馮曉科，徐寶華

（北京住總實(shí)業(yè)投資控股有限公司，北京住總商品混凝土中心，北京 100101）

LC60輕骨料混凝土配合比設(shè)計(jì)

馮曉科，徐寶華

（北京住總實(shí)業(yè)投資控股有限公司，北京住總商品混凝土中心，北京 100101）

本文以 LC60 輕骨料混凝土為目標(biāo)，根據(jù)絕對(duì)體積法，采用多級(jí)配粗、細(xì)集料最緊密堆積，提高輕骨料混凝土中水泥石與輕集料的粘接強(qiáng)度；利用硅粉的內(nèi)摻替代部分水泥以及玻璃微珠替代部分輕集料，有效地改善了混凝土的孔隙結(jié)構(gòu)，降低高強(qiáng)度混凝土的粘性，增加混凝土的流動(dòng)性，有利于混凝土的強(qiáng)度、耐久性與施工性。同時(shí)利用外加劑與摻合料“雙摻”技術(shù)，盡可能降低水膠比，提高混凝土的強(qiáng)度，設(shè)計(jì)出強(qiáng)度大于 60MPa 的輕骨料混凝土，從而達(dá)到輕質(zhì)高強(qiáng)的目的。最終確定的輕骨料混凝土配合比設(shè)計(jì)，實(shí)際干表觀密度為 1640kg/m3，28 天強(qiáng)度達(dá)到 67.6MPa，實(shí)現(xiàn)了輕質(zhì)高強(qiáng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

配合比設(shè)計(jì)；緊密堆積；輕骨料混凝土；輕質(zhì)高強(qiáng)；多級(jí)配

0 引言

混凝土是土木工程中最廣泛使用的建筑材料。近年來，隨著建筑業(yè)的急速發(fā)展，超高層、大跨度、建筑節(jié)能等要求不斷提高。工程對(duì)材料的性能有了更高的要求，輕骨料混凝土也得到了很大的發(fā)展，高性能輕骨料混凝土與傳統(tǒng)混凝土相比，強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、而且耐久性好。在建造大跨度橋梁和超高層建筑時(shí)，結(jié)構(gòu)自重會(huì)大幅度減輕，相應(yīng)的鋼筋密度會(huì)減少，基礎(chǔ)荷載也會(huì)降低，因而其應(yīng)用越來越廣泛。

利用輕骨料配制混凝土，其抗震性、抗裂性、耐久性、耐火性等一系列性能比普通混凝土都有所增強(qiáng)。單從經(jīng)濟(jì)性能角度看，盡管輕骨料自身的價(jià)格比普通砂石貴，導(dǎo)致輕骨料混凝土的單方造價(jià)高于同強(qiáng)度等級(jí)的普通混凝土。但是由于其減輕了結(jié)構(gòu)自重，縮小斷面尺寸，增加使用面積，降低基礎(chǔ)荷載而具有顯著的綜合經(jīng)濟(jì)效益[1]。

基于輕骨料混凝土的一系列優(yōu)異性能，輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土具有廣闊的發(fā)展前景和應(yīng)用價(jià)值，本文進(jìn)行LC60輕骨料混凝土的配合比設(shè)計(jì)，旨在探索配制輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土的材料和方法。

1 原材料

（1）水泥：P·O42.5，比表面體積 325m2/kg，初凝時(shí)間 189min，終凝時(shí)間 238min，28 天抗壓強(qiáng)度52.4MPa。

（2）細(xì)骨料：陶砂，900 級(jí)，1h 吸水率為 3.5%。

（3）粗骨料：5～16mm 碎石，含泥量 0.5%，泥塊含量 0.1%。

（4）玻璃微珠：密度 600㎏/m3。

（5）摻合料：硅粉，活性指數(shù) 115%。

（6）外加劑：聚羧酸高性能減水劑，減水率32%。

（7）水：飲用水。

2 配合比設(shè)計(jì)

