高強輕骨料自密實混凝土制備與性能研究

蔡奕煜 王晨 文向陽 郭雨晨

摘?要：采用42.5普通硅酸鹽水泥、硅灰、高效減水劑、粉煤灰陶粒、普通砂，用普通攪拌工藝可配置出抗壓強度高達479MPa、表觀密度為1880kg/m3輕質高強自密實混凝土。CL45強度等級的輕骨料混凝土各因素適宜的取值為：水膠比為0.40，硅粉的摻量為10%，砂率為39%，高效減水劑摻量為2.0%。

關鍵詞：粉煤灰陶粒;抗壓強度;自密實

中圖分類號：TU528

輕骨料混凝土具有輕質、保溫、耐火、變形性能良好、彈性模量較低等特點，在大跨徑結構、高層建筑、以及地震頻發地區的工程中有著非常不錯的應用前景。近年來，輕質高強混凝土發展較快，張華英[1]以42.5普通硅酸鹽水泥、硅灰、高效減水劑、預濕粉煤灰陶粒為原料，采用水泥砂漿干裹骨料工藝制備了表觀密度1950kg/m3、強度等級CL50輕質高強混凝土。結果表明在同陶粒情況下，水膠比、硅灰摻量為影響陶粒混凝土最主要的兩個因素。陳雪梅[2]等以低成本為目標，采用再生骨料、玻璃微珠為配制出了表觀密度1520kg/m3、28d抗壓強度58.9MPa、工作性能良好的輕質高強混凝土。常用輕骨料包括天然浮石、燒結陶粒、工業廢渣等，其本身強度等級偏低且不同品種密度差異大。新拌自密實混凝土易出現分層離析現象，導致勻質性變差，進而影響施工質量。因而輕骨料的選擇直接決定輕質高強混凝土強度等級及表觀密度。

本文采用粉煤灰陶粒、硅灰、42.5普通硅酸鹽水泥等為原料，基于強度和密度要求，采用體積法進行了輕質高強混凝土配合比設計，通過調整不同硅灰摻量成功配制出大流動性、勻質性好的輕質高強混凝土。

1 試驗研究

1.1 研究材料

粉煤灰陶粒顆粒級配為2.36mm-19mm，堆積密度為836kg/m3，簡壓強度為8.3MPa，吸水率為9.3%。水泥來自鄭州市鞏義市天瑞水泥廠生產的42.5普通硅酸鹽水泥，表觀密度為3100kg/m3。硅灰為陜西某電廠，灰白的球狀粉末，活性二氧化硅大于90%。外加劑為陜西渭南市聚羧酸高性能減水劑，透明液體，活性氧化物，摻量為膠凝材料的的1.5%。細骨料為河砂，Ⅱ區中砂，細度模式2.4，表觀密度2650kg/m3。

1.2 攪拌工藝

輕質高強自密實混凝工作性包括填充性檢測、間隙通過性檢測、抗離析性檢測。填充性由坍落擴展度和T500檢測數據評定，間隙通過性和抗離析性由U型儀測試?；炷僚浜媳仍O計及性能試驗按照《自密實混凝土設計與施工指南》CCES02-2004進行;表觀密度測定方法按照《輕集料混凝土技術規程》JGJ51-2002進行。試驗采用邊長為100mm的立方體試件，標準養護條件下靜置24h后脫模，按規定進行輕質高強混凝土抗壓強度測定。

2 控制指標

拌合物工作性表現無明顯的骨料上浮、泌水現象發生。要求拌合物的坍落擴展度（SF）在550mm-650mm，U型儀（Wingdings 3rA@

h）小于30mm。表觀密度控制在1900kg/m3以下。要求28d抗壓強度達45MPa以上。

3 試驗分析

對原材料的物理性質及所有指標測定后，利用體積法進行初步配合比設計。計算得到水泥：陶粒：砂：水為1∶1.68∶107∶0.40，聚羧酸減水劑摻量0.7%。采用硅灰代替膠凝材料，質量分數分別為0%、5%、10%。坍落擴展度測定，將坍落度筒垂直平穩的提起，時間宜控制在5s-7s，當混凝土拌合物不在擴散或擴散以達50s時，應使用鋼尺測量混凝土拌合物最大直徑以及最大直徑垂直方向的直徑。

將標養條件下的試塊放在機器的下壓板上，試塊的承壓面應與上壓板平行，試塊中心與上壓板中心對準，開啟試驗機，記錄破壞荷載值。硅灰摻量為0%、5%、10%時，測得混凝土28天抗壓強度值分別為為39.0MPa、41.1MPa、47.9MPa。研究表明，硅灰的引入提高了混凝土的力學性能。分析原因是混凝土的力學性能主要取決于材料微觀組成構成，而混凝土是由骨料、硬化水泥漿體、硬化水泥漿體-集料黏結界面組成的，其中最薄弱的是黏結界面[3]。粗骨料顆粒周圍容易形成一層水膜且此處的結晶產物較大，這樣會形成疏松的多孔結構，改善孔結構是影響力學性能的重要因素。所以改善黏結界面就是提高混凝土強度的關鍵因素?？刹扇〉挠行緩绞菧p少或消除氫氧化鈣的存在。摻入活性物質可產生二次水化作用，提高混凝土密實度。

4 結語

采用42.5普通硅酸鹽水泥、硅灰、高效減水劑、粉煤灰陶粒、普通砂，用普通攪拌工藝可配置出抗壓強度高達47.9MPa、表觀密度為1880kg/m3輕質高強自密實混凝土。對于本文采用的材料體系，CL45強度等級的輕骨料混凝土各因素適宜的取值為：水膠比為0.40，硅粉的摻量為10%，砂率為39%，聚羧酸高效減水劑摻量為2.0%。

參考文獻：

[1]張華英.陶粒輕質高強混凝土的試驗研究[J].佛山科學技術學院學報，2009（05）：43-47.

[2]陳雪梅，嚴云，張旭，胡志華.高強再生輕骨料和玻璃微珠配制輕質高強混凝土的研究[J].混凝土與水泥制品，2012（10）：7-11.

[3]秦善勇，閆春嶺，王海龍.再生細骨料混凝土的抗壓強度試驗[J].粉煤灰綜合利用，2019（05）：14-17.

基金項目：本文系2019年國家級大學生創新創業訓練計劃項目（項目名稱“多功能輕質高強透光混凝土公共設施”，項目編號201913121006）;2019年西安思源學院科研項目（項目編號XASY-B1913）