結(jié)構(gòu)用輕質(zhì)泵送混凝土的性能研究

吳金國 徐 強(qiáng) 余火勝

（江西省建筑材料工業(yè)科學(xué)研究設(shè)計(jì)院，南昌 330001）

前言

輕質(zhì)混凝土是用輕骨料、輕砂（或普通砂）、水泥、外加劑和水配制而成的表觀密度低于1950kg/m3的混凝土[1]。結(jié)構(gòu)輕質(zhì)混凝土因?yàn)榫哂休p質(zhì)、高強(qiáng)、隔熱等優(yōu)點(diǎn)，有著巨大的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)優(yōu)勢，特別是在不良地基上建造高層建筑、大跨度橋梁、海洋工程和隧道等需要降低建筑物自重的工程中應(yīng)用廣泛[2]。比如，南京太陽宮廣場混凝土工程采用了CL50高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土；鐵道部大橋局將CL40高強(qiáng)陶?；炷翍?yīng)用子啊金山公路跨度為22m的橋梁上[3]。頁巖陶粒由于吸水率大、堆積密度小等特性使混凝土在振搗、運(yùn)輸和施工過程中很容易出現(xiàn)陶粒上浮、分層、泌水和離析等有害現(xiàn)象，這使頁巖陶粒混凝土均質(zhì)性下降并很難做到高強(qiáng)度和可泵性的統(tǒng)一，給工程施工和泵送帶來了很大困難，制約了其在工程上的應(yīng)用。為滿足泵送施工的要求，需要系統(tǒng)研究頁巖陶?；炷帘盟托阅艿母鞣N影響因素，對促進(jìn)頁巖陶粒混凝土在工程中的推廣和應(yīng)用具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

1 原材料及試驗(yàn)方法

1.1 原材料

試驗(yàn)用水泥為江西萬年青P·O 42.5級水泥，其化學(xué)組成見表1，礦物組成見圖1。粉煤灰為江西中業(yè)興達(dá)電力實(shí)業(yè)有限公司生產(chǎn)的Ⅰ級粉煤灰，其化學(xué)組成見表1。細(xì)骨料為贛江河砂，細(xì)度模數(shù)2.7，級配Ⅱ區(qū)，表觀密度2610kg/m3，堆積密度1440kg/m3，泥塊含量0%，含泥量0.9%。粗骨料為800級碎石形高性能頁巖，基本性能指標(biāo)見表2。外加劑使用江西迪特科技有限公司生產(chǎn)的聚羧酸系緩凝高性能減水劑?；炷涟韬嫌盟疄榉蠂椰F(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)JGJ 63-2006《混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)》的自來水。

表1 水泥和粉煤灰的化學(xué)組成（w t %）

表2 頁巖陶粒基本性能指標(biāo)

1.2 試驗(yàn)方法

配合比設(shè)計(jì)參考JGJ51-2002《輕集料混凝土技術(shù)規(guī)程》，基準(zhǔn)配合比的坍落度設(shè)計(jì)為180mm、強(qiáng)度等級為LC35，見表3。研究頁巖陶粒的粒型、密度等級、預(yù)濕處理時間、顆粒級配、粉煤灰取代率、體積砂率等因素對頁巖陶?；炷帘盟托阅艿挠绊?。本文采用坍落度與擴(kuò)展度及比值K[4]評價(jià)頁巖陶粒混凝土可泵性。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 陶粒的預(yù)濕處理時間對泵送性能和抗壓強(qiáng)度的影響

圖1 水泥的XRD圖譜

表4為對頁巖陶粒進(jìn)行不同的預(yù)濕處理，得到陶粒混凝土的泵送性能和力學(xué)性能指標(biāo)。從表4中可以看出，隨著預(yù)濕處理時間的增加，K值在降低，常壓浸水24h與48h對應(yīng)的K值相等。1h坍落度損失隨著預(yù)濕處理時間的增加明顯減小，這主要是因?yàn)樘樟ｎA(yù)濕處理時間越長，陶粒的吸水率越大，加入的拌合水相對減少，所以出機(jī)坍落度略有減小。由于陶粒吸水后存在微泵效應(yīng)，使常壓浸水處理時吸收的部分水，隨著時間的推移釋放出來，保持混凝土較長時間的可塑性；陶粒的預(yù)濕處理時間對其后期抗壓強(qiáng)度影響并不大。比較各試驗(yàn)結(jié)果，推薦浸水處理時間為24h。

2.2 陶粒的粒型對泵送性能和抗壓強(qiáng)度的影響

表5為采用圓球形和碎石形兩種粒型的陶粒配制混凝土后的泵送性能比較。本試驗(yàn)采用基準(zhǔn)配合比，使用800級的圓球形頁巖陶粒和碎石形頁巖陶粒，浸水時間均為24h。由表5可知，采用圓球形頁巖陶粒配制的混凝土的出機(jī)坍落度和1h坍落度經(jīng)時損失比采用碎石形頁巖陶粒配制的混凝土均要大。而且在試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，圓球形頁巖陶粒所配制的混凝土有輕微的離析現(xiàn)象。這主要是因?yàn)閳A球形陶粒表面光滑、粒型規(guī)則，在混凝土拌和物中近似滾珠流動，所以圓球形頁巖陶粒比碎石形頁巖陶粒的流動性能好，圓球形顆粒與水泥漿的粘結(jié)力較弱，因而其抗離析的能力比碎石形顆粒弱。碎石形陶粒配制的混凝土的28d抗壓強(qiáng)度比圓球形陶粒配制的混凝土的抗壓強(qiáng)度高。綜合比較，碎石形頁巖陶粒有利于泵送和保證強(qiáng)度。

