(论文)轻质陶粒混凝土配合比设计及其应用.doc

轻质陶粒混凝土配合比设计及其应用
赵广玲 李红伟
【摘   要】 为了解决陶粒混凝土在圆煤仓内上的理论研究和实际应用，在总结有关资料的基础上，对陶粒混凝土配制方法进行了全面系统的介绍和分析。针对在施工配合比方面存在的一些实际问题进行了初步讨论，成功的配制出LC20轻质混凝土，表观密度低至1500Kg/m3,并经过实际试验检测，满足陶粒混凝土的工作度，成功完成陶粒混凝土的泵送。    
  【关键词】轻质陶粒混凝土、陶粒混凝土配合比设计、陶粒混凝土应用
          一、前  言
     随着技术水平的提高，为了解决普通混凝土质量大的缺点，为了减轻结构自重，在很多工程中通过设计验算，要求应用轻质混凝土来完成施工，由于我们的工程是圆煤仓内部回填，首先应满足强度要求，而密度设计规定不得超过1500Kg/m3。并且为泵送施工，混凝土技术要求较高，由于轻质混凝土是一种比强度高，保温耐火，抗震性能好，无碱集料反应等新型混凝土，由于其强度较低且对其力学性质研究较少，使其应用的范围有所局限。随着试验的深入、终于成功的配制出了密度等级为1300～1500，强度等级在LC20以上的轻质陶粒混凝土，并成功应用于该工程。由于页岩陶粒密度为510-600Kg/m3小于水的密度，且陶粒的表面光滑与砂浆的粘结性差，在泵送过程中，由于泵管的压力使得大多数的陶粒冲向泵管的前头造成堵管，另在泵送过程中常常需要要移动泵车而暂停泵送，在此时由于陶粒比水轻上浮，使得陶粒与水泥砂浆分离容易造成堵管；解决办法：由于陶粒的密度比较小，为尽量避免陶粒与水泥砂浆出现分离，应尽量减少混凝土的用水量，尽量选用合理的混凝土坍落度，1、掺入一些大粒大粒机制砂（2.5-5）mm调整以增大陶粒与水泥砂浆的摩擦力，同时提高细砂的综合细度模数减低混凝土用水量；2、掺入一定比例的粉煤灰改善混凝土的和易性，减少混凝土用水量；3、掺入高效泵送剂减少混凝土用水量，改善混凝土的和易性。
     二、工程基本概念及要求
      1. 工程轻质混凝土的定义
      轻质混凝土(Light Weight Concrete，以下简称LC)是指利用轻粗集料(陶粒)、普通砂、水泥和水配制而成的干表观密度不大于1500kg/m3，强度等级为LC20以上的结构用轻质混凝土。从LC的定义我们可以看出，它除了和普通混凝土一样牵涉到粗、细集料、水泥和水以外，所不同的是还涉及到表观密度的最大限值和最小的强度等级限值。
       2.在该工程中的优势
       由于该工程以轻质的为主要特点，显然能够克服普通混凝土无法克服的自重过大的缺陷，使强度满足要求。因此，在本工程中的优势主要体现在以下几个方面：
      (1)减轻结构自重，增大其跨度能力；
    (2)减少裂缝，提高抗渗能力；
      (3)提高其耐久性，延长使用寿命；
      (4)抗震能力好；
      (5)降低工程造价。
      三、轻质陶粒混凝土的配合比设计
      陶粒混凝土的配合比设计的任务是确定能获得设计性能而又最经济的混凝土各组成材料的用量，它和普通混凝土配合比设计的理论是相同的，即在保证结构强度的前提下，力求达到便于施工和经济节约的要求。由于所使用陶粒的特性，它还不能像普通混凝土那样，用一个较公认的强度公式作为混凝土配合比设计的基础。虽然，国内外都有不少学者提出了各种各样的计算公式，但都存在很大局限性，离实际应用还有很大差距。所以还是通过参数的选择和简单经验公式的计算，最终以试验的方法来确定各组分材料的用量。
       1. 确定试配强度。根据我国《轻集料混凝土技术规程》(JGJ51-90)的规定，轻质混凝土的试配强度可由公式确定。
       其中，    
           ———试配强度，MPa；
           ———设计强度，MPa；
          ———强度标准差，MPa。
      2. 选择水泥品种和标号
在本工程中我们使用邢台中联的P.O42.5硅酸盐水泥。
      3. 选择水泥用量
      水泥用量是影响棍凝土强度及其它性能最主要的参数，对轻质陶粒混凝土来说，水泥用量的选择尤为重要，增加水泥用量固然可以使其强度提高，但也会使其密度加大。所以的最大水泥用量不宜超过550kg/m3，最小水泥用量不得低于350kg/m3。
      4．陶粒的选择
     一般要选择密度等级>500、强度标号>20MPa的球型陶粒，且其各项指标应满足。
      5． 选择用水量和水灰比
      用水量和水灰比，分净用水量和净水灰比及总用水量和总水灰比，所谓净用水量系指不包括高强陶粒1h吸水率在内的混凝土用水量，其相应的水灰比则为净水灰比，在配合比设计中，一般用净用水量和净水灰比表示。用水量(或水灰比)不仅对硬化混凝土的性能有很大影响，而且还直接影响拌合物的和易性。
      6． 砂率的选择
     砂率是以体积比来表示的，即以砂的体积与粗细集料总体积的百分比来表示的。砂率对轻质混凝土的强度影响不大，且其弹性模量也有所提高。但随着砂率的提高，轻质混凝土的表观密度也逐渐增加，当混凝土的强度等级为LC20时，砂率为42%左右时，混凝土拌合物的和易性最好。
      7． 粗细集料用量
     指配制1m3轻质混凝土所需的陶粒和普通砂的密实体积，可参考《轻集料混凝土技术规程》(JGJ51-90)，用绝对体积法求出。
      8． 掺和料等外加剂
      由于庐混凝土的水泥用量比同强度等级的普通混凝土增加，实验证明，为减少水泥用量，改善和易性和其他一系列的物理力学性能，在轻质混凝土中加入适量的掺和剂，矿粉、粉煤灰、，可获得很好的技术经济效益。在使用掺合料的同时，必须使用高效减水剂，以减小用水量，降低水灰比。粉煤灰的掺加采用“超量取代法”，取代系数为10%～15%。通过试验验证采用掺加掺合料方法，在加入高效减水剂的同时，根据混凝土性能的要求掺入超细活性矿物材料，并加大掺入的比例，可以大幅度提高拌合料的工作性能，并对其物理力学特性有较显著的改善作用。
9．配合比设计与结果
由表1可知，粉煤灰混凝土的抗压强度与测试龄期有着密切的关系，随着混凝土养护龄期的增加，混凝土的抗压强度也同步增长。由于粉煤灰的火山灰活性反应在水化后期才显示出来，故粉煤灰混凝土的早期强度发展缓慢，由上表可知粉煤灰混凝土的3d、7d抗压强度低于不掺粉煤灰的基准混凝土；在水化后期，粉煤灰与水泥水化产物Ca(OH)发生二次反应生成低钙硅比的C—S—H 凝胶体等产物，增加了混凝土密实度[1]，提高了后期强度，所以表1粉煤灰掺量不同的混凝土的配合比
基准配合比
W :C :S :TL
FA掺量
（%）
坍落度
（mm）
抗压强度（MPa）
3d
7d
28d

