LC7.5輕質陶粒混凝土的配制與性能研究

劉平 ，葛婷 ，王小亮 、3

（1.云南省建設投資控股集團有限公司市政總承包部 云南 昆明 650501 2.云南建投綠色高性能混凝土股份有限公司 云南 昭通 657000 3.云南省高性能混凝土工程研究中心 云南 昆明 650501）

0 引言

現代建筑技術的不斷發展，特別是高層建筑和大跨度建筑的不斷建成，對混凝土性能的要求越來越高。混凝土除了滿足結構安全的需要以外，一些功能性特性變得日益重要，如裝飾性、保溫隔熱性能、抗凍性、耐火性等。和普通混凝土相比，陶粒混凝土因其骨料采用的是在高溫下燒結而成的輕質人造骨料，具有自重輕、相對強度較高，同時具有優良的保溫隔熱性能被廣泛的應用在非承重結構中[1～3]。

陶粒混凝土作為一種輕質混凝土，內部具有較大的孔隙率，常用在建筑外墻、屋頂等部位用作保溫隔熱材料，具有節約能源的作用。陶粒的孔結構是陶粒混凝土另外一個效應，即“微泵”效應的主要原因，能進一步提高混凝土的抗滲性，同時陶粒混凝土可有效地降低混凝土堿骨料反應的發生，具有較高的耐久性能[4]。本文采用300級粘土陶粒作為粗骨料，根據輕骨料混凝土技術規程進行配合比設計配制LC7.5輕骨料混凝土，主要用于建筑物的屋頂部位，通過測試混凝土的力學性能、保溫隔熱性能來表征透水混凝土性能的優劣，為輕骨料混凝土的工程應用提供指導。

1 原材料

（1） 水泥：水泥選用玉珠水泥廠生產的普通硅酸鹽水泥，其各項性能指標見表1所示。

表1 水泥性能指標

（2） 粉煤灰：選用昆明漢化貿易有限責任公司生產的F類Ⅱ級粉煤灰，其性能指標表2所示。

表2 粉煤灰性能指標

（3） 粗骨料：采用300級粘土陶粒，其各項性能指標見表3所示。

表3 陶粒性能試驗結果

（4） 細骨料：采用細度模數為2.6的連續級配機制砂，表觀密度為2 620kg/m3，緊密堆積密度為1 630kg/m3。

2 配合比設計

2.1 初始配合比計算

LC7.5輕骨料混凝土的配合比設計參考JGJ51-2002《輕骨料混凝土技術規程》中的規定進行計算，具體計算步驟如下：

（1） 混凝土的試配強度fcu,o:

（2） 混凝土用輕骨料為近似圓球型，表觀密度為795kg/m3，試配強度為14.08MPa，選用水泥用量為mc=300kg。

（3） 砂率的選擇：混凝土為普通砂配制的現澆混凝土，選取砂率為Sp=35%。

（4） 凈用水量：選取凈用水量mwn=200kg，采用絕對體積法計算每立方米混凝土的粗細骨料用量：

式中：

VS―每立方米混凝土中的細骨料絕對體積（m3）;

Va―每立方米混凝土中的輕粗骨料絕對體積（m3）;

ρab―輕粗骨料的顆粒表觀密度（kg/m3）。

其中 mwn=200kg，Sp=35%，mc=300kg，ρc=3.1g/cm3，ρw=1.0g/cm3，ρs=2.6g/cm3。

根據上述公式計算得到ms=637kg，ma=360kg。

（5） 粗骨料為預濕，細骨料為普通砂，則附加水量為0，減水劑摻量為1.8%，減水率為25%，則實際用水mw=150kg；粉煤灰取代率為25%，則實際水泥用量mc0=225kg，粉煤灰用量mf=75kg。

通過上述計算得到LC7.5輕骨料混凝土的初步配合比見表4所示。

表4 LC7.5輕骨料混凝土配合比

2.2 配合比調整

經上述計算得到的混凝土初始配合比容重為1 447kg/m3，根據規范計算混凝土的干表觀密度ρcd=1.15×mc+ma+ms=1.15×300+637+360=1 342kg/m3，根據工程技術要求，輕骨料混凝土的干表觀密度需小于1 200kg/m3，上述配合比無法滿足要求，應根據要求進行配合比的調整。

