轻骨料混凝土配合比设计的试验研究.pdf

新癯 建蟓 中 国 科 技 核 心 期 刊 轻 骨料混凝土配合比设计的 i 式 验研究 曾三海， 王光辉， 笔杆旭光 ( 湖 北工业大 学 土木工程与建筑学院， 湖北 武汉4 3 0 0 6 8 ) 摘要： 采用松散体积法设计了9 种轻骨料混凝土的配合比， 测试了混凝土拌合物和易性及立方体和轴心的抗压强度， 探讨了 水灰 比和砂率对轻骨料混凝 土强度及表观密度 的影 响程度 ，配合 比设计 中的水灰 比与砂率的因素对轻骨料混凝土性能影响显著， 通过实验数据的对 比， 最后确定轻骨料混凝土 的最佳配合 比。 关键词： 轻骨料混凝土： 配合比； 水灰比； 抗压性能 中图分类号： T U 5 2 8 2 文献标识码： A 文章编号： 1 0 0 1 7 0 2 X( 2 0 1 3 ) 1 0 0 0 5 5 0 3 Ex p e r i me n t a l s t u d y o n t h e l i g h t a g g r e g a t e c o n c r e t e mi x r a t i o Z ENG S a n h a i ， WANG G u a n g h u i ， B I GAN Xu g u a n g ( S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e r i n g a n d Ar c h i t e c t u r e， Hub e i Un i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y， Wu h a n 4 3 0 0 6 8， Hu b e i ， Ch i n a ) 1 确定研究对象 轻骨料混凝土按用途可分为3 类： 强度等级L C 5 0 ， 密度 小于 8 0 0 k g m 的称为保温轻骨料混凝土； 强度等级 L C 5 0 1 5 ， 密度 8 0 0 1 4 0 0 k g m 的称为结构保温轻骨料混凝土； 强 度等级L C 1 5 6 0 ， 密度 1 4 0 0 1 9 0 0 k g m 称为结构轻骨料混 凝土。本文以密度小于 1 4 0 0 k g m 。 的保温轻骨料混凝土配合 比为研究对象_ 1- 4 1 。 2 配合比设计步骤 在轻骨料混凝土配合比设计时，水泥强度等级和用量、 砂率、 水灰比是3 个最为重要的设计参数。轻骨料混凝土配 合比设计的关键在于确定三者关系5 -9 。 轻骨料混凝土配合比设计推荐采用松散体积法。 松散体 积法是以给定每立方米混凝土的粗细集料松散总体积为基 础进行计算的。 本文拟配制 L C 7 5 的轻骨料混凝土， 其配合比 设计步骤如下： 在设计轻骨料混凝土配合比时， 必须考虑其可能产生的 误差( 用标准差 表示) ， 保证根据设计在实验室配制出的混 收稿 日期： 2 0 1 3 0 3 2 6 ； 修订 日期： 2 O l 3 0 9 1 1 作者简介 ： 曾三海 ， 男， 1 9 6 3年生 ， 湖北 仙桃人 ， 教授 ， 主要 从事建筑 材料及防水的研究。 通 讯作者： 王光辉， 地址： 湖北省武汉 市武 昌区南 湖节家墩 一 村 号。 凝土强度( 称为试配强度) 在一定范围内高于设计强度， 即要 求试配强度具有保证率， 轻骨料混凝土的试配强度可由式( 1 ) 确定： 三 k + 1 6 4 5 8 ( 1 ) 式中： 广 一 适配强度， M P a 一 设计强度， M P a 卜轻骨料混凝土强度的总体标准值， M P a 2 1 轻骨料的主要指标参数 ( 见表 1 和表2 ) 表 1 陶粒实测级配 颗粒级配 mm 表观密度I ( k g m 3 ) 强度 MP a 堆积密度 ( k g m ) 1 h吸水率 4h吸水率 5 -2 0 6 4 0 70 3 8 0 9 7 1 4 3 5 0 4 0 0级 3 1 5 注： J GJ 5 1 2 o o 2 轻骨料混凝土技术规程。 2 2 水泥用量的确定 水泥为4 2 5 R普通硅酸盐水泥， 符合G B 1 7 5 2 0 0 7 通 用硅酸盐水泥 和G B 1 3 4 4 一l 9 9 9 石渣硅酸盐水泥、 火山灰质 硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥 的要求。 