試論我國輕骨料混凝土在應用中需解決的問題

汪聲瑞 樓 軍

免振搗輕骨料混凝土可廣泛應用于大跨度結構、多層框架結構、小高層和高層建筑的樓板、鋼、混凝土組合結構樓板、市政、公路和橋梁等工程，可以降低施工時勞動強度，減輕建筑物自重，具有很高的技術經(jīng)濟價值[1，2]。本文在分析國內(nèi)外輕骨料及輕骨料混凝土的發(fā)展概況基礎上，對于我國輕骨料混凝土在應用中需要解決的問題進行分析。

1 國內(nèi)外輕骨料及輕骨料混凝土的發(fā)展概況

1.1 國外輕骨料及輕骨料混凝土的發(fā)展現(xiàn)狀

國外高強輕骨料混凝土主要應用于高層建筑、橋梁和預應力結構。早在1969年，美國就用高強輕骨料混凝土建成了高217.6 m，52層的休斯敦貝殼廣場大廈。這幢按筒中筒結構體系設計的大廈采用高強輕骨料混凝土取得了顯著的經(jīng)濟效益。從結構設計觀點來講，217.6 m的建筑高度，加上高空的強大風載，必須選用質(zhì)量最好的輕骨料來拌制輕骨料混凝土，使其結構性能不低于普通混凝土。根據(jù)結構和建筑要求，2.51 m厚的筏型基礎，內(nèi)柱和外柱以及剪力墻要用強度為42 MPa的高強輕骨料混凝土澆制，11 m跨距的樓板要用強度為31.5 MPa的高強輕骨料混凝土澆制，混凝土用量達7萬m3。日本在軟土地基上用40 MPa的頁巖陶粒高強輕骨料混凝土建造了32.2 m的雙線鐵路預應力鋼筋混凝土橋梁。20世紀70年代是一些發(fā)達國家輕骨料生產(chǎn)與應用的顛峰期，美國年產(chǎn)量曾達2 300萬m3，20世紀80年代末前蘇聯(lián)則迅速發(fā)展到5 000多萬立方米，其中人造輕骨料約占85%。歐洲應用最多的是膨脹黏土輕骨料。這種輕骨料含部分開口孔，在常壓下的1 h吸水率為5%～10%，但泵壓下將增加到20%～40%，因此泵送性能差。日本從1999年開始銷售低吸水率、高強度的高性能輕骨料，典型產(chǎn)品如日本太平洋水泥株式會社的Taiheyol 1071輕骨料。它主要用珍珠巖、發(fā)泡材料、膠結材料作為原料，其表觀密度為0.6 g/cm3～1.5 g/cm3，24 h吸水率小于5%。

此外，泵送輕骨料混凝土在國外應用得較多，技術也較成熟。世界上最長的懸臂橋之一挪威的Raftsund橋就是采用了LC60泵送高強輕骨料混凝土。歐洲的泵送輕骨料混凝土多用于民用建筑，如住宅和寫字樓的樓板與墻板，其28 d強度一般在20 MPa～30 MPa之間，最高達55 MPa，典型泵送距離為20 m～60 m。西班牙馬德里畢加索大廈工程采用活塞泵施工了1萬m3強度30 MPa、干表觀密度1 855 kg/m3的輕骨料混凝土。

1.2 國內(nèi)輕骨料及輕骨料混凝土的發(fā)展現(xiàn)狀

國內(nèi)輕骨料混凝土的生產(chǎn)和應用經(jīng)歷了漫長又曲折的發(fā)展過程。近幾年來在國家墻改政策的推動下，輕骨料的生產(chǎn)又得到進一步發(fā)展，僅淄博地區(qū)就新增兩家頁巖陶粒生產(chǎn)廠。但我國輕骨料混凝土的應用仍主要用于低強度的非承重結構，如生產(chǎn)小砌塊。20世紀80年代以后，我國著重于天然和工業(yè)廢料輕骨料的開發(fā)與應用，隨著資金投入的增加和技術條件的改善，我國已基本形成以地方資源(如頁巖、黏土、膨脹珍珠巖等)及某些工業(yè)廢料(如粉煤灰)為主要原材料，以回轉(zhuǎn)窯為主要生產(chǎn)設備的人造輕骨料生產(chǎn)體系，使輕骨料在過程中的應用水平日益提高。目前我國的輕骨料生產(chǎn)水平已經(jīng)能夠滿足高層建筑、大跨度橋梁和隧道、海洋平臺等工程的需求。

過去我國輕骨料混凝土主要以保溫、隔熱用的小砌塊和板材等墻體材料為主，強度等級較低，一般僅為LC15～LC20。除用作墻體外，在天津、上海、河南等地，主要用于非預應力的樓板、屋面板、梁和門式框架等構件上。進入20世紀90年代以后，隨著高強度、低吸水率的高強輕骨料的研制和生產(chǎn)，結構用的輕骨料混凝土在工程應用中也嶄露頭角，已在珠海、天津、北京、上海、南京等地的近十幾個混凝土工程中應用，有的強度等級已達LC40(南京太陽宮廣場)，最大混凝土用量1萬m3以上LC30(天津永定新河橋)，且質(zhì)量好。但由于受資金和技術等條件的限制，并未得到大量推廣使用。

