輕骨料混凝土在建筑工程中的應(yīng)用策略

郭星星

（長(zhǎng)治職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 長(zhǎng)治 046000）

建筑業(yè)是全球范圍內(nèi)對(duì)人類生存和生活有著突出貢獻(xiàn)的產(chǎn)業(yè)之一。然而，建筑業(yè)會(huì)消耗大量的自然資源和傳統(tǒng)能源，因此，被認(rèn)為是導(dǎo)致環(huán)境退化的主要原因之一。數(shù)據(jù)顯示，溫室氣體的6 個(gè)主要排放國(guó)總量占全球的62%，分別是中國(guó)（26%）、美國(guó)（13%）、歐盟（超過(guò)8%）、印度（7%）、俄羅斯聯(lián)邦（5%）和日本（近3%）。到2035 年，中國(guó)的能源消費(fèi)量預(yù)計(jì)將占世界能源消費(fèi)量的23%左右?？梢?jiàn)，對(duì)于建筑環(huán)境（不符合現(xiàn)有能源法規(guī)）的修復(fù)和改造顯得尤為重要。為避免對(duì)不符合現(xiàn)有能源法規(guī)的建筑物進(jìn)行高成本的綠色改造，亟需采取有效措施以滿足建筑能源法規(guī)的要求。由于輕骨料混凝土的基礎(chǔ)材料簡(jiǎn)單、易得，而且對(duì)環(huán)境沒(méi)有危害性，因此，它被視為建筑工程領(lǐng)域的一種綠色耗材，探究其在建筑工程領(lǐng)域的應(yīng)用，對(duì)于環(huán)境保護(hù)、減少對(duì)資源的破壞具有積極的意義。

1 輕骨料混凝土概述

輕骨料混凝土指的是含有輕集料的混凝土，表觀密度通常低于1 950kg/m3，而普通混凝土最大的缺點(diǎn)是密度高，約為2 400～2 500kg/m3。因此，在世界范圍內(nèi)，普通混凝土在建筑業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)越少。在軟土和高層結(jié)構(gòu)建設(shè)條件下，建筑結(jié)構(gòu)的整體重量是地基和其他結(jié)構(gòu)元件設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮的一個(gè)重要因素。

輕骨料混凝土是減輕普通混凝土單位重量和生產(chǎn)抗震結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)材料。普通混凝土由水泥和天然骨料制成，其抗壓強(qiáng)度約為55～62N/mm2，遠(yuǎn)超大多數(shù)結(jié)構(gòu)應(yīng)用過(guò)程中所需的強(qiáng)度。因此，需要通過(guò)制造可以滿足大多數(shù)結(jié)構(gòu)應(yīng)用所需特性的輕質(zhì)混凝土來(lái)減輕混凝土的強(qiáng)度和重量。然而，開(kāi)發(fā)輕質(zhì)結(jié)構(gòu)混凝土相對(duì)復(fù)雜，用較少的材料來(lái)滿足所需的參數(shù)并不容易。以結(jié)構(gòu)元件為基礎(chǔ)的輕質(zhì)混凝土的強(qiáng)度重量比可以充分滿足各個(gè)結(jié)構(gòu)元件的強(qiáng)度要求。輕骨料混凝土略高的成本通過(guò)減小結(jié)構(gòu)元件的尺寸來(lái)抵消，進(jìn)一步降低了整體價(jià)格。

目前，結(jié)構(gòu)性輕骨料混凝土被用于橋梁和高層建筑等大型結(jié)構(gòu)，輕骨料混凝土在建筑工程中的大規(guī)模使用有效提高了經(jīng)濟(jì)效益，并且由于輕質(zhì)材料性能和低導(dǎo)熱性，施工速度更快，有助于節(jié)約能源。粉煤灰、礦渣、熟料、橡膠和再生塑料等工業(yè)廢棄物都可用于制造輕質(zhì)混凝土。目前的建筑工程領(lǐng)域中，輕質(zhì)混凝土的應(yīng)用范圍更加廣泛。同時(shí)，輕質(zhì)混凝土生產(chǎn)中使用各種輕骨料和廢料作為細(xì)骨料和粗骨料的部分替代品，這可能會(huì)對(duì)混凝土多種性能產(chǎn)生影響，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中要對(duì)其做重點(diǎn)分析。

