HLC60輕質高強混凝土試配探索

董恒瑞，周國平，鄧鈴夕

（1重慶建工建材物流有限公司，重慶401122；2重慶市建筑材料與制品工程技術研究中心，重慶401122；3中冶建工集團混凝土公司，重慶400052；4重慶砼固建材科技有限公司，重慶400051）

HLC60輕質高強混凝土試配探索

Exploration on Trial Preparation of HLC60

董恒瑞1,2，周國平3，鄧鈴夕4

（1重慶建工建材物流有限公司，重慶401122；2重慶市建筑材料與制品工程技術研究中心，重慶401122；3中冶建工集團混凝土公司，重慶400052；4重慶砼固建材科技有限公司，重慶400051）

輕質高強混凝土具有輕質、高強、耐久、抗震、保溫隔熱等優越的性能，隨著城市建筑高度、跨度的不斷增加和建筑節能設計標準的不斷提高，輕質高強混凝土日益發揮更加重要的作用。該文在現有原材料條件下、在已有研究的基礎上經不斷試驗調整最終配制出1900級LC60的輕質混凝土，并在試驗數據基礎上分析了強度的影響因素，以期促進輕質高強混凝土技術的進步。

高強陶粒；配合比；坍落度；干表觀密度

0 引言

隨著高強高性能混凝土工作的推進，混凝土呈現出多元化發展的趨勢。體輕、高強、智能、透光、導電、自愈合等等“特異功能”的混凝土不斷出現，改變著人們的認識度、想象力，而輕質高強混凝土便是其中一例，輕質高強混凝土一般是由高強陶粒、普通砂、膠凝材料、礦物摻合料、水、外加劑等配制而成，又稱為結構陶粒混凝土或砂輕陶粒混凝土[1]。與普通高強混凝土相比，輕質高強混凝土可減輕建筑物和構筑物的自重恒載、減少配筋率和結構造價，特別是在軟土地基工程和已有建筑改造工程中發揮著重要作用[2]。當前，強度等級LC40及以下的輕質混凝土技術較成熟并不斷被應用[3]，但輕質高強混凝土的配合比設計、制備、研究、應用經驗尚且不足，LC60輕質高強混凝土鮮有應用案例。該文在吸收國內外輕質高強混凝土的制備技術及生產經驗的基礎上，提出一種較合理方便的LC60輕質高強混凝土配合比設計方法，并在試驗基礎上驗證28d強度是否達到設計要求并就影響輕質高強混凝土強度的因素進行分析。

1 原材料

水泥：重慶某水泥廠生產的普通硅酸鹽水泥P·O42.5R，某廠生產的普通硅酸鹽水泥P·O52.5R，指標檢測符合GB175標準規范。

粉煤灰：F類、Ⅱ級，指標檢測符合GB1596標準規范的要求。

礦粉：S75，指標檢測符合GB/T18046標準規范的要求。

硅灰：成都某公司生產，指標檢測符合GB/T27690標準規范的要求。

外加劑：自主復配型，減水率約36%，符合GB8076標準規范要求。

河砂（特細砂）：枝江砂，細度模數1.45；機制砂：卵石機砂，細度模數2.97，含粉量9.0%。

混合砂比例：特細砂占33%，篩分數據見表1和圖1。

表1 混合砂累計篩余

圖1 混合砂篩分曲線

高強陶粒（圖2）：

圖2 高強陶粒

（1）某頁巖陶粒（一）（簡稱CG）：堆積密度950kg/m3，表觀密度1730kg/m3，陶粒粒型較差片狀顆粒較多；主要顆粒粒徑集中在5～16mm之間，筒壓強度（原狀、未篩分）：6.1MPa，強度標號為35～40，骨料含水率0.7%～1.0%，1h常壓吸水率為2.2%，煮沸質量損失0.3%，顆粒粒徑集中在5～16mm之間。

（2）某頁巖陶粒（二）（簡稱TG）：堆積密度850kg/m3，表觀密度為1350kg/m3，筒壓強度（原狀、未篩分）：7.3MPa，強度標號為40，1h常壓吸水率為5.2%，圖2為兩種高強陶粒形貌對比。

