本申请涉及建筑材料技术领域，特别涉及一种超高密度压重混凝土及施工配合比的确定方法。
背景技术：
大跨度斜拉桥、连续拱桥、连续梁桥、连续刚构桥在设计时为了尽量降低工程造价，桥梁的边跨与中跨比值一般控制在0.3～0.45，造成中跨梁段重，边跨梁段轻；桥梁施工时，由于受地域、水域、桥下通航等条件限制，常采用全悬臂架设的施工方法，当悬臂长度较大时，需要在边跨配置压重荷载与跨中荷载保持平衡，以满足结构受力与抗倾覆稳定性要求；桥梁运营状态时，为保证辅助墩、过渡墩、边墩支座在活载作用下不出现负反力，也需要在边跨配置压重荷载。例如，对于大跨度斜拉桥，为保持施工阶段边中跨荷载平衡，保证结构抗倾覆稳定性，并确保在施工阶段和运营状态时辅助墩和过渡墩支座处不出现负反力，需要在辅助墩、过渡墩、边跨梁端等处配置压重荷载；对于大跨度连续拱桥、连续梁桥、连续刚构桥，在全悬臂施工时需保持边中跨荷载平衡，保证结构抗倾覆稳定性，在运营时为保证边跨支座处不出现负反力，均需要在边墩处或边跨梁内配置压重荷载。
从施工便利性、施工成本、耐久性考虑，目前，大跨度桥梁的压重荷载普遍采用高密度混凝土，如铁砂混凝土、钢渣混凝土、重晶石混凝土等，混凝土密度为3000～4200kg/m3，配制方法与普通混凝土配制方法相同。
随着桥梁工程技术的发展，桥梁的跨度越来越大，结构越来越轻型化，主梁结构尺寸变小，桥梁悬臂施工或运营状态时留给压重荷载的布置空间相对不足，要求压重混凝土的表观密度能达到5000kg/m3甚至是6000kg/m3，并保证混凝土具有良好的工作性能。现有的高密度压重混凝土存在如下技术难题：压重混凝土表观密度为3000～4200kg/m3，已很难再提高。
技术实现要素：
本申请实施例提供一种超高密度压重混凝土及施工配合比的确定方法，以解决相关技术中压重混凝土表观密度密度较低的技术问题。
第一方面，提供了一种超高密度压重混凝土，按质量份数计，每立方米混凝土包括：0.20～0.30份水，0.45～0.65份水泥，2.5～2.9份粗集料，3.0～3.4份细集料，0.004～0.006份减水剂；其中，
所述粗集料采用第二金属材料，且第二金属材料的粒径为5～37.5mm，第二金属材料的表观密度不小于6700kg/m3；
按照质量分数计，所述细集料包括60～70％铁珠和30～40％铁粉。
一些实施例中，按质量份数计，每立方米混凝土还包括不大于3.8份的第一金属材料，所述第一金属材料的表观密度不小于铸铁的表观密度。
一些实施例中，所述第一金属材料包括铸铁块、钢材中的至少一种；
当采用了铸铁块时，铸铁块的最大尺寸为37.5mm，铸铁块的表观密度为7100～7500kg/m3；
当采用了钢材时，钢材的表观密度为7300～7850kg/m3。
一些实施例中，所述第二金属材料为冰铜铁，且冰铜铁的最大粒径为31.5mm，冰铜铁的表观密度为6750～6950kg/m3。
一些实施例中，铁珠的最大粒径为5mm，铁珠的表观密度为7200～7400kg/m3，铁粉的最大粒径为1.18mm，铁粉的表观密度为7000～7250kg/m3。
第二方面，提供了一种如上所述的超高密度压重混凝土的施工配合比的确定方法，其包括如下步骤：
101：选取水胶比，利用水和水泥进行试拌，根据试拌结果，确定每立方米混凝土中水的质量mw和水泥的质量mc；
102：将mw和mc换算成每立方米混凝土中水的质量份数和水泥的质量份数，当水的质量份数和水泥的质量份数分别处于0.20～0.30份和0.45～0.65份时，进入103，否则，返回102；
103：向mw、mc中加入减水剂，并进行试拌，根据试拌结果，确定每立方米混凝土中减水剂的质量mra；
104：将mra换算成每立方米混凝土中减水剂的质量份数，当减水剂的质量份数处于0.004～0.006份时，进入105，否则，返回103；
105：向mw、mc、mra中加入粗集料和细集料，并进行试拌，根据试拌结果，确定砂率η；
