新型輕集料混凝土組成材料基本性能選擇

常 莉，薛靈俐

1.開封大學土木建筑工程學院，河南 開封 475004;2.開封市房產(chǎn)管理經(jīng)營總公司，河南 開封 475004

與普通水泥混凝土相比，輕集料混凝土能夠在保持較高強度的基礎上，石混凝土的自重降低20%以上。這對結構恒載占有較大比例，且對材料的性能有較高要求的高層建筑、大跨度橋梁、海洋工程等大型工程而言，輕集料混凝土無疑具有很強的市場競爭力［1］。隨著技術的發(fā)展，輕集料混凝土的競爭力體現(xiàn)得更為充分。

輕集料的顆粒密度較水泥石的密度小，在混凝土的拌和過程中，輕集料混凝土非常容易產(chǎn)生分層離析問題。除了需要對混凝土配合比進行優(yōu)化之外，選用合適的材料十分重要［2］。

1 基本組成材料

輕骨料為5mm-20mm 粒級800 級圓球狀黏土陶粒，采用常用的P.O42.5R 普通硅酸鹽水泥。

本文采用普通河砂，根據(jù)GB/T14684—2001《建筑用砂》的技術要求檢測各項指標，其篩分結果顯示為2 區(qū)砂的顆粒級配要求:砂的技術指標均符合要求。

2 粉煤灰

凡能在常溫和有水條件下與Ca(OH)發(fā)生化學反應的硅鋁質(zhì)材料均稱為火山灰材料。粉煤灰就具有這種參與化學反應的能力，這種能力又可稱為火山灰反應性，通常簡稱為活性。當粉煤灰用作膠凝材料時，這種能力是評價其品質(zhì)優(yōu)劣的重要指標。粉煤灰所含的SiO、AlO玻璃體在建筑砂漿中可與水泥水化生成的Ca(OH)或石灰膏反應。

上述反應產(chǎn)物與水泥水化的產(chǎn)物基本相同，并產(chǎn)生相應的力學強度。粉煤灰水化產(chǎn)物主要在顆粒的表面生成，具有結晶度差、顆粒細小、比表面積大、水化物堿度低等特點。決定粉煤灰在建筑砂漿中火山灰反應速率的因素，通常也就是評價粉煤灰品質(zhì)優(yōu)劣的重要標志，其中主要是玻璃體的含量和玻璃體的比表面積。

輕集料混凝土中加入粉煤灰有如下作用:(1)由于Ⅰ級灰和磨細灰顆粒較細，密度較低，并且大部分為圓球型，混凝土中加入適量的粉煤灰可改善混凝土的粘聚性，提高混凝土的可泵性［3］。(2)粉煤灰的密度一般為1.9-2.4，而水泥的密度一般為，2.9-3.1，由此可見，用一定量的粉煤灰取代部分水泥可以有效降低水泥砂漿的密度，從而減少輕集料的上浮。(3)當輕混凝土中加入粉煤灰后，由于其比表面積較大，表面能也較大，更易吸附和粘結在輕集料的表面上，和水泥一起在其表面上形成一強度較高的殼結構，相當于提高了輕集料的強度，因此也就提高了輕混凝土的強度。

提供的粉煤灰，參數(shù)滿足Ⅰ級粉煤灰規(guī)范要求。

粉煤灰的基本參數(shù):細度/%:≤12%;燒失量/%:≤5;需水量比/%:≤95;含水率/%:≤1.0;Cl/%:＜0.02;SO/%:≤3;混合砂漿活性指數(shù):7d≥75，28d≥85。

3 纖維

未加纖維的混凝土坍落度符合規(guī)范要求，但容易出現(xiàn)分層離析現(xiàn)象，輕集料上浮較為明顯。纖維在混凝土中形成亂向分布的網(wǎng)狀結構，加上其比表面積很大，使混凝土的內(nèi)摩阻力增大，阻止輕集料上浮。

研究發(fā)現(xiàn)，將一組不摻入鋼纖維的輕質(zhì)混凝土(下文簡稱素混凝土)做參照，鋼纖維、聚丙烯纖維、有機仿鋼絲纖維以同一體積率=1%加入輕質(zhì)混凝土基體，研究對應的輕質(zhì)混凝土的工作性能、力學性能和耐久性能［4］。

