高強度輕骨料混凝土配合比及性能研究

摘 要:本文通過分析高強度輕骨料混凝土配比材料選擇、配比設計等問題，再一次驗證了輕骨料混凝土具有減輕建筑結構自重，提高建筑物結構強度、耐火性、耐久性、良好的抗震性及抗裂性，其結果對指導高強度輕骨料混凝土配比設計具有十分重要的意義。

關鍵詞:輕骨料混凝土 高強度 配比 性能

中圖分類號:U444文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2012)08(b)-0055-01

1 引言

近年來，城市建筑設計思路不斷拓展，建筑的高度、跨度都在不算增加，對混凝土性能的要求也不斷增加，輕骨料混凝土因其輕度高、隔熱保溫性能好、環保經濟等特點成為新型混凝土研究的方向。因此，研究高強度輕骨料混凝土配合比及其性能指標，對推廣高強度輕骨料混凝土應用，提高建筑材料節能環保水平具有十分重要意義。

2 輕骨料混凝土概念及特點

輕骨料混凝土是一種利用粉煤灰、硅灰等工業固體廢棄物等人造或者天然輕骨料骨料替代普通密度骨料的混凝土，其干表觀密度不大于1950kg/m3。目前，輕骨料混凝土用量是僅次于普通混凝土的新型混凝土類型。高強度輕骨料骨料主要特點是比同等級的混凝土強度輕30%左右，導熱系數是同等級普通混凝土的1/15，隔熱性能好，耐火性能和抗震系數是普通密度混凝土的2倍，同時節能環保，同等工程量成本比普通混凝土低10%～15%。

3 高強度輕骨料混凝土配合比設計

3.1 高強度輕骨料混凝土配合比設計特點

輕骨料混凝土配合比設計與普通混凝土配合比設計具有一定的差異，其主要特點主要體現在:首先輕骨料混凝土配合比設計既要考慮強度等級的同時，還要考慮密度等級;其次由于輕骨料混凝土使用高強陶粒，因其自身特性，導致在混凝土配合時需要使用更多分量的水泥，而過多的水泥用量既不經濟且品質也不佳，所以要摻加高效減水劑，致使輕骨料混凝土的配合更復雜;最后，由于高強陶粒相對多孔性，因此配合出得混凝土必須保證變形和耐久性符合使用要求。

3.2 高強度輕骨料混凝土配合比設計

高強度輕骨料混凝土與普通混凝土配比所選用材料區別主要是水泥(膠結材料)和骨料，輕骨料混凝土選用輕細骨料，本次配比設計選用的水泥比表面積大于300m2/kg普通硅酸鹽水泥，水泥的比重保持在3.092g/cm2，同時水泥的細度保證用0.08mm方孔篩的篩余量不超過10%，普通硅酸鹽水泥的標準稠度保持在25.2%左右，初凝時間不早于45min，終凝不遲于10h，水泥的強度等級可為42.5。

摻合料本次配比選用的是硅灰，燒失量為2.73，硅灰的比重為2.21g/cm3，在22℃下硅灰比表面積為42880m2/kg。外加劑為HSP蔡系高效非引氣性減水劑，其主要成分是β-蔡磺酸甲醛縮聚物，摻和量為膠凝材料總重的0.5%～1.5%，采用水泥砂漿流動度(減水率)試驗測定的減水率為30%左右。

粗骨料選粉煤灰陶粒，堆積密度為778kg/m3，筒壓強度為7.6MPa，平均吸水率為8.5%，表觀密度為1320kg/m3，陶粒的空隙率為40%;細骨料選普通沙石，表觀密度為2.63g/m3，砂的堆積密度為1430kg/m3，含水率為0.1%，空隙率為45.6%。

選用上述材料，通過松散體積法對多組試驗結果進行對比分析后，確定本次高強度輕骨料混凝土的配合比:凈水用量為168kg/m3，水泥用量為520kg/m3，細骨料用量為707kg/m3，輕骨料用量為555kg/m3，水灰比為0.34%，體積砂率為40%，減水劑為3.64kg/m3，預吸水時間為1h。

4 高強度輕骨料混凝土性能研究

4.1 高強度輕骨料混凝土輕骨料高強

輕骨料混凝土在相同的承載力可減少20%～40%的混凝土用量。特別是對建筑物自重占比較大且性能要求較高的高層、復雜、大跨度建筑，輕骨料混凝土的優越性更為明顯，其經濟性、性能優勢是普通混凝土無法比擬的。采用液壓式壓力試驗機對采用上述配合比，高強度輕骨料混凝土試驗顯示，7d的抗壓強度平均為28d抗壓強度的82%左右，抗壓強度在39.2～51.8MPa之間，干表觀密度均小于1950kg/m3，可確定為高輕度混凝土。

4.2 高強度輕骨料混凝土抗震性能

地震力和上部結構的自重成正比，當結構采用輕骨料混凝土后，由于自重的下降，將降低地震力。由于輕骨料混凝土的彈性模量比同等級的普通混凝土低，結構的自振周期將變長，變形能力增強，結構破壞時將消耗更多的變形能。因此，輕骨料混凝土有利于改善建筑物的抗震性能和抵抗動荷載作用的能力。調查及統計數據顯示，陶粒混凝土相對抗震系數為109，普通混凝土為84，磚砌體為64，輕骨料混凝土抗震性能優良。

4.3 高強度輕骨料混凝土抗裂性

通過掃描電鏡對上述配合比的輕骨料混凝土和普通混凝土的掃描試驗發現，普通混凝土在水化28天后，界面處的微裂縫清晰，并且在界面處生成了很多Ca(OH)2晶體，輕骨料混凝土水化28d時界面無微裂縫，并且有微小顆粒長入骨料的孔隙當中，電鏡照片分析結果，輕骨料混凝土的界面強度要比普通混凝土的界面強度高，熱膨脹系數和彈性模量較小，使得由于冷縮和干縮作用引起的拉應力相對較小，直接表現為輕骨料混凝土的抗裂性能優良，對延長建筑物使用壽命，降低維護費用意義重大。

4.4 高強度輕骨料混凝土耐久耐火性

高強度輕骨料混凝土能有效避免混凝土堿集料反應問題，能提高混凝土的防入侵能力，延長結構的穩定性和耐久性，同時，由于輕質混凝土采用的是多孔性材料，導熱系數和線膨脹系數都小于普通混凝土，熱工性能較好，所建造結構的保溫、抗高溫和耐火極限等性能均明顯超過普通混凝土結構。一般建筑物發生火災時，普通混凝土耐火1h，而輕骨料混凝土可耐火4小時。在600℃高溫下，輕骨料能維持室溫時的強度的85%，而普通混凝土只能維持35%～75%。

5 結語

輕骨料混凝土就是以高強輕骨料或人造輕骨料代替普通混凝土中的石子而拌制成的混凝土。輕骨料混凝土對減輕建筑結構自重，提高建筑物結構強度、耐火性、耐久性、抗震抗裂性具有十分重要的意義。本文通過分析高強度輕骨料混凝土配比材料選擇、配比設計等問題，對高強度輕骨料混凝土的性能進行了分析，其結果對指導高強度輕骨料混凝土配比設計具有十分重要的意義。

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