摘要：介绍了重混凝土所用重集料的选择原则及方法，阐述了用铁砂代替细集料且达到重混凝土设计标准和用铁矿石碎石代替粗集料且达到重混凝土设计标准的计算方法和思路，在经济和技术方面能够达到理想的效果。
0 前言
采用常规砂石的普通混凝土密度一般在2320〜2450kg/m3之间。对于密度大于2500kg/m3以上的重混凝土，需要采用较重的粗细集料才可以实现。本文研究应用重混凝土作为配重应用到大桥工程中去。
对普通混凝土来说，原材料的密度已经比较熟悉，且变化不大，使用重量法进行配合比设计还是比较准确的，而且在设计过程中无需对密度过多的考虑，只考虑和易性和强度就可以了。但对于重混凝土来说，原材料的密度相差很大，原始积累的资料又很少，配合比设计再使用重量法显然很难达到设计目的，应采用体积法，这样在技术上和经济上比较合理。
1 工程概况
某国家重点工程跨海大桥配重混凝土预制构件，设计强度C30，坍落度17±3cm，重混凝土密度要求3000〜3200kg/m3，方量约800m3。
2 原材料的选择
2.1 常见原材料的选择
水泥：海螺P•O42.5,密度：3000kg/m3。
普通砂：长江河砂，密度2600kg/m3,细度模数：2.60。
外加剂：聚羧酸搏思通BST-CPA，掺量1.0%左右。
2.2 重集料的选择
由于重集料对重混凝土的密度影响至关重要，也是最不容易选择的材料，其选取原则：要求表观密度大、价格低、货源易得，见表1。
表1 重集料及普通材料的密度及价格（到厂价)
| 品种 |
水 |
水泥 |
普通河砂 |
普通铁砂 |
铁钢珠砂 |
铁矿碎石 |
普通碎石 |
聚竣酸 |
| 表观密度（kg/m3) |
1000 |
3000 |
2600 |
5400 |
6950 |
4400 |
2650 |
1030 |
| 价格（元/吨） |
4 |
345 |
85 |
900 |
1600 |
800 |
65 |
4200 |
2.3 配合比设计
配制重混凝土必须以达到设计密度为首要目标，为了达到最佳的计算方式，按以下思路进行试配:
2.3.1 为了充分利用重集料的较大密度，又考虑到重集料价格非常高，几乎是普通砂石的10〜20倍，是水泥3〜4倍，所以试验时应以混凝土设计密度达到时的最少重集料掺入量为宜。
2.3.2 水的密度最小，应尽量选用低用水量，以降低水对混凝土密度的影响。
2.3.3 水泥的用量以满足重混凝土强度及和易性为原则。
2.3.4 减水剂的用量以满足凝结时间和减少坍落度损失为原则。
3 配合比试验
3.1用普通铁砂代替细集料
重混凝土的重集料密度较大，应用体积法进行计算，由于普通铁砂价格较低，我们首先设想普通铁砂代替细集料，达到重混凝土的密度。经过多次试拌，以达到设计密度的最小普通铁砂掺量为原则，最佳掺量为细集料体积的85%，配合比见表2。
表2 配合比原材料（kg/m3)
| 水 |
水泥 |
普通铁砂 |
河砂 |
普通碎石 |
聚竣酸 |
| 165 |
460 |
1384 |
74 |
1042 |
5.06 |
表3 按表2试验结果
| 计算密度 |
检测密度 |
出机坍落度 |
出机扩展度 |
1小时坍落度 |
1小时扩展度 |
28天强度 |
| (kg/m2) |
(kg/m3) |
(cm) |
(cm) |
(cm) |
(cm) |
(MPa) |
| 3130 |
3125 |
13.0 |
40.0 |
13.5 |
35.0 |
42.1 |
试验结果分析#混凝土有离析现象，泌水、保水性差，但坍落度、扩展度没损失多少。分析认为：该普通铁砂含铁量低、颗粒粗糙，不易被水泥浆裹浆，所以混凝土流动性也差。试验结果见表3，根据表1、表2计算每方混凝土原材料成本1500元/m3。
3.2 用铁钢珠砂代替细集料
由于使用普通铁砂代替的重混凝土工作性、流动性差，很难应用到工程中去，我们又选了价格高些，但含铁量较高（密度为6.95g/cm3)，颗粒表面圆滑，外观像钢珠的铁钢珠砂。经多次试拌，以达到设计密度的最小铁钢珠砂掺量为原则，最佳掺量为57.5%细集料体积，配合比见表4：
表4 配合比原材料（kg/m3)
| 水 |
水泥 |
铁钢珠砂 |
河砂 |
