1100級LC15全輕混凝土配合比的優(yōu)化設計

萬晶，喻康，黃太松

（1. 拉法基（重慶）混凝土有限公司，重慶　401336；2. 重慶普正建材有限公司，重慶　401170；3. 拉法基可持續(xù)建筑研發(fā)實驗室，重慶　400065）

1100級LC15全輕混凝土配合比的優(yōu)化設計

萬晶1，喻康2，黃太松3

（1. 拉法基（重慶）混凝土有限公司，重慶401336；2. 重慶普正建材有限公司，重慶401170；3. 拉法基可持續(xù)建筑研發(fā)實驗室，重慶400065）

全輕混凝土以其輕質(zhì)的特點，賦予混凝土良好的熱工性能，具有自重輕、保溫隔熱效果好的特點，應用于建筑地面保溫工程。結(jié)合當?shù)貙嶋H情況，通過原材料優(yōu)選，配合比優(yōu)化，把實驗室的研發(fā)成果，應用于攪拌站實際生產(chǎn)中。

全輕混凝土；陶粒；陶砂；強度；容重

0　前言

全輕混凝土配合比設計，建立在對其組分性能充分了解的基礎上。對于全輕混凝土的制備和應用而言，最關鍵的是輕集料的可獲取性和質(zhì)量指標的穩(wěn)定性。本試驗的主要目的是為全輕混凝土的生產(chǎn)選用原材料作出評估，以及在實驗室階段展開初步的配合比設計，這將為以后指導攪拌站生產(chǎn)全輕混凝土和控制原材料質(zhì)量奠定基礎。

1　試驗原材料

1.1水泥

水泥采用拉法基42.5和52.5兩種水泥，該品牌水泥質(zhì)量穩(wěn)定、適應性好。

1.2陶粒

（1）宜昌寶珠陶粒。經(jīng)過浮選工藝，選出能夠浮在水面上的陶粒。

（2）重慶本地陶粒。通過對重慶本地陶粒生產(chǎn)廠家充分調(diào)研和對比的基礎上，重慶地區(qū)宏順陶粒（HSTL）和仁惠陶粒（RHTL）兩個生產(chǎn)廠家提供的陶粒質(zhì)量稍好。

三種陶粒的檢測指標如表1所示，陶粒的1h 吸水率如表2和圖1所示。

表1　寶珠陶粒（浮選）、宏順陶粒和仁惠陶粒的檢測指標

表2　寶珠陶粒（浮選）、宏順陶粒和仁惠陶粒吸水率檢測

圖1　寶珠陶粒（浮選）、宏順陶粒和仁惠陶粒的吸水率曲線對比

從輕骨料混凝土試配經(jīng)驗可知，輕粗骨料（陶粒）體積占配合比體積近50% 左右，因此，選擇表觀密度、筒壓強度合適的陶粒，對控制輕骨料混凝土的容重和抗壓強度有決定性的影響。于是對經(jīng)過浮選的寶珠陶粒（BZTL）、宏順陶粒（HSTL）和仁惠陶粒（RHTL）作對比分析。

三種陶粒的筒壓強度對比如圖2所示。

圖2　寶珠陶粒（浮選）、宏順陶粒和仁惠陶粒筒壓強度對比

由圖1、圖2可知，仁惠陶粒和宏順陶粒1h 吸水率高于10%，寶珠陶粒1h 吸水率遠低于前兩者；筒壓強度最高的是仁惠陶粒，寶珠陶粒和宏順陶粒次之，但都高于3.0MPa；同時，仁惠陶粒的表觀密度最高（1480kg/m3），而寶珠陶粒和宏順陶粒的表觀密度都在1000kg/m3左右。

