页岩陶粒轻骨料混凝土配合比设计及应用.pdf

2 0 1 1年 第 5 期 (总 第 2 5 9 期 】 Nu mb e r 5i n 2 01 1 ( To t a l No 2 5 9) 混 凝 土 Co nc r e t e 原材料及辅助物料 M ATERI AL AND ADM IN 1 CLE d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 1 0 5 0 3 3 页岩陶粒轻骨料混凝土配合比设计及应用 仇益梅 曾宗文 2 1阳利君 ( 1 广西交通职业技术学院 ，广西 南 宁 5 3 0 0 2 3 ；2 广西路桥总公司 ，广西 南 宁 5 3 0 o 0 1 ) 摘要 ： 以广西来宾大桥维 修加 固工程 为例 ， 介绍页岩陶粒轻骨料混凝土原材料选择 、 配合比设计及施工技术要点 ； 通过试验研究和工 程实践， 评价页岩陶粒轻骨料混凝土在旧桥改造加固中的应用效果； 并为轻骨料混凝土的设计及应用提供依据。 关键词 ： 页岩陶粒 ；轻骨料 混凝土 ；设计 ；应用 中图分类号 ： T U 5 2 8 0 4 1 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 1 ) 0 5 0 0 9 7 0 2 Sha l e l i g ht wei gh t a ggr e ga t e c on c r e t e d es i gn a nd a ppl i ca t i on OJ UV i - mm ， Z E NGZ o n g - w e n ， Y ANGL i -j u n ( 1 G u a n g x i Vo c a t i o n a l a n d T e c h n i c a l C o l l e g e o f C o mmu n i c a t i o n s ， Na n n i n g 5 3 0 0 2 3 ， Ch i n a ； 2 G u a n g x i R o a d a n d B r i d g e C o r p o r a t i o n， Na n n i n g 5 3 0 0 0 1 ， Ch i n a ) Ab s t r ac t ： Br i d g e r e p a i r a n d s t r e ng t h e n i n g wo r k s La i b i n e x a mpl e t h e s h a l e l i g h t we i g h t a g g r e g a t e c o n c r e t e ma t e ria l s e l e c t i o n， mi x d e s i g n a n d c o n s t r u c t i o n t e c h n i c a l p o i n t s ； t h r o u g h p i l o t s t u d i e s a n d e n g ine e r i ng p r a c t i c e， e v a l u a t i o n o f s h a l e l i g h tw e i g h t a g g r e g a t e c o n c r e t e i n t h e o l d b r i d g e r e c o n s t r u c t i o n r e i n f o r c e me n t e f f e c t ； a n d f o r l i g h t we i g h t a g gre g a t e c o n c r e t e b a s i s f o r th e d e s i g n a n d a p p l i c a t i o n s Ke y w or d s： s h a l e； l i g h t we i g h t a g g r e ga t e c o n c r e t e ； d e s i g n； a p pl i c a t i o n ( 1 引 言 轻骨料混凝土是用水泥 、 粗轻骨料、 轻细骨料( 或普通砂 ) 和水配制而成的一种轻质混凝土。 