HLC60輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土試配探索

董恒瑞，周國(guó)平，鄧鈴夕

（1重慶建工建材物流有限公司，重慶401122；2重慶市建筑材料與制品工程技術(shù)研究中心，重慶401122；3中冶建工集團(tuán)混凝土公司，重慶400052；4重慶砼固建材科技有限公司，重慶400051）

HLC60輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土試配探索

Exploration on Trial Preparation of HLC60

董恒瑞1,2，周國(guó)平3，鄧鈴夕4

（1重慶建工建材物流有限公司，重慶401122；2重慶市建筑材料與制品工程技術(shù)研究中心，重慶401122；3中冶建工集團(tuán)混凝土公司，重慶400052；4重慶砼固建材科技有限公司，重慶400051）

輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐久、抗震、保溫隔熱等優(yōu)越的性能，隨著城市建筑高度、跨度的不斷增加和建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土日益發(fā)揮更加重要的作用。該文在現(xiàn)有原材料條件下、在已有研究的基礎(chǔ)上經(jīng)不斷試驗(yàn)調(diào)整最終配制出1900級(jí)LC60的輕質(zhì)混凝土，并在試驗(yàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上分析了強(qiáng)度的影響因素，以期促進(jìn)輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土技術(shù)的進(jìn)步。

高強(qiáng)陶粒；配合比；坍落度；干表觀密度

0 引言

隨著高強(qiáng)高性能混凝土工作的推進(jìn)，混凝土呈現(xiàn)出多元化發(fā)展的趨勢(shì)。體輕、高強(qiáng)、智能、透光、導(dǎo)電、自愈合等等“特異功能”的混凝土不斷出現(xiàn)，改變著人們的認(rèn)識(shí)度、想象力，而輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土便是其中一例，輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土一般是由高強(qiáng)陶粒、普通砂、膠凝材料、礦物摻合料、水、外加劑等配制而成，又稱為結(jié)構(gòu)陶?；炷粱蛏拜p陶?；炷羀1]。與普通高強(qiáng)混凝土相比，輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土可減輕建筑物和構(gòu)筑物的自重恒載、減少配筋率和結(jié)構(gòu)造價(jià)，特別是在軟土地基工程和已有建筑改造工程中發(fā)揮著重要作用[2]。當(dāng)前，強(qiáng)度等級(jí)LC40及以下的輕質(zhì)混凝土技術(shù)較成熟并不斷被應(yīng)用[3]，但輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土的配合比設(shè)計(jì)、制備、研究、應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)尚且不足，LC60輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土鮮有應(yīng)用案例。該文在吸收國(guó)內(nèi)外輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土的制備技術(shù)及生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出一種較合理方便的LC60輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土配合比設(shè)計(jì)方法，并在試驗(yàn)基礎(chǔ)上驗(yàn)證28d強(qiáng)度是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求并就影響輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土強(qiáng)度的因素進(jìn)行分析。

1 原材料

水泥：重慶某水泥廠生產(chǎn)的普通硅酸鹽水泥P·O42.5R，某廠生產(chǎn)的普通硅酸鹽水泥P·O52.5R，指標(biāo)檢測(cè)符合GB175標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

粉煤灰：F類、Ⅱ級(jí)，指標(biāo)檢測(cè)符合GB1596標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求。

礦粉：S75，指標(biāo)檢測(cè)符合GB/T18046標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求。

硅灰：成都某公司生產(chǎn)，指標(biāo)檢測(cè)符合GB/T27690標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求。

外加劑：自主復(fù)配型，減水率約36%，符合GB8076標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求。

