高強(qiáng)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(qiáng)度輕骨料混凝土配比材料選擇、配比設(shè)計(jì)等問題，再一次驗(yàn)證了輕骨料混凝土具有減輕建筑結(jié)構(gòu)自重，提高建筑物結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、耐火性、耐久性、良好的抗震性及抗裂性，其結(jié)果對指導(dǎo)高強(qiáng)度輕骨料混凝土配比設(shè)計(jì)具有十分重要的意義。

關(guān)鍵詞:輕骨料混凝土 高強(qiáng)度 配比 性能

中圖分類號:U444文獻(xiàn)標(biāo)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(shè)計(jì)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(huán)保經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)成為新型混凝土研究的方向。因此，研究高強(qiáng)度輕骨料混凝土配合比及其性能指標(biāo)，對推廣高強(qiáng)度輕骨料混凝土應(yīng)用，提高建筑材料節(jié)能環(huán)保水平具有十分重要意義。

2 輕骨料混凝土概念及特點(diǎn)

輕骨料混凝土是一種利用粉煤灰、硅灰等工業(yè)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(qiáng)度輕骨料骨料主要特點(diǎn)是比同等級的混凝土強(qiáng)度輕30%左右，導(dǎo)熱系數(shù)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(shù)是普通密度混凝土的2倍，同時(shí)節(jié)能環(huán)保，同等工程量成本比普通混凝土低10%～15%。

3 高強(qiáng)度輕骨料混凝土配合比設(shè)計(jì)

3.1 高強(qiáng)度輕骨料混凝土配合比設(shè)計(jì)特點(diǎn)

輕骨料混凝土配合比設(shè)計(jì)與普通混凝土配合比設(shè)計(jì)具有一定的差異，其主要特點(diǎn)主要體現(xiàn)在:首先輕骨料混凝土配合比設(shè)計(jì)既要考慮強(qiáng)度等級的同時(shí)，還要考慮密度等級;其次由于輕骨料混凝土使用高強(qiáng)陶粒，因其自身特性，導(dǎo)致在混凝土配合時(shí)需要使用更多分量的水泥，而過多的水泥用量既不經(jīng)濟(jì)且品質(zhì)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(fù)雜;最后，由于高強(qiáng)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(qiáng)度輕骨料混凝土配合比設(shè)計(jì)

高強(qiáng)度輕骨料混凝土與普通混凝土配比所選用材料區(qū)別主要是水泥(膠結(jié)材料)和骨料，輕骨料混凝土選用輕細(xì)骨料，本次配比設(shè)計(jì)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(shí)水泥的細(xì)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(biāo)準(zhǔn)稠度保持在25.2%左右，初凝時(shí)間不早于45min，終凝不遲于10h，水泥的強(qiáng)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(yàn)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(qiáng)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(xì)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(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比分析后，確定本次高強(qiáng)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(xì)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(yù)吸水時(shí)間為1h。

4 高強(qiáng)度輕骨料混凝土性能研究

4.1 高強(qiáng)度輕骨料混凝土輕骨料高強(qiáng)

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(fù)雜、大跨度建筑，輕骨料混凝土的優(yōu)越性更為明顯，其經(jīng)濟(jì)性、性能優(yōu)勢是普通混凝土無法比擬的。采用液壓式壓力試驗(yàn)機(jī)對采用上述配合比，高強(qiáng)度輕骨料混凝土試驗(yàn)顯示，7d的抗壓強(qiáng)度平均為28d抗壓強(qiáng)度的82%左右，抗壓強(qiáng)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(qiáng)度輕骨料混凝土抗震性能

地震力和上部結(jié)構(gòu)的自重成正比，當(dāng)結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的自振周期將變長，變形能力增強(qiáng)，結(jié)構(gòu)破壞時(shí)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(diào)查及統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，陶?；炷料鄬拐鹣禂?shù)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(yōu)良。

4.3 高強(qiáng)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(yàn)發(fā)現(xiàn)，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(shí)界面無微裂縫，并且有微小顆粒長入骨料的孔隙當(dāng)中，電鏡照片分析結(jié)果，輕骨料混凝土的界面強(qiáng)度要比普通混凝土的界面強(qiáng)度高，熱膨脹系數(shù)和彈性模量較小，使得由于冷縮和干縮作用引起的拉應(yīng)力相對較小，直接表現(xiàn)為輕骨料混凝土的抗裂性能優(yōu)良，對延長建筑物使用壽命，降低維護(hù)費(fèi)用意義重大。

4.4 高強(qiáng)度輕骨料混凝土耐久耐火性

高強(qiáng)度輕骨料混凝土能有效避免混凝土堿集料反應(yīng)問題，能提高混凝土的防入侵能力，延長結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和耐久性，同時(shí)，由于輕質(zhì)混凝土采用的是多孔性材料，導(dǎo)熱系數(shù)和線膨脹系數(shù)都小于普通混凝土，熱工性能較好，所建造結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)。一般建筑物發(fā)生火災(zāi)時(shí)，普通混凝土耐火1h，而輕骨料混凝土可耐火4小時(shí)。在600℃高溫下，輕骨料能維持室溫時(shí)的強(qiáng)度的85%，而普通混凝土只能維持35%～75%。

5 結(jié)語

輕骨料混凝土就是以高強(qiáng)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(jié)構(gòu)自重，提高建筑物結(jié)構(gòu)強(qiáng)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(qiáng)度輕骨料混凝土配比材料選擇、配比設(shè)計(jì)等問題，對高強(qiáng)度輕骨料混凝土的性能進(jìn)行了分析，其結(jié)果對指導(dǎo)高強(qiáng)度輕骨料混凝土配比設(shè)計(jì)具有十分重要的意義。

參考文獻(xiàn)

[1]俞茂宏.混凝土強(qiáng)度理論及應(yīng)用[M].北京:高等教育出版社，2002.

[2]宋培晶，丁建彤，郭玉順.高強(qiáng)輕骨料混凝土的收縮及其影響因素的研究[J].建筑材料學(xué)報(bào)，2008(2):14-20.

[3]馮乃謙.高性能混凝土[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，1996.

[4]廖明成.輕骨料混凝土斷裂分析.礦業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)[J]，1994，13(6):109-111.

[5]翟紅俠，李美娟.高強(qiáng)度輕集料混凝土的發(fā)展與分析[J].安徽建筑工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，1997，5(3):65-68.