不同外摻物對輕質高強混凝土的性能影響研究

石振慶 趙 煒

（滁州學院土木與建筑工程學院 安徽滁州 239000)

不同外摻物對輕質高強混凝土的輕質高強混凝土是由高強輕集料、普通砂、水泥和水配制而成，干容重小于1950kg/m3，強度等級LC30以上。相比于普通混凝土，其具有自重輕、強度高、耐久性佳、體積穩定性好等優點。我國對輕質高強混凝土的研究雖起步較晚，但近年來已展開系統的研究，取得了一定的研究成果。

一、鋼纖維摻入對性能的影響

當前國內輕質高強混凝土多用在橋梁和高層建筑，部分也使用于超高層建筑，因此增強混凝土的抗壓強度和抗彎強度及耐高溫性就顯得極為重要。

研究發現，摻入不同輕質骨料的鋼管混凝土在不同火災溫度的影響下所產生的力學性能的差異較為明顯，摻入鋼纖維輕質骨料試件的軸向壓力強度隨火災溫度呈先增后減趨勢，其結果表明，摻入鋼纖維可提供一定的耐高溫性能[1]。鋼纖維的摻入亦可提高輕質高強混凝土的韌性和劈裂抗拉強度，其中，微細型鋼纖維增韌效果最好，對劈裂抗拉效果也較明顯[2]。鋼纖維的摻入亦可在一定程度上影響混凝土的收縮性能，研究表明，當提高混凝土中鋼纖維的摻量，可明顯降低混凝土的收縮[3]。

除此之外，在高強度陶粒混凝土短柱初始裂縫抑制方面，鋼纖維的摻入也會對其有一定的改善。研究發現，隨著鋼纖維體積率的提高，高強陶粒混凝土短柱試件的抗剪承載力有明顯增強，在實際施工中適量增加鋼纖維，可提高結構的抗剪承載力[4]。

有研究認為，通過振動攪拌機制備的輕質高強混凝土抗壓強度隨鋼纖維的摻入持續增長。其原因為振動攪拌會改善絮凝結構，使水化速率加快，增加混凝土的密實度，在一定程度上可有效解決輕集料上浮的問題[5]。攪拌方式亦會對混凝土的抗滲性和耐久度產生較大的影響，當采用不同的攪拌工藝制得的輕質高強混凝土在28d的抗壓強度及抗滲性能有明顯不同[6]。

鋼纖維的摻入將直接對輕質高強混凝土的性能產生影響。在一定范圍內合理的在混凝土中摻入鋼纖維可對輕質高強混凝土的抗彎性能和抗壓性能有促進作用。

二、不同骨料摻入對性能的影響

骨料種類或粒徑的不同，均會影響輕質高強混凝土的性能。研究發現，當采用鎂礦石或不同粒徑的浮石時，均可達到普通混凝土的抗壓強度。不同浮石粒徑對混凝土抗壓強度值影響較為明顯，在進行強化處理后，浮石粒徑越小，其混凝土抗壓強度就越高[7-8]。也有研究發現，在標準養護條件下，黏土陶粒混凝土和頁巖陶粒混凝土試件的3d、7d、28d強度均高于自然養護試件[9]。試件的破壞模式以脆性破壞為主，其應力-應變曲線與普通混凝土相似。在其他骨料保持不變的條件下，適當的增加陶粒含量可使混凝土的彈性模量得到降低[10]。

聚合物的加入，除在很大程度上改變混凝土的韌性外也可明顯的增強混凝土的相關性能。研究發現，當使用改性聚乙烯醇類聚合物（P-A）摻入時，抗拉強度會明顯提升，與添加入PVA纖維相同的是所制備的混凝土的抗壓強度增強并不明顯,但聚乙烯醇纖維可明顯的提高混凝土的韌性[11-12]。有研究指出，適量的增加玻璃微珠的顆粒數，將顯著影響混凝土的性能，但隨著玻璃微珠數目的增加，反而會降低混凝土的抗壓強度[13-15]。PVA纖維和玻璃微珠混摻拌制輕質高強混凝土時，若PVA纖維含量恒定，隨著玻璃微珠摻量的增加，混凝土的抗拉強度和抗壓強度均呈現先大后小變化趨勢，在60-80目時性能最優[12]。