一般轻骨料混凝土的强度等 级为 C L 5 C L 5 0 ， 密度一般在 1 5 0 0 l 9 0 0 k g m 之间 ， 比普通 混 凝土密度约轻 2 2 4 0 ， 大大降低 了建筑物 的 自重。 因此 ， 与 普通混凝土建筑相 比， 轻骨料混凝土建筑具 有密度 小 、 自重 轻 、 抗震性 与耐久性好等技术特性 ； 在桥 梁工程 中具有 广泛的应用 前景 。 桥梁加 固改造 尚属世界性 的难题 。 就加 固改造 而言 ， 国内 外 目前均无 明显优越 的方法 ， 大多采取结构 加固法 ； 对于新 材 料应用在加 固改造 中并不多 见 ， 正处在研究 和推广 阶段 。 广 西 来宾大桥维修加同工程采用 L C 2 5轻骨料页岩陶粒混凝土进行 拱顶实腹段回填 。 该陶粒式混凝土是用人造 陶粒 、 砂 、 水 泥 、 水 配 制而成的特种混凝土。 它除了和普通混凝土一样涉及到粗集料、 大限值和强度的最小限值。 骨料中存在大量孔隙， 使之具有轻质 、 抗震等性 能 ， 但弹性模量 较低 ， 变形性较 大 ， 在一般情况 下 ， 其 收缩和徐变也较大 。 1 原材料 试验 1 1 水 泥 由于页岩陶粒轻骨料混凝土 中的 陶粒表面粗糙多孑 L ， 要求 较多的水泥浆包裹其表面， 才能满足混凝土拌合料工作性要求。 对陶粒轻骨料混凝土 ， 宜采用 4 2 5级或以上强度等级水泥， 所以 广西来宾大桥维修加固工程拱顶实腹段回填轻骨料混凝土采 用广西华润红水河 P O 4 2 5级水泥， 其主要性能指标试验结果 如表 1 所示 。 1 2陶粒 广西来宾大桥维修加固工程拱顶实腹段回填轻骨料混凝 土 L C 2 5 选用广西南宁亿方建筑科技开发有限公司生产的页岩 细集料、 水泥和水的性能和用量以外 ， 还涉及到表观密度的最 陶粒为粗集料， 其主要性能指标试验结果如表 2 、 3 所示。 表 1 水泥性能指标试验结果 注 ： 所检项 目均符合 G B T 1 7 4 3 1 1 ( 2) 一 1 9 9 8标准 中的技术要求。 收稿 日期 ：2 0 1 0 - 1 2 - 1 3 基金项 目：广西交通科研项 目( 2 0 0 6 6 1 9) 97 表 3 页岩陶粒颗粒级配 筛孔尺寸 mm 3 1 5 2 0 0 1 6 1 0 5 2 5 累积筛余率 0 3 5 3 7 8 9 2 9 9 注 ： 所 检项 目均符合 G B T 1 7 4 3 1 1 ( 2 ) l 9 9 8 标 准中的级配要求 。 页岩陶粒的松堆密度是影响混凝土堆密度和强度的最重 要因素， 在进行配合比设计时必须考虑其作用。陶粒松堆密度 取决于颗粒密度、 颗粒大小及粒型等， 其含水率也有很大影响。 因此， 在配合比设计过程中， 采用陶粒绝对于燥时的松堆密度。 1 3砂 该混凝土采用来宾中砂， 颗粒洁净 ， 质地坚硬 ， 级配良好， 其主要性能指标试验结果如表 4 、 5所示。 1 4水 饮用 自来水或天然洁净水。 2 配合比设计研 究 页岩陶粒轻骨料混凝土既要满足设计强度等级要求， 同时 又要满足表观密度等级标准， 所以提高轻骨料混凝土的强度和 降低其表观密度等级 ， 是轻骨料混凝土配合比设计的主要原则。 为提高轻骨料混凝土强度和降低轻骨料混凝土表观密度等级， 广西来宾大桥维修加 固工程拱顶实腹段 回填轻骨料混凝土 L C 2 5采用人造陶粒作粗骨料， 天然砂作细骨料， 按配合 比要求 配制而成的干表观密度不大于 1 8 0 0 k g m 的混凝 土。 表 4砂性能指标试验结果 注： 所检项目均符合 G B F F1 4 6 8 5 -2 0 0 1 标准 I I 类细集料技术要求。 