重慶地區(qū)高強(qiáng)陶?；炷猎O(shè)計(jì)與制備技術(shù)研究

楊再富，范英儒，石從黎，陳偉，劉軍

（1重慶建工新型建材有限公司，重慶 401122；2重慶大學(xué)，重慶 400045；3重慶市建筑科學(xué)研究院，重慶 400020）

0 引言

與普通混凝土相比，高強(qiáng)陶粒混凝土不僅能減少建筑結(jié)構(gòu)的自重（在保持較高強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，可使混凝土的自重降低20%以上），而且還具有良好力學(xué)性、耐久性、保溫隔熱性和抗震性。因此，對(duì)于高層建筑、海洋工程、大跨度橋梁等大型工程而言，高強(qiáng)陶?；炷辆哂泻軓?qiáng)的競爭力[1]。

可是，在超高層建筑和大跨度橋梁迅速發(fā)展的重慶地區(qū)，高強(qiáng)陶粒混凝土卻至今未有規(guī)?；瘧?yīng)用，這是因?yàn)槲覈诟邚?qiáng)陶?；炷敛牧显O(shè)計(jì)與制備方面的研究較為薄弱，尤其是基于重慶地材的高強(qiáng)陶?；炷林苽浼夹g(shù)幾乎為空白[2]。為此，本文擬通過分析陶?；炷恋钠茐奶卣骱透邚?qiáng)化技術(shù)途徑，提出高強(qiáng)陶粒混凝土的組成與配合比設(shè)計(jì)方法，探討高強(qiáng)混凝土的制備技術(shù)，研究高強(qiáng)陶?；炷恋男阅?，為促進(jìn)高強(qiáng)陶?；炷猎谥貞c地區(qū)的推廣應(yīng)用提供技術(shù)基礎(chǔ)。

1 高強(qiáng)陶?；炷恋脑O(shè)計(jì)

1.1 陶?；炷恋母邚?qiáng)化技術(shù)途徑

高強(qiáng)陶粒混凝土是輕質(zhì)多孔性集料（陶粒）顆粒被水泥砂漿膠結(jié)而成的堆聚結(jié)構(gòu)[3]，由于陶粒的材料強(qiáng)度遠(yuǎn)低于水泥砂漿，陶?；炷恋臄嗔咽峭ㄟ^(較軟的)陶粒顆粒而不是通過(較硬的)水泥砂漿，破壞特征見圖1。

圖1 陶?；炷恋钠茐奶卣?/p>

基于上述特征，對(duì)于陶?；炷恋母邚?qiáng)化，提高陶粒的材料強(qiáng)度是關(guān)鍵，其次是砂漿強(qiáng)度以及陶粒－水泥砂漿界面強(qiáng)度。此外由于陶粒與水泥砂漿之間存在較大的密度差，如何保證陶粒混凝土的勻質(zhì)性也是決定其高強(qiáng)化的重要因素。

1.2 高強(qiáng)陶?；炷恋慕M成設(shè)計(jì)

根據(jù)重慶地區(qū)的地材特點(diǎn)，選擇混合砂作為高強(qiáng)陶?；炷恋募?xì)集料組成。然后根據(jù)陶粒混凝土的高強(qiáng)化技術(shù)途徑對(duì)其他組成材料進(jìn)行選擇，即：采用高強(qiáng)陶粒，以提高集料的承載能力；選擇質(zhì)量穩(wěn)定和強(qiáng)度等級(jí)高的普通硅酸鹽水泥，以提高水泥砂漿的強(qiáng)度；使用優(yōu)質(zhì)粉煤灰部分替代水泥，以提高混凝土的流動(dòng)性、粘聚性，以及基體與陶粒集料之間的界面強(qiáng)度；摻入高性能減水劑在顯著提高基體（砂漿）強(qiáng)度的同時(shí)，改善混凝土的工作性滿足施工要求；使用一定量的聚丙烯纖維以保證陶?；炷恋膭蛸|(zhì)性，高強(qiáng)陶粒混凝土的主要組成材料和技術(shù)指標(biāo)要求見表1。

表1 高強(qiáng)陶?；炷恋闹饕M成及技術(shù)指標(biāo)要求

1.3 配合比的設(shè)計(jì)

