董健苗，燕元晶，聶浩，農(nóng)輝輝，李小武（廣西科技大學(xué)，廣西 柳州　545006）

自密實(shí)輕骨料混凝土的配合比設(shè)計(jì)研究

董健苗，燕元晶，聶浩，農(nóng)輝輝，李小武
（廣西科技大學(xué)，廣西 柳州545006）

選用普通硅酸鹽水泥、陶粒、河砂、粉煤灰、硅灰等原材料，采用絕對(duì)體積法，研究了水膠比、輕骨料體積摻量、礦物摻合料用量對(duì)自密實(shí)輕骨料混凝土性能的影響，確定了SCLC40、SCLC50強(qiáng)度等級(jí)的自密實(shí)輕骨料混凝土配合比。結(jié)果表明：當(dāng)輕骨料體積摻量為42%、Ⅰ級(jí)粉煤灰摻量為20%、硅灰摻量為10%（SCLC50）時(shí)，SCLC的自密實(shí)性能和表觀密度最佳。

自密實(shí)輕骨料混凝土；配合比；坍落擴(kuò)展度；表觀密度；抗壓強(qiáng)度

0　引言

自密實(shí)輕骨料混凝土（SCLC）是在自密實(shí)混凝土基礎(chǔ)上，用輕骨料代替普通骨料，采用混凝土配合比設(shè)計(jì)技術(shù)配制而成的干表觀密度小于1950 kg/m3的新型高性能混凝土［1］。該混凝土兼具輕骨料混凝土和自密實(shí)混凝土的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又克服了輕骨料混凝土振搗時(shí)易于上浮和普通自密實(shí)混凝土粗骨料易于下沉等缺點(diǎn)［2］。但SCLC配合比設(shè)計(jì)不同于輕骨料混凝土和普通自密實(shí)混凝土，其難點(diǎn)在于既要求拌合物有一定的流動(dòng)性以滿足自密實(shí)性能，又要求拌合物有一定的粘性以防止在大流動(dòng)度條件下的分層離析。本文參考JGJT 283—2012《自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》，采用絕對(duì)體積法進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，通過摻加礦物摻和料和聚羧酸高效減水劑改善其流動(dòng)性和粘性，使得拌合物具有較大的流動(dòng)度，同時(shí)能夠滿足輕骨料不上浮，拌合物不離析［3］，從而滿足自密實(shí)混凝土對(duì)自密實(shí)性能及強(qiáng)度的要求。

1　原材料

水泥：廣西柳州魚峰水泥有限公司生產(chǎn)的P·O42.5水泥；粉煤灰：柳州電廠Ⅰ級(jí)粉煤灰，化學(xué)成分見表1；硅灰：廣州耿達(dá)貿(mào)易有限公司產(chǎn)，化學(xué)成分見表2；細(xì)骨料：柳江河砂，中砂；粗骨料：宜昌寶珠頁巖陶粒，物理力學(xué)性能見表3；減水劑：蘇州弗克技術(shù)有限公司生產(chǎn)的聚羧酸高效減水劑，減水率30%。

表1　粉煤灰的化學(xué)成分　%

表2　硅灰的化學(xué)成分　%

表3　輕骨料的主要技術(shù)性能指標(biāo)

2　配合比設(shè)計(jì)的關(guān)鍵

配制自密實(shí)輕骨料混凝土的關(guān)鍵是解決強(qiáng)度與表觀密度、大流動(dòng)性與抗離析性之間的矛盾。SCLC的強(qiáng)度越高，則其表觀密度越大；拌合物的流動(dòng)性越大，則其抗離析性越差［4］。本試驗(yàn)是研究在滿足強(qiáng)度要求的同時(shí)盡量減小其表觀密度；在滿足拌合物較大流動(dòng)性條件下，輕骨料不上浮、拌合物不分層離析，具有較好的自密實(shí)性能。本文采用絕對(duì)體積法計(jì)算出各組分的摻量，然后通過試驗(yàn)試配，根據(jù)自密實(shí)輕骨料混凝土拌合物的自密實(shí)性能、表觀密度及抗壓強(qiáng)度調(diào)整各組分摻量，最終確定SCLC的配合比。

