LC60輕骨料混凝土配合比設計

馮曉科，徐寶華

（北京住總實業(yè)投資控股有限公司，北京住總商品混凝土中心，北京 100101）

LC60輕骨料混凝土配合比設計

馮曉科，徐寶華

（北京住總實業(yè)投資控股有限公司，北京住總商品混凝土中心，北京 100101）

本文以 LC60 輕骨料混凝土為目標，根據(jù)絕對體積法，采用多級配粗、細集料最緊密堆積，提高輕骨料混凝土中水泥石與輕集料的粘接強度；利用硅粉的內摻替代部分水泥以及玻璃微珠替代部分輕集料，有效地改善了混凝土的孔隙結構，降低高強度混凝土的粘性，增加混凝土的流動性，有利于混凝土的強度、耐久性與施工性。同時利用外加劑與摻合料“雙摻”技術，盡可能降低水膠比，提高混凝土的強度，設計出強度大于 60MPa 的輕骨料混凝土，從而達到輕質高強的目的。最終確定的輕骨料混凝土配合比設計，實際干表觀密度為 1640kg/m3，28 天強度達到 67.6MPa，實現(xiàn)了輕質高強的設計目標。

配合比設計；緊密堆積；輕骨料混凝土；輕質高強；多級配

0 引言

混凝土是土木工程中最廣泛使用的建筑材料。近年來，隨著建筑業(yè)的急速發(fā)展，超高層、大跨度、建筑節(jié)能等要求不斷提高。工程對材料的性能有了更高的要求，輕骨料混凝土也得到了很大的發(fā)展，高性能輕骨料混凝土與傳統(tǒng)混凝土相比，強度高、質量輕、而且耐久性好。在建造大跨度橋梁和超高層建筑時，結構自重會大幅度減輕，相應的鋼筋密度會減少，基礎荷載也會降低，因而其應用越來越廣泛。

利用輕骨料配制混凝土，其抗震性、抗裂性、耐久性、耐火性等一系列性能比普通混凝土都有所增強。單從經(jīng)濟性能角度看，盡管輕骨料自身的價格比普通砂石貴，導致輕骨料混凝土的單方造價高于同強度等級的普通混凝土。但是由于其減輕了結構自重，縮小斷面尺寸，增加使用面積，降低基礎荷載而具有顯著的綜合經(jīng)濟效益[1]。

基于輕骨料混凝土的一系列優(yōu)異性能，輕質高強混凝土具有廣闊的發(fā)展前景和應用價值，本文進行LC60輕骨料混凝土的配合比設計，旨在探索配制輕質高強混凝土的材料和方法。

1 原材料

（1）水泥：P·O42.5，比表面體積 325m2/kg，初凝時間 189min，終凝時間 238min，28 天抗壓強度52.4MPa。

（2）細骨料：陶砂，900 級，1h 吸水率為 3.5%。

（3）粗骨料：5～16mm 碎石，含泥量 0.5%，泥塊含量 0.1%。

（4）玻璃微珠：密度 600㎏/m3。

（5）摻合料：硅粉，活性指數(shù) 115%。

（6）外加劑：聚羧酸高性能減水劑，減水率32%。

（7）水：飲用水。

2 配合比設計

輕骨料混凝土配合比設計，關鍵在于確定膠凝材料用量、砂率和水膠比這三個最重要的設計參數(shù)。

2.1 設計試配強度

式中：

?cu,o——試配強度，MPa；

?cu,k——設計強度，MPa；

σ——輕骨料混凝土強度標準差，MPa。

2.2 設計參數(shù)的確定

2.2.1 膠凝材料用量的確定

依據(jù) JGJ 51—2002《輕骨料混凝土技術規(guī)程》行業(yè)標準中表 5.2.1 選取水泥用量[2]。當混凝土強度確定在69.9MPa 時，選定膠凝材料的用量為 B=540kg/m3。

2.2.2 水泥用量及摻合料用量的確定

硅粉摻入量：摻入適量硅粉，可以有效的提高混凝土的強度。根據(jù)前期試驗結果，硅粉摻量在 15% 時具有較好的效果。因此，確定硅粉的摻量為 15%，硅粉的用量為：

水泥用量的確定：

2.2.3 外加劑用量的確定

混凝土外加劑的摻入量：外加劑的使用能夠降低混凝土用水量，有利于混凝土達到設計強度。外加劑的摻量為 2.3%，用量為：

2.2.4 凈用水量的確定

當混凝土坍落度設計在 (160±20)mm 的時候，依據(jù) JGJ 51—2002《輕骨料混凝土技術規(guī)程》行業(yè)標準中表 5.2.3 與設計坍落度確定水的凈用量。

選取水的凈用量為 200kg/m3，由于外加劑的減水率為 32%，所以混凝土的凈用水量為：

2.2.5 粗細骨料用量的確定

基于緊密堆積理論，采用多級配，多粒徑的骨料，通過體積砂率的不同進行粗、細骨料的空隙率試驗，以最小空隙率配制混凝土。根據(jù)《輕骨料混凝土技術規(guī)程》中表 5.2.4 對 30%～45% 體積砂率進行最小空隙率試驗，見表 1。

