徐武洪 李麗霞

重晶石是以硫酸鋇(BaSO4)為主要成分的非金屬礦產(chǎn)品,其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,不溶于水、無(wú)磁性和毒性,可用在混凝土中作為建筑材料投入使用。用于混凝土的重晶石,材質(zhì)要求BaSO4含量應(yīng)不低于80%[1]。采用硅酸鹽水泥等材料可與重晶石配制成均勻、密實(shí)的防X射線混凝土;在選擇一定的配比參數(shù)后,其可以滿足泵送混凝土的技術(shù)要求。

1 重晶石簡(jiǎn)介

重晶石主要成分為硫酸鋇,純重晶石顯白色、有光澤,多呈白色或黃色晶狀,由于雜質(zhì)及混入物的影響也常呈灰色、淺紅色、淺黃色等,結(jié)晶情況相當(dāng)好的重晶石還可呈透明晶體出現(xiàn)。容重一般在 3 000 kg/m3～4 700 kg/m3,具有比重大、硬度低、性脆的特點(diǎn)。重晶石主要用于石油、化工、油漆、填料等工業(yè)部門,其中80%～90%用作石油鉆井中的泥漿加重劑。重晶石可按照混凝土中骨料的要求,破碎篩分為5 mm～25 mm和0 mm～5 mm等多種粒級(jí);因礦源有差別,壓碎值一般在15%～35%范圍內(nèi)。

2 重晶石在混凝土中的作用

將重晶石用于混凝土中一般稱為重晶石混凝土,它是防輻射混凝土中的一種,主要是利用其硫酸鋇成分屏蔽實(shí)驗(yàn)室內(nèi)產(chǎn)生的X射線等[2]。目前作為防射線的遮蔽體,大多數(shù)情況均采用重骨料配成重質(zhì)混凝土,達(dá)到防射線的目的。一般用于醫(yī)院存放放射性醫(yī)療設(shè)備實(shí)驗(yàn)室的墻板梁等工程部位。在采用防X射線的建筑材料中,重晶石混凝土是目前混凝土施工市場(chǎng)的首選。

3 試驗(yàn)內(nèi)容

選擇具有代表性的不同礦源重晶石進(jìn)行試驗(yàn),按照泵送混凝土對(duì)骨料的要求進(jìn)行破碎篩分,并測(cè)試物理性能;不僅將重晶石作為全部粗細(xì)骨料用于混凝土試驗(yàn),而且嘗試將其與普通碎石和黃砂進(jìn)行不同比例混合的混凝土試驗(yàn);在試驗(yàn)中以常用的最具有代表性的C30強(qiáng)度等級(jí)為主,開展混凝土物理性能試驗(yàn)。

3.1 骨料

根據(jù)重晶石的分布情況,分別收集了礦石含量較多地區(qū)的重晶石作為試驗(yàn)對(duì)象;普通骨料選擇泵送混凝土中常用的河砂和天然碎石。

3.2 其他原材料

1)水泥。選擇上海海豹水泥集團(tuán)公司生產(chǎn)的普通42.5級(jí)水泥。

2)外加劑。選擇高效減水劑和高性能減水劑兩種。

3)摻合料。選擇泵送混凝土常用的粉煤灰和礦粉作為摻合料。

4 配比確定

1)泵送混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30,將重晶石的不同粒級(jí)分別作混凝土的粗細(xì)骨料,考慮到重晶石密度及壓碎值較大,配比中膠凝材料用量較普通泵送混凝土用量多一些,以保證混凝土強(qiáng)度滿足要求。在配比計(jì)算中,分別考慮選用兩種減水劑,并根據(jù)其不同的減水率確定最終用水量;礦粉和粉煤灰這兩種摻合料總量不大于20%。配比設(shè)計(jì)中要求漿體積不小于30%,骨料體積不大于70%;按照標(biāo)準(zhǔn)JGJ 55-2000普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程采用體積法計(jì)算配比各數(shù)據(jù),見表1。

表1 骨料為重晶石的混凝土配比參數(shù)

