LC30 輕骨料混凝土的試驗研究

田帥TIAN Shuai；李世華LI Shi-hua；焦巖JIAO Yan

（①云南建投綠色高性能混凝土股份有限公司，昭通 657000；②云南省高性能混凝土工程研究中心，昆明 650500）

0 引言

隨著現代建筑向著高層、大跨徑方向的發展，對混凝土性能的要求也越來越高，普通高強混凝土因其自重大問題的存在，在大型工程應用中受到越來越多的制約[1]。采用陶粒配制的輕骨料混凝土具有輕質高強、保溫隔熱、隔聲、抗震、環保等諸多優良性能，可減輕建筑物和構筑物的自重恒載，在高層建筑、軟土地基工程和建筑改造工程中具有廣闊的應用前景。

雖然輕骨料混凝土可大幅度減輕結構自重，減少地基荷載，節約材料用量等。但是因輕骨料混凝土強度較低、泵送過程中骨料較易上浮、工作性難保持等問題，制約了輕骨料混凝土的應用發展[2-3]。如何克服以上缺點，提高輕骨料混凝土的性能與質量以滿足建筑業發展的需求，仍需開展進一步的研究。而輕骨料混凝土的性能在很大程度上取決于輕骨料的品種及性能，因此，文章開展了不同品種陶粒性能檢測與比選試驗，并研究了膠凝材料用量、陶砂及輕骨料預濕方式對LC30 輕骨料混凝土性能的影響，以期為輕骨料混凝土的配制與應用提供參考。

1 試驗內容與方法

1.1 原材料

①水泥：P·O42.5 水泥，比表面積366m2/kg，標稠用水量26.2%，初凝時間238min、終凝時間302min，3d 抗折強度4.8MPa、抗壓強度22.8MPa，28d 抗折強度8.3MPa、抗壓強度47.0MPa，安定性合格。

②粉煤灰：Ⅰ級粉煤灰，細度6%，需水量比95%，含水率0.2%，燒失量3.8%，7d 活性指數為75.0%，28d 活性指數為88.6%。

③頁巖陶粒：粒型為碎石型，粒徑為5～15mm，堆積密度895kg/m3，表觀密度1674kg/m3，筒壓強度9.5MPa，1h 吸水率為1.2%。

④人工陶粒：粒型為圓球型，粒徑為5～20mm，堆積密度1110kg/m3，表觀密度1670kg/m3，筒壓強度11.3MPa，1h吸水率為4.8%。

⑤污泥陶粒：粒型為圓球型，粒徑為5～15mm，堆積密度507kg/m3，表觀密度884kg/m3，筒壓強度2.7MPa，1h 吸水率為26.8%。

⑥粉煤灰陶粒：粒型為圓球型，粒徑為5～15mm，堆積密度966kg/m3，表觀密度1603kg/m3，筒壓強度25.2MPa，1h吸水率為13%。

⑦河砂：細度模數3.2，含泥量2%。

⑧頁巖陶砂：粒徑0～5mm，堆積密度699kg/m3。

⑨人工陶砂：粒徑0～1.18mm，堆積密度833kg/m3。

⑩減水劑：采用減水率為30%的聚羧酸高性能減水劑。

1.2 混凝土配合比

LC30 輕骨料混凝土試驗配合比如表1～表4 所示。

表1 不同品種陶粒對LC30 混凝土性能影響的試驗配合比（kg/m3）

表2 膠凝材料用量對LC30 混凝土影響的試驗配合比（kg/m3）

表3 陶砂用量對LC30 混凝土性能的試驗配合比（kg/m3）

表4 骨料預濕方式對LC30 混凝土性能的影響試驗配合比（kg/m3）

1.3 混凝土的制備

骨料預濕：將陶粒放入水中浸泡24h，然后將陶粒控水至飽和面干后開展相關試驗。

制備方法：未預濕的陶粒其拌制投料順序為先將骨料與試驗所需用水量的一半加入攪拌機攪拌3min，然后加入膠凝材料、外加劑和剩余的水攪拌3min。預濕后的陶粒其制備方法將所有材料加水攪拌3min 即可。

成型方法：拌合物出機后一次填裝試模，對于流動性混凝土裝滿試模后放入振實臺振動15s 后表面壓實抹平，試模尺寸為100×100×100mm。

2 結果與討論

2.1 不同品種陶粒對LC30 混凝土性能的影響

不同品種陶粒對LC30 混凝土性能影響的試驗配合比如表1 所示，其試驗結果如表5 所示。

表5 不同品種陶粒對LC30 混凝土性能影響的試驗結果

由圖1～圖4 可知，LP-3 混凝土陶粒上浮最為嚴重，LP-1 與LP-4 混凝土陶粒上浮情況優于LP-3，而采用粉煤灰陶粒配制的混凝土陶粒基本不上浮。這是由于陶粒的上浮取決于陶粒的密度與水泥漿體的密度，陶粒密度與水泥漿之間的差值越大陶粒上浮越嚴重，而粉煤灰陶粒的表觀密度雖然低于頁巖陶粒與人工陶粒，但粉煤灰陶粒具有較高的吸水率，其吸水后單位體積內質量最大，因此具有較好的抗上浮性能。由圖5～圖8 可知，試塊的破壞面主要表現為陶粒的損壞，陶粒的破壞程度LP-3＞LP-1＞LP-4＞LP-2。由表1 與表5 可知，在膠凝材料用量為480kg/m3的情況下，采用污泥陶粒配制的輕骨料混凝土干容重為1290kg/m3在LP-1～LP-4 中最低，但28d 抗壓強度也最低，僅有15.4MPa；采用粉煤灰陶粒配制的輕骨料混凝土28d 抗壓強度最高，可達38MPa；而采用頁巖陶粒與人工陶粒配制的輕骨料混凝土28d 抗壓強度基本相當；這是由于陶粒筒壓強度的大小順序為粉煤灰陶粒＞人工陶粒＞頁巖陶粒＞污泥陶粒，在膠凝材料用量及用水量一致的情況下，陶粒的筒壓強度是混凝土強度的主要影響因素，陶粒筒壓強度越高，在同等條件下配制出的輕骨料混凝土抗壓強度越高。