106：结合mw、mc、每立方米混凝土中含气量α、η、水的密度ρw、水泥的表观密度ρc、粗集料的表观密度ρca、细集料的表观密度ρfa，计算每立方米混凝土中粗集料的质量mca和细集料的质量mfa；
107：将mca和mfa换算成每立方米混凝土中粗集料的质量份数和细集料的质量份数，当粗集料的质量份数和细集料的质量份数分别处于2.5～2.9份和3.0～3.4份时，进入108，否则，返回105；
108：将mw、mc、mra、mca和mfa进行试拌，测定实际表观密度，并与设计表观密度对比，若超出误差范围，则返回101，否则，将mw、mc、mra、mca和mfa确定为施工配合比。
一些实施例中，步骤106包括：
根据公式(1)和(2)，计算mca和mfa；
其中，α取值为0.008～0.012m3。
第三方面，提供了一种如上所述的超高密度压重混凝土的施工配合比的确定方法，其包括如下步骤：
201：选取水胶比，利用水和水泥进行试拌，根据试拌结果，确定每立方米混凝土中水的质量mw和水泥的质量mc；
202：将mw和mc换算成每立方米混凝土中水的质量份数和水泥的质量份数，当水的质量份数和水泥的质量份数分别处于0.20～0.30份和0.45～0.65份时，进入203，否则，返回201；
203：向mw、mc中加入减水剂，并进行试拌，根据试拌结果，确定每立方米混凝土中减水剂的质量mra；
204：将mra换算成每立方米混凝土中减水剂的质量份数，当减水剂的质量份数处于0.004～0.006份时，进入205，否则，返回203；
205：向mw、mc、mra中加入粗集料和细集料，并进行试拌，根据试拌结果，确定砂率η；
206：结合mw、mc、每立方米混凝土中含气量α、η、水的密度ρw、水泥的表观密度ρc、粗集料的表观密度ρca、细集料的表观密度ρfa，计算每立方米混凝土中粗集料的质量mca和细集料的质量mfa；
207：将mca和mfa换算成每立方米混凝土中粗集料的质量份数和细集料的质量份数，当粗集料的质量份数和细集料的质量份数分别处于2.5～2.9份和3.0～3.4份时，进入208，否则，返回205；
208：将mw、mc、mra、mca和mfa进行试拌，测量得到第一实际表观密度，并与预设的基准表观密度对比，若超出第一误差范围，则返回201，否则，将mw、mc、mra、mca和mfa确定为基准配合比。
209：结合基准配合比、每立方米第一金属材料的质量ms、每立方米混凝土的设计质量m，计算每立方米混凝土中第一金属材料的掺入比例β；
210：计算每立方米混凝土中，水泥实际质量(1-β)mc、水的实际质量(1-β)mw、减水剂实际质量(1-β)mra、粗集料实际质量(1-β)mca、细集料实际质量(1-β)mfa、第一金属材料实际质量βms；
211：将(1-β)mc的水泥、(1-β)mw的水、(1-β)mra的减水剂、(1-β)mca的粗集料、(1-β)mfa的细集料混合成初级混凝土，按照浇筑一层初级混凝土再平铺一层第一金属材料的方式，于压重箱中完成所有初级混凝土的浇筑和βms的第一金属材料的平铺；
212：多次测量得到第二实际表观密度，取均值，并与m比对，若超出第二误差范围，则修改β值，返回210；否则，将(1-β)mc的水泥、(1-β)mw的水、(1-β)mra的减水剂、(1-β)mca的粗集料、(1-β)mfa的细集料、βms的第一金属材料确定为施工配合比。
一些实施例中，步骤206包括：
根据公式(3)和(4)，计算mca和mfa；
其中，α取值为0.008～0.012m3。
一些实施例中，步骤209包括：
根据公式(5)，计算β：
(1-β)(mc+mw+mca+mfa)+βms＝m(5)
其中，0＜β≤0.35。
本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：