2)按照上述配比內(nèi)容分別進(jìn)行混凝土試驗(yàn)。試驗(yàn)過(guò)程與普通混凝土相同,試驗(yàn)方法執(zhí)行GB/T 50080普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn),試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 各配比試驗(yàn)結(jié)果

3)重晶石與普通砂石混合試驗(yàn)。考慮到部分重晶石的粗骨料壓碎值較大、細(xì)骨料顆粒較多等特點(diǎn),從改善上述混凝土中出現(xiàn)的和易性小、強(qiáng)度低等情況作為出發(fā)點(diǎn),嘗試將重晶石骨料與普通砂石按一定比例混合使用,對(duì)配比進(jìn)行調(diào)整。

同時(shí)根據(jù)重晶石混凝土在工程中應(yīng)具備防輻射性能的這一要求,從重晶石容重的角度進(jìn)行考慮[2],普通碎石黃砂的用量不宜超過(guò)30%。根據(jù)重晶石①,②,③具體的級(jí)配情況,分別用普通砂石替代后進(jìn)行試驗(yàn)。

結(jié)果表明:a.使用部分普通砂石明顯改善了重晶石混凝土的和易性,混凝土坍落度都有了一定的增加,可以滿足混凝土泵送的要求。b.普通砂石的使用,還使混凝土強(qiáng)度有了一定的改善,最低的強(qiáng)度也達(dá)到了設(shè)計(jì)值的118%,較全部使用重晶石的混凝土強(qiáng)度提高了28%。骨料改變前后的28 d齡期混凝土強(qiáng)度值比較見圖1。c.使用部分普通砂石后,由于其表觀密度均比重晶石小,所以混凝土容重都有一定量減少,從試驗(yàn)結(jié)果看出,使用30%普通砂石后,重晶石混凝土的容重在2 980 kg/m3～3 160 kg/m3之間,較全部使用重晶石的混凝土容重相應(yīng)減少2.9%～5.5%。

5 工程應(yīng)用

5.1 工程簡(jiǎn)介

上海某人民醫(yī)院擴(kuò)建工程中地下室1層的兩個(gè)直線加速器機(jī)房的墻、頂板和底板設(shè)計(jì)為重晶石混凝土。設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C30,密度不小于3 200 kg/m3,混凝土方量共約1 200 m3。分兩次施工,全部在晚上澆筑。該工程距攪拌站37 km。運(yùn)輸距離較遠(yuǎn)。醫(yī)用直線加速器是放射性較強(qiáng)的醫(yī)用設(shè)備,在使用中如果防護(hù)不當(dāng),其發(fā)出的射線會(huì)給周邊人員造成傷害。為了防止射線的泄漏,其周邊混凝土在成型后不應(yīng)鉆孔,更不能有穿透的施工縫。

5.2 遠(yuǎn)距離施工模擬試驗(yàn)

1)按照工程中對(duì)混凝土容重的要求,選用重晶石④作為此次工程應(yīng)用的粗細(xì)骨料及其相應(yīng)混凝土配比;2)在攪拌站內(nèi)實(shí)際生產(chǎn)時(shí),考慮到混凝土密度較大,因此每一盤攪拌方量為0.6 m3;3)為防止重晶石骨料在攪拌過(guò)程中過(guò)粘,攪拌時(shí)間定為20 s;4)根據(jù)攪拌車的載重量,每車運(yùn)輸方量定為5 m3;5)考慮到該重晶石混凝土的密度達(dá)到普通混凝土密度的1.36倍,同時(shí)此次運(yùn)輸距離為40 km,因此選擇使用上海施維英機(jī)械制造有限公司的固定式輸送泵;6)模擬現(xiàn)場(chǎng)施工條件,鋪設(shè)泵管70 m及設(shè)置4個(gè)彎頭;7)現(xiàn)場(chǎng)振搗時(shí)要求振到即可,振搗時(shí)間不宜長(zhǎng),避免骨料較重產(chǎn)生下沉現(xiàn)象;8)澆筑完畢后,及時(shí)進(jìn)行覆蓋養(yǎng)護(hù);9)模擬試驗(yàn)中混凝土計(jì)劃方量為10 m3,澆筑處為一塊500 mm厚的地坪。