圖1 頁巖陶粒混凝土

圖2 粉煤灰陶粒混凝土

圖3 污泥陶粒混凝土

圖4 人工陶粒混凝土

圖5 頁巖陶粒砼斷面

圖6 粉煤灰砼斷面

圖7 污泥陶粒砼斷面

圖8 人工陶粒砼斷面

2.2 膠凝材料用量對LC30 混凝土性能的影響

采用粉煤灰陶粒開展膠凝材料用量對LC30 混凝土性能影響的研究，混凝土配合比如表2 所示，試配前對骨料進行預濕，待達到飽和面干后開展相關試驗，粉煤灰陶粒LC30 混凝土性能如表6 所示。

表6 粉煤灰陶粒LC30 混凝土性能指標

由表2 與表6 可知，保持水膠比0.3 不變，逐步增加膠凝材料用量，混凝土坍落度逐漸增大；當膠凝材料增加到500kg/m3時，混凝土坍落度與擴展度均最大；這是因為較多的漿體可以充分包括骨料和填充骨料的間隙，減少骨料間的阻力，從而促進混凝土的流動。當混凝土膠凝材料用量為460kg/m3時，混凝土強度與容重均較高，28d 抗壓強度可達42.7MPa、容重為1613kg/m3，這是由于混凝土骨料與漿體的組合達到了較密實的狀態，因此在容重增加的同時也提高了抗壓強度。

2.3 陶砂用量對LC30 混凝土性能的影響

陶砂用量對LC30 混凝土性能影響的試驗配合比如表3 所示，其性能指標如表7 所示。

表7 不同陶砂用量LC30 混凝土性能指標

由表3 與表7 可知，當陶砂占砂總量的比例為100%時，28d 干容重與抗壓強度在LP-9～LP-11 中均最低，容重為1594kg/m3，抗壓強度為39.7MPa；當陶砂占砂總量的比例由100%降低至50%、0 時，28d 干容重與抗壓強度依次增加；陶砂屬輕質骨料，其摻量減少會增加混凝土的容重，但和河砂相比，陶砂摻量減少后混凝土的漿體強度增加，提高了混凝土的抗壓強度。

2.4 骨料預濕方式對LC30 混凝土性能的影響

骨料預濕方式對LC30 混凝土性能的影響試驗配合比如表4 所示，LC30 混凝土性能指標如表8 所示。

由表4 與表8 可知，LP-12～LP-15 坍落度為210～225mm，拌合物具有較好的流動性；輕骨料是否預濕對其所制備的混凝土的1h 坍落度經時損失具有較大影響，經骨料預濕的LP12 的1h 坍落度損失為15mm、經骨料預濕的LP13 的1h 坍落度損失為10mm，而未經骨料預濕的LP-14 與LP-15 的1h 坍落度損失分別達到了35mm 與30mm。采用未預濕的骨料所配制的混凝土由于骨料吸水率較高，在混凝土預拌時不能充分吸水，隨著時間的延長表現出較大的坍落度損失；而經過骨料預濕的LP-12 與LP-13 的1h 坍落度損失較小，LP-12 雖經過預濕但并未達到飽和狀態，因此坍落度損失比LP-13 稍大。

表8 LC30 混凝土性能指標

LP-14 總用水量為308kg/m3，但是拌制的混凝土嚴重離析，28d 抗壓強度僅有28.6MPa，主要是由于粉煤灰陶粒的吸水率較慢，其3min 的吸水量遠低于其24h 的吸用水量，多余的附加水進入到水泥漿中，造成水膠比變大，從而降低了混凝土的強度；LP-15 的總用水量為202 kg/m3，但是拌合物黏度較大，流動性稍差，28d 抗壓強度可達46.7MPa，主要是由于附加用量較小造成實際凈用水量偏少，混凝土水膠比偏低所致。而經過骨料預濕的LP-12 與LP-13 具有較好的流動性與強度。

3 結論

①采用頁巖陶粒、人工陶粒、污泥陶粒配制的LC30混凝土均存在骨料上浮現象，而采用粉煤灰陶粒配制的LC30 混凝土具有較好的綜合性能，當混凝土膠凝材料用量為460kg/m3、容重為1613kg/m3時，28d 抗壓強度可達42.7MPa。②在膠凝材料用量及用水量一致的情況下，陶粒的筒壓強度是混凝土強度的主要影響因素，陶粒筒壓強度越高，在同等條件下配制出的輕骨料混凝土抗壓強度越高。③在配制輕骨料混凝土時，陶砂摻量減少會增加混凝土的容重，但可以提高混凝土的抗壓強度。在混凝土膠凝材料用量為460kg/m3時，容重為1851kg/m3的砂輕混凝土28d 抗壓強度可達47.8MPa。④采用未預濕的吸水率較高的輕骨料配制的混凝土1h 坍落度損失較大，在配制輕骨料混凝土時宜對輕骨料提前預濕。