試論我國輕骨料混凝土在應(yīng)用中需解決的問題

汪聲瑞 樓 軍

免振搗輕骨料混凝土可廣泛應(yīng)用于大跨度結(jié)構(gòu)、多層框架結(jié)構(gòu)、小高層和高層建筑的樓板、鋼、混凝土組合結(jié)構(gòu)樓板、市政、公路和橋梁等工程，可以降低施工時(shí)勞動(dòng)強(qiáng)度，減輕建筑物自重，具有很高的技術(shù)經(jīng)濟(jì)價(jià)值[1，2]。本文在分析國內(nèi)外輕骨料及輕骨料混凝土的發(fā)展概況基礎(chǔ)上，對(duì)于我國輕骨料混凝土在應(yīng)用中需要解決的問題進(jìn)行分析。

1 國內(nèi)外輕骨料及輕骨料混凝土的發(fā)展概況

1.1 國外輕骨料及輕骨料混凝土的發(fā)展現(xiàn)狀

國外高強(qiáng)輕骨料混凝土主要應(yīng)用于高層建筑、橋梁和預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。早在1969年，美國就用高強(qiáng)輕骨料混凝土建成了高217.6 m，52層的休斯敦貝殼廣場大廈。這幢按筒中筒結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)的大廈采用高強(qiáng)輕骨料混凝土取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)觀點(diǎn)來講，217.6 m的建筑高度，加上高空的強(qiáng)大風(fēng)載，必須選用質(zhì)量最好的輕骨料來拌制輕骨料混凝土，使其結(jié)構(gòu)性能不低于普通混凝土。根據(jù)結(jié)構(gòu)和建筑要求，2.51 m厚的筏型基礎(chǔ)，內(nèi)柱和外柱以及剪力墻要用強(qiáng)度為42 MPa的高強(qiáng)輕骨料混凝土澆制，11 m跨距的樓板要用強(qiáng)度為31.5 MPa的高強(qiáng)輕骨料混凝土澆制，混凝土用量達(dá)7萬m3。日本在軟土地基上用40 MPa的頁巖陶粒高強(qiáng)輕骨料混凝土建造了32.2 m的雙線鐵路預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土橋梁。20世紀(jì)70年代是一些發(fā)達(dá)國家輕骨料生產(chǎn)與應(yīng)用的顛峰期，美國年產(chǎn)量曾達(dá)2 300萬m3，20世紀(jì)80年代末前蘇聯(lián)則迅速發(fā)展到5 000多萬立方米，其中人造輕骨料約占85%。歐洲應(yīng)用最多的是膨脹黏土輕骨料。這種輕骨料含部分開口孔，在常壓下的1 h吸水率為5%～10%，但泵壓下將增加到20%～40%，因此泵送性能差。日本從1999年開始銷售低吸水率、高強(qiáng)度的高性能輕骨料，典型產(chǎn)品如日本太平洋水泥株式會(huì)社的Taiheyol 1071輕骨料。它主要用珍珠巖、發(fā)泡材料、膠結(jié)材料作為原料，其表觀密度為0.6 g/cm3～1.5 g/cm3，24 h吸水率小于5%。

此外，泵送輕骨料混凝土在國外應(yīng)用得較多，技術(shù)也較成熟。世界上最長的懸臂橋之一挪威的Raftsund橋就是采用了LC60泵送高強(qiáng)輕骨料混凝土。歐洲的泵送輕骨料混凝土多用于民用建筑，如住宅和寫字樓的樓板與墻板，其28 d強(qiáng)度一般在20 MPa～30 MPa之間，最高達(dá)55 MPa，典型泵送距離為20 m～60 m。西班牙馬德里畢加索大廈工程采用活塞泵施工了1萬m3強(qiáng)度30 MPa、干表觀密度1 855 kg/m3的輕骨料混凝土。