混凝土運(yùn)至模擬現(xiàn)場(chǎng)后,和易性良好,泵送過(guò)程順利。卸料后,局部振搗,目測(cè)表面沒(méi)有外露碎石即可。該混凝土第2天全部凝固,隨即進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)。7天后觀察側(cè)面沒(méi)有開裂等現(xiàn)象?；炷列阅軝z測(cè)結(jié)果見表3。

表3 混凝土現(xiàn)場(chǎng)模擬試驗(yàn)結(jié)果

5.3 實(shí)際應(yīng)用

2009年4月1日和5月3日共供應(yīng)重晶石混凝土1 300 m3,配備固定泵兩臺(tái),采用試驗(yàn)時(shí)使用的固定泵,其中一臺(tái)備用;攪拌車20臺(tái),施工時(shí)間選擇在晚上。生產(chǎn)中全部按照模擬試驗(yàn)中的技術(shù)要求進(jìn)行,即攪拌時(shí)間為20 s,每輛攪拌車內(nèi)裝5 m3。供應(yīng)過(guò)程順利,現(xiàn)場(chǎng)泵送沒(méi)有發(fā)生堵泵堵管現(xiàn)象;出場(chǎng)坍落度控制在180 mm～200 mm,到現(xiàn)場(chǎng)后實(shí)測(cè)為160 mm。每小時(shí)實(shí)際泵送30 m3。施工單位進(jìn)行了覆蓋灑水養(yǎng)護(hù),混凝土硬化后表面平整,沒(méi)有裂縫,混凝土強(qiáng)度等情況見表4。

表4 生產(chǎn)的混凝土質(zhì)量情況

6 結(jié)語(yǔ)

1)該礦石易與其他較輕礦石混長(zhǎng),在應(yīng)用于工程時(shí)要嚴(yán)格執(zhí)行表觀密度等項(xiàng)目的檢測(cè),減少材料不均質(zhì)可能產(chǎn)生的不良影響。

對(duì)不同產(chǎn)地材料都應(yīng)試驗(yàn)后才可根據(jù)其具體性能運(yùn)用到工程中。2)由于重晶石壓碎值偏大,運(yùn)輸過(guò)程中易粉碎,儲(chǔ)備材料時(shí)5 mm以上顆粒應(yīng)適當(dāng)增加數(shù)量,5 mm以下的則應(yīng)適當(dāng)減少;并且在混凝土配比設(shè)計(jì)及試驗(yàn)中注意砂率和用水量的調(diào)整,通過(guò)測(cè)試坍落度值和倒坍時(shí)間等,控制和易性可以滿足泵送商品混凝土的要求。3)以混凝土滿足泵送要求為著眼點(diǎn),配比設(shè)計(jì)應(yīng)考慮以下幾個(gè)因素:水泥漿體積不應(yīng)小于30%;混凝土密度的滿足主要通過(guò)重晶石解決;當(dāng)密度指標(biāo)很高時(shí),應(yīng)考慮膠凝材料的更換;混凝土和易性應(yīng)反復(fù)驗(yàn)證后方可應(yīng)用于泵送施工中。4)宜選擇固定式泵,泵送量宜控制在30 m3/h～45 m3/h。泵送時(shí)坍落度宜控制在140 mm～160 mm。5)由于重晶石混凝土較重,在施工時(shí)應(yīng)組織好施工隊(duì)伍及時(shí)處理排管接管拆管等工作,不能因此而耽誤混凝土澆筑時(shí)間。

[1] 李繼業(yè),劉福圣.新型混凝土實(shí)用技術(shù)手冊(cè)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005:330-344.

[2] 雍 本.特種混凝土配合比手冊(cè)[M].北京:科學(xué)技術(shù)出版 社,2003:372-376.