表 5 砂颗粒级配 筛孔尺寸 m m 9 5 4 7 5 2 3 6 1 1 8 0 6 0 3 0 1 5 累积筛余率 0 7 2 2 3 7 6 O 8 4 9 9 注 ： 所检项目均符合 GB T1 4 6 8 5 -2 0 0 1 标准 I I 类细集料级配要求。 页岩陶粒轻骨料混凝 土配合比是按普通混凝土配合 比设计 方法设计 ， 并采用松散体积法， 以干堆密度为基础， 即假定 1 r n 混凝土的干堆密度为其各组成材料的干质量之总和， 以此为依 据通过试验调整配合比。 2 1 主要设计参数 水用量、 水灰比和砂率对轻骨料混凝土的性能有显著影响。 水用量、 水灰比和砂率仍然是轻骨料混凝土配合比设计的主要 参数。 水灰比： 陶粒混凝土配合比中的水灰比一般用有效水灰比 表示 ， 选用范围为 O 3 5 - - -0 4 5 。 由于水灰 比对陶粒混凝土的技术性 能特别是耐久性能有显著影响。 水灰比太大将使混凝土的密实 度大大降低 ， 在周围介质长期作用下 ， 会导致混凝土或钢筋混 凝土内部结构的破坏， 最终使整个结构物遭受破坏。 所以， 对最 大水灰比必须加以限制。 为满足耐久性的要求， 其最大水灰比应 符合 J T J 0 4 1 -2 0 0 0 公路桥涵施工技术规范 的要求。 对于某一强度等级轻骨料混凝土， 其水泥用量和水用量都有 一 定限度。 考虑混凝土水化热 、 收缩 、 徐变等影响， 陶粒混凝土最大 水泥用量应不超过 5 5 0 k g m3 o 最大水用量应不超过 2 1 0 k g m 3 。 砂率： 采用密实状态的体积砂率， 选用范围为 3 5 0 o - 4 5 。 2 2 设计 原理及 试验 成果 页岩陶粒轻骨料 混凝 土配合 比设计是 通过对不 同配合 比 的轻骨料混凝土的坍落度和抗压强度来选择最佳配合比。 首先 设定 1 m 混凝土中粗集料的体积率为 5 0 5 5 ， 计算粗集料 用量和砂浆含量； 其次设定砂浆中砂的体积率为 4 0 5 0 ， 计 算砂用量和浆体含量； 最后根据普通混凝土水胶比定则确定水 用量和水泥用量， 并按照计算确定的配合比进行混凝土混合料 的工作性能试验， 所得最佳配合比即基准配合比的试验结果如 表 6 、 7所示 表 6 L C 2 5混凝土最佳 配合 比 表 7 L C 2 5混凝土试验结果 试拌调整配合比。 根据试模大小和组数计算试样体积 ， 乘 以 1 0 5系数， 作为试配实际用量体积， 进行混凝土试配。 可根据 基准配合比水泥用量 ， 另选相邻 2 个水泥用量( 3 0 k g m ) 同时 进行试配。 最后选定满足设计要求的水泥用量最小的配合比做 为试验配合比。 确定施工配合比。 根据试验配合比、 各种骨料湿堆密度及含 水量调整配合 比， 即得施工配合 比。 3工程 应 用 广西来宾 大桥位 于来宾 市区， 横跨红水河 ， 全长 3 7 7 5 6 m， 桥跨布置为四孔( 2 9 0 + l 0 5 + 3 0 ) m无支架吊装等截面钢筋混凝 9 8 土拱桥， 桥梁下构为重力式桥墩和桥台， 1 9 7 8 年 1 2 月投入使用， 运营 3 0年之后 目前出现病害并存在安全隐患。 其维修加固工 程包括主拱圈、 拱上结构、 桥台及桥面系等， 拱顶实腹段采用 L C 2 5页岩陶粒轻骨料混凝土进行回填。 页岩陶粒轻骨料 混凝土的施工技术 和质量控制包括材 料 计量 、 搅拌、 运输、 振捣及养护等工序。 陶粒混凝土的施工工艺基 本与普通混凝土相似。 但由于陶粒的堆积密度小和多孔结构吸 水的挣陛， 在施工过程中务必注意， 才能保证其工程质量。 3 1 配料 要 求 陶粒混凝土各组分配料计量要准确。 在生产前及生产过程中， 应经常性检测粗细骨料中的含水量 ， 并及时调整加水量。 建议陶 粒在拌和混凝 土前预先浇水湿润 ， 以利于混凝土强度 的增长。 3 2混凝土 搅拌 页岩陶粒轻骨料混凝土采用强制式搅拌机现场搅拌， 其加 下转第 1 O 1页 3 再 生混凝 土强度 改善建议 ( 1 ) 二次磨破 加工嘲： 利用研制开发的磨破机采取不同的研 磨体和研磨方式 、 研磨时问对第一次磨破得到的再 生粗骨料进 行第二次研磨和破碎。 