本申请实施例提供了一种超高密度压重混凝土及施工配合比的确定方法，本实施例提供的混凝土配方，添加了粗集料和细集料，粗集料采用第二金属材料，且第二金属材料的粒径为5～37.5mm，第二金属材料的表观密度不小于6700kg/m3，细集料包括60～70％铁珠和30～40％铁粉，通过这种粗集料和细集料以及其合理的配比，可以将压重混凝土做的非常密实，具有良好的施工和易性，使得其表观密度由3000～4200kg/m3提高到5000～5200kg/m3，大大提高了混凝土的表观密度，增强了混凝土的工作性能。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请实施例提供了一种超高密度压重混凝土，其能解决相关技术中压重混凝土表观密度密度较低的技术问题。
按质量份数计，每立方米混凝土包括：0.20～0.30份水，0.45～0.65份水泥，2.5～2.9份粗集料，3.0～3.4份细集料，0.004～0.006份减水剂，其中，粗集料采用第二金属材料，且第二金属材料的粒径为5～37.5mm，第二金属材料的表观密度不小于6700kg/m3，按照质量分数计，细集料包括60～70％铁珠和30～40％铁粉。
本实施例提供的混凝土配方，添加了粗集料和细集料，粗集料采用第二金属材料，且第二金属材料的粒径为5～37.5mm，第二金属材料的表观密度不小于6700kg/m3，细集料包括60～70％铁珠和30～40％铁粉，通过这种粗集料和细集料以及其合理的配比，可以将压重混凝土做的非常密实，具有良好的施工和易性，使得其表观密度由3000～4200kg/m3提高到5000～5200kg/m3，大大提高了混凝土的表观密度，增强了混凝土的工作性能。
在一些优选的实施例中，按质量份数计，每立方米混凝土还包括不大于3.8份的第一金属材料，第一金属材料的表观密度不小于铸铁的表观密度。
在本实施例中，通过增加第一金属材料，可以将压重混凝土表观密度提高至6100kg/m3。
也就是，本申请提供的混凝土配方中，在不加入第一金属材料条件下，压重混凝土表观密度可以达到5000～5200kg/m3，而在加入第一金属材料条件下，压重混凝土表观密度可以继续提高，甚至可以达到6100kg/m3，因此，基于实际施工需要，当所需压重混凝土的表观密度要求在5000～5200kg/m3左右时，可以选择不添加第一金属材料，而当所需压重混凝土的表观密度要求超过5200kg/m3，则可以添加第一金属材料。所以，本申请可以根据实际需要，在5000～6100kg/m3之间进行灵活调节。
加入了表观密度大于混凝土本身表观密度的第一金属材料，从而可以显著提高压重混凝土的表观密度。
在一些优选的实施例中，第一金属材料包括铸铁块、钢材、铅块、铜块、镍块中的至少一种。
在一些优选的实施例中，当采用了铸铁块时，铸铁块的最大尺寸为37.5mm，铸铁块的表观密度为7100～7500kg/m3；
铸铁块不一定是正方体，采用长方体、球体、椭球体或其它不规划形状的块体均可，对于正方体，37.5mm指边长，对于非正方体，37.5mm指块体的最大尺寸，例如长方体长边、球体直径、椭球体长轴、不规划块体最大长度等。
在一些优选的实施例中，当采用了钢材时，钢材的表观密度为7300～7850kg/m3。
需要说明的是，铸铁块或钢材可以采用普通的铸铁块或钢材，包括在实际工程中回收利用的不再作为结构构件受力使用的钢板、钢筋边角料，因其具有较高的表观密度能满足配制超高密度压重混凝土的需要，配制超高密度压重混凝土对其抗拉强度、抗压强度、弹性模量等力学性能指标没有要求。其他表观密度大于铸铁块或钢材的材料也可以用来配制超高密度压重混凝土，例如铅块、铜块、镍块等。
在一些优选的实施例中，第二金属材料为冰铜铁，且冰铜铁的最大粒径为31.5mm，冰铜铁的表观密度为6750～6950kg/m3。
除了冰铜铁以外，第二金属材料还可以采用在后期不会产生膨胀作用的物料，比如铸铁块或其他金属块。