經(jīng)上述分析，綜合考慮陶粒的筒壓強度、吸水率、表觀密度三方面的因素，經(jīng)浮選的宜昌寶珠陶粒在配制輕集料混凝土上優(yōu)勢比較明顯。而就重慶本地的陶粒來看，盡管仁惠陶粒的筒壓強度稍高（達到4.4MPa），但表觀密度遠大于其它兩種陶粒，并且陶粒表觀密度為1480kg/m3對配制密度等級為1100級（1060～1150kg/m3），強度等級為 LC15的輕集料混凝土來說有較大難度。若采用仁惠陶粒，盡管配制的混凝土強度能滿足要求，但要使混凝土干表觀密度控制在1060～1150kg/m3是非常困難的。因此，在陶粒的選擇上，采用經(jīng)過浮選處理的寶珠陶粒為最佳。若要實現(xiàn)原材料的本地化，經(jīng)上述對比分析，重慶宏順陶?；灸軡M足要求。

1.3陶砂

（1）在陶砂的選用上，采用的陶砂為宏順陶粒破碎后，經(jīng)篩分得到的陶砂。其檢測指標如表3所示，1h 吸水率如表4、圖3所示。

表3　宏順陶粒經(jīng)破碎篩分的陶砂指標

表4　宏順陶粒經(jīng)破碎篩分的陶砂吸水率檢測

圖3　宏順陶粒經(jīng)破碎篩分的陶砂吸水率曲線

（2）通過對重慶本地陶砂生產(chǎn)廠家充分調(diào)研和對比，重慶地區(qū)宏順和仁惠兩個生產(chǎn)廠家提供的陶砂可供選擇。兩家陶砂的檢測指標如表5所示，1h 吸水曲線如表6、圖4所示。

表5　宏順陶砂和仁惠陶砂的指標

表6　宏順陶砂和仁惠陶砂的吸水率檢測

圖4　宏順陶砂和仁惠陶砂的吸水率曲線

陶砂的特性對混凝土拌合物的工作性能、強度及容重會產(chǎn)生影響。合理地選擇陶砂將有助于提高混凝土的強度，降低容重和改善拌合物工作性能。表7、8和圖5對經(jīng)破碎的宏順陶砂（HSPS）、宏順陶砂（HSTS）和仁惠陶砂（RHTS）進行對比分析。

表7　三種陶砂的細度模數(shù)及粒徑分布對比

由表7可以看出，三種陶砂的細度模數(shù)接近，但大于2.36mm 的累計篩余有很大差異，宏順陶砂達到49.6%，說明宏順陶砂大部分為未破碎的粗粒陶砂，缺少細顆粒。經(jīng)破碎的宏順陶砂和仁惠陶砂在大于2.36mm 的累積篩余相差不大，但值得強調(diào)的是，仁惠陶砂是陶粒破碎所得，該陶砂的質(zhì)量受所破碎陶粒的影響較大，且細度模數(shù)不穩(wěn)定，對攪拌站大規(guī)模使用存在較大的影響。

表8　三種陶砂吸水率檢測

圖5　經(jīng)破碎的宏順陶砂、宏順陶砂、仁惠陶砂的吸水率曲線

從表8、圖5可以看出，由宏順陶粒破碎的陶砂和仁惠陶砂的1h 吸水率都高于宏順陶砂，主要是由于前兩種陶砂都是由陶粒破碎而成，陶砂經(jīng)陶粒破碎后，陶砂表面存在大量未封閉的微孔，這些孔在與水接觸時會大量吸水。而宏順陶砂是直接燒制而成，燒制過程產(chǎn)生釉化，使其表面更致密，且顆粒呈圓球狀，故吸水率小。因此，在陶砂的選取上，宏順陶砂是最佳選擇。

1.4外加劑

在外加劑的選用上，采用纖維素醚來提高混凝土拌合物漿體稠度，以增大混凝土拌合物在大水灰比條件下的黏聚性、保水性。由于纖維素醚在攪拌剪切過程中，有引氣的效果，故也兼有降低容重的作用。試驗中采用了山東瑞泰化工（集團）有限公司生產(chǎn)的羥丙基甲基纖維素（HPMC），黏度20萬。