陶粒混凝土由于其所用集料的多孔性及其形成條件差異很大，不同陶粒的孔結(jié)構(gòu)和組成變化很大，因此，不可能像普通混凝土那樣，用一個(gè)較公認(rèn)的強(qiáng)度公式來作為混凝土配合比設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)和依據(jù)。本文參照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《輕骨料混凝土技術(shù)規(guī)程》[4-5]，并結(jié)合高強(qiáng)陶?；炷恋闹苽浼夹g(shù)特點(diǎn)提出高強(qiáng)陶?；炷恋呐浜媳仍O(shè)計(jì)方法，該方法以工作性、抗壓強(qiáng)度和表觀密度為設(shè)計(jì)目標(biāo)，同時(shí)考慮了陶粒的預(yù)濕處理因素，陶粒質(zhì)量以濕陶粒表示，具體設(shè)計(jì)步驟如下：

⑴計(jì)算陶?；炷恋脑嚺鋸?qiáng)度。

⑵根據(jù)陶粒的堆積密度確定陶粒的用量 （陶粒堆積填滿單位體積的質(zhì)量），再根據(jù)陶粒預(yù)濕24h的含水率計(jì)算出濕陶粒的質(zhì)量，并結(jié)合濕陶粒的表觀密度計(jì)算出陶粒的體積用量Vt。

⑶根據(jù)混凝土用途和細(xì)集料品種確定體積砂率S。

⑷根據(jù)所確定的陶粒的體積用量及砂率，求出每立方米混凝土細(xì)集料的用量。

⑸摻合料以等量取代水泥計(jì)算。

⑹外加劑按推薦摻量計(jì)算。

⑺最后，根據(jù)混凝土設(shè)計(jì)表觀密度，計(jì)算出陶粒混凝土的用水量。

⑻根據(jù)以上計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行試配試驗(yàn)，測試試配混凝土的工作性、抗壓強(qiáng)度和表觀密度，再根據(jù)測試結(jié)果進(jìn)行調(diào)整。

2 高強(qiáng)陶?；炷恋闹苽?/h2>

2.1 預(yù)處理工藝

現(xiàn)有研究和應(yīng)用實(shí)踐表明[6-7]，陶粒吸水性對(duì)混凝土工作性的不利影響是制約陶?；炷翆?shí)現(xiàn)預(yù)拌和泵送施工的瓶頸問題。為此，本文基于高強(qiáng)陶?；炷辽a(chǎn)的易操作性和經(jīng)濟(jì)性，提出采用預(yù)濕方法對(duì)陶粒進(jìn)行預(yù)處理以改善混凝土的工作性能，其主要工藝參數(shù)為預(yù)濕時(shí)間。通過試驗(yàn)確定（結(jié)果見圖2），配制高強(qiáng)陶?；炷恋奶樟ｎA(yù)濕時(shí)間應(yīng)在24h以上。

圖2 陶粒預(yù)濕時(shí)間對(duì)混凝土坍落度及其經(jīng)時(shí)損失的影響

2.2 攪拌成型工藝

由于各組成的密度大小相差較大，陶?；炷敛灰妆粩嚢杈鶆颍?jīng)試驗(yàn)確定陶?；炷恋臄嚢钑r(shí)間應(yīng)較普通混凝土延長，一般不宜小于3min。而投料順序也有相應(yīng)的要求，見圖3。

圖3 高強(qiáng)陶粒混凝土的投料順序

3 高強(qiáng)陶?；炷列阅艿难芯?/h2>

3.1 坍落度及抗壓強(qiáng)度

試驗(yàn)測試了LC30和LC40混凝土的坍落度和抗壓強(qiáng)度，結(jié)果見表2和圖4。

表2 高強(qiáng)預(yù)拌陶?；炷恋男阅苤笜?biāo)

圖4 高強(qiáng)陶?；炷恋墓ぷ餍阅?/p>

對(duì)于陶?；炷恋奶涠?，由于在材料組成設(shè)計(jì)時(shí)選擇了優(yōu)質(zhì)粉煤灰和高性能減水劑，在制備方法上采用了預(yù)處理工藝，使得配制的高強(qiáng)陶?；炷辆哂写筇涠?220mm)及小經(jīng)時(shí)損失(≤30mm)的特征，完全可滿足預(yù)拌生產(chǎn)和泵送施工的要求。

而對(duì)于陶?；炷恋目箟簭?qiáng)度，一方面，由于同強(qiáng)度等級(jí)的陶粒混凝土的砂漿強(qiáng)度顯著高于普通混凝土造成陶?；炷恋脑缙趶?qiáng)度發(fā)展較快；另一方面，由于預(yù)濕陶粒具有內(nèi)養(yǎng)護(hù)功能，可使水泥水化更充分而提高陶?；炷恋暮笃趶?qiáng)度。