鋼纖維比其它兩種纖維對混凝土的工作性有更大的負面影響，這可能是因為后兩種纖維具有較好的柔韌性，在混凝土流動時能在各向力的作用下彎曲。摻入纖維后，輕質(zhì)混凝土的分層離析程度減少，有利于混凝土的均勻性，提高混凝土的強度。

試驗結果還表示，纖維的摻入使7d 抗壓強度提高8%-10%，28d抗壓強度提高5%-12%，而7d 抗折強度提高12%-25%，28d 抗折強度提高12%-32.5%。無論是抗壓強度還是抗折強度鋼纖維混凝土都比其它兩種要高，有機仿鋼絲纖維混凝土次之。這是因為剛纖維的彈性模量較其它兩種要大，且它與混凝土的鋼—混界面粘結性要比有機物—混界面強度好的多［5］。

通過抗?jié)B性試驗，加入纖維后的滲水高度下降33%-42%，最大水壓上升52%左右，抗?jié)B頂級也均上升到P12 以上。其中鋼纖維混凝土的抗?jié)B性提高最為明顯，有機仿鋼絲纖維混凝土次之?？箖鲂栽囼灡硎荆尤肜w維之后，300 次凍融循環(huán)質(zhì)量損失下降52%-65%，同樣是鋼纖維混凝土抗凍性提高最為明顯，有機仿鋼絲纖維混凝土次之。

但鋼是熱的良導體，而且鋼纖維對混凝土的抗腐蝕性有不利影響，我們選擇有機仿鋼絲纖維加入輕集料混凝土中。

使用說明:(1)摻量:建議阻裂仿鋼纖維體積摻量為0.5%-0.8%，即每立方米混凝土中摻量為5kg-8kg。(2)配比設計:一般應用不必改變混凝土的等級配比參數(shù)，可參考《鋼纖維混凝土結構與施工規(guī)范》，特殊應用需經(jīng)試驗進行選擇設計。(3)投料攪拌過程:先投入碎石，然后投入阻纖維，再投入砂子攪拌，使纖維充分分散，然后投入水泥和水按常規(guī)工藝攪拌均勻。

4 引氣減水劑

引氣型減水劑是一種表面活性劑，由于表面的活性作用，降低了水的表面張力及表面能，使水溶液形成眾多表面時所需要的功減少，同時由于表面活性劑定向吸附在氣泡表面，形成了單分子吸附膜，使頁面堅固而不易破裂。

本文采用開封當?shù)亟ú挠邢薰旧a(chǎn)的SF-1E 型引氣減水劑。外觀為黃色或淺褐色粉末，主要技術性能指標及特點符合標準，減水率可在15%-30%之間調(diào)整，減水率及坍落度要求越高，摻量越大，不泌水、不離析，可明顯改善砼的和易性，可泵性，可塑性和耐久性。

摻量:0.8%-1.9%，在同配合比同坍落度下，可節(jié)約水泥12%-22%。減水率為18%，對坍落度要求越高，摻量越大，不泌水、不離析。同配合比、同坍落度下，7 天強度可提高23%-53%，28d 強度可提高12%以上。凝結時間:可緩凝2-7 小時。坍落度增加≥12cm，SY-1E型引氣減水劑宜直接加入混凝土中，適當延長攪拌時間30-50s。

［1］陳烈芳，宋淑敏.加速提高人造輕集料的綠色含量［J］.混凝土與水泥制品，2002.

［2］中國建筑科學研究院混凝土研究所譯.國外輕骨料混凝土應用［M］.北京，中國建筑工業(yè)出版社，1982.

［3］王發(fā)洲.高性能輕集料混凝土的組成、結構與性能［M］.武漢:武漢理工大學出版社，2003.

［4］劉巽伯.輕集料強度和強度標號［J］.房材與應用，1999.

［5］陳更新，劉巽伯.陶粒彈性模量測定方法的研究［J］.房材與應用，2000.