人造輕集料混凝土配合比設計探討

甘 立 吳瑞卿 甘 偉 王 慶 何 娟

（1 廣州建筑產業開發有限公司；2 廣州建筑股份有限公司)

(3 廣州大學；4 廣州市建筑集團有限公司)

0 引言

隨著我國建筑產業現代化，裝配式、綠色建筑迅速發展，采用固廢為資源的建筑用人造輕集料陶粒，取代天然資源砂、石，成為當今研發的熱點。鑒于陶粒品種繁多、陶粒混凝土的應用廣泛，陶粒混凝土和普通混凝土的配合比設計，控制指標有所不同。很有必要對于不同密度、不同強度、流動性等指標要求的陶粒混凝土的配合比設計，提出科學合理、可靠簡便的方法。

1 人造輕集料陶粒混凝土配合比設計思路和方法

人造輕集料是指采用無機材料（工業固廢、建筑廢物等）經加工制粒、高溫焙燒而制成的輕粗、細集料（陶粒、陶砂）（下稱輕集料或陶粒）。輕集料混凝土是指密度在1900kg/m3以下的混凝土（又稱陶粒混凝土）。

陶粒混凝土與普通混凝土的配合比設計，不同的是增加了密度指標要求。普通混凝土密度在1300～1400kg/m3，而陶粒混凝土密度涵蓋范圍在400～1900 kg/m3。很明顯，采用普通混凝土配合比設計的概念和方法，難于滿足陶粒混凝土配合比設計要求。

本文針對陶粒混凝土的性能要求和特點，提出以下配合比設計思路和方法。在確定配合比構思時,著眼四個基本要素：

⑴陶粒混凝土分類。將密度400～1900kg/m3范圍陶粒混凝土，按用途、密度等級不同，分為低密度（＜D800）絕熱用、中密度（D800～D1500）填充、結構用、高密度（D1600～D1900）結構用，三類陶粒混凝；

⑵基料的選用和確定。按三類混凝土選用不同基料，低密度混凝土基料為漿料；中密度混凝土基料為砂漿；高密度混凝土基料為混凝土；

⑶陶粒的選用和確定。按三類混凝土密度、強度要求不同，分別選用超輕陶粒，粗輕普通陶粒、高強陶粒；

⑷陶粒和基料比例的確定。按三類混凝土密度、強度性能要求不同，分別確定陶粒和基料的體積比或質量比。

陶粒混凝土配合比設計具體方法如下：按設計要求和已有資料確定混凝土類別-確定陶粒品種和性能、基料品種和性能-確定陶粒與基料比例（體積比或質量比）-確定初步配合比-按實際材料（陶粒、砂、石的含水率等）調整材料用量，通過試驗漸進的方法，確定試驗室配合比-進一步按工程實際條件、要求，對試驗室配合比進行施工適應性調整后，確定施工配合比。

2 陶粒混凝土分類與配合比設計

由于陶粒混凝土涵蓋的強度（0.3～60MPa）、密度（400～1900kg/m3）范圍跨度大，用途廣泛（保溫隔熱、輕質填充、輕質墻體、結構構件）、品種繁多（普通品、特制品）。要對其進行配合比設計，對陶粒混凝土進行清析、合理的歸納、分類，是十分必要和重要的。為了便于分析,本文從用途和密度角度，將陶粒混凝土進行了歸納、分類。

⑴陶粒混凝土按用途不同，分為絕熱用、填充結構用和結構用陶粒混凝土三類。常用的陶粒混凝土分類，見表1。

⑵陶粒混凝土按密度和組成材料不同，分為低密度、中密度和高密度陶粒混凝土三類，并將組成材料分為兩部分，輕集料（陶粒）和基料(漿料、砂漿和混凝土)。常用的陶粒混凝土分類，見表2。

⑶通過上述按使用目的和性能要求分類，配合比設計，第一步，就可以明確的確定陶粒混凝土的基料和陶粒品種。進一步，按類別將混凝土分成低密度、中密度、和高密度三類。分三階段，按不同的集料（陶粒）和基料配合，分別進行配合比設計，確定組成材料。

通過分類、分段，使陶粒混凝土的配合比設計，針對性更強，更為簡單、明了，合理可行。

表1 陶粒混凝土按用途分類

表2 陶粒混凝土按密度、強度、組成材料分類

3 基料與配合比設計

本文提出的配合比設計思路是，陶粒混凝土是由輕集料和基料組成。進一步將陶粒混凝土按密度分成低密度、中密度、和高密度混凝土，劃分成三段，分別按照陶粒和不同品種的基料進行配合，確定其配合比組成材料。