再生粗骨料经过二次研磨和破碎后， 将 粗骨料中的细粉和易压碎、 吸水率较高的骨料都已筛分掉。 再 生粗骨料表 面附着的水泥砂浆颗粒大大减少 ， 再生粗 骨料的吸 水牢显著降低， 而且压碎指标明显降低。 随着研磨和破碎的时 间延续 ， 粗 骨料的棱 角减少 ， 表面变得圆滑 ， 再 生粗骨料 的外 形 介 于天然卯石和碎石粗骨料之间的外形 ， 故性能也能显 著提 高 ( 经二次磨破 后再生粗骨料 的表面 上仍残存 着极少量 的粉末 ， 如果条件允许 ， 经水 洗后 ， 效果 可能会更佳 ) 。 ( 2 ) 加入界面改性剂改善再生骨料与水泥浆之间得薄弱 区， 提高黏结强度 ： ( 3 ) 将水泥或外掺超细矿物质( 如： 粉煤灰 、 纯水泥浆、 硅粉 等 ) -q水按 比例调成浆液 ， 对冉生骨料进行浸泡 、 干燥等处理 ， 期 望浆液能直接填充再 生骨料的孑 L 隙或与骨料 中的某些 成分( 如 原混凝土 中的水泥水化生成物 C a ( OH) 2 S i O： 3 H O等 ) 反应 ， 以其生成物填充孑 L 隙， 或浆液能将再生骨料本身的微细裂纹黏 合， 从而改善再生骨料孑 L 隙结构 ， 提高再生骨料和再生混凝土 。 4结 论 ( 1 ) 再生混凝 土的抗压强度 随水灰 比的变化规律 ： 在 水灰 比大于 O 4 5 时 ， 水灰 比增大再 生混凝土强度降低 ， 但水灰 比低 于 O 4 5时 ， 随着水灰比增大强度会缓慢增大。 上接第 9 8页 料顺序是细 集料 、 水泥和粗集 料 ， 搅拌 约 1 rai n ， 再加水继续搅 拌不少于 2 mi n 搅拌时间约 3 rai n 。 比普通混凝土搅拌时间稍长 ， 即可保证混合料搅拌充分 和均匀 。 3 3混 凝 土 运 输 本试验 混凝土采用 现场搅拌 ， 倒运 时间短 ， 能避免混 凝土 在浇筑前 出现初凝及离析现象 ， 保证混凝土工作性 。 通 常陶粒混 凝土搅拌后 ， 宜尽可能快地运至施 工现场并立 即浇筑人模 。 如在 停放或运输过程中出现工作 性损 失 ， 宜在浇筑前进行人工或机 械二次搅拌恢复混凝土 作性 。 3 4混凝 土 浇筑与成 型 混凝土浇筑时要连续进行， 不留或不少施工缝。 宜选择低频 低幅插入式振捣器， 振捣时要快插慢拔， 其振捣影响范围小于普 通混凝土影响范围， 振点要适 当加密， 分布均匀 ， 振捣间距不应大 于振动作用半径 的 1 倍 ， 插入深 度不应超过浇筑高度 ， 振动时间 不宜过长 ， 避免造成砂浆下沉 。 轻骨料上浮， 防止混凝土分层离析 。 同时不宜采用振捣功率强大的机械设备 以免使混凝土发生离析 情况。混凝土表面外露轻骨料应压人砂浆 中， 然后用木抹抹平。 在未采取缓凝措施时 ， 混凝土从搅拌机卸 出后到浇筑 完成 ， 一 般不宜超过 6 0 mi n 。 3 5 混凝 土拆模 与 养护 在常温下， 混凝土强度达到要求后方可拆模， 拆模后及时 喷水养护 或覆 盖薄膜保湿养护 。陶粒 混凝土成型之后 ， 陶粒 内 部吸 收的水 分 ， 将 随着混凝土 表面水分 的蒸 发 ， 会从 陶粒 内部 不断 向灰浆 中转移 ， 在一定时 间内能 自动供 给水泥水 化用水 ， 造成良好的养护条件。 实践表明， 在温暖和潮湿的气候条件下， 陶粒混凝土中的水分就可以保证水 泥的水化 ， 可不需覆盖 和喷 ( 2 ) 通过再生骨料不同体积取代天然骨料配制的再生混凝 土 ， 7 、 1 4 、 2 8 d抗压强度在再生骨料体积取代率 5 O 时， 强度最 高。 再生粗骨料取代率对再生混凝土各龄期的抗压强度影响很 大。 当再生粗骨料取代率为 3 0 、 7 0 和 1 o 0 时 ，再生混凝 土 的抗压强度较普通混凝土降低； 当再生粗骨料取代率为 5 0 时， 再生混凝土的抗压强度较天然混凝土反而有所增加。 这一现象 有待于进一步从微观角度研究。 