3.2 干燥收縮

圖5 LC40高強(qiáng)陶?；炷恋母稍锸湛s

圖5的結(jié)果表明，由于采用了預(yù)處理工藝，陶粒的含水狀態(tài)使其在混凝土硬化過程中具有內(nèi)養(yǎng)護(hù)功能而減少了陶?；炷恋母稍锸湛s，使得配制的高強(qiáng)陶?；炷恋氖湛s低于普通混凝土。

3.3 滲水高度

試驗(yàn)比較了高強(qiáng)陶?；炷粒↙C30和LC40）和普通混凝土的壓力滲水性能，結(jié)果表明高強(qiáng)陶?；炷恋臐B水高度小于同強(qiáng)度等級(jí)的普通混凝土（見表3），說明高強(qiáng)陶粒混凝土具有良好的抗?jié)B性能。

表3 高強(qiáng)陶?；炷量?jié)B性

4 高強(qiáng)陶?；炷恋膽?yīng)用

4.1 工程概括

“解放碑金鷹財(cái)富中心”工程位于重慶渝中區(qū)解放碑旁，系揚(yáng)子島大廈部分裙樓，屬大修解危工程。為了滿足大型奢侈品商場的功能要求，該工程新建建筑對(duì)原有框架柱網(wǎng)進(jìn)行了調(diào)整，加大了柱距與結(jié)構(gòu)荷載。因此，如果采用普通混凝土框架結(jié)構(gòu)，原有基礎(chǔ)就不能承受改建后的荷載，必須拆除負(fù)一層、負(fù)二層后對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行重建，不僅施工成本高，而且還影響周邊環(huán)境。

于是，經(jīng)過多方案比選，決定保留原建筑地下結(jié)構(gòu)及功能不變，地上建筑采用高強(qiáng)陶粒混凝土重新澆筑。主要技術(shù)參數(shù)為：陶?；炷翉?qiáng)度等級(jí)設(shè)計(jì)為LC30（梁、板），LC40（框架柱），混凝土密度等級(jí)為1800kg/m3，混凝土采用商品混凝土泵送澆筑。

4.2 應(yīng)用效果

經(jīng)檢驗(yàn)，高強(qiáng)陶?；炷两Y(jié)構(gòu)表面平整、色澤均勻、無明顯缺陷（見圖6），干表觀密度和強(qiáng)度均滿足設(shè)計(jì)要求。

圖6 工程效果

5 結(jié)論

⑴根據(jù)重慶地區(qū)的地材特點(diǎn)和陶?；炷恋母邚?qiáng)化技術(shù)途徑，對(duì)其他組成材料進(jìn)行選擇，采用預(yù)濕陶粒配制混凝土可以顯著提高混凝土的工作性能和力學(xué)性能，可配制出初始坍落度達(dá)到200mm以上，強(qiáng)度等級(jí)為LC30~LC40的高強(qiáng)陶?；炷?。

⑵預(yù)處理和混凝土攪拌是高強(qiáng)陶粒混凝土的重要制備工藝，其關(guān)鍵工藝參數(shù)預(yù)濕時(shí)間應(yīng)根據(jù)陶粒的性能指標(biāo)經(jīng)試驗(yàn)確定（該項(xiàng)目大于24h），攪拌時(shí)間應(yīng)不低于3min。

⑶ 配制的LC30和LC40高強(qiáng)陶粒混凝土的坍落度和抗壓強(qiáng)度滿足預(yù)拌生產(chǎn)和泵送施工的要求，收縮和抗?jié)B性能優(yōu)于同強(qiáng)度等級(jí)的普通混凝土。

[1]石從黎，范英儒，羅杰，等.破碎處理對(duì)陶粒及其混凝土性能的影響[C].2011年混凝土與水泥制品學(xué)術(shù)討論會(huì)論文集，2011:74-79.

[2]胡曙光，王發(fā)洲.陶?；炷羀M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

[3]唐笑.大流動(dòng)性結(jié)構(gòu)輕集料混凝土性能研究[D].重慶：重慶大學(xué)，2003.

[4]JGJ51-2002輕骨料混凝土技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2003.

[5]JGJ12-2006輕骨料混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006.

[6]錢覺時(shí)，盧浩，張智強(qiáng).陶粒憎水處理對(duì)新拌陶?；炷凉ぷ餍阅艿挠绊慬J].混凝土與水泥制品，2002(2):12-14.

[7]錢覺時(shí)，盧浩，張智強(qiáng).表面憎水處理改善陶粒吸水性能的研究[J].建筑材料學(xué)報(bào)，2002，5(2):181-184.