在一些优选的实施例中，铁珠的最大粒径为5mm，铁珠的表观密度为7200～7400kg/m3，铁粉的最大粒径为1.18mm，铁粉的表观密度为7000～7250kg/m3。
在一些优选的实施例中，水泥采用常用的高强度硅酸盐水泥。
在一些优选的实施例中，减水剂采用缓凝型羧酸系高性能减水剂。
本申请实施例还提供了一种超高密度压重混凝土的施工配合比的确定方法，该方法适用于制备的压重混凝土的表观密度在不超过5200kg/m3，其包括如下步骤：
101：根据经验，选取水胶比，利用水和水泥进行试拌，根据试拌结果，确定每立方米混凝土中水的质量mw和水泥的质量mc；
102：将mw和mc换算成每立方米混凝土中水的质量份数和水泥的质量份数，并判断水的质量份数和水泥的质量份数是否在相应的范围内，当水的质量份数和水泥的质量份数分别处于0.20～0.30份和0.45～0.65份时，进入103，否则，返回101；
其中换算方法是：每立方米混凝土中物料的质量份数＝每立方米混凝土中物料的质量÷混凝土实测表观密度。下文中的换算方法与此相同。
103：向mw、mc中加入减水剂，并进行试拌，根据试拌结果，考虑和易性，确定每立方米混凝土中减水剂的质量mra；
104：将mra换算成每立方米混凝土中减水剂的质量份数，并判断减水剂的质量份数是否在相应的范围内，当减水剂的质量份数处于0.004～0.006份时，进入105，否则，返回103；
105：向mw、mc、mra中加入粗集料和细集料，并进行试拌，根据试拌结果，考虑和易性，确定砂率η；
106：结合mw、mc、每立方米混凝土中含气量α、η、水的密度ρw、水泥的表观密度ρc、粗集料的表观密度ρca、细集料的表观密度ρfa，计算每立方米混凝土中粗集料的质量mca和细集料的质量mfa；
具体地，根据公式(1)和(2)，计算mca和mfa；
其中，α取值为0.008～0.012m3。
107：将mca和mfa换算成每立方米混凝土中粗集料的质量份数和细集料的质量份数，并判断粗集料的质量份数和细集料的质量份数是否在相应的范围内，当粗集料的质量份数和细集料的质量份数分别处于2.5～2.9份和3.0～3.4份时，进入108，否则，返回105；
108：将mw、mc、mra、mca和mfa进行试拌，测定并得到实际表观密度，并与设计表观密度对比，若超出误差范围，则返回101，否则，将mw、mc、mra、mca和mfa确定为施工配合比。
在步骤108中，由于本实施例适用于制备的压重混凝土的表观密度不超过5200kg/m3，故设计表观密度不超过5200kg/m3，比如5000kg/m3或者5100kg/m3，计算实际表观密度与设计表观密度的误差，以判断是否超过误差范围，比如是否超过2％。
通过本方法，可以快速地确定出施工配合比，相比传统方法，可以减少试错次数，且配制的混凝土表观密度精准。
本申请还提供了一种超高密度压重混凝土的施工配合比的确定方法，该方法适用于制备的压重混凝土的表观密度在5200kg/m3～6100kg/m3，其包括如下步骤：
201：根据经验，选取水胶比，利用水和水泥进行试拌，根据试拌结果，确定每立方米混凝土中水的质量mw和水泥的质量mc；
202：将mw和mc换算成每立方米混凝土中水的质量份数和水泥的质量份数，并判断水的质量份数和水泥的质量份数是否在相应的范围内，当水的质量份数和水泥的质量份数分别处于0.20～0.30份和0.45～0.65份时，进入203，否则，返回201；
203：向mw、mc中加入减水剂，并进行试拌，根据试拌结果，考虑和易性，确定每立方米混凝土中减水剂的质量mra；
204：将mra换算成每立方米混凝土中减水剂的质量份数，并判断减水剂的质量份数是否在相应的范围内，当减水剂的质量份数处于0.004～0.006份时，进入205，否则，返回203；
