輕質(zhì)干硬性混凝土在GLY預(yù)應(yīng)力空心板中的應(yīng)用

唐付林，郭大鵬，王志彬

（東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱　150040）

輕質(zhì)干硬性混凝土在GLY預(yù)應(yīng)力空心板中的應(yīng)用

唐付林，郭大鵬，王志彬

（東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱150040）

以輕質(zhì)干硬性混凝土為突破口，研究開發(fā)了新型輕質(zhì)GLY預(yù)應(yīng)力空心板。進(jìn)行輕質(zhì)干硬性混凝土的配合比設(shè)計，并對輕質(zhì)GLY預(yù)應(yīng)力空心板的承載力進(jìn)行試驗，同時對生產(chǎn)工藝以及生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的常見問題和預(yù)防措施進(jìn)行了系統(tǒng)分析。研究表明：輕質(zhì)GLY預(yù)應(yīng)力空心板具有同普通GLY預(yù)應(yīng)力空心板相似的承載能力，同時又可減輕結(jié)構(gòu)自重、降低建筑造價、隔聲保溫，滿足建筑結(jié)構(gòu)輕質(zhì)高強(qiáng)的發(fā)展趨勢，為輕質(zhì)干硬性混凝土在承重結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用提供了參考。

頁巖陶粒；輕質(zhì)干硬性混凝土；GLY預(yù)應(yīng)力空心板

用GLY預(yù)應(yīng)力混凝土空心板成型機(jī)生產(chǎn)的預(yù)應(yīng)力混凝土空心板被稱為GLY預(yù)應(yīng)力空心板或者簡稱為GLY板。該套設(shè)備的研制，使我國擁有比美國SP空心板生產(chǎn)線更低成本的預(yù)應(yīng)力空心板生產(chǎn)線，減輕對國外技術(shù)的依賴，同時還能生產(chǎn)出承載力高、適用跨度大的預(yù)應(yīng)力空心板。而輕質(zhì)干硬性混凝土在GLY預(yù)應(yīng)力空心板中的應(yīng)用，既是GLY系列產(chǎn)品的創(chuàng)新，也是建筑結(jié)構(gòu)向著輕質(zhì)、高強(qiáng)方向發(fā)展的趨勢導(dǎo)向。試驗表明：在相同狀態(tài)下，輕質(zhì)GLY板具有和普通GLY板相似的承載能力和變形特性，更是基于其輕質(zhì)性、保溫等，具有明顯的建筑綜合效益［1］。輕質(zhì)GLY板采用混凝土強(qiáng)度等級為LC40～LC50、密度等級為1900的零塌落度細(xì)石混凝土，輕骨料可以選擇筒壓強(qiáng)度較高的頁巖陶?；蛘叻勖夯姨樟！＿@種混凝土的含水量僅為水泥水化作用所需水量，具有比一般塑性混凝土較小的收縮和徐變值，同時由于陶粒的多孔性具有的蓄水功能，使其具有比普通混凝土更強(qiáng)的后期強(qiáng)度增長能力［2］。本文通過試驗開展了輕質(zhì)GLY預(yù)應(yīng)力空心板的研究，并對其中的相關(guān)常見質(zhì)量問題和預(yù)防措施進(jìn)行較系統(tǒng)的分析，也為輕質(zhì)干硬性混凝土應(yīng)用于承重結(jié)構(gòu)積累了素材。

1　輕質(zhì)干硬性混凝土配合比試驗

1.1指導(dǎo)思想

輕質(zhì)干硬性混凝土的配合比設(shè)計既要滿足生產(chǎn)工藝需求，又要滿足結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，降低成本。輕質(zhì)GLY空心板由GLY板成型機(jī)沖搗擠壓成型，不需模板和蒸汽養(yǎng)護(hù)，一次成型。因此，在給定砂、石條件下，找出適合輕質(zhì)GLY空心板生產(chǎn)的混凝土配合比是重點，其原則是：