2 輕骨料混凝土在建筑工程應(yīng)用中存在的問(wèn)題

國(guó)外對(duì)于輕骨料混凝土在建筑工程中，尤其是橋梁工程中的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)非常成熟，但我國(guó)建筑行業(yè)對(duì)該材料的研究卻較少，無(wú)論是從生產(chǎn)規(guī)模還是應(yīng)用研究水平來(lái)看，都與發(fā)達(dá)國(guó)家有較大差距。目前，輕骨料混凝土在建筑工程應(yīng)用中存在的問(wèn)題主要有以下幾個(gè)方面。

2.1 強(qiáng)度問(wèn)題

輕骨料混凝土在達(dá)到一定強(qiáng)度后，如果繼續(xù)增加水泥用量，輕骨料混凝土強(qiáng)度并不會(huì)明顯提高。同時(shí)，不同于輕骨料混凝土中水泥石的強(qiáng)度，其他配料的強(qiáng)度較低，這對(duì)輕骨料混凝土強(qiáng)度提升有一定的限制作用。總而言之，輕骨料混凝土強(qiáng)度無(wú)法與普通混凝土抗衡。

2.2 收縮和徐變

輕骨料含水率會(huì)對(duì)輕骨料混凝土收縮發(fā)展速度產(chǎn)生直接影響，對(duì)徐變的影響相對(duì)較小。如果輕骨料混凝土含水率較高，其早期收縮會(huì)比同強(qiáng)度普通混凝土小，可是最終收縮卻要高于普通混凝土。如果輕骨料混凝土含水量較低，那么其收縮將會(huì)高于普通混凝土。輕骨料混凝土徐變會(huì)隨著混凝土強(qiáng)度的提高而減小，徐變系數(shù)要低于普通混凝土，可是因?yàn)檩p骨料混凝土彈性模量要比普通混凝土低，徐變應(yīng)力依然可能高于普通混凝土。水灰比為0.32～0.43、強(qiáng)度為L(zhǎng)C60～LC90 的輕骨料混凝土彈性模量通常會(huì)低于相同強(qiáng)度普通混凝土的20%～30%。因?yàn)榈蛷椥阅Ａ繒?huì)形成較大彈性應(yīng)變，輕骨料混凝土荷載下總變形要高于普通混凝土，過(guò)大的收縮通常會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)物開(kāi)裂。橋梁結(jié)構(gòu)中通常使用預(yù)應(yīng)力，強(qiáng)度高的輕骨料混凝土收縮徐變會(huì)導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力的損失，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的影響較大，這類問(wèn)題迫切需要解決。

2.3 吸水問(wèn)題

利用人造輕骨料工藝生產(chǎn)的陶?？紫督Y(jié)構(gòu)一般較差，不僅球狀孔的直徑較大，而且開(kāi)孔率相對(duì)較高，分布也不均勻，裂縫缺陷多且吸水率大。這類吸水率較高的陶粒不能滿足現(xiàn)代泵送混凝土施工需要，因其施工前要泡水飽和預(yù)濕，施工難度很大，所以，我們需要生產(chǎn)一種吸水率更低、施工時(shí)無(wú)需預(yù)濕的人造輕骨料，也就是低吸水率和高強(qiáng)度的輕骨料。