3　SCLC配合比的試驗(yàn)研究

本試驗(yàn)研究了不同水膠比、輕骨料體積摻量、礦物摻合料用量對(duì)自密實(shí)輕骨料混凝土的影響，通過實(shí)驗(yàn)室試配研制出滿足自密實(shí)性能及強(qiáng)度要求的自密實(shí)輕骨料混凝土。

3.1最優(yōu)水膠比的確定

水膠比是影響混凝土強(qiáng)度的主要因素，同時(shí)對(duì)拌合物的流動(dòng)性也有很大的影響［5］。根據(jù)JGJT 283—2012計(jì)算出各組分的摻量，初步確定陶粒的體積摻量為35%，即455 kg/m3，然后，保持膠凝材料的質(zhì)量不變，通過改變用水量調(diào)整拌合物的水膠比，根據(jù)拌合物的自密實(shí)性能指標(biāo)和混凝土的強(qiáng)度指標(biāo)綜合確定拌合物的用水量，從而確定水膠比。分別通過4組試驗(yàn)，用130～165 kg/m3的用水量配制強(qiáng)度等級(jí)為SCLC40和SCLC50的自密實(shí)輕骨料混凝土。配合比及性能見表4。

表4　不同水膠比的SCLC配合比及其性能

由表4可以看出，S1～S8均能滿足強(qiáng)度的要求；S1、S5出現(xiàn)部分的離析現(xiàn)象，在成型的試塊底部可以明顯看到分層；S4、S8由于流動(dòng)度較小，在試塊的側(cè)面出現(xiàn)裸露的輕骨料，S2、S3、S6、S7均能滿足自密實(shí)性能的要求。最終確定SCLC40 和SCLC50的水膠比分別為0.30和0.28。上述試樣表觀密度偏大，可以通過增大輕骨料摻量的方法來解決。

3.2最優(yōu)輕骨料體積摻量的確定

輕骨料的體積摻量對(duì)SCLC的配制有著重要的影響，當(dāng)其摻量較小時(shí)，混凝土表觀密度較大、強(qiáng)度較高、流動(dòng)性較好；當(dāng)其摻量較大時(shí)，混凝土表觀密度較小、強(qiáng)度偏低、流動(dòng)性變差。本研究在上述確定的水膠比的條件下，通過改變SCLC拌合物中輕骨料的體積摻量，以拌合物的自密實(shí)性能、混凝土的強(qiáng)度和表觀密度為參考，確定最佳輕骨料體積摻量。實(shí)驗(yàn)室配合比及性能見表5。

由表5可以看出，輕骨料的體積摻量在35%～45%變化時(shí)，隨著其摻量的增加，拌合物流動(dòng)性減小，混凝土強(qiáng)度降低。試驗(yàn)表明，SCLC輕骨料較合適的體積摻量在42%左右，當(dāng)摻量大于42%時(shí)，拌合物的流動(dòng)性變差，同時(shí)強(qiáng)度降低，不能符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.3最優(yōu)礦物摻合料用量的確定

本試驗(yàn)采用的礦物摻和料為粉煤灰和硅灰，均采用等量取代法摻入。通過研究礦物摻合料不同摻量對(duì)拌合物自密實(shí)性能以及抗壓強(qiáng)度的影響，確定粉煤灰和硅灰的最佳摻量。實(shí)驗(yàn)室配合比及性能見表6。

由表6可以看出：

（1）單摻粉煤灰時(shí)，隨著粉煤灰摻量的增加，拌合物流動(dòng)性能變好，當(dāng)摻量達(dá)到20%時(shí)，拌合物流動(dòng)性良好（見圖1），混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)均勻（見圖2），具有較好的粘聚性，可以滿足實(shí)際工程中對(duì)自密實(shí)混凝土自密實(shí)性能的要求。這是因?yàn)榉勖夯揖哂小拔⒓闲?yīng)”和“形態(tài)效應(yīng)”［6］使得拌合物中顆粒級(jí)配更加合理，拌合物的流動(dòng)性、均勻性和保水性均得到很好改善。繼續(xù)增大摻量到30%時(shí)，拌合物變得較黏稠，流動(dòng)性降低；同時(shí)，隨著粉煤灰摻量的增加，混凝土強(qiáng)度逐漸降低。

