輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土設(shè)計心得

（哈爾濱學(xué)院 黑龍江·哈爾濱 150086）

輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土中骨料之間、骨料與漿體之間的密度差較大，新拌混凝土的流動性較高時易出現(xiàn)輕骨料上浮、普通骨料下沉等不均質(zhì)現(xiàn)象，導(dǎo)致混凝土勻質(zhì)性變差，進(jìn)而影響硬化混凝土的力學(xué)性能。因此，協(xié)調(diào)密度和強(qiáng)度、流動性和勻質(zhì)性之間的關(guān)系是配制輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土的關(guān)鍵技術(shù)，分析其原材料對混凝土的影響不斷優(yōu)化改善混凝土配合比設(shè)計。根據(jù)吳中偉院士提出的“綠色高性能混凝土”的理念。在符合可持續(xù)發(fā)展的原則，滿足當(dāng)代人的需求，又不危機(jī)后代人的生存與發(fā)展。

1 配置原則

1.1 輕質(zhì)

在混凝土的基本組分中，骨料所占的比例最大，首先考慮選擇使用高強(qiáng)輕骨料，其次考慮使用較輕質(zhì)的膠凝材料，礦物摻合料代替部分水泥，在滿足高抗壓強(qiáng)度要求的同時，還能夠降低漿體的密度，發(fā)揮礦物摻合料的火山灰效應(yīng)、填充效應(yīng)和二次水化作用，同時還能夠提高混凝土拌合物的粘聚性和勻質(zhì)性。

1.2 高強(qiáng)

由骨料性能、硬化水泥漿體性能及骨料與水泥石界面過渡區(qū)性能共同決定。輕骨料混凝土的受壓破壞形式與普通混凝土不同，往往是輕骨料首先發(fā)生破壞，因此配制輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土?xí)r應(yīng)著重考慮骨料與硬化水泥漿體之間強(qiáng)度的協(xié)調(diào)發(fā)展。從漿體角度，選擇硬化后強(qiáng)度較高的膠凝材料，在滿足工作性前提下，盡可能降低水膠比；從骨料角度，減小骨料自身缺陷，適宜的最大粒徑，優(yōu)化級配，降低基體空隙率，以提高混凝土強(qiáng)度。

2 原材料選擇方面

2.1 膠凝材料

膠凝材料的選用方面極為重要，制備高性能綠色混凝土?xí)r不僅要追求高強(qiáng)度還需要耐久性，力學(xué)性能和工作性能所以必須對原材料合理匹配，進(jìn)而我們選用P·O52.5普通硅酸鹽水泥，硅灰選用二氧化硅含量≥95%，還有I級粉煤灰和S95級礦渣粉復(fù)配作為膠凝材料；水泥28天抗壓強(qiáng)度59.5MPa。

2.2 骨料

為得到更高強(qiáng)度及好的耐久性，力學(xué)性能和工作性能的前提下獲得更低的體積密度這一設(shè)計目標(biāo)，參照 GB-T 17431.1-2010《輕集料及其試驗(yàn)方法》第1部分輕集料的有關(guān)規(guī)定，選用5-20mm連續(xù)級配碎石型陶粒；對陶砂進(jìn)行篩分，使其細(xì)度模數(shù)和級配情況為II區(qū)中砂。

2.3 外加劑

在外加劑的選用上要充分考慮綠色環(huán)保及經(jīng)濟(jì)效益，外加劑可以算點(diǎn)睛之筆所以選用聚羧酸高性能減水劑（粉劑），減水率30%，以保證混凝土拌合物具有良好的流動性、粘聚性、保水性和勻質(zhì)性，并且，硬化混凝土具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和較好的力學(xué)性能。

2.4 用水的選擇

在用水方面的選擇，一般采用飲用水作為拌合用水，嚴(yán)格控制用水量，在經(jīng)過反復(fù)計算得出最佳用水量。

3 配合比計算方面

在配合比計算方面需要十分嚴(yán)謹(jǐn)，參照J(rèn)GJ55《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》、JGJ51-2002《輕骨料混凝土技術(shù)規(guī)程》和JGJ/T281-2012《高強(qiáng)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》的相關(guān)規(guī)定，進(jìn)行混凝土設(shè)計。在確定初步配合比方面首先利用公式：fcu,0≥1.15 fcu,k計算出配制強(qiáng)度，在參照參考JGJ/T281-2012《高強(qiáng)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》中表6.0.3，考慮到設(shè)計輕骨料高強(qiáng)混凝土應(yīng)選用的水膠比。