（1）調(diào)整骨料級配，使空隙最小；

（2）合理選取砂率，滿足輕質(zhì)GLY空心板生產(chǎn)工藝需求；

（3）采用高效減水劑，提高混凝土性能，降低生產(chǎn)成本；

（4）摻入粉煤灰，提高混凝土性能，降低生產(chǎn)成本；

（5）依據(jù)經(jīng)驗，調(diào)整配合比，使混凝土達(dá)到最理想狀態(tài)。

1.2原材料的檢測與選用

水泥：哈爾濱賓西“虎鼎牌”P·O42.5水泥，其物理力學(xué)性能見表1。

表1　水泥的物理力學(xué)性能

粗骨料：5～10 mm連續(xù)級配900級碎石型頁巖陶粒，筒壓強(qiáng)度為14.5 MPa。

細(xì)骨料：普通中砂，細(xì)度模數(shù)為2.8。

粉煤灰：哈爾濱雙達(dá)粉煤灰制品有限公司的Ⅱ級F類粉煤灰。

減水劑：聚羧酸鹽類高效減水劑（液體），減水率約為35%，摻量為1.2%。

1.3試配、確定配合比

依據(jù)JGJ 51—2002《輕骨料混凝土技術(shù)規(guī)程》并參考相關(guān)文獻(xiàn)［3］，采用松散體積法試配LC40輕質(zhì)混凝土，得到最終配合比為：m（水泥）∶m（砂）∶m（頁巖陶粒）∶m（水）∶m（粉煤灰）∶m（外加劑）∶=420∶715∶681∶128∶47∶5.6。混凝土的主要力學(xué)性能見表2，工作性良好的輕質(zhì)干硬性混凝土照片見圖1。

表2　混凝土的主要力學(xué)性能

圖1　工作性良好的輕質(zhì)干硬性混凝土

試驗過程中發(fā)現(xiàn)，干硬性輕骨料混凝土的強(qiáng)度及工作性主要受砂率、陶粒本身強(qiáng)度、水灰比、振搗等因素的影響。由于生產(chǎn)線工藝的需求，既要保證混凝土內(nèi)部級配合理，又要保證維勃稠度的合理取值，防止塌邊、塌孔現(xiàn)象；保證在沖搗、擠壓、成型過程中產(chǎn)生水泥漿體，使混凝土密實，保證混凝土的強(qiáng)度、耐久性等［4］。

2　輕質(zhì)GLY預(yù)應(yīng)力空心板生產(chǎn)工藝及試驗結(jié)果

輕質(zhì)GLY預(yù)應(yīng)力空心板在長線臺座上生產(chǎn)（生產(chǎn)線一般為100～150 m），首先將預(yù)應(yīng)力筋定位布置于臺面，按規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)張拉，然后安放GLY板壓型機(jī)，由料斗保證供料，機(jī)器自動保持穩(wěn)定的前進(jìn)速度。待板成型后，覆蓋養(yǎng)護(hù)一段時間，當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的75%以上時，即可斷筋并進(jìn)行切割，將空心板移出臺面。輕質(zhì)GLY預(yù)應(yīng)力空心板移至堆放場地后，應(yīng)繼續(xù)養(yǎng)護(hù)，干燥。其生產(chǎn)工藝流程如圖2所示。

圖2　輕質(zhì)GLY板的生產(chǎn)工藝流程

同時，分別制作了4塊相同配筋率、截面尺寸、不同跨度的輕質(zhì)GLY預(yù)應(yīng)力空心板和普通GLY預(yù)應(yīng)力空心板，試驗設(shè)計方案見表3，其截面尺寸見圖3。

表3　GLY板試驗設(shè)計方案

圖3　GLY空心板截面及其尺寸（mm）

對以上8塊板在相同的條件下進(jìn)行三分點受彎加載試驗，結(jié)果見表4。參照圖集07GS02《GLY預(yù)應(yīng)力混凝土空心板》以及GB 50010—2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》，該輕質(zhì)GLY預(yù)應(yīng)力空心板適用于環(huán)境類別為一類及二a類的工業(yè)與民用建筑，裂縫控制等級為二級。因此，需要驗證其開裂撓度是否能滿足規(guī)范l0/200的使用要求，開裂荷載是否符合圖集07GS02《GLY預(yù)應(yīng)力混凝土空心板》要求，開裂撓度開裂彎矩試驗結(jié)果分別見表5、圖4。

表4　8塊板在相同條件下的三分點受彎加載試驗結(jié)果

表5　試驗構(gòu)件的開裂撓度

圖4　試驗構(gòu)件的開裂彎矩

由表4可知，由高強(qiáng)陶粒配制而成的干硬性混凝土能夠滿足GLY預(yù)應(yīng)力空心板的需求，輕質(zhì)GLY預(yù)應(yīng)力空心板具有和普通GLY預(yù)應(yīng)力空心板相似的承載能力，其開裂荷載比值的平均值為0.994，標(biāo)準(zhǔn)差為0.106，變異系數(shù)0.106；其破壞荷載比值的平均值為0.966，標(biāo)準(zhǔn)差為0.039，變異系數(shù)0.041。從承載力的角度來講，完全具備取代普通GLY預(yù)應(yīng)力空心板的能力。

由表5可知，輕質(zhì)GLY預(yù)應(yīng)力空心板在開裂之前撓度較普通GLY預(yù)應(yīng)力空心板略大，主要原因是輕質(zhì)混凝土的彈性模量較普通混凝土低，但是能夠滿足規(guī)范使用要求，其與撓度限值的比值在0.34～0.43，具有較好的安全保障度。

