轻集料混凝土是指用轻集料和胶结材料配制而成的容重不大於1900kg/m3的轻混凝土, 也称多孔集料轻混凝土。轻集料混凝土按轻集料的种类分为:天然轻集料混凝土。如浮石混凝土、火山渣混凝土和多孔凝灰岩混凝土等。人造轻集料混凝土。如黏土陶粒混凝土、页岩陶粒混凝土以及膨胀珍珠岩混凝土和用有机轻集料制成的混凝土等、根据其细集料的不同, 可分为全轻混凝土 (用轻砂) 与砂轻混凝土 (普通砂) , 完全不用细集料的轻集料混凝土称为大孔轻混凝土。本试验研究的是粘土陶粒砂轻混凝土。
轻集料混凝土具有自重轻、保温隔热和耐火性能好等特点。结构轻集料混凝土的抗压强度最高可达70兆帕, 与同标号的普通混凝土相比, 可减轻自重20%～30%以上, 结构保温轻集料混凝土是一种保温性能良好的墙体材料, 其热导率为0.233～0.523瓦/ (米·开) , 仅为普通混凝土的12%～33%。轻集料混凝土的变形性能良好, 弹性模量较低。在一般情况下, 收缩和徐变也较大。轻集料混凝土的弹性模量与其容重和强度成正比。容重越小、强度越低, 弹性模量也越低。与同标号的普通混凝土相比, 轻集料混凝土的弹性模量约低25%～65%。
轻集料混凝土大量应用於工业与民用建筑及其他工程, 可收到减轻结构自重;提高结构的抗震性能;节约材料用量;提高构件运输和吊装效率;减少地基荷载及改善建筑功能 (保温隔热和耐火等) 等效益。因此, 在20世纪60至70年代, 轻集料混凝土的生产和应用技术发展较快, 主要向轻质、高强的方向发展, 大量应用於高层、大跨度结构和围护结构, 特别是大量用於制作墙体用的小型空心砌块。中国从20世纪50年代开始研制轻集料及轻集料混凝土, 主要用於工业与民用建筑的大型外墙板和小型空心砌块, 少量用於高层和桥梁建筑的承重结构和热工构筑物。
轻集料混凝土技术并不是新课题, 陶粒混凝土砌块曾大量应用于建筑工程上, 但因我国陶粒生产工艺落后、生产质量差等诸多因素, 阻碍了陶粒混凝土的发展。随着建筑业的蓬勃发展, 建筑工程也对不同种类的混凝土的性能提出了更高的要求, 陶粒轻集料因具有轻质、高强、抗震、保温、隔声等多功能优点日益受到建筑业的青睐。
北京住总正华公司承接的轻气东厂A、B楼工程需要轻质、抗震性能好的粘土陶粒混凝土, 施工单位要求粘土陶粒混凝土强度等级CL25, 干表观密度低于1700kg/m3, 塌落度160±20mm, 该项工程对我公司提出了新的挑战, 我公司技术试验部门对此进行了大量的研究试验, 成功的完成了此项工程混凝土的供应任务, 并为我公司生产陶粒混凝土提供了宝贵经验。
1 试验原材料原材料
(1) 试验中采用了天津豹名集团生产的粘土陶粒, 各种性能如表1所示。
(2) 试验采用琉璃河水泥厂生产的P.O32.5水泥, 性能见表2。
(3) 试验采用北京三热电达信粉煤灰公司生产的Ⅱ级粉煤灰, 性能见表3。
(4) 试验采用采用北京市顺平达建材有限公司生产的中砂, 性能见表4。
(5) 试验采用六建外加剂厂生产的高效早强减水剂BDH-2, 1天抗压强度比176%, 28天抗压强度比115%。
(6) 水:自来水。
2 试验配合比方案设计
试验前根据国内外对轻型混凝土的研究成果和工程原材料的实际条件提出如下设想。
(1) 降低骨料的最大粒径。
(2) 改进生产工艺。
(3) 选择最佳砂率。
本次试验采用不同粒径的粘土陶粒, 找出满足强度要求的水灰比, 进行大量试验, 研究粗集料粒径、砂率对混凝土硬化强度及新拌混凝土和易性的要求, 最终确定最佳配合比满足工程上强度、干表观密度、和易性等各项性能要求。
本次试验配合比设计采用绝对体积法, 配合比情况列表 (表5) 。
依据表5所示试验数据, 本次试验选择0.38的水灰比, 不同的砂率、不同的粒径设计配合比, 配合比情况及试验结果见表6、表7。
3 试验结果分析
