基于輕骨料混凝土的PC外墻板解決方案

王 超 金自清 王 宇

上海建工建材科技集團股份有限公司 上海 200086

目前，裝配式建筑采用的預制混凝土（PC）構件主要由普通混凝土生產。然而，由于PC構件體積大、自重大等缺點，而鋼結構住宅對PC構件自重要求較高，因此考慮采用輕骨料混凝土來減輕構件的自重。輕骨料混凝土具有輕質、保溫、高強、隔聲、耐火、抗裂、防滲等特點，在減輕結構自重、節約材料用量、提高構件運輸和吊裝效率、減少地基荷載及改善建筑物功能等方面有巨大作用。

現有研究成果[1-12]尚未使用過密度等級1 600級、強度等級LC30的輕骨料混凝土，因此本文通過優選原材料及優化配合比設計等方法，在保證輕骨料混凝土相關性能的情況下，最大限度地減輕其容重，并對其進行耐久性評估。

1 試驗原材料及試驗方法

1.1 試驗原材料

試驗原材料包括水泥（525普通硅酸鹽水泥），粉煤灰（Ⅱ級粉煤灰），粗骨料（700級頁巖陶粒，宜昌光大陶粒制品有限公司生產，頁巖碎石型，5～20 mm連續級配；900級頁巖陶粒，上海群擁陶粒制品有限公司生產，頁巖碎石型，5～20 mm連續級配），細骨料（頁巖陶砂，宜昌光大陶粒制品有限公司生產，頁巖碎石型，細度模數3.8）和外加劑（高性能聚羧酸減水劑）。水泥和骨料的物理力學性能分別如表1、表2所示。

表1 水泥的物理力學性能

表2 2種陶粒及陶砂的物理力學性能

1.2 試驗方法

1.2.1 攪拌及成形方式

制作4組尺寸為100 mm×100 mm×100 mm的立方體試塊進行抗壓強度及抗滲性能試驗。攪拌方法：根據JGJ 51—2002《輕骨料混凝土技術規程》規定，采用預濕處理法，投料前先將陶粒進行淋水預濕處理，持續約30 min，使其飽水；然后濾去明水，并與水泥、陶砂、粉煤灰一同投入攪拌1 min；再將拌和水與外加劑混合投入攪拌4 min。

1.2.2 配合比設計

根據JGJ 51—2002《輕骨料混凝土技術規程》規定，對于設計密度1 600級、強度等級LC30的輕骨料混凝土，其中，水灰比0.26～0.33，砂率0.35～0.40。通過理論計算調整后的4種輕骨料混凝土的配合比設計如表3所示。

表3 4種輕骨料混凝土的配合比設計

1.2.3 輕骨料混凝土抗滲性能試驗

根據GB/T 50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》規定，對輕骨料混凝土標準養護28 d后進行抗滲試驗。試驗從水壓0.1 MPa開始，每隔8 h增加水壓0.1 MPa，待抗滲壓力達到1.5 MPa并持壓8 h結束試驗，隨即劈開試件，并于混凝土的斷面上，測量5個等間距點的滲水高度，取其平均值作為試驗結果。

2 試驗結果及分析

2.1 不同密度等級的陶粒對強度及干表觀密度的影響

分別對輕骨料混凝土標準養護3、7、28 d的抗壓強度及干表觀密度進行測定，試驗結果如表4所示。

表4 輕骨料混凝土的物理力學性能

由表4可知，分析4組試驗的物理力學性能，均滿足設計強度LC30要求。但由于S1、S2組采用900級頁巖陶粒，其干表觀密度測量結果超出設計容重，因此在達到同等設計強度的前提下，優先考慮采用700級頁巖陶粒。另外，S3、S4組強度均達到設計要求，在考慮成本及降低容重的前提下，優先考慮采用S4組配合比。圖1為輕骨料混凝土破碎情況，圖2為實驗室的坍落度測定。輕骨料混凝土強度達到峰值時，陶粒優先破碎，這是由陶粒本身的性能所決定的。陶粒的原材料種類及生產工藝決定了其密度等級和筒壓強度的大小，同時限制了輕骨料混凝土強度的進一步發展。

圖1 LC30輕骨料混凝土試塊破碎情況

圖2 實驗室坍落度測定

2.2 混凝土抗滲性能

分別對S4組的輕骨料混凝土及同強度的普通混凝土進行抗滲性能試驗，結果如表5所示。由表5可知，同強度的輕骨料混凝土抗滲性能更加優異，滲水高度僅為普通混凝土的85%。由于配制前先吸水，輕骨料在養護過程中會釋放部分水，形成“微泵”效應。這種“微泵”可以使骨料與基體之間得以充分養護，增加其密實度，因此抗滲性能有所提高。同強度的普通混凝土與輕骨料混凝土相比，其水灰比較大，且各組分離析、泌水，尤其是普通粗骨料，會在其下方形成“水穴”，破壞整體的密實度，因此其抗滲性能較弱。

表5 同強度的輕骨料混凝土與普通混凝土抗滲性能對比

3 實際工程應用

結合試驗結果，在上海某鋼結構住宅建設中，為方便吊裝，降低結構自重，設計采用輕骨料混凝土裝配式建筑構件類型共27種，其中包括轉角凸窗12種及外立面豎向裝飾線15種，總量450～500 m3。根據預制構件廠實際情況，采用合理配合比，澆筑構件。圖3為輕骨料混凝土澆筑情況，可見裝配式預制構件表面光滑，無陶粒上浮現象，施工振搗順利。圖4為輕骨料混凝土裝配式預制構件成品。

圖3 輕骨料混凝土澆筑情況

圖4 裝配式預制構件成品

4 結語

由于水泥價格較粉煤灰價格貴，故在不影響混凝土性能的前提下，可減少水泥用量，增加粉煤灰用量。由于陶粒價格隨密度等級的提高而提高，故在不影響混凝土性能的前提下，用700級陶粒替換900級陶粒。經計算，在原材料及配合比優化后，每立方米陶粒混凝土可節省約100元。

輕骨料混凝土在裝配式建筑構件中的成功應用，不僅能使建筑構件減重，發揮其輕質、保溫、高強、隔聲、耐火、抗裂和防滲等特點，同時增加了裝配式建筑構件使用的可持續性，延長了建筑物的使用壽命。這樣一種高品質的輕骨料混凝土及其構件的成功研發應用，開拓了輕骨料混凝土在裝配式建筑構件中的推廣應用前景，將使裝配式建筑結構采用輕量化設計成為一種可行的方式，其邊際效應是顯而易見的。