表5　不同輕骨料體積摻量下SCLC配合比參數(shù)值及性能指標(biāo)

表6　不同礦物摻合料下SCLC配合比及其性能

圖1　自密實(shí)混凝土的坍落擴(kuò)展度

圖2　破壞后的試塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)

（2）單摻硅灰時(shí)（SCLC50），隨著硅灰摻量的增加，SCLC的強(qiáng)度逐漸提高，但是拌合物的黏性增大，流動(dòng)性降低；復(fù)摻粉煤灰和硅灰時(shí)，粉煤灰改善了拌合物的流動(dòng)性，硅灰提高了

SCLC的強(qiáng)度，當(dāng)粉煤灰摻量為20%、硅灰摻量為10%時(shí)，SCLC50的性能最佳。

4　結(jié)論

（1）水膠比對(duì)自密實(shí)輕骨料混凝土強(qiáng)度影響較大，對(duì)于SCLC40較為合適的水膠比為0.30左右，對(duì)于SCLC50較為合適的水膠比為0.28左右。

（2）輕骨料的體積摻量決定了SCLC拌合物的自密實(shí)性能和表觀密度，SCLC40和SCLC50最優(yōu)的輕骨料體積摻量為42%左右，其表觀密度分別為1850、1867 kg/m3。

（3）粉煤灰、硅灰等礦物摻合料對(duì)SCLC拌合物流動(dòng)性能及強(qiáng)度影響較大，單摻粉煤灰時(shí)，SCLC40較為合適的粉煤灰摻量為20%左右；復(fù)摻粉煤灰和硅灰時(shí)，SCLC50較為合適的摻量為20%的粉煤灰和10%的硅灰，此時(shí)，自密實(shí)輕骨料混凝土的坍落擴(kuò)展度達(dá)到615 mm，28 d抗壓強(qiáng)度為57.5 MPa。

［1］何延樹，王振軍.自密實(shí)輕骨料混凝土工作性能的研究［J］.西安科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，12（4）：422-425.

［2］吳智敏，張小云，張?jiān)茋?guó).自密實(shí)輕骨料混凝土配合比設(shè)計(jì)及基本力學(xué)性能試驗(yàn)［J］.建筑科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2008，12（4）：83-87.

［3］李曉斌.自密實(shí)輕骨料混凝土工作性能和力學(xué)性能影響因素分析［J］.新型建筑材料，2012（1）：9-11.

［4］吳熙.自密實(shí)輕骨料混凝土的力學(xué)性能研究［D］.大連：大連理工大學(xué)，2013.

［5］王玉梅，劉錫軍.自密實(shí)輕骨料混凝土配合比設(shè)計(jì)及基本力學(xué)性能試驗(yàn)［J］.混凝土，2012（6）：111-113.

［6］胡曙光.先進(jìn)水泥基復(fù)合材料［M］.北京：科學(xué)出版社，2009.

The study on concrete mix design of self-compacting lightweight aggregate concrete

DONG Jianmiao，YAN Yuanjing，NIE Hao，NONG Huihui，LI Xiaowu
（Guangxi University of Science Technology，Liuzhou 545006，China）

This paper selected Portland cement，ceramsite，river sand，fly ash，silica fume etc，studied the influences of some factors which include water-binder ratio，volume quantities of lightweight aggregate，dosage of mineral admixtures on the properties of self-compacting lightweight aggregate concrete by absolute volume method，and determined the mix ratio of self-compacting lightweight aggregate concrete of SCLC40 and SCLC50 strength grade.The result indicated that SCLC could have the best performance of self compactness and apparent density when mixed 42%volume quantities of lightweight aggregate，20%first-grade fly ash，and 10%silica fume（SCLC50）.

self-compacting lightweight aggregate concrete，proportion，slump flow，apparent density，compressive strength

TU528.01

A

1001-702X（2016）01-0059-03

廣西教育廳科學(xué)基金項(xiàng)目（YB2014199）；廣西高校中青年骨干教師培養(yǎng)計(jì)劃項(xiàng)目（2014年）；柳州市科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2013B030402）

董健苗，女，1972年生，廣西柳州人，碩士，教授。地址：廣西柳州市東環(huán)大道268號(hào)，E-mail:dongjianmiao95@163.com。