性能测试安定性合 N E W BUI L Dl NG MATE Rl AL S 5 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 曾三海， 等： 轻骨料混凝土配合 比设计的试验研究 格， 初凝时间1 5 ra i n ， 终凝时间3 h ， 3 d 、 2 8 d 抗压强度分别 为2 4 2 、 4 7 3 M P a 。该水泥早期强度高， 需水量低， 和易性好， 后期强度稳定， 且水泥的抗冻性较好。 依据J G J 5 l 一2 0 0 2得知轻骨料密度等级为4 0 0级的水 泥用量为2 8 0 3 6 0 k g m 。 ， 本试验按松散体积设计方法确定水 泥用量为 3 0 0 k g m 。 2 3 水灰比和砂率的确定 经混凝土拌合试验显示， 水灰比小于0 3 时， 其和易性明 显变差， 需掺入减水剂， 另外， 根据 J G J 5 1 -2 o 0 2 规定， 寒冷 地区最大水灰比不宜大于0 5 ， 因此， 拟定3 种水灰比分别为 0 3 5 、 0 4 0 、 0 4 5 进行试验。 在对轻骨料混凝土配合试验中， 发 现砂率是影响混凝土密度的主要因素， 也是影响强度的重要 因素， 经综合考虑， 将混凝土密度设定在 8 0 0 1 4 0 0 k g m 后 再确定砂率，经初步计算后取砂率分别为0 3 0 、 0 4 0 和 0 4 5 较为合适 。 2 4 按松散体积法进行的配合比设计 根据以上选定的参数按松散体积法进行配合比设计。粗 细集料总体积取1 2 m ， 由式( 2 ) 式( 5 ) 推导细粗集料质量： V , = V ,x S p ( 2 ) r n = V s x p ( 3 ) 广V ( 4 ) m = V a x p ( 5 ) 式中： 混凝土的粗集料松散体积， m 。 ； 一 混凝土的细集料体积， m ； m 一混凝土的细集料质量， ； p 一细集料的堆积密度， k g m 。 本实验采用普通砂， 堆 积密度为1 4 7 4 k g m ： S 。 体积砂率， ； 一 混凝土的粗集料体积， m 。 ； m _一混凝土的粗集料质量， k g ； p 一 粗集料的堆积密度， k g m 。 2 5 估算轻骨料混凝土的干表观密度 将计算结果 按干表观密 度qo = 1 1 5 m ) 进行计算。 经计算 本试验的干表观密度为1 3 9 0 k g m 。 ， 小于 1 4 0 0 k g m ， 满足轻 骨料混凝土对表观密度的要求。 3 试验方案确定 在上述试验和计算结果的基础上围绕影响混凝土性能 的因素， 通过改变其中1 种或几种因素， 进行对比试验并分 析其对混凝土性能的影响， 从而得出高强轻骨料混凝土的最 佳配合比设计方案， 见表3 。 5 6 新型建筑材料 2 0 3 1 0 表 3 实测轻骨料混凝土设计方案配合 比 4 实验数据分析 试件采用 1 5 0 m m x l 5 0 m m x l 5 0 m m组合钢模板浇筑成 型后， 静置2 4 h 拆模， 在标准条件下养护2 8 d 后进行立方体 抗压强度及干表观密度测试， 结果分别见图l 一 图4 。 0 4 0 水灰 比 图 1 0 3 5砂率时不同水灰比的混凝土强度 0 4 0 0 4 5 水灰比 图2 0 4 0砂率时不同水灰比的混凝土强度 0 4 0 0 4 5 水灰比 图3 0 4 5砂率时不同水灰比的混凝土强度 0 8 6 4 2 0 日 莹 骥 0 8 6 4 2 O 日 皇 赵曛 0 8 6 4 2 0 皇 越嘿 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 曾三海， 等： 轻骨料混凝土配合比设计的试验研究 O 40 0 45 砂率 图4 体积砂率对不同水灰比的混凝土表观密度的影响 由图 1 图4可知， 随着水灰比的增大， 轻骨料混凝土的 强度有所降低， 干表观密度也有所减小。通过降低水灰比可 以提高强度，但是水泥用量的增加会提高混凝土的成本， 且 水灰比过小， 混凝土的坍落度减小， 流动性降低， 不利于混凝 土搅拌。另外， 水泥用量过大， 混凝土的收缩量也会增大， 结 构出现早期裂缝的可能性也会加大ll 经试验得出最佳水灰 比为0 _ 4 。 