LC7.5輕質(zhì)陶粒混凝土的配制與性能研究

劉平 ，葛婷 ，王小亮 、3

（1.云南省建設(shè)投資控股集團(tuán)有限公司市政總承包部 云南 昆明 650501 2.云南建投綠色高性能混凝土股份有限公司 云南 昭通 657000 3.云南省高性能混凝土工程研究中心 云南 昆明 650501）

0 引言

現(xiàn)代建筑技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是高層建筑和大跨度建筑的不斷建成，對(duì)混凝土性能的要求越來(lái)越高。混凝土除了滿足結(jié)構(gòu)安全的需要以外，一些功能性特性變得日益重要，如裝飾性、保溫隔熱性能、抗凍性、耐火性等。和普通混凝土相比，陶粒混凝土因其骨料采用的是在高溫下燒結(jié)而成的輕質(zhì)人造骨料，具有自重輕、相對(duì)強(qiáng)度較高，同時(shí)具有優(yōu)良的保溫隔熱性能被廣泛的應(yīng)用在非承重結(jié)構(gòu)中[1～3]。

陶?；炷磷鳛橐环N輕質(zhì)混凝土，內(nèi)部具有較大的孔隙率，常用在建筑外墻、屋頂?shù)炔课挥米鞅馗魺岵牧?，具有?jié)約能源的作用。陶粒的孔結(jié)構(gòu)是陶粒混凝土另外一個(gè)效應(yīng)，即“微泵”效應(yīng)的主要原因，能進(jìn)一步提高混凝土的抗?jié)B性，同時(shí)陶?；炷量捎行У亟档突炷翂A骨料反應(yīng)的發(fā)生，具有較高的耐久性能[4]。本文采用300級(jí)粘土陶粒作為粗骨料，根據(jù)輕骨料混凝土技術(shù)規(guī)程進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)配制LC7.5輕骨料混凝土，主要用于建筑物的屋頂部位，通過(guò)測(cè)試混凝土的力學(xué)性能、保溫隔熱性能來(lái)表征透水混凝土性能的優(yōu)劣，為輕骨料混凝土的工程應(yīng)用提供指導(dǎo)。

1 原材料

（1） 水泥：水泥選用玉珠水泥廠生產(chǎn)的普通硅酸鹽水泥，其各項(xiàng)性能指標(biāo)見表1所示。

表1 水泥性能指標(biāo)

（2） 粉煤灰：選用昆明漢化貿(mào)易有限責(zé)任公司生產(chǎn)的F類Ⅱ級(jí)粉煤灰，其性能指標(biāo)表2所示。

表2 粉煤灰性能指標(biāo)

（3） 粗骨料：采用300級(jí)粘土陶粒，其各項(xiàng)性能指標(biāo)見表3所示。

表3 陶粒性能試驗(yàn)結(jié)果

（4） 細(xì)骨料：采用細(xì)度模數(shù)為2.6的連續(xù)級(jí)配機(jī)制砂，表觀密度為2 620kg/m3，緊密堆積密度為1 630kg/m3。

2 配合比設(shè)計(jì)

2.1 初始配合比計(jì)算

LC7.5輕骨料混凝土的配合比設(shè)計(jì)參考JGJ51-2002《輕骨料混凝土技術(shù)規(guī)程》中的規(guī)定進(jìn)行計(jì)算，具體計(jì)算步驟如下：

（1） 混凝土的試配強(qiáng)度f(wàn)cu,o:

（2） 混凝土用輕骨料為近似圓球型，表觀密度為795kg/m3，試配強(qiáng)度為14.08MPa，選用水泥用量為mc=300kg。

（3） 砂率的選擇：混凝土為普通砂配制的現(xiàn)澆混凝土，選取砂率為Sp=35%。

（4） 凈用水量：選取凈用水量mwn=200kg，采用絕對(duì)體積法計(jì)算每立方米混凝土的粗細(xì)骨料用量：

式中：

VS―每立方米混凝土中的細(xì)骨料絕對(duì)體積（m3）;