1.2 國內(nèi)輕骨料及輕骨料混凝土的發(fā)展現(xiàn)狀

國內(nèi)輕骨料混凝土的生產(chǎn)和應(yīng)用經(jīng)歷了漫長又曲折的發(fā)展過程。近幾年來在國家墻改政策的推動(dòng)下，輕骨料的生產(chǎn)又得到進(jìn)一步發(fā)展，僅淄博地區(qū)就新增兩家頁巖陶粒生產(chǎn)廠。但我國輕骨料混凝土的應(yīng)用仍主要用于低強(qiáng)度的非承重結(jié)構(gòu)，如生產(chǎn)小砌塊。20世紀(jì)80年代以后，我國著重于天然和工業(yè)廢料輕骨料的開發(fā)與應(yīng)用，隨著資金投入的增加和技術(shù)條件的改善，我國已基本形成以地方資源(如頁巖、黏土、膨脹珍珠巖等)及某些工業(yè)廢料(如粉煤灰)為主要原材料，以回轉(zhuǎn)窯為主要生產(chǎn)設(shè)備的人造輕骨料生產(chǎn)體系，使輕骨料在過程中的應(yīng)用水平日益提高。目前我國的輕骨料生產(chǎn)水平已經(jīng)能夠滿足高層建筑、大跨度橋梁和隧道、海洋平臺(tái)等工程的需求。

過去我國輕骨料混凝土主要以保溫、隔熱用的小砌塊和板材等墻體材料為主，強(qiáng)度等級(jí)較低，一般僅為LC15～LC20。除用作墻體外，在天津、上海、河南等地，主要用于非預(yù)應(yīng)力的樓板、屋面板、梁和門式框架等構(gòu)件上。進(jìn)入20世紀(jì)90年代以后，隨著高強(qiáng)度、低吸水率的高強(qiáng)輕骨料的研制和生產(chǎn)，結(jié)構(gòu)用的輕骨料混凝土在工程應(yīng)用中也嶄露頭角，已在珠海、天津、北京、上海、南京等地的近十幾個(gè)混凝土工程中應(yīng)用，有的強(qiáng)度等級(jí)已達(dá)LC40(南京太陽宮廣場)，最大混凝土用量1萬m3以上LC30(天津永定新河橋)，且質(zhì)量好。但由于受資金和技術(shù)等條件的限制，并未得到大量推廣使用。

2 高強(qiáng)輕骨料混凝土的配制

輕骨料的多孔結(jié)構(gòu)造成了其在混凝土拌合物中具有吸水和放水的能力，輕骨料的這種吸、放水能力造成了骨料顆粒表面的局部低水灰比，增加了輕骨料表面附近水泥石的密實(shí)性，提高了粗骨料與砂漿界面的粘結(jié)力。另外，由于輕骨料屬于燒結(jié)黏土質(zhì)材料，表面具有一定的活性，能與水泥石中的堿性物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，所以，輕骨料和水泥石的粘結(jié)力要比普通骨料和水泥石的粘結(jié)力強(qiáng)得多，這對(duì)提高輕骨料混凝土強(qiáng)度有利。但是高吸水率的輕骨料，由于后期的放水量較多，所以會(huì)影響輕骨料混凝土強(qiáng)度的提高。水泥石填充于輕骨料表面孔隙中且緊密地包裹在骨料周圍，堅(jiān)強(qiáng)的水泥石外殼約束了骨料的橫向變形，故輕骨料混凝土的強(qiáng)度隨水泥石的強(qiáng)度和水泥用量的增加而提高，其最高強(qiáng)度可以超過輕骨料本身的強(qiáng)度。但是，單純的靠提高水泥用量來提高輕骨料混凝土強(qiáng)度的意義不大。輕骨料混凝土強(qiáng)度的影響因素有很多，它們之間不是孤立的，而是相互關(guān)聯(lián)的，即在一定的水泥用量及使用特定輕骨料的條件下，混凝土的最高抗壓強(qiáng)度存在一個(gè)強(qiáng)度頂點(diǎn)。超過這個(gè)強(qiáng)度頂點(diǎn)，即使增加水泥石強(qiáng)度也不能以相同的速度使混凝土強(qiáng)度提高，而只是稍微提高。這個(gè)強(qiáng)度頂點(diǎn)主要受控于輕粗骨料的強(qiáng)度，輕粗骨料的強(qiáng)度高者，其強(qiáng)度頂點(diǎn)也高。可見，配制高強(qiáng)度的輕骨料混凝土，提高輕骨料本身強(qiáng)度非常關(guān)鍵。