2　1100級 LC15全輕混凝土初始配合比設計

2.1試驗參數(shù)的選擇

為達到本項目目標，控制混凝土的容重和強度，在試驗參數(shù)上以混凝土的水灰比和骨料（陶粒、陶砂）的種類作為變量，以探討其對混凝土性能的影響規(guī)律，為攪拌站規(guī)?；a(chǎn)提供參考。

2.2采用宜昌寶珠陶粒試配，初步驗證1100級 LC15配合比的可行性

混凝土的最終干容重范圍必須控制在1060～1150kg/m3，試驗前期優(yōu)化各項試驗條件，陶粒采用經(jīng)浮選處理的宜昌寶珠陶粒，其特點是表觀密度低（950kg/m3）、筒壓強度高（3.5MPa），因陶粒的表觀密度較小，水灰比可以選擇的范圍為0.4～0.7（試驗采用總水灰比，即總用水量由拌合用水和輕集料吸水率的附加水量組成），陶砂為表觀密度較小的宏順陶粒經(jīng)破碎處理后的陶砂（1032kg/m3）?；炷恋呐浜媳燃靶阅苋绫?所示。

水灰比對混凝土抗壓強度的影響如圖6所示。

圖6　水灰比對混凝土抗壓強度的影響

表9　采用寶珠陶粒的試驗配合比及性能

從表9和圖6可以看出，采用經(jīng)浮選的宜昌寶珠陶粒在水灰比0.40～0.70之間，所配制的混凝土容重和強度都能滿足項目的要求，且有很大富余。水灰比為0.40的混凝土干容重1158kg/m3，28d 抗壓強度達到28.3MPa；水灰比為0.70時，混凝土容重990kg/m3，28d 抗壓強度也同樣高于15MPa。因此，在陶粒的選擇上，單從試驗數(shù)據(jù)來看，采用浮選的宜昌寶珠陶粒為最佳。但從攪拌站大規(guī)模生產(chǎn)來看，由于陶粒的運輸距離過大，運費偏高，加之浮選出的陶粒僅占原陶粒數(shù)量的1/4左右，產(chǎn)量有限，因此，從實際生產(chǎn)的角度考慮，有必要采用重慶本地材料進行試驗，以選擇能夠滿足項目要求的陶粒，達到最大限度節(jié)約成本的目的。

2.3采用重慶本地陶粒、陶砂試配

采用重慶本地陶粒、陶砂試配，主要的思路是選擇重慶地區(qū)現(xiàn)有的陶粒、陶砂，對各種陶粒、陶砂進行搭配試驗，以希望在重慶地區(qū)找到能夠滿足要求的輕集料搭配組合。前期對重慶地區(qū)的陶粒、陶砂調(diào)研發(fā)現(xiàn)，重慶地區(qū)能夠提供基本滿足要求的陶粒、陶砂企業(yè)只有宏順和仁惠兩家，因此，在選材上只能局限于上述兩家企業(yè)，兩家陶粒、陶砂的指標將直接關系該混凝土產(chǎn)品本地化的可能性。

以下對宏順陶粒、仁惠陶粒；宏順陶砂、仁惠陶砂四種輕集料進行搭配試驗，由于重慶本地材料表觀密度較高，為了控制容重，在水灰比的選擇上，選取0.5～0.7。表10為采用重慶本地材料的試驗配合比及混凝土的容重和強度。

由表10可以看出，在水灰比為0.50時，盡管四組的7d強度都超過15MPa，但實際干容重都超過1200kg/m3，干容重不符合要求；在0.75的水灰比下，混凝土的實際干容重都低于1200kg/m3，但四組的7d 強度都低于10MPa，根據(jù)以往試配經(jīng)驗，28d 強度能到15MPa 的可能性不大。因此，在上述搭配中都出現(xiàn)了混凝土強度和干容重的矛盾，在采用本地材料同時達到項目規(guī)定目標存在一定難度。

