輕質高強混凝土設計心得

（哈爾濱學院 黑龍江·哈爾濱 150086）

輕質高強混凝土中骨料之間、骨料與漿體之間的密度差較大，新拌混凝土的流動性較高時易出現輕骨料上浮、普通骨料下沉等不均質現象，導致混凝土勻質性變差，進而影響硬化混凝土的力學性能。因此，協調密度和強度、流動性和勻質性之間的關系是配制輕質高強混凝土的關鍵技術，分析其原材料對混凝土的影響不斷優化改善混凝土配合比設計。根據吳中偉院士提出的“綠色高性能混凝土”的理念。在符合可持續發展的原則，滿足當代人的需求，又不危機后代人的生存與發展。

1 配置原則

1.1 輕質

在混凝土的基本組分中，骨料所占的比例最大，首先考慮選擇使用高強輕骨料，其次考慮使用較輕質的膠凝材料，礦物摻合料代替部分水泥，在滿足高抗壓強度要求的同時，還能夠降低漿體的密度，發揮礦物摻合料的火山灰效應、填充效應和二次水化作用，同時還能夠提高混凝土拌合物的粘聚性和勻質性。

1.2 高強

由骨料性能、硬化水泥漿體性能及骨料與水泥石界面過渡區性能共同決定。輕骨料混凝土的受壓破壞形式與普通混凝土不同，往往是輕骨料首先發生破壞，因此配制輕質高強混凝土時應著重考慮骨料與硬化水泥漿體之間強度的協調發展。從漿體角度，選擇硬化后強度較高的膠凝材料，在滿足工作性前提下，盡可能降低水膠比；從骨料角度，減小骨料自身缺陷，適宜的最大粒徑，優化級配，降低基體空隙率，以提高混凝土強度。

2 原材料選擇方面

2.1 膠凝材料

膠凝材料的選用方面極為重要，制備高性能綠色混凝土時不僅要追求高強度還需要耐久性，力學性能和工作性能所以必須對原材料合理匹配，進而我們選用P·O52.5普通硅酸鹽水泥，硅灰選用二氧化硅含量≥95%，還有I級粉煤灰和S95級礦渣粉復配作為膠凝材料；水泥28天抗壓強度59.5MPa。

2.2 骨料

為得到更高強度及好的耐久性，力學性能和工作性能的前提下獲得更低的體積密度這一設計目標，參照 GB-T 17431.1-2010《輕集料及其試驗方法》第1部分輕集料的有關規定，選用5-20mm連續級配碎石型陶粒；對陶砂進行篩分，使其細度模數和級配情況為II區中砂。

2.3 外加劑

在外加劑的選用上要充分考慮綠色環保及經濟效益，外加劑可以算點睛之筆所以選用聚羧酸高性能減水劑（粉劑），減水率30%，以保證混凝土拌合物具有良好的流動性、粘聚性、保水性和勻質性，并且，硬化混凝土具有較好的經濟效益和較好的力學性能。

2.4 用水的選擇

在用水方面的選擇，一般采用飲用水作為拌合用水，嚴格控制用水量，在經過反復計算得出最佳用水量。

3 配合比計算方面

在配合比計算方面需要十分嚴謹，參照JGJ55《普通混凝土配合比設計規程》、JGJ51-2002《輕骨料混凝土技術規程》和JGJ/T281-2012《高強混凝土應用技術規程》的相關規定，進行混凝土設計。在確定初步配合比方面首先利用公式：fcu,0≥1.15 fcu,k計算出配制強度，在參照參考JGJ/T281-2012《高強混凝土應用技術規程》中表6.0.3，考慮到設計輕骨料高強混凝土應選用的水膠比。

根據混凝土配制強度及頁巖碎石狀陶粒密度等級、頁巖碎石狀陶沙密度等級這三個主要因素，以及根據2018參加黑龍江省輕質高強混凝土比賽數據及眾多文獻初步選擇膠凝材料總用量。

要在保證結構強度的前提下達到便于施工和經濟節約及綠色環保，所以在膠凝材料組成選擇中充分考慮利用工業廢渣粉煤灰、礦渣粉、硅灰，基于粉煤灰、礦渣粉可以提高混凝土的工作性，同時增加混凝土密實程度，改善耐久性，以及不同齡期對混凝土強度增長率的貢獻，根據實驗經驗及資料選取粉煤灰和礦渣粉占膠凝材料用量；考慮到上述兩種摻合料對混凝土總體摻和強度會有影響，加入硅灰可以有效提高混凝土強度同時也會提高混凝土耐久性，但加入過量硅灰會影響到混凝土工作效應同時考慮經濟性能，所以得出數據，最后就是用水量的選擇，砂率的選擇以及粗細骨料用量的確定，進而得到實驗室配合比，按照要求進行混凝土試拌，試驗前對陶粒、陶砂分別進行1h預濕處理并擦至飽和面干。拌合后，測得新拌混凝土坍落度，坍落擴展度，以及混凝土和易性、粘聚性、保水性、勻質性。得到的實驗室試配方案。

4 最終配合比確定

116-1組強度不足 116-3組容重大、造價高，所以采用116-2組混凝土配合比作為最終配合比。116-2組拌合后，測得新拌混凝土坍落度235mm，坍落擴展度660mm，28天強度74.4MPa，混凝土和易性、粘聚性、保水性、勻質性均良好。

5 經濟性分析方面

本次實驗配比中所涉及的設計原理及相關公式是經過嚴謹認真地查詢最新規范與相關混凝土報告，得出相應的結論。對普通混凝土的設計部分應用，計算后加以修正調整。對一些經驗系數，通過查詢工程實例已經相關工程師的經驗所得。

減少水泥用量：由于高強度混凝土的水灰比低，導致水泥用量相對較多，砂率也偏小，因而其中水泥有相當一部分僅起微細填料作用。這樣對水泥的應用是一種浪費，而且會增加成本。所以采用礦渣粉，粉煤灰等替代

摻入減水劑：本設計書中在混凝土中摻入高效減水劑中的聚羧酸減水劑，減水率：可達30%。這樣能改善混凝土拌合物的和易性，提高混凝土強度，大大節約了水泥用量，提高經濟效益。

6 結語

輕質高強混凝土的配制技術要求較嚴格，對各種原材料質量和用量均有較嚴格要求。要想獲得優質的高強綠色混凝土，首先必須對原材料進行優選，除了要求有良好的性能指標外，還必須質量穩定。其次，一些在普通情況下不太敏感的因素，在低水灰比的情況下會變得相當敏感，這就要求在配合比設計時必須對各種原材料及外加劑的用量應合理選取、仔細計算。最后，設計結果一定要進行試拌驗證，確保在實際施工時拌和物的工作性滿足實際要求。我們在參考大量文獻，琮合其合理性的基礎上，認真選擇相應系數以及參考公式，力求使方案做到盡善盡美。