参 考 文 献 ： 【 l 1孙跃乐， 局德源 我国再生混凝土的研究现状和需要解决的问题f J 1 混凝土 ， 2 0 0 6 ( 4 ) f 2 1 卢鹏程 再生混凝土的抗压强度特征 J J _ 混凝土， 2 0 0 4 ( 7 ) 3 肖建庄 ， 李佳彬， 孙振平， 等 再生混凝土的抗压强度研究 J 】 同济大 学学报 ： 自然科学版， 2 0 0 4 ， 3 2 ( 1 2 ) 4 1 李秋义， 李云霞， 朱崇绩 颗粒整形对再生粗骨料性能的影响【J 】 材料 科学与工艺， 2 0 0 5 ， 1 3 ( 6 ) ( 5 1同军 ， 王欣 ， 朱平华 ， 等混 凝土骨 再生设备及工艺研究f J 1 混凝土 ， 2 0 0 8 ( 1 ) 6 张德思， 刘婷婷 再生混凝土高性能化的试验研究 D J l 西安： 西北工 业大学 ， 2 0 0 6 f 7 1 孙犁， 钱大行 ， 张日华 再生粗骨料性能改善试验研究l J J 混凝土 ， 2 0 0 8 ( 3 ) ： 5 8 6 0 8 J WAN Hu i w e n ， YA N G L i y u a n， HU I Z h o n g h e Mo d i fi e a t i n o f I T Z s t r u c t u r e a n d p r o p e i e s o f r e g e n e r a t e d c o n c r e t e D J o u r n a l o f Wu h a n Un i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y - M a t e r S c i Ed， 2 0 0 6 作者 简介 联 系地址 联 系电话 周明辉( 1 9 7 0 一 ) ， 男， 硕士， 高级工程师， 从事建筑工程质量 检测工作。 辽亍省沈 阳市沈河区文翟路 3 3 号 ( 1 1 0 0 1 6 ) 1 3 3 0 40 2 7 0 7 8 水养护 ； 但在 夏季炎热 干燥 的气候条 件下 ， 仍必须进行覆 盖和 洒水养生， 以防止混凝土表面干燥和收缩开裂。 同时陶粒混凝土 堆积密度小、 导热系数低， 再加上混凝土中水泥用量较大， 夏季 高温时更需注意养护避免出现温度裂缝。陶粒混凝土养生期， 一 般不少于 3 d ， 混凝土具有 7 0 设计 强度后 ， 方 可开放交通。 4结论 页岩 陶粒轻骨料 混凝土用 于来 宾大桥维修 加 固工程 拱顶 实腹段回填最突出的优点是密度小、 质量轻， 与同强度等级的 普通混凝土相 比， 可 降低 自重约 3 0 ， 大 大减轻 了结构 的恒载 。 轻骨料陶粒混凝土与普通混凝土相比还具有抗渗能力强、 无碱 集料反应 、 耐酸性强 、 且能够有效消除的震波、 弹模低与预应力 构件配合效果佳等特点。因此， 特种轻骨料混凝土材料将在公 路桥梁建设 中有更广泛 的应用 ， 为 旧桥或危桥的加 固和改造提 供更可靠、 更合理 、 更经济的技术措施。 参考文献 ： 1 J T G E 3 0 -2 0 0 5 ， 公路工程水泥及水泥混凝土试验规程 s 】 2 J T G E 4 2 -2 0 0 5 ， 公路工程集料试验规程【 s 3 】J G J 5 5 2 0 0 O， 普通混凝土配合比设计规程 s 1 4 】G B 5 0 1 6 4 9 2 ， 混凝土质量控制标准 s 5 】 J 0 4 1 -2 0 0 0 ， 公路桥涵施工技术规范 s 6 】 张扬江， 胡曙光 陶粒混凝土在昌九高速桥梁工程中的应用 z 1 7 龚洛书， 柳春圃 轻集料混凝土 M 】 E 京： 中国铁道出版社， 1 9 9 6 8 】 龚洛书 高强陶粒和高性能混凝土J 1 l 混凝土， 2 0 o 0 ( 2 ) ： 7 1 1 作者简介 ： 仇益梅 ( 1 9 6 5 一 ) ， 女 ， 副教熳 ， 高级工程师。 联系地址： 厂西南宁市园湖北珞l 2 号 厂西交通 U 技术学院( 5 3 O O 2 3 ) 联 系电话 ： 0 7 7 1 - 5 6 3 5 6 0 4 1 01