Va―每立方米混凝土中的輕粗骨料絕對(duì)體積（m3）;

ρa(bǔ)b―輕粗骨料的顆粒表觀密度（kg/m3）。

其中 mwn=200kg，Sp=35%，mc=300kg，ρc=3.1g/cm3，ρw=1.0g/cm3，ρs=2.6g/cm3。

根據(jù)上述公式計(jì)算得到ms=637kg，ma=360kg。

（5） 粗骨料為預(yù)濕，細(xì)骨料為普通砂，則附加水量為0，減水劑摻量為1.8%，減水率為25%，則實(shí)際用水mw=150kg；粉煤灰取代率為25%，則實(shí)際水泥用量mc0=225kg，粉煤灰用量mf=75kg。

通過(guò)上述計(jì)算得到LC7.5輕骨料混凝土的初步配合比見表4所示。

表4 LC7.5輕骨料混凝土配合比

2.2 配合比調(diào)整

經(jīng)上述計(jì)算得到的混凝土初始配合比容重為1 447kg/m3，根據(jù)規(guī)范計(jì)算混凝土的干表觀密度ρcd=1.15×mc+ma+ms=1.15×300+637+360=1 342kg/m3，根據(jù)工程技術(shù)要求，輕骨料混凝土的干表觀密度需小于1 200kg/m3，上述配合比無(wú)法滿足要求，應(yīng)根據(jù)要求進(jìn)行配合比的調(diào)整。

混凝土的調(diào)整采用保持水膠比、膠凝材料用量不變的原則，通過(guò)減少砂和輕骨料的用量來(lái)滿足對(duì)表觀密度的要求。表5所示為經(jīng)過(guò)調(diào)整后干表觀密度滿足要求的三個(gè)不同配合比。

表5 調(diào)整后輕骨料混凝土配合比

3 試驗(yàn)結(jié)果分析與討論

3.1力學(xué)性能

LC7.5輕骨料混凝土的28d抗壓強(qiáng)度要求≥7.5MPa，且要求干表觀密度小于1 200kg/m3，這兩個(gè)互相矛盾的技術(shù)要求使得混凝土的配制具有一定的難度。表6所示為三個(gè)滿足表觀密度要求的配合比的早期和28d抗壓強(qiáng)度。

表6 LC7.5輕骨料混凝土抗壓強(qiáng)度

由表6的數(shù)據(jù)可知，當(dāng)采用初始配合比配制輕骨料混凝土?xí)r，混凝土的3d抗壓強(qiáng)度達(dá)到11.5MPa，28d抗壓強(qiáng)度高達(dá)13.4MPa，但是由于混凝土中的輕粗骨料和機(jī)制砂的用量較大，混凝土的干表觀密度為1 272kg/m3，不符合工程技術(shù)要求。通過(guò)對(duì)初始配合比進(jìn)行調(diào)整之后，減少機(jī)制砂和輕粗骨料的用量之后，混凝土的干表觀密度符合工程技術(shù)要求，但是抗壓強(qiáng)度有所下降，隨著陶粒用量的增加，3d和28d抗壓強(qiáng)度均呈下降趨勢(shì)，其中采用第二個(gè)調(diào)整的配合比時(shí)，其28d抗壓強(qiáng)度最低，為8.6MPa，仍符合強(qiáng)度等級(jí)的要求。

對(duì)于輕骨料混凝土而言，輕骨料性能的高低很大程度上決定了混凝土力學(xué)性能的高低，在輕骨料混凝土的配制過(guò)程中，選用輕質(zhì)高強(qiáng)的骨料是配制符合技術(shù)要求混凝土的關(guān)鍵。