3 輕骨料混凝土的泵送施工

我國在輕骨料混凝土的泵送施工上還存在技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)上的不足。當(dāng)采用泵送施工時(shí)，輕骨料混凝土易發(fā)生分層離析，坍落度損失快以及輕骨料在壓力情況下會(huì)吸收混凝土中的水分而導(dǎo)致泵送困難等問題。當(dāng)前泵送輕骨料混凝土的三個(gè)主要問題是:1)泵送時(shí)，部分水泥漿中的水在壓力作用下滲入輕骨料，降低了混凝土的流動(dòng)性能。2)當(dāng)增加泵壓時(shí)，部分水分由水泥漿滲入輕骨料中，同時(shí)混凝土中的部分空氣也被壓縮到輕骨料中，導(dǎo)致混凝土的體積降低。3)當(dāng)泵壓降低和消失后，存在于輕骨料孔隙中的壓縮空氣將輕骨料孔隙中的水分?jǐn)D出。如果這種情況發(fā)生在泵管中，會(huì)導(dǎo)致混凝土拌合物泌水并會(huì)堵塞泵管，如果壓力釋放發(fā)生在澆筑現(xiàn)場，擠出的水分會(huì)包裹在輕骨料表面，影響骨料與水泥石的界面，并破壞水泥石和骨料的粘結(jié)，從而影響混凝土的性能，甚至引起混凝土的強(qiáng)度損失和耐久性變差等問題。

因此，需要將理論知識(shí)與工程實(shí)踐相結(jié)合來優(yōu)化和改善輕骨料混凝土泵送性能。只有在充分的掌握了礦物摻合料、外加劑、骨料等對(duì)輕骨料混凝土工作性能影響的基礎(chǔ)上，在泵送條件下進(jìn)行施工試驗(yàn)，才能制備出適合泵送施工的輕骨料混凝土。

4 輕骨料混凝土的泵送勻質(zhì)性

在輕骨料混凝土中，由于輕骨料的比重小于水泥砂漿的比重，在整個(gè)混凝土體系中由于受力不平衡經(jīng)常導(dǎo)致輕骨料上浮，從而使輕骨料混凝土的結(jié)構(gòu)發(fā)生不均勻變化，影響了混凝土的勻質(zhì)性。嚴(yán)重的情況下會(huì)導(dǎo)致輕骨料混凝土的離析、泌水，對(duì)混凝土的泵送施工造成了很大的障礙。澆筑過程中輕骨料上浮一直是輕骨料混凝土領(lǐng)域內(nèi)公認(rèn)的難題之一，輕骨料混凝土的這種分層導(dǎo)致內(nèi)部結(jié)構(gòu)的勻質(zhì)性變差，特別是大流動(dòng)性的輕骨料混凝土。

輕骨料混凝土的泵送勻質(zhì)性是指輕骨料混凝土泵送前后工作性能無變化或變化不大的性能，即流動(dòng)性、填充密實(shí)性、分層情況等在泵送前后基本保持不變。具備泵送勻質(zhì)性是配制可泵送且工作性能良好的免振搗輕骨料混凝土的必要保證。

為了盡量減少輕骨料混凝土分層，提高其勻質(zhì)性，就需要從混凝土的各個(gè)組成上進(jìn)行控制。輕骨料混凝土的勻質(zhì)性控制是一個(gè)系統(tǒng)工程，只有全面、系統(tǒng)、綜合的從影響分層的各個(gè)因素進(jìn)行研究，才能夠真正的達(dá)到提高混凝土的勻質(zhì)性同時(shí)又不降低混凝土流動(dòng)性能的目的。

[1] 張?jiān)茋瑓侵敲簦瑥埿≡疲?自密實(shí)輕骨料混凝土的工作性能[J].建筑材料學(xué)報(bào)，2009，12(1):55-56.

[2] 魯薇薇，宿巳光，郝付軍.輕骨料混凝土連續(xù)剛構(gòu)局部受壓性能分析[J].重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2009，28(2):312-314.

[3] 段美云，張桂祥，潘明南.輕骨料混凝土塑性收縮性能研究 [J].山西建筑，2008，34(31):172-173.