輕骨料混凝土配合比設(shè)計(jì)，關(guān)鍵在于確定膠凝材料用量、砂率和水膠比這三個(gè)最重要的設(shè)計(jì)參數(shù)。

2.1 設(shè)計(jì)試配強(qiáng)度

式中：

?cu,o——試配強(qiáng)度，MPa；

?cu,k——設(shè)計(jì)強(qiáng)度，MPa；

σ——輕骨料混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差，MPa。

2.2 設(shè)計(jì)參數(shù)的確定

2.2.1 膠凝材料用量的確定

依據(jù) JGJ 51—2002《輕骨料混凝土技術(shù)規(guī)程》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中表 5.2.1 選取水泥用量[2]。當(dāng)混凝土強(qiáng)度確定在69.9MPa 時(shí)，選定膠凝材料的用量為 B=540kg/m3。

2.2.2 水泥用量及摻合料用量的確定

硅粉摻入量：摻入適量硅粉，可以有效的提高混凝土的強(qiáng)度。根據(jù)前期試驗(yàn)結(jié)果，硅粉摻量在 15% 時(shí)具有較好的效果。因此，確定硅粉的摻量為 15%，硅粉的用量為：

水泥用量的確定：

2.2.3 外加劑用量的確定

混凝土外加劑的摻入量：外加劑的使用能夠降低混凝土用水量，有利于混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度。外加劑的摻量為 2.3%，用量為：

2.2.4 凈用水量的確定

當(dāng)混凝土坍落度設(shè)計(jì)在 (160±20)mm 的時(shí)候，依據(jù) JGJ 51—2002《輕骨料混凝土技術(shù)規(guī)程》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中表 5.2.3 與設(shè)計(jì)坍落度確定水的凈用量。

選取水的凈用量為 200kg/m3，由于外加劑的減水率為 32%，所以混凝土的凈用水量為：

2.2.5 粗細(xì)骨料用量的確定

基于緊密堆積理論，采用多級(jí)配，多粒徑的骨料，通過體積砂率的不同進(jìn)行粗、細(xì)骨料的空隙率試驗(yàn)，以最小空隙率配制混凝土。根據(jù)《輕骨料混凝土技術(shù)規(guī)程》中表 5.2.4 對(duì) 30%～45% 體積砂率進(jìn)行最小空隙率試驗(yàn)，見表 1。

表 1 不同體積砂率下的粗細(xì)骨料堆積下的空隙率 %

由表 1 中可以看出，體積砂率在 35% 時(shí)的骨料空隙率是最小的，在空隙率小的情況下，膠凝材料與水混合的漿體能夠充分的填充空隙，并且多出來的漿體起到增加混凝土的流動(dòng)性和提高混凝土強(qiáng)度的作用。因此，確定混凝土體積砂率為 Sβ=35%。

計(jì)算細(xì)骨料總體積用量：

計(jì)算粗骨料總體積用量

式中：

Vg——每立方米混凝土的細(xì)骨料絕對(duì)體積，m3；

mc——每立方米混凝上的水泥用量，kg；

ρc——水泥的相對(duì)密度，可取 2.9～3.1g/cm3；

ρw——水的密度，可取 1.0g/cm3；

Vg——每立方米混凝土的輕粗骨料絕對(duì)體積，m3；

ρsi——細(xì)骨料密度，采用普通砂時(shí)，為砂的相對(duì)密度，可取=2.6；若采用輕砂時(shí)，為輕砂的顆粒表觀密度，g/cm3。

輕骨料混凝土設(shè)計(jì)中，利用陶砂能夠降低細(xì)骨料的總質(zhì)量；玻璃微珠粒徑較小，可以起到填充空隙的作用，達(dá)到內(nèi)部密實(shí)，同時(shí)使得輕骨料混凝土的包裹性良好。但是由于玻璃微珠的加入會(huì)使得混凝土的比強(qiáng)度降低[3]，所以在達(dá)到設(shè)計(jì)密度等級(jí)的時(shí)候需要控制玻璃微珠的用量，經(jīng)過前期試驗(yàn)，選取每立方米玻璃微珠用量60kg。

則玻璃微珠的絕對(duì)體積為：

陶砂的絕對(duì)體積為：

為了達(dá)到輕骨料混凝土的高強(qiáng)度，單一的使用輕粗骨料難以實(shí)現(xiàn)，因?yàn)檩p粗骨料的筒壓強(qiáng)度有限，使用到混凝土中，起骨架作用的粗骨料如果先被破壞，混凝土的強(qiáng)度將直接受到影響，因此，在使用輕質(zhì)陶粒的同時(shí)，摻入了少量的山碎石，提高混凝土的抗壓強(qiáng)度。粗骨料各組分計(jì)算如下：