(1) 依据表5的数据绘制图1, 图1是水灰比—强度变化曲线, 从图1可以看出, 随着水灰比的增大, 混凝土的强度逐渐提高, 这一条规律与普通混凝土相同, 从混凝土抗压强度的波动看, 粘土陶粒混凝土的强度离散性比普通混凝土大, 选择表5中3号水灰比0.38作为研究对象。
(2) 依据表6及表7中数据绘制图2、图3, 图2是砂率与抗压强度的变化曲线, 图3是砂率塌落度变化曲线。从图2可以看出砂率越大, 28天强度可明显提高, 这主要因为砂率越大, 混凝土中的用砂量增多, 砂填充了粗骨料形成的空隙, 使混凝土更加密实。当混凝土受压时, 轻骨料应力集中的现象减少, 弥补了轻骨料混凝土粒型系数差的不足。
(3) 从图3可知砂率为4 5%时, 混凝土的塌落度最大, 和易性最优, 在其它因素相同的情况下, 砂率减小, 粗骨料量大, 细骨料量相对减小, 从而用于包裹骨料表面的砂浆减少, 故流动性降低;砂率提高时, 粗骨料和细骨料的总表面积增加, 当水泥用量一定时, 被包裹面积减少, 润滑组分减少, 故混凝土的流动性降低。
(4) 本次实验的最佳砂率为45%。5mm～16mm粒径的陶粒配制的混凝土28天抗压强度普遍高于5mm～20mm粒径, 其原因主要是随着骨料粒径的减小, 其比表面积增加, 与水泥砂浆的粘结力增加, 同时骨料粒径越小, 混凝土内部裂缝存在的几率越小, 抵抗变形的能力增加, 粒型系数得到优化, 应力集中现象减少, 使混凝土的强度得到提高。
4 试验结论
本文通过对粘土陶粒轻集料混凝土的研究, 得出如下结论。
(1) 粘土陶粒轻集料混凝土抗压强度增长—水灰比变化规律基本上与普通混凝土一致; (2) 同等级得陶粒, 砂率越大, 混凝土的抗压强度越高, 同时干表观密度越大; (3) 配制轻集料混凝土时, 必须通过试验, 选择最佳砂率, 保证混凝土良好的和易性和工作性, 同时混凝土干表观密度必须符合工程设计要求; (4) 对于同等级的陶粒, 随着最大粒径的减小, 混凝土的抗压强度有一定提高。
5 工程应用及畅想
陶粒混凝土的生产必须考虑全过程的实际情况及存在的问题。
(1) 陶粒质量 (各项性能) 的稳定性; (2) 陶粒预湿过程的吸水情况; (3) 上料设备及上料工艺; (4) 与普通混凝土交叉生产过程中的质量控制; (5) 混凝土的和易性及其表观密度、自身特性是否易于泵送; (6) 陶粒混凝土的施工及养护。
我单位对生产陶粒混凝土的每一环节都进行了严格的控制, 并针对陶粒混凝土进行了泵送试验, 泵送超过一定高度, 混凝土即堵管, 泵送困难。鉴于工程时间要求, 施工中放弃泵送, 使用溜槽浇注到施工部位, 非常圆满地完成了此次混凝土的供应任务, 得到施工单位和监理的认可。
此次混凝土泵送失败有多方面原因:
(1) 陶粒等级低及其自身特点, 混凝土表观密度低; (2) 目前轻集料混凝土泵送技术水平还很低; (3) 生产设备不允许改进搅拌工艺; (4) 由于经济成本的原因不允许进行技术处理。
随着泵送混凝土在工程中的大量应用, 混凝土输送泵如雨后春笋快速发展, 目前混凝土输送泵的发展方向将随着混凝土的发展不断推出新产品。
在高层建筑中推广轻集料混凝土将成为混凝土行业的一发展方向, 西方国家发展较快, 我国还停留在试用阶段, 但轻集料混凝土以其自身的优点在建筑行业的应用势在必行, 因此, 研究能稳定输送小塌落度的预拌轻集料混凝土的高效混凝土泵将是建筑机械行业的一个重要课题。轻集料混凝土将随着轻集料质量的提高和泵送技术的提高在建筑行业发挥其独特的才能。
摘要：本文采用粘土陶粒配制了轻集料混凝土, 研究了水灰比、砂率及陶粒的粒径对混凝土塌落度及抗压强度的影响。结果表明, 随着砂率的增大, 混凝土强度提高, 但当砂率超过一定范围时, 混凝土的工作性降低;当陶粒的最大粒径减小时, 混凝土的强度有一定的提高。把试验的部分结论应用与实际工程, 收到了良好的效果。
关键词：轻集料混凝土,干表观密度,搅拌工艺,泵送技术,生产工艺
参考文献
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