由圖4可知，輕質(zhì)GLY預(yù)應(yīng)力空心板開裂彎矩較普通GLY預(yù)應(yīng)力空心板略小，但是都能滿足荷載限值要求。因此，輕質(zhì)GLY預(yù)應(yīng)力空心板具有同普通GLY預(yù)應(yīng)力空心板相似的承載能力和變形特性。

盡管由于陶粒的使用，使其單價高于普通GLY預(yù)應(yīng)力空心板，但是，從整個建筑的角度來講，具有明顯的綜合效益，主要體現(xiàn)在：（1）生產(chǎn)工藝先進(jìn)，減少施工人員，提高生產(chǎn)效率；（2）基于其自重較輕（約為20%），輕質(zhì)GLY預(yù)應(yīng)力空心板用途將更加廣泛［5］；（3）減少梁柱配筋以及混凝土用量，且跨度越大，作用越明顯；（4）隔熱、隔聲，有效提高建筑整體功能；（5）由于建筑整體質(zhì)量的減輕，提高了建筑的抗震性能。

因此，不僅僅針對于GLY空心板，將輕質(zhì)混凝土應(yīng)用于其它建筑結(jié)構(gòu)中，也同樣會具有可觀的綜合效益，而輕質(zhì)GLY預(yù)應(yīng)力空心板的研究，為此提供了參考素材。

3　混凝土及產(chǎn)品質(zhì)量控制

3.1原材料控制

粗骨料選取5～10 mm連續(xù)級配的高強(qiáng)頁巖陶粒（筒壓強(qiáng)度大于6 MPa）；細(xì)骨料嚴(yán)格參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)控制質(zhì)量，取中砂為宜，由于GLY板成型機(jī)的特殊性，應(yīng)該嚴(yán)格防止砂中大直徑石粒的出現(xiàn)。

3.2混凝土質(zhì)量控制

根據(jù)GB 50164—2011《混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)》，參照天氣情況以及砂石含水率，攪拌站及試驗人員須隨時觀察并調(diào)整用水量。由于陶粒的吸水性，混凝土的攪拌時間要比普通混凝土長，以便陶粒充分吸水并攪拌完全。待混凝土攪拌完畢，應(yīng)立即運至壓型機(jī)料斗，防止因天氣原因?qū)е碌乃诌^快蒸發(fā)。由于高效減水劑的使用，成型后的輕質(zhì)GLY預(yù)應(yīng)力空心板嚴(yán)禁接觸流動水，應(yīng)立即用養(yǎng)護(hù)薄膜覆蓋養(yǎng)護(hù)，防止人為踩踏。

4　輕質(zhì)GLY預(yù)應(yīng)力空心板常見質(zhì)量問題及預(yù)防措施

4.1輕質(zhì)GLY板表觀裂縫分析及預(yù)防

輕質(zhì)GLY板表觀裂縫主要包含混凝土收縮裂縫和壓型機(jī)前進(jìn)過程中由混凝土與機(jī)器之間摩擦導(dǎo)致的裂縫，且主要出現(xiàn)在2盤混凝土交接處。前者出現(xiàn)的原因主要包括：（1）陶粒級配不合理，砂中含泥量超標(biāo)；（2）前后2盤混凝土工作性存在較大差異；（3）混凝土攪拌不充分，陶粒吸水不夠，GLY板成型后，陶粒繼續(xù)吸水導(dǎo)致水化反應(yīng)不充分；（4）輕質(zhì)GLY板成型后沒有及時覆蓋養(yǎng)護(hù)，造成早期失水過多；（5）天氣影響，特別是我國北方地區(qū)，空氣相對濕度較低，使混凝土表面失水加劇。后者出現(xiàn)的原因主要包含：（1）壓型機(jī)長時間未清理或者周邊生銹，導(dǎo)致混凝土與機(jī)器之間摩擦過大；（2）混凝土工作狀態(tài)較差，在擠壓成型過程中，漿體產(chǎn)生不充分，造成混凝土不密實，混凝土內(nèi)部粘結(jié)力差。

預(yù)防措施：輕質(zhì)GLY板表觀裂縫的成因往往很復(fù)雜，單靠某一方面的努力是不夠的，還需要在各個方面同時采取措施，才能保證產(chǎn)品質(zhì)量?？梢詮膰?yán)格控制原材料質(zhì)量、保證混凝土的工作性、嚴(yán)格執(zhí)行養(yǎng)護(hù)制度、規(guī)范現(xiàn)場作業(yè)管理等多個方面同時控制［6］。

