C30 石灰岩不发火混凝土的配制与性能研究

2023-05-23陈仪

中国建筑金属结构 2023年4期

陈仪

（四川国泰高新管廊产业投资有限公司，四川泸州 646000）

0 引言

普通混凝土受到摩擦和冲击的作用下有可能产生火花，主要原因有：（1）采用的建筑材料硬度较大；（2）原材料或者杂质中含有金属物质；（3）摩擦和冲击的力度过大。如果该混凝土处于易燃易爆的环境中，比如加油站、化工厂、气体厂等，在摩擦和冲击时，极易产生静电，可能导致爆炸、燃烧等安全事故，给人民群众带来较大的经济损失。

不发火混凝土也叫做防爆混凝土。不发火混凝土材料及其制品在特定的条件下试验（试验方法按照《建筑地面工程施工质量验收规范》（GB50209-2016）附录A[1]进行），不会产生火花的特种混凝土。作为特种混凝土，性能要求特殊，甚至许多商砼站根本没有听说过，更别说大量生产。它在普通的商品混凝土市场当中运用并不普遍，但是在一些特殊要求的地区得到了广泛运用，特别是在化工、军工、石油、加油站、酒厂、纺织等行业当中。《建筑设计防火规范》（GB50016-2014）规定，“散发较空气重的可燃气体、可燃气的甲类厂房，以及有粉尘、纤维爆炸危险的乙类厂房，应采用不发火花的地面”[2]。

1 概述

目前经过大量的研究，不发火材料应采用质软的原材料，其主要成分是CaCO3，而目前满足该要求且使用较多的是白云石和石灰岩[3]。白云石主要产地在我国北方地区，针对川南地区，如果从北方采购白云石，成本太高，不经济，那么只有采用石灰岩进行生产配制。目前采用石灰岩生产不发火混凝的研究较少，为降低生产成本，本文的研究结合川南地区现有材料，采用不同来源的石灰岩进行筛选后，进行C30 不发火混凝土的配制与性能研究，并将该不发火混凝土运用于实际酒厂等有特殊要求的地面项目，具有较大的经济效益。

2 试验原材料

2.1 水泥

试验采用重庆华新参天水泥有限公司生产的P·O42.5R 水泥，其物理力学性能如表1 所示。

表1 水泥的物理力学性能

2.2 粉煤灰

采用习水电厂粉煤灰开发有限公司生产的Ⅱ级粉煤灰，其性能如表2 所示。

表2 粉煤灰的物理力学性能（%）

2.3 粗骨料

川南地区各处来源的石灰石存在夹泥较多、杂质较多、石灰岩纯度较低等现象，经过筛选拟采用习水鑫三元建材有限公司生产的5～20mm 连续级配的石灰岩碎石。

2.4 外加剂

采用重庆石博士新材料有限公司生产的聚羧酸高性能减水剂，密度1.034g/cm3，PH 值6.0，含固量10.6%，总碱含量2%，氯离子含量0.003%。

2.5 细骨料

由石灰岩采用大块粗骨料破碎而成，来源和粗骨料存在相同的情况，经过筛选也拟采用由习水鑫三元建材有限公司生产的机制砂（中砂）。细砂采用泸州市玉马河建材有限公司开采的天然河砂。

2.6 拌合水和养护水。

混凝土拌合用水、养护用水均采用自来水，满足相关规范要求。

3 配合比设计与试验方法

3.1 混凝土配合比设计

基准配合比采用四川恒固建设工程检测有限公司出具的机制砂C30 混凝土配合比，如表3 所示。

表3 C30 混凝土基准配合比（kg/m3）

依据基准配合比，针对不同水泥和细砂掺量进行配合比设计，如表4 所示。

表4 C30 混凝土试验配合比（kg/m3）

3.2 不发火性检验方法

按照《建筑地面工程施工质量验收规范》（GB50209-2016）附录A[1]的试验方法进行砂轮、粗骨料和粉状骨料进行不发火性试验。砂轮检查时，砂轮的转速应控制在600～1 000r/min，用工具钢、石英岩或含有石英岩的混凝土等能发生火花的试件在旋转的砂轮上进行摩擦，摩擦时应施加10～20N 的压力，如果发生清晰的火花，则该砂轮即认为是合格的，可用于不发火（防爆）建筑地面材料及其制品不发火性的试验。骨料检查时，砂轮的转速应控制在600～1 000r/min，将试件的任意部分接触旋转的砂轮并施加10～20N 的压力后，仔细观察试件与砂轮摩擦的地方有无火花发生。试验需要持续到每个试件被磨掉不小于20g 后才能停止。如在试验过程中没有发现任何瞬时的火花，可以判定该材料为不发火材料。

4 试验结果

4.1 砂轮不发火性

采用螺纹钢在旋转的砂轮上进行摩擦，本次试验砂轮转速取650r/min，施加10～20N 的压力，在完全黑暗的试验室房间内进行。本次试验结果可看见产生了明显的火花，则认为该砂轮是合格的，可用于不发火材料的检验。

4.2 粗骨料的不发火性

将大块石灰岩碎石破碎制作成50～250g（准确度达到1g）的粗骨料，不少于50 个，任选10 个试件置于暗黑的房间内进行不发火性试验，本次试验砂轮转速取650r/min，施加10～20N 的压力。试验结果如表5 所示，由表可知采用石灰岩作为粗骨料是可行的。

表5 粗骨料检测结果

4.3 细骨料的不发火性

将细骨料按照表6 的配合比制成砂浆块，50～250g（准确度达到1g），不少于50 个，任选10 个试件置于暗黑的房间内进行不发火性试验，本试验砂轮转速取650r/min，施加10～20N 的压力。

表6 M10 砂浆配合比（kg/m3）

试验结果如表7 所示，由表7 可知采用机制砂作为细骨料是可行的，而全部采用细砂作为细骨料是不行的。

表7 细骨料检测结果

4.4 C30 不发火混凝土性能

不同配合比的混凝土相关试验结果，如表8 所示，不发火性同粗细骨料的方法，取10 个满足要求的试块进行试验（若重量不满足要求，则采用切割机进行切割，使其满足规范要求）。

表8 C30 混凝土试验结果

由表8 可知，B3、B4、C3 和C4 满足不发火性能要求，但是B4 和C4 和易性较差，施工泵送较为困难，主要原因是机制砂棱角较多，粘聚力较大，导致混凝土流动困难；同时砂的粗细程度难以控制，本次试验虽采用中砂，但整体偏粗，细骨料填隙较少，导致泵送性能不好。其他配合比的试块，都存在发火现象，主要原因是河砂当中含有磁性矿物和石英，磁性矿物摩擦容易产生火花，石英硬度较高，摩擦也容易产生火花。

B3 和C3 当中也含有部分河砂，但未出现火花，原因是在容重2 403kg 的混凝土当中，河砂含量较少，对火花的产生影响甚微，但它作为填充材料，增大了混凝土的流动性；虽然试验中未出现火花，但是应当从改善机制砂出发，使用级配合理的中砂，尽量避免使用河砂，减少发火的概率。

随着机制砂的增加，混凝土的强度在不断增加，说明了机制砂中的石粉对混凝土强度的增长具有一定的积极作用。主要原因是，石粉中碳酸钙可以促进硅酸三钙水化，而水泥当中存在大量硅酸三钙，它其主要成分之一，水泥水化越充分，混凝土强度得到了提高[4]。利用这个积极效果，可以适当降低水泥的用量，从而降低生产成本。因此，在实际生产当中，可采用C 组的水泥用量，在目前的原材料情况下，可选择C3 的配合比。