混凝土的調整采用保持水膠比、膠凝材料用量不變的原則，通過減少砂和輕骨料的用量來滿足對表觀密度的要求。表5所示為經過調整后干表觀密度滿足要求的三個不同配合比。

表5 調整后輕骨料混凝土配合比

3 試驗結果分析與討論

3.1力學性能

LC7.5輕骨料混凝土的28d抗壓強度要求≥7.5MPa，且要求干表觀密度小于1 200kg/m3，這兩個互相矛盾的技術要求使得混凝土的配制具有一定的難度。表6所示為三個滿足表觀密度要求的配合比的早期和28d抗壓強度。

表6 LC7.5輕骨料混凝土抗壓強度

由表6的數據可知，當采用初始配合比配制輕骨料混凝土時，混凝土的3d抗壓強度達到11.5MPa，28d抗壓強度高達13.4MPa，但是由于混凝土中的輕粗骨料和機制砂的用量較大，混凝土的干表觀密度為1 272kg/m3，不符合工程技術要求。通過對初始配合比進行調整之后，減少機制砂和輕粗骨料的用量之后，混凝土的干表觀密度符合工程技術要求，但是抗壓強度有所下降，隨著陶粒用量的增加，3d和28d抗壓強度均呈下降趨勢，其中采用第二個調整的配合比時，其28d抗壓強度最低，為8.6MPa，仍符合強度等級的要求。

對于輕骨料混凝土而言，輕骨料性能的高低很大程度上決定了混凝土力學性能的高低，在輕骨料混凝土的配制過程中，選用輕質高強的骨料是配制符合技術要求混凝土的關鍵。

3.2 保溫隔熱性能

輕骨料混凝土的保溫隔熱性能采用導熱系數來表征，試驗以三塊為一組，采用同一個配合比的試塊，各試塊之間的表觀密度差均小于5%。根據輕骨料混凝土技術規程中規定的測試方法進行測試。表7所示為各齡期混凝土的質量和含水率試驗數據，圖1所示為各配合比混凝土不同齡期的導熱系數變化曲線。

表7 各齡期質量和含水率

圖1 各齡期陶粒混凝土導熱系數

由圖1可以看出，隨著齡期的增加，陶粒混凝土的導熱系數呈降低趨勢，即齡期越大，保溫隔熱效果越好。結合表7中的含水率數據可知，同一配合比，含水率越大，導熱系數越大，保溫隔熱性能越差。混凝土中的含水對導熱系數的影響較大，這是因為水的比熱容較大，吸熱量和放熱量高，在混凝土中起到熱量傳遞的介質作用，降低了混凝土的保溫隔熱性能；隨著齡期的不斷增加，混凝土中的水分不斷蒸發，其導熱系數隨之降低。綜合各配合比混凝土的導熱系數來看，其導熱系數均在0.4W/（m·K）以下，是一種優良的保溫材料。

3.3 吸水率和軟化系數

陶粒中存在大量的孔隙，在潮濕環境中極易吸水，導致混凝土的物力力學性能發生較大的變化。圖2所示為采用調整后的配合比混凝土的吸水率和軟化系數變化曲線。

圖2 陶粒混凝土軟化系數和吸水率曲線

從圖2軟化系數的曲線可以看出，采用配合比LC-1配制的陶粒混凝土軟化系數最大，這表明該配合比混凝土在飽水后力學性能下降幅度較小，整體防水能力較好。從吸水率變化曲線可以看出采用配合比LC-2配制的混凝土吸水率最大，軟化系數最小，初始配合比的吸水率最小，LC-2混凝土在吸水后力學性能下降幅度較大，防水能力較差。

試驗數據表明，陶粒混凝土的配合比參數對吸水率和軟化系數的影響較大，在潮濕環境中，混凝土吸水后造成的力學性能和防水性能的下降對結構的使用功能和安全造成很大的影響。在混凝土的工程應用過程中，應綜合考慮力學性能、熱學性能和吸水性能，選取最優配合比進行生產是保證陶粒混凝土質量的重要技術措施。

4 結論

（1） 陶粒混凝土的配合比設計中，陶粒的物理力學性能是影響混凝土性能的關鍵因素，采用本文陶粒配制的混凝土在滿足表觀密度≤1 200kg/m3的要求時，陶粒用量為315kg/m3時混凝土的綜合性能最佳。

（2）陶粒混凝土的力學性能、保溫隔熱性能和吸水性能試驗結果表明：采用LC-1配合比配制的混凝土各項性能最佳，混凝土的干表觀密度為1 175kg/m3，3d抗壓強度達到9.1MPa，28d抗壓強度達到11.3MPa，保溫隔熱性能和防水能力良好。