3.2 保溫隔熱性能

輕骨料混凝土的保溫隔熱性能采用導(dǎo)熱系數(shù)來(lái)表征，試驗(yàn)以三塊為一組，采用同一個(gè)配合比的試塊，各試塊之間的表觀密度差均小于5%。根據(jù)輕骨料混凝土技術(shù)規(guī)程中規(guī)定的測(cè)試方法進(jìn)行測(cè)試。表7所示為各齡期混凝土的質(zhì)量和含水率試驗(yàn)數(shù)據(jù)，圖1所示為各配合比混凝土不同齡期的導(dǎo)熱系數(shù)變化曲線。

表7 各齡期質(zhì)量和含水率

圖1 各齡期陶粒混凝土導(dǎo)熱系數(shù)

由圖1可以看出，隨著齡期的增加，陶?；炷恋膶?dǎo)熱系數(shù)呈降低趨勢(shì)，即齡期越大，保溫隔熱效果越好。結(jié)合表7中的含水率數(shù)據(jù)可知，同一配合比，含水率越大，導(dǎo)熱系數(shù)越大，保溫隔熱性能越差。混凝土中的含水對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)的影響較大，這是因?yàn)樗谋葻崛葺^大，吸熱量和放熱量高，在混凝土中起到熱量傳遞的介質(zhì)作用，降低了混凝土的保溫隔熱性能；隨著齡期的不斷增加，混凝土中的水分不斷蒸發(fā)，其導(dǎo)熱系數(shù)隨之降低。綜合各配合比混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)來(lái)看，其導(dǎo)熱系數(shù)均在0.4W/（m·K）以下，是一種優(yōu)良的保溫材料。

3.3 吸水率和軟化系數(shù)

陶粒中存在大量的孔隙，在潮濕環(huán)境中極易吸水，導(dǎo)致混凝土的物力力學(xué)性能發(fā)生較大的變化。圖2所示為采用調(diào)整后的配合比混凝土的吸水率和軟化系數(shù)變化曲線。

圖2 陶?；炷淋浕禂?shù)和吸水率曲線

從圖2軟化系數(shù)的曲線可以看出，采用配合比LC-1配制的陶?；炷淋浕禂?shù)最大，這表明該配合比混凝土在飽水后力學(xué)性能下降幅度較小，整體防水能力較好。從吸水率變化曲線可以看出采用配合比LC-2配制的混凝土吸水率最大，軟化系數(shù)最小，初始配合比的吸水率最小，LC-2混凝土在吸水后力學(xué)性能下降幅度較大，防水能力較差。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，陶?；炷恋呐浜媳葏?shù)對(duì)吸水率和軟化系數(shù)的影響較大，在潮濕環(huán)境中，混凝土吸水后造成的力學(xué)性能和防水性能的下降對(duì)結(jié)構(gòu)的使用功能和安全造成很大的影響。在混凝土的工程應(yīng)用過(guò)程中，應(yīng)綜合考慮力學(xué)性能、熱學(xué)性能和吸水性能，選取最優(yōu)配合比進(jìn)行生產(chǎn)是保證陶?；炷临|(zhì)量的重要技術(shù)措施。

4 結(jié)論

（1） 陶?；炷恋呐浜媳仍O(shè)計(jì)中，陶粒的物理力學(xué)性能是影響混凝土性能的關(guān)鍵因素，采用本文陶粒配制的混凝土在滿足表觀密度≤1 200kg/m3的要求時(shí)，陶粒用量為315kg/m3時(shí)混凝土的綜合性能最佳。

（2）陶粒混凝土的力學(xué)性能、保溫隔熱性能和吸水性能試驗(yàn)結(jié)果表明：采用LC-1配合比配制的混凝土各項(xiàng)性能最佳，混凝土的干表觀密度為1 175kg/m3，3d抗壓強(qiáng)度達(dá)到9.1MPa，28d抗壓強(qiáng)度達(dá)到11.3MPa，保溫隔熱性能和防水能力良好。