2.4 泵送施工

目前，LC40～LC60 等強(qiáng)度高的輕骨料混凝土已經(jīng)在建筑工程中被廣泛應(yīng)用，但輕骨料混凝土中的凝膠材料和骨料易離析，并影響泵送施工的問(wèn)題沒(méi)有得到根本解決。泵送施工時(shí)，在壓力作用下，部分水泥漿中的水會(huì)滲入輕骨料中，影響輕骨料混凝土的工作性能。當(dāng)水分通過(guò)水泥漿進(jìn)入輕骨料時(shí)，混凝土的體積會(huì)有輕微的減小。因此，泵送輕骨料混凝土具有一定的可壓縮性，在泵壓狀態(tài)下表現(xiàn)出一定的塑性。當(dāng)泵壓增加時(shí)，混凝土中的空氣會(huì)被壓縮到輕骨料中，這是泵送輕骨料混凝土具備壓縮性的重要原因。但是，當(dāng)泵壓降低或消失時(shí)，輕骨料孔中的被壓縮空氣會(huì)擠出輕骨料中的水分，如果這種情況出現(xiàn)在泵管中，則會(huì)導(dǎo)致混凝土拌和物分泌水分，從而堵塞泵。

3 輕骨料混凝土在建筑工程中的應(yīng)用策略

3.1 提高輕骨料混凝土抗壓強(qiáng)度

輕骨料混凝土水膠比，粗骨料的筒壓強(qiáng)度、粒徑范圍、不同減水率4 個(gè)層面對(duì)輕骨料混凝土抗壓強(qiáng)度產(chǎn)生影響。

（1）輕骨料混凝土抗壓強(qiáng)度受水膠比的影響較大，強(qiáng)度隨著水膠比的提升而明顯降低，當(dāng)水膠比達(dá)到0.33 時(shí)，混凝土強(qiáng)度處于最優(yōu)狀態(tài)。

（2）最佳粗骨料粒徑范圍參數(shù)為5～15mm，使骨料孔隙率處于最低狀態(tài)，密實(shí)度較高，調(diào)整選用的配合比就可以配制出強(qiáng)度等級(jí)不同的混凝土，而且坍落度保持在180～200mm 的區(qū)間范圍內(nèi)，能夠充分滿足泵送要求。

（3）混凝土的破壞多是因?yàn)榇止橇蠌?qiáng)度和彈性模量比水泥機(jī)體小，導(dǎo)致了粗骨料斷裂，粗骨料筒壓強(qiáng)度對(duì)混凝土的強(qiáng)度會(huì)產(chǎn)生直接影響。適當(dāng)提高粗骨料筒壓強(qiáng)度，能夠最大化地提升輕骨料混凝土抗壓強(qiáng)度。

（4）相較于普通混凝土，輕骨料混凝土抗壓強(qiáng)度與水膠比的敏感度更高。使用聚羧酸減水劑可提升拌和物和易性，降低拌和物水膠比，提高混凝土抗壓強(qiáng)度，同時(shí)有助于泵送，充分滿足現(xiàn)代化施工要求。

3.2 降低輕骨料混凝土收縮與徐變

影響輕骨料混凝土收縮與徐變的因素是骨料吸水率和骨料相較于硬化水泥砂漿的剛度。水泥砂漿是混凝土收縮的重要組成部分，骨料通常會(huì)制約水泥砂漿的收縮，降低吸水率與高彈模骨料混凝土將會(huì)形成低的收縮與徐變。通常認(rèn)為，輕骨料混凝土的徐變與收縮要高于普通混凝土。一般而言，水泥品種和化學(xué)成分對(duì)混凝土的影響很小，而膨脹水泥可以最大化地降低混凝土收縮。水泥成分對(duì)混凝土自收縮影響要高于干燥收縮。水泥品種對(duì)混凝土徐變的影響主要集中在其對(duì)于混凝土加載時(shí)的強(qiáng)度影響。當(dāng)應(yīng)力、加載齡期和其他條件相近時(shí)，導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度快速增長(zhǎng)的水泥會(huì)造成較低的徐變。降低水灰比含水量也能夠影響水泥膠體和混凝土干燥收縮，在單位混凝土水泥含量相近的情況下，水灰比越大，收縮越大。在含水量一定的情況下，單位體積水泥用量越大，收縮越大。當(dāng)其他條件相近時(shí)，混凝土徐變會(huì)隨水灰比增加而不斷增加，可如果混凝土“初應(yīng)力/強(qiáng)度”的數(shù)值相同時(shí)，水灰比越小，徐變則會(huì)相應(yīng)地提升，這是因?yàn)榈退冶然炷料鄬?duì)初始強(qiáng)度發(fā)展速度要比高水灰比混凝土小。采用高壓蒸汽養(yǎng)護(hù)可保證水泥的水化溫度和濕度，提高混凝土強(qiáng)度和水泥凝膠體密度。所以，蒸汽養(yǎng)護(hù)和高壓養(yǎng)護(hù)都可以減少收縮，并有助于減少徐變。

