輕骨料混凝土預制構件的制備及其性能研究

俞聯鋒，孟曉峰

（浙江省建材集團有限公司，杭州310015）

1 引言

在工業產業不斷發展的背景下，能源消耗問題成為行業關注的焦點。受到環保因素的限制，在砂石價格上漲的情況下，輕骨料混凝土預制中會遇到砂石供應中斷等問題，這些問題不僅會影響材料的生產效率，還會限制行業的持續發展。而輕骨料混凝土具有輕質、抗滲、隔熱等特點，將其運用在工業產業中有非常明顯的優勢。對輕骨料混凝土預制構件進行性能分析，研究其制備方法，有助于確定輕骨料混凝土的最佳配合比，保證材料的使用效果，使其滿足行業的高質量發展需求。

2 輕骨料混凝土預制構件的性能

2.1 抗壓性能

在輕骨料混凝土使用中，材料的容重越大，強度也就越大。一般情況下，影響輕骨料混凝土抗壓性能的因素包括：（1）砂漿強度。在輕骨料混凝土制備中，適當提高砂漿強度，可以增強混凝土的黏結性，同時，可以提升材料的抗壓性能。（2）集料強度。根據輕骨料混凝土材料的特點，其強度在一定程度上取決于骨料強度。當骨料強度提高時，輕骨料混凝土預制構件的抗壓強度也會逐漸提高。（3）外加劑。在輕骨料混凝土材料中，適當增加外加劑可以改善混凝土的性能，包括抗裂性能、防滲性能等[3]。

2.2 抗拉性能

對于濕潤狀態下養護的輕骨料混凝土預制構件，其抗拉強度的特點與普通混凝土相同，根據回歸分析法，輕骨料混凝土預制構件的抗拉強度與抗壓強度的關系如（1）所示：

式中，ft為輕骨料混凝土預制構件抗拉強度標準值；fcu為輕骨料混凝土預制構件抗壓強度平均值。

3 輕骨料混凝土預制構件的發展現狀及存在問題

3.1 輕骨料混凝土預制構件的發展現狀

根據輕骨料混凝土預制構件的特點，將其運用在大尺寸裝配式預制構件中，不僅可以提高構件的生產效率，還可以降低吊裝、運輸等費用，滿足行業的高質量、經濟化發展需求。通過輕骨料混凝土一體化理念的運用，可以開發整體預制結構構件，如通過工廠整體預制、裝飾成型、保溫等系統的一體化加工，保證建筑工程項目的完整性，同時，也可以逐步提升預制構件的一體化生產效果。而且通過BIM 技術的應用，可以實現輕骨料混凝土生產、運輸、安裝的一體化管理，提高生產質量和生產效率[1]。

3.2 輕骨料混凝土預制構件生產體系中在的問題

輕骨料混凝土預制構件的生產與管理過程中存在以下問題：（1）管理制度內容不全面。這種現象不僅會影響輕骨料混凝土預制構件的生產效果，還會限制行業的持續化發展。（2）部分標準的設定時間相對久遠，限制了輕骨料混凝土預制構件生產的發展，對生產質量的提高存在不利影響。（3）在環保政策的影響下，由于行業缺少統一的生產標準，會影響行業的持續發展。因此，應不斷完善相應的標準，滿足行業的標準化、規范化發展需求，結合建筑行業不斷發展的現狀，優化材料配比方案，提升材料的使用效果。而且，在輕骨料混凝土預制構件配制及生產中，需要結合輕骨料混凝土預制構件材料的特點，確定輕骨料混凝土的抗壓強度和抗拉強度，逐步提升輕骨料混凝土的強度，實現材料使用及項目質量提升的目的[2]。

4 輕骨料混凝土預制構件的制備

4.1 原材料

在輕骨料混凝土預制構件制備中，原材料的選擇非常重要，其種類及質量要求為：（1）水泥通常選擇P·II52.5 硅酸鹽水泥；（2）礦粉為S95 級；（3）河砂為II 級中砂，細度模數為22.7；（4）陶粒主要分為3 種結構，0～5 mm 淤泥陶砂，為圓球形顆粒；5～10 mm 陶粒，為碎石顆粒；10～20 mm 陶粒，為碎石顆粒；（5）減水劑。