表3 基準(zhǔn)配合比（干燥）

表4 預(yù)濕時間對頁巖陶?；炷凉ぷ餍阅艿挠绊?/p>

2.3 頁巖陶粒的密度等級對可泵性的影響

輕骨料的密度等級可分為14個等級，陶粒的輕重決定著與水泥漿體的密度差，勢必影響到其在水泥漿中的上浮速率，從而進(jìn)一步影響到陶粒混凝土的均質(zhì)性和力學(xué)性能。本試驗(yàn)采用基準(zhǔn)配合比，相同體積摻量，研究粒徑相似的700級、800級和900級陶粒在浸水時間均為24h下制備的混凝土性能的變化見表6。

從表6可知，頁巖陶粒的密度等級對混凝土泵送性能的影響很??；28d抗壓強(qiáng)度隨著陶粒的密度等級的提高有一定的提高。

2.4 頁巖陶粒的顆粒級配對泵送性能和抗壓強(qiáng)度的影響

表7為不同顆粒級配陶粒對混凝土泵送性能和28d抗壓強(qiáng)度的影響。由表7可以看出，連續(xù)級配比不連續(xù)級配和單級配的保坍性能好，28d抗壓強(qiáng)度高。這是因?yàn)樗酀{不僅需要包裹陶粒表面，還需要填充陶粒間的空隙。級配較好時，大顆粒之間的空隙可以由小顆粒和細(xì)骨料填充，在相同水泥漿用量的情況下，有足夠的水泥漿在陶粒之間起到潤滑作用，使混凝土具有較好的工作性能。骨料級配良好的混凝土結(jié)構(gòu)更密實(shí)，強(qiáng)度也相應(yīng)更高。

2.5 體積砂率對泵送性能和抗壓強(qiáng)度的影響

本試驗(yàn)采用基準(zhǔn)配合比，骨料的總體積固定，圖2是體積砂率對混凝土坍落度的影響，圖3是體積砂率對陶?；炷翉?qiáng)度的影響。

由圖2可知，砂率較小時，增大砂率增加了包裹骨料的砂漿，提高了陶?；炷恋奶涠群土鲃有?；但體積砂率過大，骨料的比表面積增大，水泥漿不足，混凝土拌合物的流動性降低。由圖3可知，隨著體積砂率的增加陶粒混凝土28d抗壓強(qiáng)度先增后減，這是由于體積砂率的增加改善了拌和物的粘聚性和勻質(zhì)性，混凝土中陶粒所占的比例越小，混凝土的強(qiáng)度越高；而當(dāng)砂率過大，混凝土容易分層離析，導(dǎo)致混凝土形成不均勻的結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度反而會降低。

2.6 粉煤灰摻量對泵送性能和抗壓強(qiáng)度的影響

表8為粉煤灰的不同摻量對混凝土泵送性能和抗壓強(qiáng)度的影響。本試驗(yàn)采用基準(zhǔn)配合比，粉煤灰以1.2的超摻系數(shù)以0%、10%、15%、20%、25%、30%取代部分水泥。

由表8可得，在一定范圍內(nèi)，隨著粉煤灰的摻量增大，28d強(qiáng)度略有降低，提高了混凝土的泵送性能。這是因?yàn)榉勖夯揖哂行螒B(tài)效應(yīng)、活性效應(yīng)和填充效應(yīng)等物理活性，其玻璃微珠體呈光滑球形，在水泥漿體中起到潤滑作用，既改善了拌和物的流動性，又增加了保水性和勻質(zhì)性；采用部分粉煤灰替代水泥可以減小水泥漿體的密度，從而減小了陶粒與水泥石之間的密度差，可以起到減輕陶粒上浮的作用。但是當(dāng)摻量超過20%以后，在提高拌合物的流動性的同時也加快了陶粒的上浮。因此單摻粉煤灰時存在一個較佳值，能夠?qū)崿F(xiàn)陶?；炷恋牧鲃有院涂狗謱与x析性之間的協(xié)調(diào)。

表5 不同密度等級陶粒對混凝土性能的影響

表6 不同密度等級陶粒對混凝土性能的影響

表7 不同密度等級陶粒對混凝土性能的影響

圖2 體積砂率對坍落度的影響

圖3 體積砂率對28d抗壓強(qiáng)度的影響

表8 粉煤灰的摻量對混凝土性能的影響

結(jié)論

（1）對陶粒進(jìn)行預(yù)濕處理有利于混凝土的泵送性能的改善，解決了陶粒在混凝土中的吸水與放水過程對陶粒凝土的泵送性能影響。

（2）碎石形頁巖陶粒相比圓球形頁巖陶粒更有利于泵送，且對強(qiáng)度有增強(qiáng)作用。陶粒的密度等級對混凝土的泵送性能影響不大，高密度等級陶粒對混凝土的均質(zhì)性與強(qiáng)度有利。

（3）陶粒連續(xù)級配有利于提高混凝土的泵送性能和強(qiáng)度；體積砂率的大小受陶?？障堵实挠绊?，還需綜合考慮對強(qiáng)度和流動性的影響；粉煤灰的摻入有益于混凝土的可泵性的改善，但摻量不宜過大。

[1] 輕集料混凝土技術(shù)規(guī)程[S]。 JGJ51-2002

[2] Euro Light Con project“B E96-3942/R11,Pumping of lightweight aggregate concrete based on expanded clay in Europe”,http://www.sintef. No/units/civil.bygg/sement/elcon/list-r.htm,December 1998,P29.

[3] 曹永民, 宋宏偉, 王立久。免振自流平高性能輕集料混凝土和高性能輕集料混凝土的研究[J]?；炷?。2002.11.P36

[4] 陳曉芳，田曉霞。陶粒性能對LC40輕骨料混凝土工作性和均質(zhì)性的影響［J］。橋隧工程，2010（5）：195-198。