4.2輕質(zhì)GLY板混凝土不密實的分析及預(yù)防

輕質(zhì)GLY板混凝土不密實主要原因有：（1）混凝土過干或攪拌時間不足，導(dǎo)致陶粒吸水不充分；（2）GLY板壓型機(jī)因調(diào)整不到位，導(dǎo)致行走速度過快、孔芯便宜或者振搗頻率不夠，水泥漿體產(chǎn)生不充分；（3）前后2盤混凝土工作性存在較大差異，導(dǎo)致交接處混凝土不密實；（4）混凝土下料不及時，或者未有人工輔助下料，導(dǎo)致下料不足，混凝土擠壓力不夠［7］。

預(yù)防措施：現(xiàn)場施工人員密切關(guān)注混凝土狀態(tài)，調(diào)整好機(jī)器，注意機(jī)器運轉(zhuǎn)過程中是否有異常情況，及時發(fā)現(xiàn)、及時解決。最重要的是加強(qiáng)技術(shù)人員的管理培訓(xùn)，嚴(yán)格操作制度。

4.3輕質(zhì)GLY板反拱過大分析及預(yù)防

輕質(zhì)GLY板反拱過大的主要原因有：（1）放張時輕質(zhì)混凝土強(qiáng)度過低；（2）設(shè)計時只考慮了輕質(zhì)混凝土的抗壓強(qiáng)度是否達(dá)標(biāo)，而沒有考慮到其彈性模量是低于一般普通混凝土的；（3）由于是現(xiàn)場作業(yè)，設(shè)備精度不夠，導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉力超過設(shè)計值；（4）輕質(zhì)GLY板存放時間過長，反拱增大；（5）現(xiàn)場作業(yè)溫度差異變化對預(yù)應(yīng)力鋼筋的影響［8-9］。

預(yù)防措施：（1）嚴(yán)格控制放張時間；（2）設(shè)計時考慮輕質(zhì)混凝土的彈性模量低于普通混凝土彈性模量的情況；（3）對張拉預(yù)應(yīng)力實行雙控制，即伸長率控制和油泵表盤控制；（4）選用合適張拉設(shè)備并校核；（5）縮短輕質(zhì)GLY板存放時間；（6）考慮溫度變化對預(yù)應(yīng)力鋼筋的影響，調(diào)整張拉力；（7）組織施工人員學(xué)習(xí)生產(chǎn)規(guī)程，規(guī)范施工制度。

5　結(jié)語

輕質(zhì)GLY預(yù)應(yīng)力板的開發(fā)是對傳統(tǒng)預(yù)制混凝土構(gòu)件產(chǎn)品的創(chuàng)新突破，也是我國建筑結(jié)構(gòu)向著輕質(zhì)高強(qiáng)發(fā)展的一個響應(yīng)。輕質(zhì)GLY板生產(chǎn)對于原材料的要求很高，選用高強(qiáng)度陶粒對混凝土強(qiáng)度的提高有著至關(guān)重要的作用，在輕質(zhì)GLY板的生產(chǎn)過程中務(wù)必嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和工藝要求，確保質(zhì)量。輕質(zhì)GLY板綜合建筑效益的體現(xiàn)，表明了其發(fā)展前景，也為輕質(zhì)混凝土應(yīng)用于承重結(jié)構(gòu)打下鋪墊，相信會有更多的高性能結(jié)構(gòu)應(yīng)用到建筑中。

［1］吳村，富恩久，高連玉.GLY高強(qiáng)大跨預(yù)應(yīng)力空心板的生產(chǎn)與應(yīng)用［J］.混凝土，2005（6）：95-98.

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Application of lightweight dry concrete in GLY prestressed hollow slab

TANG Fulin，GUO Dapeng，WANG Zhibin
（Institute of Civil Engineering，Northeast Forestry University，Harbin 150040，Heilongjiang，China）

According to the actual situation of China，the author，with lightweight dry concrete as the breakthrough point，researched and developed a new type of lightweight GLY prestressed hollow slab.The author designed the lightweight dry concrete mixture ratio，and tested the bearing capacity of lightweight GLY slab，at the same time，analyzed the production process of lightweight GLY slab，and the problem of production and the prevention measures.Research shows that：lightweight GLY slab is similar to normal GLY slab on capacity，and can reduce the structure weight，decrease construction's cost，has the features like sound insulation and heat preservation etc.Meet the lightweight-high strength development trend of building structure，provide a reference for the application of lightweight dry concrete in the load-bearing structure.

shale ceramsite，lightweight dry concrete，GLY prestressed hollow slab

TU528.72

A

1001-702X（2015）09-0038-04

2015-03-20；

2015-04-30

唐付林，男，1989年生，湖南邵陽人，碩士研究生。