普通碎石 |
聚竣酸 |
| 150 |
375 |
1215 |
336 |
1112 |
3.375 |
表5 按表4 试验结果
| 计算密度(kg/m2 ) |
检测密度(kg/m3) |
出机坍落度(mm) |
出机扩展度(mm) |
1小时坍落度(mm) |
1小时扩展度(mm) |
28d强度(MPa) |
| 3191 |
3071 |
200 |
490 |
185 |
450 |
40. 9 |
试验结果分析:混凝土和易性较好，有轻微离析现象，坍落度损失较小，混凝土密度达到设计要求，见表5。根据表1、表4计算得出，每立方重混凝土原材料成本2189元，成本较高。
3.3 用铁矿石代替粗集料
由于铁钢珠砂代替制成的重混凝土成本较高，我们又尝试找到用铁矿石制成的铁矿碎石（最大粗细为31.5mm)外形级配同普通碎石差不多（密度为4400kg/m3)，堆积密度2430kg/m3，颗粒级配见表6,经多次试拌，以达到设计密度的最小铁矿碎石掺量为原则，最佳掺量为100%代替普通碎石，配合比原材料见表7。
表6 颗粒级配
| 粒径（mm) |
31.5 |
25 |
19 |
16 |
9.5 |
4.75 |
2.36 |
底 |
| 累计筛余（％) |
0 |
3.1 |
37.7 |
50.8 |
74.3 |
84.0 |
88.6 |
99.7
|
表7 配合比原材料（kg/m3)
| 水 |
水泥 |
普通河砂 |
铁矿碎石 |
聚竣酸 |
| 160 |
430 |
630 |
1981 |
4.73 |
试验结果分析#混凝土和易性好，无离析!坍落度损失很小，混凝土密度达到设计要求，见表 8。计算每立方重混凝土的原材料成本1807元，比用铁珠钢砂代替方法，原材料省382元/吨，而且重混凝土出机和易性更好，无泌水。相对于使用铁钢珠砂，它用袋装，搅拌时还需拆包（每包25kg)，人工费、拆包速度都是问题，所以比较三种重集料搅拌重混凝土的质量及价格等因素，我们最终决定选用铁矿碎石代替粗集料生产重混凝土，而细集料用普通的河砂。
表8 按表5试验结果
| 计算密度(kg/m2 ) |
检测密度(kg/m3) |
出机坍落度(cm) |
出机扩展度(cm) |
1小时坍落度(cm) |
1小时扩展度(cm) |
28d强度(MPa) |
| 3206 |
3112 |
20 |
45 |
19 |
42.0 |
42.8 |
4 工程实际应用
工程在冬季施工，施工地点在租用的海边造船厂码头，运输距离约1小时车程。所以，我们配合比设计时，做了1小时坍落度损失，可喜的是经时损失很小，浇筑时重混凝土工作性能良好。由于重混凝土中的原材料铁矿碎石密度大，所以浇筑振捣时不能过震，以免铁矿碎石下沉，造成重混凝土各种原材料分布不均勻，影响施工质量。另一个问题是搅拌阶段，由于重混凝土容重近3200kg/m3，比普通混凝土重近4 0%，对搅拌的各种机械设备都是一种考验，方法减量生产，所以搅拌的方量为设计2/3,混凝土运输也要减量装运，对生产成本有些提高。现场检测重混凝土密度最低为3040kg/m3，平均为3109kg/m3，混凝土强度最低为35.2MPa，平均为43.1MPa。混凝土工作性能良好，施工很顺利，且节约原材料成本30万元。
5 结论
(1)重混凝土由于集料密度大，各种材料密度相差大，配合比设计时应使用体积法计算。
(2)重混凝土设计思路一般应用重细集料（如铁钢珠砂）或重粗集料（如铁矿石）代替普通集料，以达到设计要求。如果设计要求密度很大，应粗、细集料都代替应用。
(3)重混凝土价格高，主要是重集料价格高，所以选择重集料时，应反复比较，配合比设计时，以达到设计密度时最小重集料掺量为原则，达到技术上和经济上的平衡。
(4)重混凝土容重大，对搅拌、运输机械损耗高，搅拌时应减量生产。
参考文献
[1] 普通混凝土配合比设计规程（JGJ 55—20 11) [S].
[2] 从成河等泵送重混凝土的研究与应用[J]混凝土，2007 (3)： 78—81.
[3] 方卉，王军.重混凝土的配合比设计方法的探讨[J]混凝土，2 009 (1): 111一 113.
作者：李锋 言增辉
信息来源：混凝土视频网
