唐付林，郭大鵬，王志彬

（東北林業(yè)大學土木工程學院，黑龍江哈爾濱　150040）

輕質干硬性混凝土在GLY預應力空心板中的應用

唐付林，郭大鵬，王志彬

（東北林業(yè)大學土木工程學院，黑龍江哈爾濱150040）

以輕質干硬性混凝土為突破口，研究開發(fā)了新型輕質GLY預應力空心板。進行輕質干硬性混凝土的配合比設計，并對輕質GLY預應力空心板的承載力進行試驗，同時對生產工藝以及生產過程中出現的常見問題和預防措施進行了系統(tǒng)分析。研究表明：輕質GLY預應力空心板具有同普通GLY預應力空心板相似的承載能力，同時又可減輕結構自重、降低建筑造價、隔聲保溫，滿足建筑結構輕質高強的發(fā)展趨勢，為輕質干硬性混凝土在承重結構中的應用提供了參考。

頁巖陶粒；輕質干硬性混凝土；GLY預應力空心板

用GLY預應力混凝土空心板成型機生產的預應力混凝土空心板被稱為GLY預應力空心板或者簡稱為GLY板。該套設備的研制，使我國擁有比美國SP空心板生產線更低成本的預應力空心板生產線，減輕對國外技術的依賴，同時還能生產出承載力高、適用跨度大的預應力空心板。而輕質干硬性混凝土在GLY預應力空心板中的應用，既是GLY系列產品的創(chuàng)新，也是建筑結構向著輕質、高強方向發(fā)展的趨勢導向。試驗表明：在相同狀態(tài)下，輕質GLY板具有和普通GLY板相似的承載能力和變形特性，更是基于其輕質性、保溫等，具有明顯的建筑綜合效益［1］。輕質GLY板采用混凝土強度等級為LC40～LC50、密度等級為1900的零塌落度細石混凝土，輕骨料可以選擇筒壓強度較高的頁巖陶?；蛘叻勖夯姨樟?。這種混凝土的含水量僅為水泥水化作用所需水量，具有比一般塑性混凝土較小的收縮和徐變值，同時由于陶粒的多孔性具有的蓄水功能，使其具有比普通混凝土更強的后期強度增長能力［2］。本文通過試驗開展了輕質GLY預應力空心板的研究，并對其中的相關常見質量問題和預防措施進行較系統(tǒng)的分析，也為輕質干硬性混凝土應用于承重結構積累了素材。

1　輕質干硬性混凝土配合比試驗

1.1指導思想

輕質干硬性混凝土的配合比設計既要滿足生產工藝需求，又要滿足結構經濟性指標，降低成本。輕質GLY空心板由GLY板成型機沖搗擠壓成型，不需模板和蒸汽養(yǎng)護，一次成型。因此，在給定砂、石條件下，找出適合輕質GLY空心板生產的混凝土配合比是重點，其原則是：

（1）調整骨料級配，使空隙最小；

（2）合理選取砂率，滿足輕質GLY空心板生產工藝需求；

（3）采用高效減水劑，提高混凝土性能，降低生產成本；

（4）摻入粉煤灰，提高混凝土性能，降低生產成本；

（5）依據經驗，調整配合比，使混凝土達到最理想狀態(tài)。

1.2原材料的檢測與選用

水泥：哈爾濱賓西“虎鼎牌”P·O42.5水泥，其物理力學性能見表1。

表1　水泥的物理力學性能

粗骨料：5～10 mm連續(xù)級配900級碎石型頁巖陶粒，筒壓強度為14.5 MPa。

細骨料：普通中砂，細度模數為2.8。

粉煤灰：哈爾濱雙達粉煤灰制品有限公司的Ⅱ級F類粉煤灰。

減水劑：聚羧酸鹽類高效減水劑（液體），減水率約為35%，摻量為1.2%。

1.3試配、確定配合比

依據JGJ 51—2002《輕骨料混凝土技術規(guī)程》并參考相關文獻［3］，采用松散體積法試配LC40輕質混凝土，得到最終配合比為：m（水泥）∶m（砂）∶m（頁巖陶粒）∶m（水）∶m（粉煤灰）∶m（外加劑）∶=420∶715∶681∶128∶47∶5.6?；炷恋闹饕W性能見表2，工作性良好的輕質干硬性混凝土照片見圖1。

表2　混凝土的主要力學性能

圖1　工作性良好的輕質干硬性混凝土

試驗過程中發(fā)現，干硬性輕骨料混凝土的強度及工作性主要受砂率、陶粒本身強度、水灰比、振搗等因素的影響。由于生產線工藝的需求，既要保證混凝土內部級配合理，又要保證維勃稠度的合理取值，防止塌邊、塌孔現象；保證在沖搗、擠壓、成型過程中產生水泥漿體，使混凝土密實，保證混凝土的強度、耐久性等［4］。