从图 1 图3 可以看出， 随着体积砂率的增加， 混凝土的 抗压强度也随之提高； 砂率对抗压强度的影响主要是随陶粒 用量减少、 砂率增大而提高， 这是因为陶粒本身的强度偏低， 从试件的破坏面上显示几乎全部为陶粒内部断裂可以看出， 提高体积砂率是提高混凝土强度的一个途径； 但从图4 可知， 提高砂率， 在不同水灰比时， 随着体积砂率的提高， 混凝土的 干表观密度也有所增大。而从整个试验情况观察， 当砂率过 大超出合理的范围时， 胶凝材料含量相对减少， 易造成拌合 物泌水和离析4 , 15 - 1日 ， 导致混凝土结构形成不均匀， 混凝土的 强度反随着砂率的增加而降低， 因此， 实际应用中需要在高 强度与低密度的矛盾中选择一个适当的体积砂率。 本试验取 砂率为0 4 。 在影响混凝土强度的因素中， 水灰比、 砂率及陶粒是否 预吸水、 陶粒的筒压强度是主要影响因素彻。 通过对轻骨料混 凝土性能影响因素的综合考虑，本试验以设计强度等级为 L C 7 5 密度小于1 4 0 0 k g m 。 的保温轻骨料混凝土配合比为研 究对象。从实验数据得出， 保温轻骨料混凝土 2 8 d 抗压强度 为7 9 M P a ， 表观密度为 1 3 2 6 k g m 。 ， 满足设计要求。 本试验符合设计要求的保温轻骨料混凝土最佳配合比 为： 水用量 1 2 0 k g m ， 水泥用量3 0 0 k g m ， 细骨料 7 0 7 k g m 。 ， 轻骨料2 7 3 6 k g m ， 水灰比0 4 O ， 体积砂率0 4 。 5 结语 ( 1 ) 本试验在确定水泥用量、 砂率、 水灰比的基础上， 采 用松散体积法进行了配合比计算， 设计了基准组的轻骨料混 凝土强度等级为L C 7 5 ， 体积密度 8 0 0 - 1 4 0 0 k g m ， 轻骨料混 凝土用水量1 0 5 、 1 2 0 、 1 3 5 k g m ，砂率为0 3 5 、 0 4 0 ， 0 4 5 进行 配合比 试验。 ( 2 ) 在影响混凝土强度的因素中， 水灰比、 砂率及陶粒是 否预吸水与陶粒的筒压强度是主要影响因素。 ( 3 ) 适当降低水灰比， 可提高混凝土的强度。但是当水灰 比降低到一定值以后， 会出现轻骨料混凝土的和易性降低， 密 实性降低， 从而强度降低的现象。 ( 4 ) 提高体积砂率是提高混凝土强度的一个途径， 但轻骨 料混凝土的密度也随之增大，而且当砂率超出合理的范围而 过大时， 胶凝材料含量相对减少， 容易造成拌和物的泌水和离 析， 导致混凝土结构形成不均匀， 混凝土强度反随着砂率的升 高而降低。 ( 5 ) 在配合比一定的情况下， 对陶粒进行预吸水处理 1 h ， 可使轻骨料混凝土的强度有一定程度的提高。 ( 6 ) 对于相同强度等级的陶粒， 随着最大粒径的减小， 混 凝土的抗压强度有一定的提高。强度等级为L C 7 5的保温轻 骨料混凝土最佳配合比为： 水用量1 2 0 k g m ， 水泥用量3 0 0 k m 。 ，细骨料7 0 7 k g m ， 轻骨料2 7 3 6 k g m 。 ， 水灰比0 4 0 ， 体积砂 率 0 4 。 参考文献 ： 1 陈慧娟 谈积 极推广 应用小型混 凝土空心砌 块的主要任 务和有 力措施 c 第五届全国轻骨料及轻骨料混凝土学术讨论会论文 集 ， 常州 ： 中国硅酸盐学会房屋建筑材料分会轻骨料及其制 品 车 业委员会 ， 1 9 9 7 ： 2 3 2 4 2 】 龚洛书 高强陶粒和高性能轻集料发展 c 第六届全 国轻骨料及 轻骨料混凝 土学术讨论会论文集 ， 北京： 中国建筑科 学研究院 ， 2 O o 0： 1 7 3 】 A 1 - K h a i a t H， Ha q u e M N E f f e c t o f i n i t i a l C u r i n g o n e a r l y S t r e n g t h a n P h y s i c a l P r o p e r t i e s o f a L i g h t w e i g h t C o n c r e t e【 J Ce me n t a n d Co n c r e t e Re s e a r c h， 1 9 98 ， 2 8 c 5 )： 8 5 9 8 6 6 【 4 】 