齒墻采用一次性泵送4.2?m高重晶石混凝土的施工方式，其施工難點(diǎn)為：重晶石墻為超長(zhǎng)環(huán)狀大體積不規(guī)則鋸齒墻，且鋸齒墻位于剛度大的底板上，易產(chǎn)生裂縫；重晶石混凝土內(nèi)摻加膨脹劑，對(duì)膨脹率和終極收縮值要求嚴(yán)格；為保證混凝土均勻性，對(duì)原材料要求較高；一次性澆筑4.2?m高重晶石混凝土鋸齒墻，骨料極易下沉；重晶石混凝土鋸齒墻在冬季施工，養(yǎng)護(hù)難度大。3、混凝土原材料（1）水泥：P·O42.5普通硅酸鹽水泥。（2）粉煤灰：內(nèi)蒙古上都發(fā)電有限責(zé)任公司F類Ⅱ級(jí)粉煤灰。（3）礦粉：唐山產(chǎn)S95?；郀t礦渣粉。（4）重晶石骨料：設(shè)計(jì)骨料級(jí)配時(shí)，基于混凝土的最大密度法，根據(jù)富勒的連續(xù)級(jí)配理論，并兼顧混凝土的流動(dòng)性和均勻性，配制六級(jí)配重晶石骨料，使骨料堆積密度大、空隙率小。（5）膨脹劑：天津產(chǎn)CSAⅠ型膨脹劑。（6）防凍劑：河北產(chǎn)防凍劑。4、試驗(yàn)概況4.1相對(duì)沉降系數(shù)試驗(yàn)相對(duì)沉降系數(shù)是指在一定體積內(nèi)，經(jīng)插搗并待混凝土拌合物各組分基本穩(wěn)定后，重晶石混凝土各部分的表觀密度與最上部表觀密度之間的比值。相對(duì)沉降系數(shù)越小，重晶石混凝土的均勻性越好?；谙鄬?duì)沉降系數(shù)試驗(yàn)探究用水量對(duì)重晶石混凝土的影響，根據(jù)重晶石混凝土粗骨料易下沉的特性，提出“粗骨料填充法”，即在重晶石混凝土澆筑過(guò)程中，在結(jié)構(gòu)中上部固定位置撒入重晶石粗骨料，振搗后繼續(xù)澆筑上層重晶石混凝土。該試驗(yàn)也用于探究“粗骨料填充法”對(duì)重晶石混凝土均勻性的影響。試驗(yàn)配合比見表1。表1相對(duì)沉降系數(shù)試驗(yàn)配合比

kg/m3注：序號(hào)4采用粗骨料填充法。4.1.1試驗(yàn)儀器試驗(yàn)采用上、中、下體積相等的、直徑為150?mm，高為300?mm的擊實(shí)筒（圖2）進(jìn)行相對(duì)沉降系數(shù)試驗(yàn)。圖2擊實(shí)筒4.1.2試驗(yàn)方法（1）稱量擊實(shí)筒總重量，以及每層擊實(shí)筒的重量。（2）配制重晶石混凝土，其拌合物坍落度為200?mm。（3）將新拌重晶石混凝土分3次從擊實(shí)筒中心裝入，每層高度為擊實(shí)筒的三分之一，每裝入一層重晶石混凝土拌合物后，用搗棒插搗25次。（4）擊實(shí)筒裝滿后抹平表面，擦去筒外圍的漿體，稱量其總重量。（5）提起最上層擊實(shí)筒，切去上部的重晶石混凝土，將下部擊實(shí)筒表面抹平，進(jìn)行稱量。（6）提起中部擊實(shí)筒，切去中部的重晶石混凝土，將最下層擊實(shí)筒表面抹平，稱量。（7）計(jì)算每層重晶石混凝土的質(zhì)量，得到相對(duì)沉降系數(shù)。重晶石混凝土拌合物相對(duì)沉降系數(shù)取2次試驗(yàn)結(jié)果的平均值，精確至0.01。若2次試驗(yàn)結(jié)果之差的絕對(duì)值超過(guò)平均值的2.0%，應(yīng)重新試驗(yàn)。4.2粗骨料沉降試驗(yàn)為保證重晶石混凝土的均勻性，提出“粗骨料填充法”。探究重晶石粗骨料和普通石子在不同坍落度的重晶石混凝土及普通混凝土中的沉降情況，分析重晶石粗骨料的特性及重晶石混凝土的均勻性，采用重晶石粗骨料沉降情況評(píng)價(jià)混凝土的均勻性，并提出提高混凝土均勻性的技術(shù)措施。粗骨料沉降試驗(yàn)配合比見表2。表2粗骨料沉降試驗(yàn)配合比