相應低密度、中密度和高密度三類混凝土, 基料分別為：漿料、砂漿和混凝土。很明確，基料是控制混凝土性能的重要因素之一。不同密度類別的混凝土，配制的基料將是不同的。基料承擔了混凝土膠結成整體、混凝土強度、坍落度以及密度和其它性能的貢獻。（調整水泥用量、外加劑、用水量）三種資料的性能，強度主要取決于水泥品種和用量，外加劑用水量。

三種基料的主要性能，強度、流動性，取決于水泥品種和用量，外加劑、用水量等）。基料配合比（組成材料），可按常規方法確定。

4 陶粒與配合比設計

陶粒混凝土是由輕集料和基料組成。很明確，陶粒是控制混凝土主要性能密度、強度的另一重要因素。陶粒承擔了混凝土骨架、降低（或調整）密度、提供強度以及滿足坍落度和其它性能的功能。因此，不同類別密度、強度要求的混凝土，對陶粒密度、強度有不同要求。配合比設計時，應選用與性能要求相適應的陶粒，可按表3和下述資料選用。常用陶粒(陶砂) 粒徑、密度、筒壓強度、強度標號范圍，如表3。

表3 常用陶粒(陶砂)技術指標

通常，配制陶粒混凝土用的陶粒質量和檢測方法，應符合《輕集料及其試驗方法》GB/T 17431 1.2 標準的規定。陶粒(陶砂)是公稱粒級0～40mm；密度（堆積密度）300～1200kg/m3；筒壓強度0.2～12MPa 的陶瓷質球形顆粒狀的潔凈產品，其中公稱粒級0～5mm；堆積密度600～1200kg/m3為陶砂。有發泡型和燒結型品種。

常用陶粒空隙率在34%～38%；連續級配時，2.36mm篩上累計篩余，宜為(60±2)%；陶砂的細度模數，宜在2.3～4.0 范圍內；粗輕陶粒1h 吸水率要求：密度等級300、400、500，相應不大于25%、20%、15%；密度等級600～1200，不大于10%。陶粒的軟化系數不應小于0.8；陶砂的吸水率，軟化系數，不作規定；陶粒平均粒型系數應小于等于2.0。

5 陶粒與基料的配比關系

陶粒混凝土中，陶粒與基料配比，據陶粒混凝土類別而不同。按陶粒混凝土密度等級要求，和所選用基料的密度、陶粒的密度，確定基料與陶粒的比例，可采用體積比和重量比表征。

⑴對于低密度陶粒混凝土，密度、強度等級范圍要求在：＜D800；LC0.5～LC7.5。首先考慮滿足陶粒混凝土的密度要求，選用密度小的超輕陶粒。其次考慮陶粒混凝土的強度要求。選用適合陶粒的密度、筒壓強度和品種。通常每立方混凝土采用陶粒的體積為0.9～1.1m3。每立方混凝土采用的基料，應能填充陶粒的空隙(約35%～38%)+1%，同時考慮滿足混凝土強度（調整水泥用量、外加劑、用水量）、密度和施工性能（坍落度）要求。

⑵對于中密度陶粒混凝土，密度、強度等級范圍要求在：D800～D1500；LC7.5～LC20。首先，要同時考慮滿足陶粒混凝土的密度、強度要求，選用密度小，筒壓強度較高的粗輕陶粒品種。其次，考慮陶粒的摻量，應滿足陶粒混凝土的密度、強度要求。通常每立方中密度混凝土采用陶粒的體積為0.5～1m3。每立方混凝土采用的基料，應能填充陶粒的空隙，滿足強度（調整水泥用量、外加劑、用水量）、密度和施工性能（坍落度）要求。

⑶對于高密度陶粒混凝土，密度、強度等級范圍要求在：D1600～D1900；LC20～LC60。該類結構用混凝土，多以混凝土基料為主體，可以看成是用高強陶粒取代部分砂石集料，降低混凝土密度。首先，要同時考慮滿足結構用陶粒混凝土的強度、密度要求，選用密度較小，筒壓強度較高的高強陶粒品種。其次，陶粒的摻量應滿足陶粒混凝土的密度、強度和其他性能要求。通常每立方高密度混凝土采用陶粒的體積為0.5～0.8m3。每立方混凝土采用的基料，應能填充陶粒的空隙，滿足強度、密度和施工性能（坍落度）要求。

6 結語

陶粒混凝土配合比設計，原則上應同時滿足混凝土密度、強度、坍落度和相關性能要求。與普通混凝土配合比設計要求和條件有一定的差別。本文在大量試驗基礎上，提出的在陶粒混凝土分類的基礎上進行配合比設計方法，在實際工程、試驗工作中，均取得較好的效果。