3.3 加強(qiáng)輕骨料混凝土泵送施工

輕粗骨料要進(jìn)行24h 水中浸泡，在施工開(kāi)始前1h 將其從水中取出，然后自然堆積0.5h 后才能用于生產(chǎn)，使其保持表面潤(rùn)干狀態(tài)，此時(shí)才能進(jìn)行攪拌。用于攪拌陶?；炷恋南嚓P(guān)設(shè)備要固定，生產(chǎn)陶?；炷?xí)r，不能進(jìn)行其他混凝土的生產(chǎn)?；炷吝\(yùn)輸設(shè)備要固定裝運(yùn)，在陶?；炷列锻旰蟊仨毲逑?，待干凈后才能夠裝運(yùn)混凝土。同時(shí)，確?；炷翝仓F(xiàn)場(chǎng)不能斷車?，F(xiàn)場(chǎng)要對(duì)普通砂含水量進(jìn)行測(cè)定，嚴(yán)格掌控混凝土凈用水量，要先將減水劑與水混合以后才能放入混凝土拌合物中，泵送劑在攪拌之前要加入水泥、粗骨料、礦物摻合料等進(jìn)行2～3min 攪拌?；炷帘脝?dòng)后，要保證泵和運(yùn)送管中沒(méi)有異物，泵送之前要先進(jìn)行普通砂漿生產(chǎn)，使其濕潤(rùn)泵管?；炷猎诠捃囍锌焖贁嚢?0s 后卸入泵車?；炷帘密囋诒盟蜁r(shí)，排量應(yīng)控制在50%，泵壓7.9MPa，帶混凝土出泵，待泵送穩(wěn)定后，排量降低到30%，泵壓降低到5.0MPa，并連續(xù)泵送。陶粒混凝土泵送時(shí)，避免滿負(fù)荷吸料泵送，為管道預(yù)留空間，有助于陶粒通過(guò)。輕骨料混凝土入泵坍落度要控制在200mm，泵壓值如有異常，要立即反泵，然后再正泵，頻率保持3 次左右，不能反復(fù)多次地使用該手段排堵。輕骨料混凝土入模后要使用高頻振搗器快速振搗，不能反復(fù)振搗，這樣會(huì)導(dǎo)致陶粒上浮。待混凝土澆筑完成后，要立即用塑料薄膜予以覆蓋，二次收光工作需要掌握好混凝土初凝時(shí)間和收光速度。坍落度與擴(kuò)展度之間的比值要控制在0.4～0.5 區(qū)間內(nèi)，混凝土拌和物工作性良好，有助于泵送。坍落度與擴(kuò)展度之間的比值超過(guò)0.5，混凝土拌和物較為黏稠，不能進(jìn)行泵送。坍落度與擴(kuò)展度之間的比值低于0.4，混凝土拌和物容易分層離析，輕骨料容易漂浮到表面，砂漿則容易沉入拌和物底層。

4 結(jié)語(yǔ)

輕骨料混凝土具有抗震性能強(qiáng)、造價(jià)低、質(zhì)輕、耐火性能好、保溫隔熱等特點(diǎn)。輕骨料混凝土能充分滿足其強(qiáng)度和一般性能要求，同時(shí)又能減輕結(jié)構(gòu)物自重，因而在建筑工程中具有較高的應(yīng)用價(jià)值。隨著時(shí)代的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，相信在不久的將來(lái)，會(huì)有更多的輕質(zhì)、高強(qiáng)的建筑材料出現(xiàn)在混凝土領(lǐng)域，并得到更好的應(yīng)用和推廣。