河砂（特細(xì)砂）：枝江砂，細(xì)度模數(shù)1.45；機(jī)制砂：卵石機(jī)砂，細(xì)度模數(shù)2.97，含粉量9.0%。

混合砂比例：特細(xì)砂占33%，篩分?jǐn)?shù)據(jù)見表1和圖1。

表1 混合砂累計(jì)篩余

圖1 混合砂篩分曲線

高強(qiáng)陶粒（圖2）：

圖2 高強(qiáng)陶粒

（1）某頁(yè)巖陶粒（一）（簡(jiǎn)稱CG）：堆積密度950kg/m3，表觀密度1730kg/m3，陶粒粒型較差片狀顆粒較多；主要顆粒粒徑集中在5～16mm之間，筒壓強(qiáng)度（原狀、未篩分）：6.1MPa，強(qiáng)度標(biāo)號(hào)為35～40，骨料含水率0.7%～1.0%，1h常壓吸水率為2.2%，煮沸質(zhì)量損失0.3%，顆粒粒徑集中在5～16mm之間。

（2）某頁(yè)巖陶粒（二）（簡(jiǎn)稱TG）：堆積密度850kg/m3，表觀密度為1350kg/m3，筒壓強(qiáng)度（原狀、未篩分）：7.3MPa，強(qiáng)度標(biāo)號(hào)為40，1h常壓吸水率為5.2%，圖2為兩種高強(qiáng)陶粒形貌對(duì)比。

表2 LC60輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土配合比（kg/m3）

2 配合比說(shuō)明

對(duì)于一般的陶?；炷量稍凇遁p骨料混凝土技術(shù)規(guī)程》JGJ51-2002、《輕骨料混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ 12-2006等相關(guān)資料的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)，但因國(guó)內(nèi)陶粒質(zhì)量水平有限，在輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土配置工作中時(shí)常出現(xiàn)與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范出入較大的情況，例如單方LC60高強(qiáng)陶?；炷链旨?xì)骨料總體積按照標(biāo)準(zhǔn)要求中規(guī)定的1.3m3，若參考該標(biāo)準(zhǔn)，將難以配制出符合設(shè)計(jì)容重和強(qiáng)度要求的混凝土，筆者結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)資料和研究經(jīng)驗(yàn)，提出一種經(jīng)驗(yàn)性混凝土配制思路，該方法可較準(zhǔn)確、快捷的確定基準(zhǔn)配合比。

在骨料已給定時(shí)，提高混凝土強(qiáng)度和控制混凝土容重的途徑主要是水膠比和骨料占比，骨料占比可通過(guò)新拌混凝土的工作性判斷，對(duì)重慶地區(qū)生產(chǎn)的水泥來(lái)講，水膠比與水泥漿體容重有如圖3所示的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系曲線。該項(xiàng)目試驗(yàn)在水膠比、骨料占比、陶粒上浮率以及試件強(qiáng)度“四因素”的反饋信息指導(dǎo)下進(jìn)行配合比調(diào)整。

圖3 水膠比與漿體容重的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系曲線

3 試驗(yàn)及分析

試驗(yàn)的初始配合比的計(jì)算參考絕對(duì)體積法，每種原材料用量經(jīng)估算確定。試驗(yàn)在初始配合比基礎(chǔ)上結(jié)合實(shí)際試驗(yàn)情況進(jìn)行配合比調(diào)整，外加劑的用量根據(jù)拌合物工作性的需求調(diào)整。在保證強(qiáng)度和容重均符合要求前提下，水膠比從0.4調(diào)整至0.24，具體的實(shí)際配比見表2。

前期試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土的尺寸效應(yīng)較為明顯，100×100×100 mm立方體試件與150× 150×150 mm試件之間的尺寸效應(yīng)約為0.8，為保證數(shù)據(jù)的可靠性和準(zhǔn)確度，該項(xiàng)目試驗(yàn)結(jié)果評(píng)定以150×150×150 mm立方體試件抗壓強(qiáng)度為準(zhǔn)，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

從表3和圖4中看出：在相同的表觀密度范圍內(nèi)，采用TG陶粒配制的輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度更高，或者說(shuō)比強(qiáng)度更大，而采用CG陶粒制備1900級(jí)HLC60混凝土較困難。分析認(rèn)為主要是CG陶粒自身的強(qiáng)度不足，骨料與水泥凈漿強(qiáng)度協(xié)調(diào)性較差，難以滿足60MPa混凝土強(qiáng)度的要求。最終TG陶粒輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土可以實(shí)現(xiàn)1900級(jí)HLC60的指標(biāo)要求，經(jīng)配合比的不斷調(diào)整，成功配制出1900級(jí)LC60輕質(zhì)混凝土。