2　輕質GLY預應力空心板生產工藝及試驗結果

輕質GLY預應力空心板在長線臺座上生產（生產線一般為100～150 m），首先將預應力筋定位布置于臺面，按規(guī)定標準張拉，然后安放GLY板壓型機，由料斗保證供料，機器自動保持穩(wěn)定的前進速度。待板成型后，覆蓋養(yǎng)護一段時間，當混凝土強度達到設計強度的75%以上時，即可斷筋并進行切割，將空心板移出臺面。輕質GLY預應力空心板移至堆放場地后，應繼續(xù)養(yǎng)護，干燥。其生產工藝流程如圖2所示。

圖2　輕質GLY板的生產工藝流程

同時，分別制作了4塊相同配筋率、截面尺寸、不同跨度的輕質GLY預應力空心板和普通GLY預應力空心板，試驗設計方案見表3，其截面尺寸見圖3。

表3　GLY板試驗設計方案

圖3　GLY空心板截面及其尺寸（mm）

對以上8塊板在相同的條件下進行三分點受彎加載試驗，結果見表4。參照圖集07GS02《GLY預應力混凝土空心板》以及GB 50010—2010《混凝土結構設計規(guī)范》，該輕質GLY預應力空心板適用于環(huán)境類別為一類及二a類的工業(yè)與民用建筑，裂縫控制等級為二級。因此，需要驗證其開裂撓度是否能滿足規(guī)范l0/200的使用要求，開裂荷載是否符合圖集07GS02《GLY預應力混凝土空心板》要求，開裂撓度開裂彎矩試驗結果分別見表5、圖4。

表4　8塊板在相同條件下的三分點受彎加載試驗結果

表5　試驗構件的開裂撓度

圖4　試驗構件的開裂彎矩

由表4可知，由高強陶粒配制而成的干硬性混凝土能夠滿足GLY預應力空心板的需求，輕質GLY預應力空心板具有和普通GLY預應力空心板相似的承載能力，其開裂荷載比值的平均值為0.994，標準差為0.106，變異系數0.106；其破壞荷載比值的平均值為0.966，標準差為0.039，變異系數0.041。從承載力的角度來講，完全具備取代普通GLY預應力空心板的能力。

由表5可知，輕質GLY預應力空心板在開裂之前撓度較普通GLY預應力空心板略大，主要原因是輕質混凝土的彈性模量較普通混凝土低，但是能夠滿足規(guī)范使用要求，其與撓度限值的比值在0.34～0.43，具有較好的安全保障度。

由圖4可知，輕質GLY預應力空心板開裂彎矩較普通GLY預應力空心板略小，但是都能滿足荷載限值要求。因此，輕質GLY預應力空心板具有同普通GLY預應力空心板相似的承載能力和變形特性。

盡管由于陶粒的使用，使其單價高于普通GLY預應力空心板，但是，從整個建筑的角度來講，具有明顯的綜合效益，主要體現在：（1）生產工藝先進，減少施工人員，提高生產效率；（2）基于其自重較輕（約為20%），輕質GLY預應力空心板用途將更加廣泛［5］；（3）減少梁柱配筋以及混凝土用量，且跨度越大，作用越明顯；（4）隔熱、隔聲，有效提高建筑整體功能；（5）由于建筑整體質量的減輕，提高了建筑的抗震性能。

因此，不僅僅針對于GLY空心板，將輕質混凝土應用于其它建筑結構中，也同樣會具有可觀的綜合效益，而輕質GLY預應力空心板的研究，為此提供了參考素材。

3　混凝土及產品質量控制

3.1原材料控制

粗骨料選取5～10 mm連續(xù)級配的高強頁巖陶粒（筒壓強度大于6 MPa）；細骨料嚴格參照相關標準控制質量，取中砂為宜，由于GLY板成型機的特殊性，應該嚴格防止砂中大直徑石粒的出現。

3.2混凝土質量控制

根據GB 50164—2011《混凝土質量控制標準》，參照天氣情況以及砂石含水率，攪拌站及試驗人員須隨時觀察并調整用水量。由于陶粒的吸水性，混凝土的攪拌時間要比普通混凝土長，以便陶粒充分吸水并攪拌完全。待混凝土攪拌完畢，應立即運至壓型機料斗，防止因天氣原因導致的水分過快蒸發(fā)。由于高效減水劑的使用，成型后的輕質GLY預應力空心板嚴禁接觸流動水，應立即用養(yǎng)護薄膜覆蓋養(yǎng)護，防止人為踩踏。

4　輕質GLY預應力空心板常見質量問題及預防措施

4.1輕質GLY板表觀裂縫分析及預防

輕質GLY板表觀裂縫主要包含混凝土收縮裂縫和壓型機前進過程中由混凝土與機器之間摩擦導致的裂縫，且主要出現在2盤混凝土交接處。前者出現的原因主要包括：（1）陶粒級配不合理，砂中含泥量超標；（2）前后2盤混凝土工作性存在較大差異；（3）混凝土攪拌不充分，陶粒吸水不夠，GLY板成型后，陶粒繼續(xù)吸水導致水化反應不充分；（4）輕質GLY板成型后沒有及時覆蓋養(yǎng)護，造成早期失水過多；（5）天氣影響，特別是我國北方地區(qū)，空氣相對濕度較低，使混凝土表面失水加劇。后者出現的原因主要包含：（1）壓型機長時間未清理或者周邊生銹，導致混凝土與機器之間摩擦過大；（2）混凝土工作狀態(tài)較差，在擠壓成型過程中，漿體產生不充分，造成混凝土不密實，混凝土內部粘結力差。