表2 LC60輕質高強混凝土配合比（kg/m3）

2 配合比說明

對于一般的陶粒混凝土可在《輕骨料混凝土技術規程》JGJ51-2002、《輕骨料混凝土結構技術規程》JGJ 12-2006等相關資料的基礎上進行設計，但因國內陶粒質量水平有限，在輕質高強混凝土配置工作中時常出現與標準規范出入較大的情況，例如單方LC60高強陶粒混凝土粗細骨料總體積按照標準要求中規定的1.3m3，若參考該標準，將難以配制出符合設計容重和強度要求的混凝土，筆者結合相關文獻資料和研究經驗，提出一種經驗性混凝土配制思路，該方法可較準確、快捷的確定基準配合比。

在骨料已給定時，提高混凝土強度和控制混凝土容重的途徑主要是水膠比和骨料占比，骨料占比可通過新拌混凝土的工作性判斷，對重慶地區生產的水泥來講，水膠比與水泥漿體容重有如圖3所示的經驗關系曲線。該項目試驗在水膠比、骨料占比、陶粒上浮率以及試件強度“四因素”的反饋信息指導下進行配合比調整。

圖3 水膠比與漿體容重的經驗關系曲線

3 試驗及分析

試驗的初始配合比的計算參考絕對體積法，每種原材料用量經估算確定。試驗在初始配合比基礎上結合實際試驗情況進行配合比調整，外加劑的用量根據拌合物工作性的需求調整。在保證強度和容重均符合要求前提下，水膠比從0.4調整至0.24，具體的實際配比見表2。

前期試驗數據顯示，輕質高強混凝土的尺寸效應較為明顯，100×100×100 mm立方體試件與150× 150×150 mm試件之間的尺寸效應約為0.8，為保證數據的可靠性和準確度，該項目試驗結果評定以150×150×150 mm立方體試件抗壓強度為準，試驗結果見表3。

從表3和圖4中看出：在相同的表觀密度范圍內，采用TG陶粒配制的輕質高強混凝土的強度更高，或者說比強度更大，而采用CG陶粒制備1900級HLC60混凝土較困難。分析認為主要是CG陶粒自身的強度不足，骨料與水泥凈漿強度協調性較差，難以滿足60MPa混凝土強度的要求。最終TG陶粒輕質高強混凝土可以實現1900級HLC60的指標要求，經配合比的不斷調整，成功配制出1900級LC60輕質混凝土。

表3 試驗結果匯總

圖4 TG和CG陶粒混凝土強度和表觀密度的分布

結合試驗結果看出：編號HLC-11～HLC-14混凝土7d齡期強度在53MPa以上，28d齡期最高強度已超過70MPa，達到C60設計強度等級。

7d齡期試件抗壓強度測試時發現：由于LC60水膠比較低，水泥漿體比重較大，新拌混凝土坍落度較大的幾組試配（編號HLC-2～HLC-10）出現陶粒上浮趨勢增大，表面不易抹平的情況，這將導致輕質高強混凝土出現外分層現象[4]，外分層作用造成陶粒和水分集中在混凝土表層，強度測定時試件成型面易脫落，而坍落度只有140mm左右的混凝土的破壞形式呈現均勻破壞行為，這是由于降低新拌混凝土的坍落度，降低流動性，形成塑性狀態，可明顯減少陶粒上浮現象，提高成型混凝土的均勻性[5]，減少混凝土因局部密度差產生的應力集中效應首先破壞掉強度薄弱相（陶粒）。見圖5。

圖5 7d齡期混凝土破壞形式

隨著養護齡期的增長，水泥凈漿強度持續增長，水泥漿所包裹陶粒表面的強度增大，在外力作用下裂縫的擴展更困難[6]，因高強陶粒上浮造成的質量不均勻、試件應力集中現象得到一定的緩解，試件受力破壞形式接近于普通C60混凝土，見圖6。

圖6 HLC-13和HLC-14試件18d抗壓試驗破壞形貌

同樣，隨著試件養護齡期的增長，陶粒輕微上浮、制備均勻的試件表現出較明顯的環箍效應，而陶粒上浮嚴重、制備不均勻的試件出現單邊“崩塌”破壞和單邊“撕裂”受拉破壞現象，見圖7、圖8。

另外，由于LC60粘度較大，坍落度較小時，氣泡不易排出，成型密實較困難，為提高混凝土密實度，建議施工時按照“振動時間短，振動間距短”、“降低澆筑高度”的方式進行，提高其密實度。

