CN112777977A - 一种赤铁矿混凝土及其配比设计方法 - Google Patents

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张有佳
李小军
刘旭晨
王子彦
王冲
陈彦达
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Beijing University of Technology
Northeast Electric Power University
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Beijing University of Technology
Northeast Dianli University
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    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
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    • C04B28/02—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
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Abstract

本发明涉及混凝土，特别涉及防辐射混凝土，是一种赤铁矿混凝土，其特征是，由重量份比的水泥、水、赤铁矿砂、赤铁矿石和减水剂组成。其赤铁矿混凝土的配比设计方法包括以下步骤：1)计算试配强度；2)确定水与水泥的比；3)确定单位用水量；4)确定骨料用量。密度高，强度大，而且相对于其他防辐射混凝土，防辐射效果更好。

Description

一种赤铁矿混凝土及其配比设计方法
技术领域：
本发明涉及混凝土，特别涉及防辐射混凝土，是一种赤铁矿混凝土及其配比设计方法。
背景技术：
防辐射混凝土主要用于原子能工业以及应用放射性同位素的装置中，如反应堆、加速器、放射化学装置、海关、医院等的防护结构。主要作用能遮蔽x射线、γ射线等对人体有危害的混凝土。它由水泥、水及重骨料配制而成，其表观密度一般在3000kg/m3以上。混凝土愈重，或者说，混凝土表观密度越高，其防护x 射线、γ射线的性能越好，且防护结构的厚度可减小。当前核电站和医院应用的是防辐射混凝土和钢板的复合材料的防辐射结构，迄今为止，未见有表观密度超过3700kg/m3的赤铁矿混凝土及其配比设计方法的实际应用和文献报道。
配制防辐射混凝土时，宜采用胶结力强、水化结合水量高的水泥，如硅酸盐水泥，最好使用硅酸锶等重水泥。采用高铝水泥施工时需采取冷却措施。常用重骨料主要有重晶石(BaSO4)、褐铁矿(2Fe2O3.3H2O)、磁铁矿(Fe3O4)、赤铁矿 (Fe2O3)等。另外，掺入硼和硼化物及锂盐等，也能有效改善混凝土的防护性能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服上述现有技术的不足，提供一种赤铁矿混凝土及其配比设计方法。
1本发明所采用的技术方案之一是：一种赤铁矿混凝土，其特征是，它由重量份比的下述材料组成：135.45份水泥、354.674份～450份水、980.656份～ 1011.160份赤铁矿砂、2083.894份～2148.716份赤铁矿石和0.709份～2.25份减水剂。
所述赤铁矿混凝土为抗压强度标准值40MPa的赤铁矿混凝土。
本发明所采用的技术方案之二是：一种赤铁矿混凝土的配比设计方法，其特征是，包括以下步骤：
1)计算试配强度
试配强度按照式(1)计算
fcu,0＝fcu,k+tσ (1)
式中：fcu0—混凝土适配强度，fcuk—设计的混凝土立方体抗压强度标准值，t—概率度，取t＝1.645，σ—混凝土强度标准差，取σ＝6.5；
2)确定水与水泥的比
水与水泥的比按照式(2)计算
Figure BDA0002883953500000021
式中：w—混凝土用水量，c—水泥用量，αa—回归系数，取0.55，fce
—水泥实际强度，fcu0—混凝土适配强度，αb—回归系数，取0.45；
3)确定单位用水量
①坍落度选取110mm，单位体积防辐射混凝土的基准用水量按表1取值
表1防辐射混凝土的基准用水量(kg/m3)
Figure BDA0002883953500000022
当坍落度大于90mm时，防辐射混凝土的用水量以表中坍落度为 75mm～90mm的用水量为基数，按坍落度每增大20mm用水量增加5kg进行调整；
②掺入减水剂的基准用水量按照式(3)计算
mw0＝mw×(1-减水率) (3)
式中：mw0—实际用水量，mw—基准用水量；
③水泥用量按照式(4)计算
Figure BDA0002883953500000023
式中：C—水泥用量，mw0—实际用水量，
Figure BDA0002883953500000024
—水与水泥的比，
④减水剂用量按照式(5)计算
减水剂用量＝C×减水剂掺量 (5)
4)确定骨料用量
①骨料总量见式(6)
骨料总量＝C40赤铁矿混凝土的质量-水泥的质量-水的质量(6)
②细骨料量见式(7)
细骨料量＝骨料总量×砂率 (7)
③粗骨料量见式(8)
粗骨料量＝骨料总量-细骨料量 (8)
本发明的有益效果是：密度高，强度大，而且相对于其他防辐射混凝土，防辐射效果更好。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步说明。
实施例1，本实施例一种赤铁矿混凝土，其配比设计方法包括以下步骤：
1)计算试配强度
试配强度按照式(1)计算
fcu,0＝fcu,k+tσ＝40+1.645×6.5＝50.6925MPa (1)
式中：fcu0—混凝土适配强度，fcuk—设计的混凝土立方体抗压强度标准值，t—概率度，取t＝1.645，σ—混凝土强度标准差，取σ＝6.5；
2)确定水与水泥的比
水与水泥的比按照式(2)计算
Figure BDA0002883953500000031
式中：w—混凝土用水量，c—水泥用量，αa—回归系数，取0.55，fce
—水泥实际强度，fcu0—混凝土适配强度，αb—回归系数，取0.45；
3)确定单位用水量
①坍落度选取75mm～90mm，单位体积防辐射混凝土的基准用水量按表1取值
表1防辐射混凝土的基准用水量(kg/m3)
Figure BDA0002883953500000041
当坍落度大于90mm时，防辐射混凝土的用水量以表中坍落度为 75mm～90mm的用水量为基数，按坍落度每增大20mm用水量增加5kg进行调整；
②掺入减水剂的基准用水量按照式(3)计算
mw0＝mw×(1-减水率)＝215×(1-37％)＝135.45kg/m3 (3)
式中：mw0—实际用水量，mw—基准用水量；
③水泥用量按照式(4)计算
Figure BDA0002883953500000042
式中：C—水泥用量，mw0—实际用水量，
Figure BDA0002883953500000043
—水与水泥的比，
④减水剂用量按照式(5)计算减水剂用量＝C×减水剂掺量＝354.674×0.2～0.5％＝0.709～1.773kg/m3 (5)
4)确定骨料用量
①骨料总量见式(6)
骨料总量＝赤铁矿混凝土的质量-水泥的质量-水的质量
＝3650-354.674-135.45＝3159.876kg/m3 (6)
②细骨料量见式(7)
细骨料量＝骨料总量×砂率＝3159.876×0.32％＝1011.160kg/m3 (7)
砂率采用32％，
③粗骨料量见式(8)
粗骨料量＝骨料总量-细骨料量
粗骨料量＝骨料总量-细骨料量
＝3159.876-1011.160＝2148.716 kg/m3 (8)
由上述计算获得赤铁矿混凝土，其水泥、水、赤铁矿砂、赤铁矿石和减水剂的重量比，具体配方见表2
表2实施例1的具体配方
Figure BDA0002883953500000051
实施例2，本实施例的赤铁矿混凝土，其配比设计方法与实施例1相同，不同之处在于：本实施例采用32％，水泥采用400kg，计算获得赤铁矿混凝土，其水泥、水、赤铁矿砂、赤铁矿石和减水剂的重量比，具体配方见表3
表3实施例2的具体配方
Figure BDA0002883953500000052
本实施例的赤铁矿混凝土，其强度达到54MPa～71.5MPa，表面密度达到3700.74kg/m3～3780.74kg/m3。
实施例3，本实施例赤铁矿混凝土，其配比设计方法与实施例1相同，不同之处在于：本实施例采用32％，水泥采用450kg，计算获得的赤铁矿混凝土，其水泥、水、赤铁矿砂、赤铁矿石和减水剂的重量比，具体配方见表4
表4实施例3的具体配方
Figure BDA0002883953500000053
本实施例的赤铁矿混凝土，其强度达到63.48MPa～72.41MPa，表面密度达到3700.74kg/m3～3780.74kg/m3。
本发明不局限于本具体实施方式，对于本领域技术人员来说，不经过创造性劳动的简单复制和改进均属于本发明权利要求所保护的范围。