根據(jù)混凝土配制強(qiáng)度及頁巖碎石狀陶粒密度等級、頁巖碎石狀陶沙密度等級這三個主要因素，以及根據(jù)2018參加黑龍江省輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土比賽數(shù)據(jù)及眾多文獻(xiàn)初步選擇膠凝材料總用量。

要在保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的前提下達(dá)到便于施工和經(jīng)濟(jì)節(jié)約及綠色環(huán)保，所以在膠凝材料組成選擇中充分考慮利用工業(yè)廢渣粉煤灰、礦渣粉、硅灰，基于粉煤灰、礦渣粉可以提高混凝土的工作性，同時增加混凝土密實(shí)程度，改善耐久性，以及不同齡期對混凝土強(qiáng)度增長率的貢獻(xiàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)及資料選取粉煤灰和礦渣粉占膠凝材料用量；考慮到上述兩種摻合料對混凝土總體摻和強(qiáng)度會有影響，加入硅灰可以有效提高混凝土強(qiáng)度同時也會提高混凝土耐久性，但加入過量硅灰會影響到混凝土工作效應(yīng)同時考慮經(jīng)濟(jì)性能，所以得出數(shù)據(jù)，最后就是用水量的選擇，砂率的選擇以及粗細(xì)骨料用量的確定，進(jìn)而得到實(shí)驗(yàn)室配合比，按照要求進(jìn)行混凝土試拌，試驗(yàn)前對陶粒、陶砂分別進(jìn)行1h預(yù)濕處理并擦至飽和面干。拌合后，測得新拌混凝土坍落度，坍落擴(kuò)展度，以及混凝土和易性、粘聚性、保水性、勻質(zhì)性。得到的實(shí)驗(yàn)室試配方案。

4 最終配合比確定

116-1組強(qiáng)度不足 116-3組容重大、造價高，所以采用116-2組混凝土配合比作為最終配合比。116-2組拌合后，測得新拌混凝土坍落度235mm，坍落擴(kuò)展度660mm，28天強(qiáng)度74.4MPa，混凝土和易性、粘聚性、保水性、勻質(zhì)性均良好。

5 經(jīng)濟(jì)性分析方面

本次實(shí)驗(yàn)配比中所涉及的設(shè)計原理及相關(guān)公式是經(jīng)過嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真地查詢最新規(guī)范與相關(guān)混凝土報告，得出相應(yīng)的結(jié)論。對普通混凝土的設(shè)計部分應(yīng)用，計算后加以修正調(diào)整。對一些經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，通過查詢工程實(shí)例已經(jīng)相關(guān)工程師的經(jīng)驗(yàn)所得。

減少水泥用量：由于高強(qiáng)度混凝土的水灰比低，導(dǎo)致水泥用量相對較多，砂率也偏小，因而其中水泥有相當(dāng)一部分僅起微細(xì)填料作用。這樣對水泥的應(yīng)用是一種浪費(fèi)，而且會增加成本。所以采用礦渣粉，粉煤灰等替代

摻入減水劑：本設(shè)計書中在混凝土中摻入高效減水劑中的聚羧酸減水劑，減水率：可達(dá)30%。這樣能改善混凝土拌合物的和易性，提高混凝土強(qiáng)度，大大節(jié)約了水泥用量，提高經(jīng)濟(jì)效益。

6 結(jié)語

輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土的配制技術(shù)要求較嚴(yán)格，對各種原材料質(zhì)量和用量均有較嚴(yán)格要求。要想獲得優(yōu)質(zhì)的高強(qiáng)綠色混凝土，首先必須對原材料進(jìn)行優(yōu)選，除了要求有良好的性能指標(biāo)外，還必須質(zhì)量穩(wěn)定。其次，一些在普通情況下不太敏感的因素，在低水灰比的情況下會變得相當(dāng)敏感，這就要求在配合比設(shè)計時必須對各種原材料及外加劑的用量應(yīng)合理選取、仔細(xì)計算。最后，設(shè)計結(jié)果一定要進(jìn)行試拌驗(yàn)證，確保在實(shí)際施工時拌和物的工作性滿足實(shí)際要求。我們在參考大量文獻(xiàn)，琮合其合理性的基礎(chǔ)上，認(rèn)真選擇相應(yīng)系數(shù)以及參考公式，力求使方案做到盡善盡美。