預防措施：輕質GLY板表觀裂縫的成因往往很復雜，單靠某一方面的努力是不夠的，還需要在各個方面同時采取措施，才能保證產品質量?？梢詮膰栏窨刂圃牧腺|量、保證混凝土的工作性、嚴格執(zhí)行養(yǎng)護制度、規(guī)范現場作業(yè)管理等多個方面同時控制［6］。

4.2輕質GLY板混凝土不密實的分析及預防

輕質GLY板混凝土不密實主要原因有：（1）混凝土過干或攪拌時間不足，導致陶粒吸水不充分；（2）GLY板壓型機因調整不到位，導致行走速度過快、孔芯便宜或者振搗頻率不夠，水泥漿體產生不充分；（3）前后2盤混凝土工作性存在較大差異，導致交接處混凝土不密實；（4）混凝土下料不及時，或者未有人工輔助下料，導致下料不足，混凝土擠壓力不夠［7］。

預防措施：現場施工人員密切關注混凝土狀態(tài)，調整好機器，注意機器運轉過程中是否有異常情況，及時發(fā)現、及時解決。最重要的是加強技術人員的管理培訓，嚴格操作制度。

4.3輕質GLY板反拱過大分析及預防

輕質GLY板反拱過大的主要原因有：（1）放張時輕質混凝土強度過低；（2）設計時只考慮了輕質混凝土的抗壓強度是否達標，而沒有考慮到其彈性模量是低于一般普通混凝土的；（3）由于是現場作業(yè)，設備精度不夠，導致預應力鋼筋張拉力超過設計值；（4）輕質GLY板存放時間過長，反拱增大；（5）現場作業(yè)溫度差異變化對預應力鋼筋的影響［8-9］。

預防措施：（1）嚴格控制放張時間；（2）設計時考慮輕質混凝土的彈性模量低于普通混凝土彈性模量的情況；（3）對張拉預應力實行雙控制，即伸長率控制和油泵表盤控制；（4）選用合適張拉設備并校核；（5）縮短輕質GLY板存放時間；（6）考慮溫度變化對預應力鋼筋的影響，調整張拉力；（7）組織施工人員學習生產規(guī)程，規(guī)范施工制度。

5　結語

輕質GLY預應力板的開發(fā)是對傳統(tǒng)預制混凝土構件產品的創(chuàng)新突破，也是我國建筑結構向著輕質高強發(fā)展的一個響應。輕質GLY板生產對于原材料的要求很高，選用高強度陶粒對混凝土強度的提高有著至關重要的作用，在輕質GLY板的生產過程中務必嚴格執(zhí)行相關標準和工藝要求，確保質量。輕質GLY板綜合建筑效益的體現，表明了其發(fā)展前景，也為輕質混凝土應用于承重結構打下鋪墊，相信會有更多的高性能結構應用到建筑中。

［1］吳村，富恩久，高連玉.GLY高強大跨預應力空心板的生產與應用［J］.混凝土，2005（6）：95-98.

［2］劉陽杰.碎石型頁巖陶?；炷恋闹苽渑c性能研究［D］.南昌：南昌大學，2012.

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［4］王坤.干硬性混凝土在SP預應力空心板中應用［J］.材料與冶金學報，2010，9（4）：305-307.

［5］銀俊.輕骨料混凝土梁受力性能研究［D］.內蒙古：內蒙古科技大學，2010.

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［7］Müller Harald S，Haist Michael.Self-compacting lightweight concrete-technology and use［J］.Betonwerk und Fertigteil-Technik，2005，71（2）：126-127.

［8］徐金聲，薛立紅.預應力混凝土受彎構件長期反拱和撓度的合理估算方法［J］.建筑結構，2011，41（1）：95-102.

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Application of lightweight dry concrete in GLY prestressed hollow slab

TANG Fulin，GUO Dapeng，WANG Zhibin
（Institute of Civil Engineering，Northeast Forestry University，Harbin 150040，Heilongjiang，China）

According to the actual situation of China，the author，with lightweight dry concrete as the breakthrough point，researched and developed a new type of lightweight GLY prestressed hollow slab.The author designed the lightweight dry concrete mixture ratio，and tested the bearing capacity of lightweight GLY slab，at the same time，analyzed the production process of lightweight GLY slab，and the problem of production and the prevention measures.Research shows that：lightweight GLY slab is similar to normal GLY slab on capacity，and can reduce the structure weight，decrease construction's cost，has the features like sound insulation and heat preservation etc.Meet the lightweight-high strength development trend of building structure，provide a reference for the application of lightweight dry concrete in the load-bearing structure.

shale ceramsite，lightweight dry concrete，GLY prestressed hollow slab

TU528.72

A

1001-702X（2015）09-0038-04

2015-03-20；

2015-04-30

唐付林，男，1989年生，湖南邵陽人，碩士研究生。