圖7 28d齡期輕質高強混凝土“環箍效應”

圖8 28d齡期試件不均勻破壞

4 試驗結論

本文中提到的一種新的較合理的輕質高強混凝土經試驗驗證是可取的，在該方法計算的初始配合比的基礎上，可以較快地確定最終合理配合比。

輕質高強混凝土的強度除了與陶粒自身強度、水膠比有關外，與新拌混凝土的坍落度有較大關系，因輕質高強混凝土的水膠比較低，陶粒與漿體間的密度差較大，陶粒上浮概率增多，降低混凝土坍落度、提高粘度可保證混凝土不分層離析，這是制備輕質高強混凝土的必要條件。

[1]建設部.JGJ51-2002輕骨料混凝土技術規程[S].北京：中國建筑工業出版社，2002.

[2]胡曙光，王發洲.陶粒混凝土[M].北京：化學工業出版社，2005：28-30.

[3]楊再富，范英儒，石從黎，等.重慶地區高強陶粒混凝土設計與制備技術研究[J].重慶建筑，2012（8）：1-4.

[4]胡曙光，王發洲.輕集料混凝土[M].北京：化學工業出版社，2006：127-128.

[5]唐笑.大流動性結構輕集料混凝土性能研究[D].重慶：重慶大學，2003：31-33.

[6]曹剛.高強輕骨料混凝土實驗研究[D].西安：西北工業大學，2004：39-40.

責任編輯:孫蘇，李紅

新技術運用

聽聲音識別問題建筑

每年世界各地都會發生一些建筑物坍塌的事故。一些建筑物使用一段時間后會出現裂縫，表面的裂縫我們可以看到，但是內部的裂縫我們卻看不到，而這些內部裂縫往往會帶來毀滅性的災害。怎樣才能識別隱藏在建筑物內部的裂縫呢?我們得用聲音來聽。目前主要是一種叫聲波發射監測檢測系統的設備，能接受到建筑物金屬斷裂的聲音。正在發展中的新一代檢測系統包括傳感器和監視器，可安置在橋墩和橋支柱上，尚處于設計、模型制造和研究階段。

聲波檢測設備也叫聲顯微鏡，它能讓人們看到建筑材料內部的變化情況，而這是用常規的光學顯微鏡無法看到的。例如，建筑材料中往往存在一些受力區，這很容易引起材料的破損或缺陷。但小的受力區常常會被光學方法所遺漏。而聲波是一種機械波，它對于建筑材料中因受力和裂縫等引起的局部彈性變化非常敏感。

聲波探測技術還可用來驗證建筑物中可疑部位是否有白蟻的危害。其原理是把昆蟲上顎取食木材時產生的聲音轉換成電信號，然后以數碼的形式呈現在探測儀的視屏上。使用時把探測儀直接放在裸露的建材(如門窗框和梁等）和活樹干上，新型的聲波探測儀上還配有麥克風話筒，以放大聲波，便于監聽白蟻的活動情況。專業人員可區分昆蟲取食的聲波和背景雜音，有經驗的專業人員甚至可以根據聲波鑒定昆蟲的類群。

美國新出現的第二代高速公路監聽器是一種便宜的便攜式聲波檢測設備，能按需要快速檢測公路大橋的狀況，評估所需時間在一天到一星期之間。

(摘自：《新民晚報》）

High-strength lightweight concrete has the superiorities of light weight,high strength,durability,seismic resistance,heat preservation and heat insulation,etc.With the increase of the height and span of urban architectures and the growing enhancement of design standard for building energy efficiency,high-strength lightweight concrete is playing an increasingly important role.Based on the previous researches and the existing materials,this paper finally succeeds in preparing the 1900 grade LC60 lightweight concrete after trials,and analyzes the influencing factors of strength based on the experiment data in hope of promoting the advancement of high-strength lightweight concrete technology.

high strength ceramsite;mix proportion;slump degree;dry apparent density

TU528

A

1671-9107（2017）05-0050-04

10.3969／j.issn.1671-9107.2017.05.050

2017-02-22

董恒瑞（1988-），男，河南商丘人，本科，初級工程師，主要從事陶粒混凝土、全輕混凝土、加氣混凝土等節能建材的設計與技術工作。