230:366:574:381
0
70
15.0
21.2
28.5
5
80
14.7
20.1
29.2
10
85
13.6
19.7
29.6
15
110
13.1
19.1
30.8
20
110
10.3
15.6
22.3
25
120
8.8
12.4
18.6
混凝土的28d抗压强度高于不掺粉煤灰的基准混凝土，并且当粉煤灰掺量为15%时，混凝土的28d抗压强度最高，因此文中粉煤灰的最佳掺量为15%。采用超量取代法在混凝土中利用粉煤灰替代水泥，当粉煤灰掺量为15%时，1m3混凝土大约节省水泥50kg；利用粉煤灰替代水泥不但节约资金、降低建筑成本同时也弥补了粉煤灰混凝土早期强度低的缺点。
3.2外加剂掺量的确定
目前，高效外加剂已成为配制商品混凝土不可缺少的组分。高效外加剂的掺入使混凝土用水量大大降低，从而减少了水泥的用量，增大了混凝土的流动性从而改善了混凝土的和易性，提高混凝土的工作度。经过大量试验，结果表明高效泵送剂掺量在1.0%时，流动性和抗压强度均达到要求。根据混凝土的抗压强度，作了6组试验，进而确定混凝土中泵送剂的掺量。试验配合比和结果见表2所示。
表2泵送剂掺量不同的混凝土的配合比
基准配合比
泵送剂
（%）
坍落度mm
用水量
（kg）
抗压强度（MPa）
C :F :S :TL
初始
60min
3d
7d
28d

229:85:653:363

0.8
100
50
185
11.7
14.2
20.5
0.9
115
65
180
12.3
17.8
24.2
1.0
130
75
176
14.4
19.9
26.6
1.1
160
130
170
15.4
23.1
31.4
1.2
180
160
170
15.1
25.3
32.3
1.3
185
160
168
15.5
27.4
33.6
由表2可知，当混凝土中泵送剂的掺量为1.0%到1.1%，混凝土的抗压强度和流动性达到设计的要求。
3.3砂掺量的确定
为满足陶粒混凝土的可泵性对砂率进行了调整，提高混凝土的工作度，并每一配合比生产出两方的陶粒混凝土用42米汽车泵做泵送试验，试验数据及结果如表3所示。表3
基准配合比
泵送剂
（%）
砂率（%）
用水量
（kg）
泵 送
试 验
和易性

抗压强度（MPa）
C :F : TL
3d
7d
28d

229:85:363

1.0
36
175
无法泵送
差
14.7
21.2
20.5
38
174
难泵送
良好
15.3
21.8
24.2
40
172
好泵送
良好
16.4
22.9
26.6
42
168
好泵送
良好
17.4
23.3
32.4
44
170
难泵送
差
13.1
19.3
25.3

46
169
无法泵送
离析
12.5
17.4
24.6

由表3可知，砂率在42%时混凝土的强度最高、流动性和可泵性最好，降低新拌混凝土的泌水，减少离析与分层，使混凝土的工作性得到大幅度的提高，从而节约成本。
4结论
掺入粉煤灰的混凝土，随其掺量的增加，混凝土前期强度呈下降趋势，应设法提高混凝土的早期强度来满足高性能混凝土的要求。采用超量取代可以弥补混凝土前期强度的部分损失，但其28d后的力学性能良好，完全能满足验收需要。
【参考文献】
      [1] 赵志绪．新型混凝土及其施工工艺[M]．北京：中国建筑工业出版社，1996.
      [2] 王传志，滕智明．钢筋混凝土结构理论[M]．北京：中国建筑工业出版社，1985.
      [3] 龚洛书，柳春圃．轻集料混凝土[M]．北京：中国铁道出版社，1996.
      [4] 龚洛书．高强陶粒和高性能混凝土[J]．混凝土，2000，(2)．
      [5] 邓宗才．钢筋与轻质高强混凝土基本体间粘结强度的研究[J]．建筑技术开发
作者简介：赵广玲（中煤建筑安装工程公司中煤第73工程处）工程师
李红伟（邢台建工商品混凝土有限公司）工程师