2 高強輕骨料混凝土的配制

輕骨料的多孔結構造成了其在混凝土拌合物中具有吸水和放水的能力，輕骨料的這種吸、放水能力造成了骨料顆粒表面的局部低水灰比，增加了輕骨料表面附近水泥石的密實性，提高了粗骨料與砂漿界面的粘結力。另外，由于輕骨料屬于燒結黏土質(zhì)材料，表面具有一定的活性，能與水泥石中的堿性物質(zhì)發(fā)生化學反應，所以，輕骨料和水泥石的粘結力要比普通骨料和水泥石的粘結力強得多，這對提高輕骨料混凝土強度有利。但是高吸水率的輕骨料，由于后期的放水量較多，所以會影響輕骨料混凝土強度的提高。水泥石填充于輕骨料表面孔隙中且緊密地包裹在骨料周圍，堅強的水泥石外殼約束了骨料的橫向變形，故輕骨料混凝土的強度隨水泥石的強度和水泥用量的增加而提高，其最高強度可以超過輕骨料本身的強度。但是，單純的靠提高水泥用量來提高輕骨料混凝土強度的意義不大。輕骨料混凝土強度的影響因素有很多，它們之間不是孤立的，而是相互關聯(lián)的，即在一定的水泥用量及使用特定輕骨料的條件下，混凝土的最高抗壓強度存在一個強度頂點。超過這個強度頂點，即使增加水泥石強度也不能以相同的速度使混凝土強度提高，而只是稍微提高。這個強度頂點主要受控于輕粗骨料的強度，輕粗骨料的強度高者，其強度頂點也高。可見，配制高強度的輕骨料混凝土，提高輕骨料本身強度非常關鍵。

3 輕骨料混凝土的泵送施工

我國在輕骨料混凝土的泵送施工上還存在技術與經(jīng)驗上的不足。當采用泵送施工時，輕骨料混凝土易發(fā)生分層離析，坍落度損失快以及輕骨料在壓力情況下會吸收混凝土中的水分而導致泵送困難等問題。當前泵送輕骨料混凝土的三個主要問題是:1)泵送時，部分水泥漿中的水在壓力作用下滲入輕骨料，降低了混凝土的流動性能。2)當增加泵壓時，部分水分由水泥漿滲入輕骨料中，同時混凝土中的部分空氣也被壓縮到輕骨料中，導致混凝土的體積降低。3)當泵壓降低和消失后，存在于輕骨料孔隙中的壓縮空氣將輕骨料孔隙中的水分擠出。如果這種情況發(fā)生在泵管中，會導致混凝土拌合物泌水并會堵塞泵管，如果壓力釋放發(fā)生在澆筑現(xiàn)場，擠出的水分會包裹在輕骨料表面，影響骨料與水泥石的界面，并破壞水泥石和骨料的粘結，從而影響混凝土的性能，甚至引起混凝土的強度損失和耐久性變差等問題。

因此，需要將理論知識與工程實踐相結合來優(yōu)化和改善輕骨料混凝土泵送性能。只有在充分的掌握了礦物摻合料、外加劑、骨料等對輕骨料混凝土工作性能影響的基礎上，在泵送條件下進行施工試驗，才能制備出適合泵送施工的輕骨料混凝土。

4 輕骨料混凝土的泵送勻質(zhì)性

在輕骨料混凝土中，由于輕骨料的比重小于水泥砂漿的比重，在整個混凝土體系中由于受力不平衡經(jīng)常導致輕骨料上浮，從而使輕骨料混凝土的結構發(fā)生不均勻變化，影響了混凝土的勻質(zhì)性。嚴重的情況下會導致輕骨料混凝土的離析、泌水，對混凝土的泵送施工造成了很大的障礙。澆筑過程中輕骨料上浮一直是輕骨料混凝土領域內(nèi)公認的難題之一，輕骨料混凝土的這種分層導致內(nèi)部結構的勻質(zhì)性變差，特別是大流動性的輕骨料混凝土。

輕骨料混凝土的泵送勻質(zhì)性是指輕骨料混凝土泵送前后工作性能無變化或變化不大的性能，即流動性、填充密實性、分層情況等在泵送前后基本保持不變。具備泵送勻質(zhì)性是配制可泵送且工作性能良好的免振搗輕骨料混凝土的必要保證。

為了盡量減少輕骨料混凝土分層，提高其勻質(zhì)性，就需要從混凝土的各個組成上進行控制。輕骨料混凝土的勻質(zhì)性控制是一個系統(tǒng)工程，只有全面、系統(tǒng)、綜合的從影響分層的各個因素進行研究，才能夠真正的達到提高混凝土的勻質(zhì)性同時又不降低混凝土流動性能的目的。

[1] 張云國，吳智敏，張小云，等.自密實輕骨料混凝土的工作性能[J].建筑材料學報，2009，12(1):55-56.

[2] 魯薇薇，宿巳光，郝付軍.輕骨料混凝土連續(xù)剛構局部受壓性能分析[J].重慶交通大學學報(自然科學版)，2009，28(2):312-314.

[3] 段美云，張桂祥，潘明南.輕骨料混凝土塑性收縮性能研究 [J].山西建筑，2008，34(31):172-173.