Claims (2)

1.一种赤铁矿混凝土，其特征是，它由重量份比的下述材料组成：135.45份水泥、354.674份～450份水、980.656份～1011.160份赤铁矿砂、2083.894份～2148.716份赤铁矿石和0.709份～2.25份减水剂；
所述赤铁矿混凝土为抗压强度标准值40MPa的赤铁矿混凝土。
2.一种赤铁矿混凝土的配比设计方法，其特征是，包括以下步骤：
1)计算试配强度
试配强度按照式(1)计算
fcu,0＝fcu,k+tσ (1)
式中：fcu0—混凝土适配强度，fcuk—设计的混凝土立方体抗压强度标准值，t—概率度，取t＝1.645，σ—混凝土强度标准差，取σ＝6.5；
2)确定水与水泥的比
水与水泥的比按照式(2)计算
Figure FDA0002883953490000011
式中：w—混凝土用水量，c—水泥用量，αa—回归系数，取0.55，fce—水泥实际强度，fcu0—混凝土适配强度，αb—回归系数，取0.45；
3)确定单位用水量
①坍落度选取110mm，单位体积重晶石防辐射混凝土的基准用水量按表1取值
表1 防辐射混凝土的基准用水量(kg/m3)
Figure FDA0002883953490000012
当坍落度大于90mm时，防辐射混凝土的用水量以表1中坍落度为75mm～90mm的用水量为基数，按坍落度每增大20mm用水量增加5kg进行调整；
②掺入减水剂的基准用水量按照式(3)计算
mw0＝mw×(1-减水率) (3)
式中：mw0—实际用水量，mw—基准用水量；
③水泥用量按照式(4)计算
Figure FDA0002883953490000021
式中：C—水泥用量，mw0—实际用水量，
Figure FDA0002883953490000022
—水与水泥的比，
④减水剂用量按照式(5)计算
减水剂用量＝C×减水剂掺量 (5)
4)确定骨料用量
①骨料总量见式(6)
骨料总量＝赤铁矿混凝土的质量-水泥的质量-水的质量 (6)
②细骨料量见式(7)
细骨料量＝骨料总量×砂率 (7)
③粗骨料量见式(8)
粗骨料量＝骨料总量-细骨料量 (8)。
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