龚洛书 积极研 究与开发高性 能轻集料混凝 土 c ， ， 第六届全 国轻 骨料及轻骨料混凝土学术讨论会论文集， 北京 ： 中国建筑科学研 究院， 2 0 0 0 ： 8 2 8 6 5 】 杨秋玲 ， 马克栓 轻骨料 混凝土的现状与 发展f J 】 铁道建筑 ， 2 0 0 6 ( 6 )： 1 0 4 1 0 6 6 】 范锦忠 论 陶粒及 陶粒制 品的优 势： 性优， 价廉， 节能 ， 适应性强 ， 用途广 C 沈 阳： 中国建筑东北设计研 究院， 1 9 9 7 7 】 蔡路 轻骨料混凝土技术的研究与应用【 J 广东建材， 2 0 0 6( 1 ) ： 41 -4 3 【 8 翟红侠 ， 李美娟 高强轻集料混凝土的发展与分析 J 安徽建筑工 ( 下转第 7 6页) NE W BUI L DI NG MAT E Rl AL S 5 7 伽 伽 渤 姗 呦 瑚 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 胡锦林， 等： 纸浆废液接枝共聚脂肪族减水剂的试验研究 缩振动峰。 以上分析表明， 物理复配减水剂中存在苯环、 羟基、 醚基、 磺酸基等基团。 图 7 木聚脂肪族减水剂的红外图谱 由图7 可以看出，木聚脂肪族减水剂在3 4 3 5 5 7 、 2 8 7 6 3 2 、 1 5 8 9 1 5 、 1 4 7 3 8 6 、 1 3 5 7 7 1 、 1 1 0 3 8 9 、 9 5 6 7 9 、 8 5 0 9 3 c m 等处出 现特征峰， 同样存在苯环、 羟基、 醚基、 磺酸基等基团。 由于苯环 上的取代基位置的不同，因而出现了3 种不同特征峰，其中 1 1 0 3 8 9 c m - 处为S =0伸缩振动峰， 9 5 6 7 9 c m 处为R -O C 伸缩峰， 8 5 0 9 3 2 c m 处为一C H - _ 二 H 一面内摇摆振动峰。 对 比物理复配减水剂的红外图谱分析， 可以看出C H f C H 一 为苯环上出现的第3 种取代基， 由此可知， 木质素磺酸盐与脂 肪族减水剂发生了反应， 生成了木聚脂肪族减水剂。 3 结语 ( 1 ) 通过红外光谱分析可知， 木质素磺酸盐的苯环上出现 了第3 种取代基， 因此， 木质素磺酸盐与脂肪族减水剂接枝共 聚形成了梳形的木聚脂肪族减水剂。在木质素磺酸盐掺量为 2 0 、 反应温度为1 0 0 o C 、 保温时间为3 h 时， 制得的木聚脂肪 族减水剂分散性能最佳。 ( 2 ) 与脂肪族减水剂、 物理复配减水剂相比， 掺木聚脂肪 族减水剂的水泥净浆流动度经时损失较小，该减水剂具有良 好的保坍性和分散性。 ( 3 ) 在减水剂对混凝土工作性能影响的研究中发现， 木聚 脂肪族减水剂能起到减小坍落度经时损失的作用； 保水性也 优于其它2 种减水剂； 掺木聚脂肪族减水剂混凝土的减水率 高于脂肪族减水剂和物理复配减水剂； 抗压强度在3 d 、 2 8 d 略 低于脂肪族减水剂， 但远高于物理复配减水剂。 参考文献 ： 1 邱学青， 王斌， 楼宏铭， 等 酸析木素的接枝磺化改性及减水增强 作用 J 1 华南理工大学学报 ： 自然科学版 ， 2 0 0 7 ， 3 5 ( 4 ) ： 1 1 - 1 5 袁亮 木质素磺酸盐在混 凝土外 加剂方面 的应用 J 特钢技 术 ， 2 01 2( 2 ) ： 5 8 6 0 贾陆军， 王海滨， 霍冀 川， 等木质 素磺酸钙接枝改性制备高效减 水剂的研究 J 1 四川建筑科学研究， 2 0 1 0 ， 3 6( 4 ) ： 2 0 8 2 1 1 冯世虎 ， 张云升 ， 朱薇薇 新型木聚系 高效减水剂 与水 泥的适应 性 J 1 建筑材料学报， 2 0 1 0 ， 1 3 ( 3 ) ： 3 8 5 3 9 0 宋波 木质素磺酸盐减 水剂改性研 究综述叫 材料研 究与 应用 ， 2 01 2( 3 ) ： 4 3 4 5 王万林， 王海滨， 霍冀川， 等 木质 素磺 酸盐减水剂改性研究进展 J 】 化工进展 ， 2 0 1 1 ， 3 0 ( 5 ) ： 1 0 4 0 1 0 4 3 B a b a r A R， S h i n d e S S ， Mo h o l k a r A V， e t o 1 S t r u c t u r a l a n