2.4采用重慶本地材料的配合比優(yōu)化

基于以上各種陶粒、陶砂的搭配效果，為進一步優(yōu)化配合比，選擇合適的輕集料，充分考慮各種陶粒、陶砂的性能指標，在集料上選擇宏順陶粒和宏順陶砂。經(jīng)優(yōu)化后的配合比及混凝土性能如表11所示。

由表11可知，采用拉法基42.5水泥時，選用0.60的水灰比，能夠使混凝土的容重降到1200kg/m3以下，7d 抗壓強度已達到16.5MPa，混凝土容重控制在1150kg/m3左右，能基本滿足要求。為進一步降低混凝土容重，同時保證28d 強度不低于15MPa，在陶粒和陶砂無其它選擇的情況下，只能通過進一步優(yōu)化配合比來實現(xiàn)。從表11看出，當水灰比達到0.65、0.75時，混凝土的干容重已降到1150kg/m3以內(nèi)，為了保證混凝土的強度，在水泥上選用拉法基52.5水泥。從第2組和第3組的強度上來看，根據(jù)經(jīng)驗，其28d 抗壓強度基本能滿足大于15MPa 的要求。試驗中對1號配比進行了混凝土的收縮測試，試驗結(jié)果顯示，其總收縮量低于3.6?，滿足項目指標要求。

表10　采用重慶本地材料的試配配合比

表11　采用重慶本地材料經(jīng)優(yōu)化的配合比及性能

2.5實驗室配合比在攪拌站生產(chǎn)試配的驗證結(jié)果

為驗證實驗室配合比在實際生產(chǎn)中的效果，攪拌站對試驗配合比進行了生產(chǎn)試配驗證，生產(chǎn)試配驗證采用重慶本地宏順建材廠生產(chǎn)的陶粒、陶砂，并對生產(chǎn)用陶粒、陶砂技術指標作出初步要求，如表12、13所示。

表12　陶粒指標要求

表13　陶砂指標要求

生產(chǎn)試配驗證過程中，根據(jù)實際生產(chǎn)試驗數(shù)據(jù)對配合比進行優(yōu)化調(diào)整。生產(chǎn)試配的配合比及混凝土性能如表14所示。

表14　生產(chǎn)試配驗證配合比及性能

從生產(chǎn)試配驗證試驗結(jié)果來看，混凝土的性能與實驗室試配結(jié)果差異不大，其性能指標滿足配合比設計要求。

3　結(jié)論

（1）經(jīng)過浮選的宜昌寶珠陶粒配制的混凝土，在容重和抗壓強度滿足試驗要求，混凝土干容重1158kg/m3，28d 抗壓強度達到28.3MPa；當容重降低至990kg/m3，28d 抗壓強度為15.2MPa，仍高于本項目要求，因此，經(jīng)浮選的宜昌寶珠陶粒為本項目陶粒的最佳選擇；

（2）使用重慶本地陶粒、陶砂，在0.50和0.75兩種水灰比條件下，所表現(xiàn)出混凝土強度和干容重的矛盾，表明采用本地材料，同時達到項目規(guī)定目標存在一定難度。

（3）使用重慶本地陶粒（浮選）、陶砂，經(jīng)優(yōu)化配合比，水灰比控制在0.65～0.75范圍，選用52.5水泥，輕集料混凝土的強度和干表觀密度，基本能夠滿足項目要求。

（4）采用重慶本地宏順建材廠生產(chǎn)的陶粒、陶砂，得出初步的1100級 LC15全輕混凝土生產(chǎn)配合比。

［通訊地址］重慶市南岸區(qū)茶園新區(qū)櫻花路3號（401336）

萬晶（1972—），男，重慶大學土木工程本科畢業(yè)。工程師，現(xiàn)任拉法基（重慶）混凝土有限公司試驗室主任，研究方向為輕骨料混凝土配合比設計及配合比成本優(yōu)化。