4.2 試驗方法

試驗中，需要對材料的干密度、抗壓強度及導熱系數等進行試驗。

4.3 輕骨料混凝土配合比

結合輕骨料混凝土材料設計規范，對材料配合比進行分析，在多次試驗中可以發現，輕骨料混凝土中的骨料存在容易上浮的問題，而且一些新拌混凝土的包裹性不足，因此，輕骨料混凝土預制構件的配合比設計中需要注意以下2 點：（1）由于輕骨料混凝土骨料的包裹性不強，應采用0～5 mm的圓球形淤泥代替0～5 mm 不規則形狀的頁巖陶砂，之后添加不同級別的陶粒和礦粉改善輕骨料混凝土的包裹性，從而改善輕骨料混凝土預制構件性能。（2）由于輕骨料容易上浮，設計的材料配比中，應摻入一定量的河砂，這種方法可以改善輕骨料混凝土的性能。一般情況下，在材料配比中，需要按照河砂∶陶砂=7∶3 的比例進行配比。以高層裝配式建筑為例，在輕骨料混凝土預制構件的材料配比中，其配合比控制可參考表1 內容[5]。

表1 LC40 輕骨料混凝土各原材料含量kg·m-3

5 輕骨料混凝土的物理力學性能

與同等級C40 混凝土材料的力學性能相比，LC40 輕骨料混凝土的干密度降低了27%，材料的導熱系數降低了54%，彈性模量降低了37%。所以，在LC40 輕骨料混凝土預制構件具有自重輕、保溫效果好，滿足行業對建筑結構的要求[6]。

5.1 輕骨料混凝土的耐久性

在輕骨料混凝土預制構件使用中，為了提升輕骨料的耐久性，應注意以下內容：（1）長期的抗壓強度分析中，應對不同時期的抗壓強度進行分析。實際檢測中，標準輕骨料混凝土預制構件的28 d 抗壓強度為42.40 MPa、56 d 抗壓強度為43.70 MPa、90 d 抗壓強度的為44.10 MPa，數據表明，該種材料的長期抗壓強度趨于穩定，可以建筑構件進行使用。（2）干燥收縮性能。對標準LC40 輕骨料混凝土和C40 混凝土試件進行分析可知，其28 d 干燥收縮率為0.319 mm/m，C40混凝土的28 d 干收縮率為0.723 mm/m，JGJ 51—2002《輕骨料混凝土技術規程》要求輕骨料混凝土28 d 的干收縮率應≤0.36 mm/m，因此，該種材料收縮性能滿足建筑要求，有助于減少裂縫的產生[7]。

5.2 抗碳化性能

空氣中的二氧化碳滲透到混凝土結構內部后，會和水泥及水化產物發生一系列的化學反應，使混凝土材料出現松散、開裂問題，結構強度會逐漸降低，如果不能得到及時處理，會影響混凝土材料的耐久性[8]。對標準LC40 輕骨料混凝土預制試件進行碳化試驗可知，試件的28 d 碳化深度達到了4.10 mm，C40 的普通混凝土的28 d 碳化深度達到了5.4 mm。根據JGJ 51—2002《輕骨料混凝土技術規程》的要求，輕骨料混凝土的28 d 的碳化深度應≤35 mm，因此，輕骨料混凝土的抗碳化性能可以充分滿足建筑工程對材料抗碳化的性能的需求[9]。

6 結語

在建筑行業不斷發展的背景下，由于人們對建筑項目的功能性要求逐漸提高，輕骨料混凝土材料被應用在工程項目中。為了更好地提高材料各項使用性能，研究輕骨料混凝土材料的性能非常重要。本文主要對輕骨料混凝土預制構件的抗壓性能、抗拉性能、耐久性、抗凍性能、抗碳化性能進行分析，實驗數據證明，輕骨料混凝土材料可用于工程項目。在應用過程中，需要結合建筑工程的實際要求確定輕骨料混凝土的配合比，逐步提升輕骨料混凝土預制構件的強度，從而提高工程項目的質量，為行業的持續發展提供保障。