表 1 不同體積砂率下的粗細骨料堆積下的空隙率 %

由表 1 中可以看出，體積砂率在 35% 時的骨料空隙率是最小的，在空隙率小的情況下，膠凝材料與水混合的漿體能夠充分的填充空隙，并且多出來的漿體起到增加混凝土的流動性和提高混凝土強度的作用。因此，確定混凝土體積砂率為 Sβ=35%。

計算細骨料總體積用量：

計算粗骨料總體積用量

式中：

Vg——每立方米混凝土的細骨料絕對體積，m3；

mc——每立方米混凝上的水泥用量，kg；

ρc——水泥的相對密度，可取 2.9～3.1g/cm3；

ρw——水的密度，可取 1.0g/cm3；

Vg——每立方米混凝土的輕粗骨料絕對體積，m3；

ρsi——細骨料密度，采用普通砂時，為砂的相對密度，可取=2.6；若采用輕砂時，為輕砂的顆粒表觀密度，g/cm3。

輕骨料混凝土設計中，利用陶砂能夠降低細骨料的總質量；玻璃微珠粒徑較小，可以起到填充空隙的作用，達到內部密實，同時使得輕骨料混凝土的包裹性良好。但是由于玻璃微珠的加入會使得混凝土的比強度降低[3]，所以在達到設計密度等級的時候需要控制玻璃微珠的用量，經(jīng)過前期試驗，選取每立方米玻璃微珠用量60kg。

則玻璃微珠的絕對體積為：

陶砂的絕對體積為：

為了達到輕骨料混凝土的高強度，單一的使用輕粗骨料難以實現(xiàn)，因為輕粗骨料的筒壓強度有限，使用到混凝土中，起骨架作用的粗骨料如果先被破壞，混凝土的強度將直接受到影響，因此，在使用輕質陶粒的同時，摻入了少量的山碎石，提高混凝土的抗壓強度。粗骨料各組分計算如下：

碎石的絕對體積占粗骨料體積的 10%，體積為：

陶粒的絕對體積占粗骨料體積的 90%，體積為：

以上各骨料的絕對體積已經(jīng)得出，根據(jù)各個材料的表觀密度計算其重量：

式中：

ρs1——玻璃微珠表觀密度，kg/m3；

ρs2——淘砂的表觀密度，kg/m3；

ρg1——碎石的表觀密度，kg/m3；

ρg2——陶粒的表觀密度，kg/m3。

計算所得的干表觀密度為：

與設計要求的 1600kg/m3誤差為 1.5%，因此不必調整和重新計算配合比。初步確定輕骨料混凝土配合比見表 2。

表 2 初步確定配合比 kg/m3

3 配合比的調整

（1）依據(jù) JGJ 51—2002，通過試配對初步計算確定的輕骨料混凝土配合比進行調整，分別調整±10% 的膠凝材料用量，±1% 的體積砂率，調整見表 3。

對表 3 中的 3 個系列配合比進行試拌，測得其新拌出機性能及 28d 強度見表 4。

根據(jù)強度與水膠比關系曲線繪制圖表，選擇水膠比介于序號 1 和 3 之間作為最終的輕骨料混凝土配合比，水膠比為 0.24。

（2）通過以上試驗選擇調整后的配合比，確定LC60 配合比為見表 5。

使用表 5 的混凝土配合比進行試拌，測得拌合物出機性能：實測濕表觀密度 1635kg/m3，實測拌合物坍落度180mm。

進行重量校正，η=1，確定最終配合比見表 6。

表 3 調整配合比 kg/m3

表 4 混凝土出機狀態(tài)

圖 1 強度—水膠比關系曲線圖

表 5 確定配合比 kg/m3

表 6 確定最終配合比 kg/m3

實測混凝土的干表觀密度為 1640kg/m3，28d 強度為 67.6MPa。

4 結語

（1）通過配合比設計、調整，配制出干表觀密度1640kg/m3，強度等級為 LC60 輕骨料高強混凝土，28天強度達到 67.6MPa。

（2）在輕骨料混凝土配合比設計中利用緊密堆積理論，采用多級配骨料設計，降低輕骨料混凝土中骨料的空隙率，體積砂率為 35% 時，試驗骨料的空隙率最低，使得膠凝材料漿體能夠充分發(fā)揮作用。

（3）輕骨料混凝土具有與普通混凝土相似的力學性能，而且有自重輕、保溫隔熱性能好等特點，還可以利用各種廢料，符合節(jié)能和環(huán)保要求，在建筑結構中具有較為廣闊的應用前景[4]。

[1] 韓志芳．輕骨料混凝土的工程應用價值及前景展望[J]．科技向導，2014(03)∶ 224．

[2] JGJ 51—2002．輕骨料混凝土技術規(guī)程[S]．

[3] 陳雪梅，嚴云，張旭．高強再生輕骨料和玻璃微珠配制輕質高強混凝土的研究[J]．混凝土與水泥制品，2012(10)∶ 7-10．

[4] 徐有鄰．混凝土結構理論發(fā)展及規(guī)范修訂的建議[J].建筑結構學報，2007,28(1)∶ 1-6．

［通訊地址］北京市朝陽區(qū)十里堡北里 1 號恒泰大廈 A座九層（100025）

馮曉科（1973—），男，高級工程師，碩士，主要從事建筑工業(yè)產(chǎn)業(yè)化及混凝土方向的管理和研究。