高強(qiáng)度輕骨料混凝土配合比及性能研究

摘 要:本文通過(guò)分析高強(qiáng)度輕骨料混凝土配比材料選擇、配比設(shè)計(jì)等問(wèn)題，再一次驗(yàn)證了輕骨料混凝土具有減輕建筑結(jié)構(gòu)自重，提高建筑物結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、耐火性、耐久性、良好的抗震性及抗裂性，其結(jié)果對(duì)指導(dǎo)高強(qiáng)度輕骨料混凝土配比設(shè)計(jì)具有十分重要的意義。

關(guān)鍵詞:輕骨料混凝土 高強(qiáng)度 配比 性能

中圖分類(lèi)號(hào):U444文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2012)08(b)-0055-01

1 引言

近年來(lái)，城市建筑設(shè)計(jì)思路不斷拓展，建筑的高度、跨度都在不算增加，對(duì)混凝土性能的要求也不斷增加，輕骨料混凝土因其輕度高、隔熱保溫性能好、環(huán)保經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)成為新型混凝土研究的方向。因此，研究高強(qiáng)度輕骨料混凝土配合比及其性能指標(biāo)，對(duì)推廣高強(qiáng)度輕骨料混凝土應(yīng)用，提高建筑材料節(jié)能環(huán)保水平具有十分重要意義。

2 輕骨料混凝土概念及特點(diǎn)

輕骨料混凝土是一種利用粉煤灰、硅灰等工業(yè)固體廢棄物等人造或者天然輕骨料骨料替代普通密度骨料的混凝土，其干表觀密度不大于1950kg/m3。目前，輕骨料混凝土用量是僅次于普通混凝土的新型混凝土類(lèi)型。高強(qiáng)度輕骨料骨料主要特點(diǎn)是比同等級(jí)的混凝土強(qiáng)度輕30%左右，導(dǎo)熱系數(shù)是同等級(jí)普通混凝土的1/15，隔熱性能好，耐火性能和抗震系數(shù)是普通密度混凝土的2倍，同時(shí)節(jié)能環(huán)保，同等工程量成本比普通混凝土低10%～15%。

3 高強(qiáng)度輕骨料混凝土配合比設(shè)計(jì)

3.1 高強(qiáng)度輕骨料混凝土配合比設(shè)計(jì)特點(diǎn)

輕骨料混凝土配合比設(shè)計(jì)與普通混凝土配合比設(shè)計(jì)具有一定的差異，其主要特點(diǎn)主要體現(xiàn)在:首先輕骨料混凝土配合比設(shè)計(jì)既要考慮強(qiáng)度等級(jí)的同時(shí)，還要考慮密度等級(jí);其次由于輕骨料混凝土使用高強(qiáng)陶粒，因其自身特性，導(dǎo)致在混凝土配合時(shí)需要使用更多分量的水泥，而過(guò)多的水泥用量既不經(jīng)濟(jì)且品質(zhì)也不佳，所以要摻加高效減水劑，致使輕骨料混凝土的配合更復(fù)雜;最后，由于高強(qiáng)陶粒相對(duì)多孔性，因此配合出得混凝土必須保證變形和耐久性符合使用要求。

3.2 高強(qiáng)度輕骨料混凝土配合比設(shè)計(jì)

高強(qiáng)度輕骨料混凝土與普通混凝土配比所選用材料區(qū)別主要是水泥(膠結(jié)材料)和骨料，輕骨料混凝土選用輕細(xì)骨料，本次配比設(shè)計(jì)選用的水泥比表面積大于300m2/kg普通硅酸鹽水泥，水泥的比重保持在3.092g/cm2，同時(shí)水泥的細(xì)度保證用0.08mm方孔篩的篩余量不超過(guò)10%，普通硅酸鹽水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度保持在25.2%左右，初凝時(shí)間不早于45min，終凝不遲于10h，水泥的強(qiáng)度等級(jí)可為42.5。

摻合料本次配比選用的是硅灰，燒失量為2.73，硅灰的比重為2.21g/cm3，在22℃下硅灰比表面積為42880m2/kg。外加劑為HSP蔡系高效非引氣性減水劑，其主要成分是β-蔡磺酸甲醛縮聚物，摻和量為膠凝材料總重的0.5%～1.5%，采用水泥砂漿流動(dòng)度(減水率)試驗(yàn)測(cè)定的減水率為30%左右。

粗骨料選粉煤灰陶粒，堆積密度為778kg/m3，筒壓強(qiáng)度為7.6MPa，平均吸水率為8.5%，表觀密度為1320kg/m3，陶粒的空隙率為40%;細(xì)骨料選普通沙石，表觀密度為2.63g/m3，砂的堆積密度為1430kg/m3，含水率為0.1%，空隙率為45.6%。