kg/m3注：水均為100?kg/m3，水泥均為241?kg/m3，粉煤灰均為41?kg/m3，礦粉均為60?kg/m3，膨脹劑均為30?kg/m3。4.2.1試驗(yàn)?zāi)＞卟捎弥睆?50?mm、高300?mm的圓柱形模具（圖3）。圖3粗骨料沉降試驗(yàn)?zāi)＞?.2.2試驗(yàn)方法（1）將粗骨料染色，重晶石粗骨料染成白色，普通石子染成紅色。（2）對(duì)重晶石粗骨料和普通石子分別進(jìn)行篩分，分為5~15?mm的小粒徑粗骨料和16~25?mm的大粒徑粗骨料。（3）配制混凝土，混凝土成型后立即撒入不同粒徑的重晶石粗骨料和普通石子，使石子上邊緣與混凝土表面平齊。（4）觀察粗骨料撒入后的沉降情況。（5）測(cè)量混凝土成型7?d后不同粗骨料的最大沉降值，對(duì)沉降小的粗骨料可用直尺直接測(cè)量，對(duì)沉降大的粗骨料劈裂后進(jìn)行測(cè)量（圖4）。（a）

（b）圖4粗骨料沉降測(cè)量（a）直尺測(cè)量；（b）劈裂后測(cè)量5、試驗(yàn)結(jié)果5.1相對(duì)沉降系數(shù)試驗(yàn)相對(duì)沉降系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果見表3。表3相對(duì)沉降系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果在坍落度較大的情況下，因用水量過(guò)小，漿骨比也較小，漿體難以包裹骨料，粗骨料極易下沉，重晶石混凝土中部和下層的相對(duì)沉降系數(shù)最大；混凝土用水量處于最佳值時(shí)，漿體對(duì)骨料的包裹性最好，相對(duì)沉降系數(shù)最??；用水量過(guò)大時(shí)漿體過(guò)多，會(huì)增大相對(duì)沉降系數(shù)。采用“粗骨料填充法”，可顯著降低相對(duì)沉降系數(shù)，提高重晶石混凝土的均勻性。5.2粗骨料沉降試驗(yàn)粗骨料沉降試驗(yàn)結(jié)果見表4。表4粗骨料沉降試驗(yàn)結(jié)果

cm在重晶石混凝土中，大粒徑重晶石的沉降最大，小粒徑重晶石沉降大于大粒徑普通石的沉降，小粒徑普通石則不發(fā)生沉降。隨重晶石混凝土拌合物坍落度增大，骨料沉降量也增大。因此，在滿足泵送要求的條件下，重晶石混凝土的坍落度越小越好。坍落度為200?mm時(shí)，同種骨料在重晶石混凝土中的沉降大于在普通混凝土中的沉降，說(shuō)明坍落度對(duì)重晶石混凝土均勻性的影響較大，需嚴(yán)格控制重晶石混凝土的坍落度，且應(yīng)小于普通混凝土要求的坍落度。重晶石混凝土坍落度小于170?mm時(shí)，均勻性較好；坍落度大于170?mm時(shí)，可采用“粗骨料填充法”，提高重晶石混凝土的均勻性。6、工程應(yīng)用高能同步輻射光源項(xiàng)目中，重晶石混凝土的用水量為160?kg/m3，混凝土拌合物坍落度控制為160±20?mm。采用“粗骨料填充法”，先在鋸齒墻2.8?m高處撒布重晶石，撒布量為2~3?kg/m2，振搗10?s，振搗棒插入深度為200?mm；待墻體頂部澆筑完畢后，再撒布一次重晶石骨料。重晶石混凝土28?d齡期后，檢查鋸齒墻實(shí)體的均勻性。具體做法是在距墻體底部和頂部各500?mm位置鉆芯取樣，樣品直徑為92?mm，如圖5所示。測(cè)得上、下層重晶石混凝土樣品表觀密度比值為1∶1.001，表明均勻性良好。（a）（b）圖5重晶石混凝土鉆芯取樣（a）取樣；