表3 試驗(yàn)結(jié)果匯總

圖4 TG和CG陶?；炷翉?qiáng)度和表觀密度的分布

結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果看出：編號(hào)HLC-11～HLC-14混凝土7d齡期強(qiáng)度在53MPa以上，28d齡期最高強(qiáng)度已超過(guò)70MPa，達(dá)到C60設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)。

7d齡期試件抗壓強(qiáng)度測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)：由于LC60水膠比較低，水泥漿體比重較大，新拌混凝土坍落度較大的幾組試配（編號(hào)HLC-2～HLC-10）出現(xiàn)陶粒上浮趨勢(shì)增大，表面不易抹平的情況，這將導(dǎo)致輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土出現(xiàn)外分層現(xiàn)象[4]，外分層作用造成陶粒和水分集中在混凝土表層，強(qiáng)度測(cè)定時(shí)試件成型面易脫落，而坍落度只有140mm左右的混凝土的破壞形式呈現(xiàn)均勻破壞行為，這是由于降低新拌混凝土的坍落度，降低流動(dòng)性，形成塑性狀態(tài)，可明顯減少陶粒上浮現(xiàn)象，提高成型混凝土的均勻性[5]，減少混凝土因局部密度差產(chǎn)生的應(yīng)力集中效應(yīng)首先破壞掉強(qiáng)度薄弱相（陶粒）。見圖5。

圖5 7d齡期混凝土破壞形式

隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增長(zhǎng)，水泥凈漿強(qiáng)度持續(xù)增長(zhǎng)，水泥漿所包裹陶粒表面的強(qiáng)度增大，在外力作用下裂縫的擴(kuò)展更困難[6]，因高強(qiáng)陶粒上浮造成的質(zhì)量不均勻、試件應(yīng)力集中現(xiàn)象得到一定的緩解，試件受力破壞形式接近于普通C60混凝土，見圖6。

圖6 HLC-13和HLC-14試件18d抗壓試驗(yàn)破壞形貌

同樣，隨著試件養(yǎng)護(hù)齡期的增長(zhǎng)，陶粒輕微上浮、制備均勻的試件表現(xiàn)出較明顯的環(huán)箍效應(yīng)，而陶粒上浮嚴(yán)重、制備不均勻的試件出現(xiàn)單邊“崩塌”破壞和單邊“撕裂”受拉破壞現(xiàn)象，見圖7、圖8。

另外，由于LC60粘度較大，坍落度較小時(shí)，氣泡不易排出，成型密實(shí)較困難，為提高混凝土密實(shí)度，建議施工時(shí)按照“振動(dòng)時(shí)間短，振動(dòng)間距短”、“降低澆筑高度”的方式進(jìn)行，提高其密實(shí)度。

圖7 28d齡期輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土“環(huán)箍效應(yīng)”

圖8 28d齡期試件不均勻破壞

4 試驗(yàn)結(jié)論

本文中提到的一種新的較合理的輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證是可取的，在該方法計(jì)算的初始配合比的基礎(chǔ)上，可以較快地確定最終合理配合比。

輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度除了與陶粒自身強(qiáng)度、水膠比有關(guān)外，與新拌混凝土的坍落度有較大關(guān)系，因輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土的水膠比較低，陶粒與漿體間的密度差較大，陶粒上浮概率增多，降低混凝土坍落度、提高粘度可保證混凝土不分層離析，這是制備輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土的必要條件。

[1]建設(shè)部.JGJ51-2002輕骨料混凝土技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002.

[2]胡曙光，王發(fā)洲.陶粒混凝土[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005：28-30.