選用上述材料，通過(guò)松散體積法對(duì)多組試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析后，確定本次高強(qiáng)度輕骨料混凝土的配合比:凈水用量為168kg/m3，水泥用量為520kg/m3，細(xì)骨料用量為707kg/m3，輕骨料用量為555kg/m3，水灰比為0.34%，體積砂率為40%，減水劑為3.64kg/m3，預(yù)吸水時(shí)間為1h。

4 高強(qiáng)度輕骨料混凝土性能研究

4.1 高強(qiáng)度輕骨料混凝土輕骨料高強(qiáng)

輕骨料混凝土在相同的承載力可減少20%～40%的混凝土用量。特別是對(duì)建筑物自重占比較大且性能要求較高的高層、復(fù)雜、大跨度建筑，輕骨料混凝土的優(yōu)越性更為明顯，其經(jīng)濟(jì)性、性能優(yōu)勢(shì)是普通混凝土無(wú)法比擬的。采用液壓式壓力試驗(yàn)機(jī)對(duì)采用上述配合比，高強(qiáng)度輕骨料混凝土試驗(yàn)顯示，7d的抗壓強(qiáng)度平均為28d抗壓強(qiáng)度的82%左右，抗壓強(qiáng)度在39.2～51.8MPa之間，干表觀密度均小于1950kg/m3，可確定為高輕度混凝土。

4.2 高強(qiáng)度輕骨料混凝土抗震性能

地震力和上部結(jié)構(gòu)的自重成正比，當(dāng)結(jié)構(gòu)采用輕骨料混凝土后，由于自重的下降，將降低地震力。由于輕骨料混凝土的彈性模量比同等級(jí)的普通混凝土低，結(jié)構(gòu)的自振周期將變長(zhǎng)，變形能力增強(qiáng)，結(jié)構(gòu)破壞時(shí)將消耗更多的變形能。因此，輕骨料混凝土有利于改善建筑物的抗震性能和抵抗動(dòng)荷載作用的能力。調(diào)查及統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，陶粒混凝土相對(duì)抗震系數(shù)為109，普通混凝土為84，磚砌體為64，輕骨料混凝土抗震性能優(yōu)良。

4.3 高強(qiáng)度輕骨料混凝土抗裂性

通過(guò)掃描電鏡對(duì)上述配合比的輕骨料混凝土和普通混凝土的掃描試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，普通混凝土在水化28天后，界面處的微裂縫清晰，并且在界面處生成了很多Ca(OH)2晶體，輕骨料混凝土水化28d時(shí)界面無(wú)微裂縫，并且有微小顆粒長(zhǎng)入骨料的孔隙當(dāng)中，電鏡照片分析結(jié)果，輕骨料混凝土的界面強(qiáng)度要比普通混凝土的界面強(qiáng)度高，熱膨脹系數(shù)和彈性模量較小，使得由于冷縮和干縮作用引起的拉應(yīng)力相對(duì)較小，直接表現(xiàn)為輕骨料混凝土的抗裂性能優(yōu)良，對(duì)延長(zhǎng)建筑物使用壽命，降低維護(hù)費(fèi)用意義重大。

4.4 高強(qiáng)度輕骨料混凝土耐久耐火性

高強(qiáng)度輕骨料混凝土能有效避免混凝土堿集料反應(yīng)問(wèn)題，能提高混凝土的防入侵能力，延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和耐久性，同時(shí)，由于輕質(zhì)混凝土采用的是多孔性材料，導(dǎo)熱系數(shù)和線膨脹系數(shù)都小于普通混凝土，熱工性能較好，所建造結(jié)構(gòu)的保溫、抗高溫和耐火極限等性能均明顯超過(guò)普通混凝土結(jié)構(gòu)。一般建筑物發(fā)生火災(zāi)時(shí)，普通混凝土耐火1h，而輕骨料混凝土可耐火4小時(shí)。在600℃高溫下，輕骨料能維持室溫時(shí)的強(qiáng)度的85%，而普通混凝土只能維持35%～75%。

5 結(jié)語(yǔ)

輕骨料混凝土就是以高強(qiáng)輕骨料或人造輕骨料代替普通混凝土中的石子而拌制成的混凝土。輕骨料混凝土對(duì)減輕建筑結(jié)構(gòu)自重，提高建筑物結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、耐火性、耐久性、抗震抗裂性具有十分重要的意義。本文通過(guò)分析高強(qiáng)度輕骨料混凝土配比材料選擇、配比設(shè)計(jì)等問(wèn)題，對(duì)高強(qiáng)度輕骨料混凝土的性能進(jìn)行了分析，其結(jié)果對(duì)指導(dǎo)高強(qiáng)度輕骨料混凝土配比設(shè)計(jì)具有十分重要的意義。

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