三、無機摻合料對性能的影響

國內學者通過摻入無機摻合料來改變混凝土的性能，研究不同的無機摻合料也將帶來輕質高強混凝土在綠色環保方面的提高。

當摻入錳渣粉、粉煤灰、硅灰等控制在一定的比例內時，抗壓強度會有所上升。硅灰和錳渣粉可明顯提高輕質高強混凝土的抗壓強度[16-17]。除此之外，硅灰和二氧化硅無機摻合物的添加會增強混凝土的密實度[17-18]，曾維等人研究發現，當納米SiO2摻量處于0%—2%區間逐漸增大時，混凝土抗壓、抗折強度變化均呈現先增后減的現象，在摻量0.5%時達到頂峰；納米二氧化硅的微集料填充會增加其折壓比，在較大程度上改善輕質高強混凝土的斷裂韌性[18]。研究表明，粉煤灰顯著影響輕質高強混凝土的抗壓強度，隨粉煤灰摻入量的增加抗壓強度呈先增后減小趨勢，主要原因考慮為超細粉煤灰含量較多，比表面積較大，水化反應更快，改變了其內部的微觀機構[18-19]；但粉煤灰含量不宜過多，會導致其流動性較差，進而影響混凝土的抗壓強度[20-21]。

在無機添加物中，燒結粘土亦可作為一種材料來制備輕質高強混凝土。研究表明，燒結粘土的微觀結構疏松多孔，會吸收部分水分，導致混凝土的工作性能降低。燒結粘土摻量越高，作用越明顯，但其力學性能會明顯的提高抗壓強度，也可很好的提高混凝土的體積穩定性[22]。

無機摻合料的增加會對輕質高強混凝土的性能產生一定改變，其中抗壓強度的改變最為明顯，當摻入硅灰或粉煤灰時，抗壓性能會因為內部骨料微觀結構的改變而改變，其分子承載力效果不同，將直接影響輕質高強混凝土的抗壓性能。

四、不同環境對性能的影響

研究不同環境對輕質高強混凝土性能的影響也反映了該類混凝土是否能夠在復雜環境下保證工作性能，減少因環境帶來對建筑物的不利影響。

在抗震設防區，高強輕質混凝土的使用可有效縮短橋梁的高階自振周期，降低結構對地震內力和位移的響應[23]。胡珥珥等人發現，輕質高強混凝土的材料密度和彈性模量對橋梁結構的高階振型影響很大，而同種強度的普通輕質混凝土對振動周期影響較小[24]。

對于常年遭受液體浸泡或侵蝕的建筑物而言，抗滲性能和吸水率就顯得尤為重要。研究發現，預濕狀態的陶粒混凝土其強度會隨著預濕時間的增加而增加[25]。在氯離子等離子濃度較大區域，結構的抗滲能力的強弱直接影響建筑物的耐久性，混凝土抗氯離子滲透能力隨干濕循環頻率的增大而減小；混凝土氯離子滲透性隨礦物含量的增加而增大；摻硅灰時混凝土的抗滲性較好，其中，摻入量為20%時混凝土的抗滲透性能最好[26]。

除此以外，同一種輕質高強混凝土并不能經受住各個地區氣候條件的考驗。在干旱地區，其惡劣的環境對混凝土的力學性能造成很大影響。在濕熱環境下，混凝土結構溫濕度均會較高，其力學性能也將很受影響。研究發現，CFRP加固高強混凝土開裂荷載會隨著預應力的等級增加而提高，而在濕熱環境下，荷載極限也會逐漸增高，這也為將來濕熱地區混凝土結構的發展提供了依據[27]。火災情況下的混凝土的性能也將直接影響的人們的生命財產安全，有研究發現隨著溫度的升高，高強混凝土的高溫力學性能逐漸下降，下降速率大于普通混凝土，但摻入鋼纖維的高強混凝土會顯著改善高溫下的力學性能[28]。

五、結語

輕質高強混凝土的不斷發展與完善標志著我國在此領域的不斷發展與突破。無論是采用鋼纖維摻合料還是無機摻合料，對輕質高強混凝土性能的提高均較明顯，相較于普通混凝土，輕質高強混凝土需要較為復雜的制作工藝和施工技術，不同外摻物對混凝土的影響均不一，外摻物加入后，其強度會有明顯的提高。通過改變輕質高強混凝土的內部組成結構，擴大其應用范圍，將對節能減排、綠色建筑的推廣產生一定助推作用。