[3]楊再富，范英儒，石從黎，等.重慶地區(qū)高強(qiáng)陶?；炷猎O(shè)計(jì)與制備技術(shù)研究[J].重慶建筑，2012（8）：1-4.

[4]胡曙光，王發(fā)洲.輕集料混凝土[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006：127-128.

[5]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)，2003：31-33.

[6]曹剛.高強(qiáng)輕骨料混凝土實(shí)驗(yàn)研究[D].西安：西北工業(yè)大學(xué)，2004：39-40.

責(zé)任編輯:孫蘇，李紅

新技術(shù)運(yùn)用

聽聲音識(shí)別問(wèn)題建筑

每年世界各地都會(huì)發(fā)生一些建筑物坍塌的事故。一些建筑物使用一段時(shí)間后會(huì)出現(xiàn)裂縫，表面的裂縫我們可以看到，但是內(nèi)部的裂縫我們卻看不到，而這些內(nèi)部裂縫往往會(huì)帶來(lái)毀滅性的災(zāi)害。怎樣才能識(shí)別隱藏在建筑物內(nèi)部的裂縫呢?我們得用聲音來(lái)聽。目前主要是一種叫聲波發(fā)射監(jiān)測(cè)檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)備，能接受到建筑物金屬斷裂的聲音。正在發(fā)展中的新一代檢測(cè)系統(tǒng)包括傳感器和監(jiān)視器，可安置在橋墩和橋支柱上，尚處于設(shè)計(jì)、模型制造和研究階段。

聲波檢測(cè)設(shè)備也叫聲顯微鏡，它能讓人們看到建筑材料內(nèi)部的變化情況，而這是用常規(guī)的光學(xué)顯微鏡無(wú)法看到的。例如，建筑材料中往往存在一些受力區(qū)，這很容易引起材料的破損或缺陷。但小的受力區(qū)常常會(huì)被光學(xué)方法所遺漏。而聲波是一種機(jī)械波，它對(duì)于建筑材料中因受力和裂縫等引起的局部彈性變化非常敏感。

聲波探測(cè)技術(shù)還可用來(lái)驗(yàn)證建筑物中可疑部位是否有白蟻的危害。其原理是把昆蟲上顎取食木材時(shí)產(chǎn)生的聲音轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后以數(shù)碼的形式呈現(xiàn)在探測(cè)儀的視屏上。使用時(shí)把探測(cè)儀直接放在裸露的建材(如門窗框和梁等）和活樹干上，新型的聲波探測(cè)儀上還配有麥克風(fēng)話筒，以放大聲波，便于監(jiān)聽白蟻的活動(dòng)情況。專業(yè)人員可區(qū)分昆蟲取食的聲波和背景雜音，有經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)人員甚至可以根據(jù)聲波鑒定昆蟲的類群。

美國(guó)新出現(xiàn)的第二代高速公路監(jiān)聽器是一種便宜的便攜式聲波檢測(cè)設(shè)備，能按需要快速檢測(cè)公路大橋的狀況，評(píng)估所需時(shí)間在一天到一星期之間。

(摘自：《新民晚報(bào)》）

High-strength lightweight concrete has the superiorities of light weight,high strength,durability,seismic resistance,heat preservation and heat insulation,etc.With the increase of the height and span of urban architectures and the growing enhancement of design standard for building energy efficiency,high-strength lightweight concrete is playing an increasingly important role.Based on the previous researches and the existing materials,this paper finally succeeds in preparing the 1900 grade LC60 lightweight concrete after trials,and analyzes the influencing factors of strength based on the experiment data in hope of promoting the advancement of high-strength lightweight concrete technology.

high strength ceramsite;mix proportion;slump degree;dry apparent density

TU528

A

1671-9107（2017）05-0050-04

10.3969／j.issn.1671-9107.2017.05.050

2017-02-22

董恒瑞（1988-），男，河南商丘人，本科，初級(jí)工程師，主要從事陶?；炷?、全輕混凝土、加氣混凝土等節(jié)能建材的設(shè)計(jì)與技術(shù)工作。