205：向mw、mc、mra中加入粗集料和细集料，并进行试拌，根据试拌结果，考虑和易性，确定砂率η；
206：结合mw、mc、每立方米混凝土中含气量α、η、水的密度ρw、水泥的表观密度ρc、粗集料的表观密度ρca、细集料的表观密度ρfa，计算每立方米混凝土中粗集料的质量mca和细集料的质量mfa；
具体地，根据公式(3)和(4)，计算mca和mfa；
其中，α取值为0.008～0.012m3。
207：将mca和mfa换算成每立方米混凝土中粗集料的质量份数和细集料的质量份数，当粗集料的质量份数和细集料的质量份数分别处于2.5～2.9份和3.0～3.4份时，进入208，否则，返回205；
208：将mw、mc、mra、mca和mfa进行试拌，测量得到第一实际表观密度，并与预设的基准表观密度对比，若超出第一误差范围，则返回201，否则，将mw、mc、mra、mca和mfa确定为基准配合比。
由于在本实施例中的步骤201～208涉及到的是未添加第一金属材料，故在步骤208中，预设的基准表观密度不超过5200kg/m3，比如5000kg/m3或者5100kg/m3，计算第一实际表观密度与预设的基准表观密度的误差，以判断是否超过误差范围，比如是否超过2％。
在本实施例中，之所以需要设定一个预设的基准表观密度，其目的是确定一个基准配合比，在此基准配合比的基础上，通过添加第一金属材料，以此来将混凝土只处于5000～5200kg/m3的表观密度调整至5200～6100kg/m3。
209：结合基准配合比、每立方米第一金属材料的质量ms、每立方米混凝土的设计质量m，计算每立方米混凝土中第一金属材料的掺入比例β；
具体地，根据公式(5)，计算β：
(1-β)(mc+mw+mca+mfa)+βms＝m(5)
其中，0＜β≤0.35。
其中，在步骤209中，由于本实施例适用于制备的压重混凝土的表观密度超过5200kg/m3，故m超过5200kg/m3，比如5900kg/m3或者6000kg/m3。
210：计算每立方米混凝土中，水泥实际质量(1-β)mc、水的实际质量(1-β)mw、减水剂实际质量(1-β)mra、粗集料实际质量(1-β)mca、细集料实际质量(1-β)mfa、第一金属材料实际质量βms；
211：将(1-β)mc的水泥、(1-β)mw的水、(1-β)mra的减水剂、(1-β)mca的粗集料、(1-β)mfa的细集料混合成初级混凝土，按照浇筑一层初级混凝土再平铺一层第一金属材料的方式，于压重箱中完成所有初级混凝土的浇筑和βms的第一金属材料的平铺；
212：多次测量得到第二实际表观密度，取均值，并与m比对，若超出第二误差范围，则修改β值，返回210；否则，将(1-β)mc的水泥、(1-β)mw的水、(1-β)mra的减水剂、(1-β)mca的粗集料、(1-β)mfa的细集料、βms的第一金属材料确定为施工配合比。
在步骤212中，计算均值与m的误差，以判断是否超过误差范围，比如是否超过2％。
此外，在本申请中，由于细集料采用铁珠与铁粉，故在公式(1)中，细集料的表观密度ρfa为铁珠与铁粉按照一定比例混合后计算得到，具体按照如下公式(6)计算：
其中，msa为铁珠与铁粉按照一定比例混合后的质量，vsa为铁珠与铁粉按照一定比例混合后的表观体积，且vsa和msa均由实验测定。
以下通过具体实施例进行说明：
某地区长江公路大桥跨乙烯管廊桥钢板梁及长江北岸的21#、22#、23#墩的压重混凝土的表观密度要求不低于4800kg/m3。
实施例1：
实施例2：
实施例3：
实施例4：
实施例5：
实施例6：
实施例7：
实施例8：
实施例9：
从上述实施例可以看出，本申请提供的混凝土，表观密度可以达到5000～6100kg/m3，且可以根据实际需要，进行灵活配制。
在本申请的描述中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。