d o p t o e l e e t r o n i e p rop e r t i e s o f a n t i mo n y i n c o r p o r a t e d t i n o x i d e t h i n fi l ms J o u rna l o f A l l o y s a n d C o m p o u n d s ， 2 0 1 0 ， 5 0 5 ： 4 1 6 - 4 2 2 陈小路 ， 方 云辉， 温庆如 脂肪族高效减水剂 的合成 与性能叨 商 品混凝土， 2 0 1 1 ( 5 ) ： 2 3 6 1 A ( 上接第 5 7页) 业学院学报， 1 9 9 7 ， 5( 3 ) ： 6 5 6 8 9 李昕成， 丁建彤， 钟阳， 等 结构轻骨料混凝土在 昆明地 区的工程 应 用及 社会 经 济效 益 c 第 五 届全 国高 性 能混 凝 土学 术 交 流 会， 天津 ： 中国硅酸盐学会混凝土外加剂学术分会 ， 2 0 0 4 【 1 0 】 孙海林， 丁建彤， 叶列平 高强轻骨料混凝 土在桥梁工程 中的应 用 C I H 2 0 0 2 年全国桥梁学术会议论文集， 上海： 中国公路学会 桥梁和结构工程学会 ， 2 0 0 2 ， 【 1 1 】 F I P F I P m a n u a l o f l i g h t w e i g h t a g g r e g a t e c o n c r e t e M 2 n d e d i t i o n L o n d o n ： S u r r e y Un i v e r s i t y P r e s s ， 1 9 7 7： 1 6 9 【 1 2 】 H o l m T A， R i e s J P B e n e f i t s o f l i g h t w e i ght H P C J HP C b ri d g e v i e ws ， 2 0 0 1 ， 1 7 ： 3 1 7 【 1 3 】 E u rul i g c o n L WA C ma t e ri a l s p r o p e i e s s t a t e- of - t h e a I t M】 1 9 9 8： 1 2 1 6 7 6 新型建筑材料 2 0 1 3 1 0 Ha u g A K， F j e l d S A fl o wi n g c o n c r e t e p l a tf o r m h u l l m a d e of l i g h t w e i g h t a g g r e g a t e c o n c r e t e J E n g i n e e ri n g S t r u c t u r e s ， 1 9 9 6 ， 1 8 ( 1 1 )： 8 31 - 8 3 6 Me l b y K， J o r d e t E A， Ha n s v o l d C L o n g s p a n b rid g e s i n No r wa y c o n s t ruc t e d i n h i g h s t r e n g t h L WA c o n c r e t e J E n g i n e e ri n g S t r u c t u r e s ， 1 9 9 6， 1 8( 1 1 ) ： 8 45 8 4 9 S l a t e F 0， Ni l s o n A H， Ma r t i n e z S Me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f h i g h - s t r e n gth l i g h t w e i g h t c o n c r e t e叨 A C I J o u ma l ， 1 9 8 6 ： 6 0 6 61 3 李培基 上海地 区急待发展陶粒工业 C 第 五届全 国轻骨料及 轻骨料混凝土学术讨论会 论文集 ， 常州： 中 国硅酸盐 学会 房屋 建筑材料分会轻骨料及其制 品专业委员会 ， 1 9 9 7 ： 2 5 3 2 A p 卜_ 4 5 6 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m