碎石的絕對(duì)體積占粗骨料體積的 10%，體積為：

陶粒的絕對(duì)體積占粗骨料體積的 90%，體積為：

以上各骨料的絕對(duì)體積已經(jīng)得出，根據(jù)各個(gè)材料的表觀密度計(jì)算其重量：

式中：

ρs1——玻璃微珠表觀密度，kg/m3；

ρs2——淘砂的表觀密度，kg/m3；

ρg1——碎石的表觀密度，kg/m3；

ρg2——陶粒的表觀密度，kg/m3。

計(jì)算所得的干表觀密度為：

與設(shè)計(jì)要求的 1600kg/m3誤差為 1.5%，因此不必調(diào)整和重新計(jì)算配合比。初步確定輕骨料混凝土配合比見表 2。

表 2 初步確定配合比 kg/m3

3 配合比的調(diào)整

（1）依據(jù) JGJ 51—2002，通過試配對(duì)初步計(jì)算確定的輕骨料混凝土配合比進(jìn)行調(diào)整，分別調(diào)整±10% 的膠凝材料用量，±1% 的體積砂率，調(diào)整見表 3。

對(duì)表 3 中的 3 個(gè)系列配合比進(jìn)行試拌，測(cè)得其新拌出機(jī)性能及 28d 強(qiáng)度見表 4。

根據(jù)強(qiáng)度與水膠比關(guān)系曲線繪制圖表，選擇水膠比介于序號(hào) 1 和 3 之間作為最終的輕骨料混凝土配合比，水膠比為 0.24。

（2）通過以上試驗(yàn)選擇調(diào)整后的配合比，確定LC60 配合比為見表 5。

使用表 5 的混凝土配合比進(jìn)行試拌，測(cè)得拌合物出機(jī)性能：實(shí)測(cè)濕表觀密度 1635kg/m3，實(shí)測(cè)拌合物坍落度180mm。

進(jìn)行重量校正，η=1，確定最終配合比見表 6。

表 3 調(diào)整配合比 kg/m3

表 4 混凝土出機(jī)狀態(tài)

圖 1 強(qiáng)度—水膠比關(guān)系曲線圖

表 5 確定配合比 kg/m3

表 6 確定最終配合比 kg/m3

實(shí)測(cè)混凝土的干表觀密度為 1640kg/m3，28d 強(qiáng)度為 67.6MPa。

4 結(jié)語

（1）通過配合比設(shè)計(jì)、調(diào)整，配制出干表觀密度1640kg/m3，強(qiáng)度等級(jí)為 LC60 輕骨料高強(qiáng)混凝土，28天強(qiáng)度達(dá)到 67.6MPa。

（2）在輕骨料混凝土配合比設(shè)計(jì)中利用緊密堆積理論，采用多級(jí)配骨料設(shè)計(jì)，降低輕骨料混凝土中骨料的空隙率，體積砂率為 35% 時(shí)，試驗(yàn)骨料的空隙率最低，使得膠凝材料漿體能夠充分發(fā)揮作用。

（3）輕骨料混凝土具有與普通混凝土相似的力學(xué)性能，而且有自重輕、保溫隔熱性能好等特點(diǎn)，還可以利用各種廢料，符合節(jié)能和環(huán)保要求，在建筑結(jié)構(gòu)中具有較為廣闊的應(yīng)用前景[4]。

[1] 韓志芳．輕骨料混凝土的工程應(yīng)用價(jià)值及前景展望[J]．科技向?qū)В?014(03)∶ 224．

[2] JGJ 51—2002．輕骨料混凝土技術(shù)規(guī)程[S]．

[3] 陳雪梅，嚴(yán)云，張旭．高強(qiáng)再生輕骨料和玻璃微珠配制輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土的研究[J]．混凝土與水泥制品，2012(10)∶ 7-10．

[4] 徐有鄰．混凝土結(jié)構(gòu)理論發(fā)展及規(guī)范修訂的建議[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2007,28(1)∶ 1-6．

［通訊地址］北京市朝陽區(qū)十里堡北里 1 號(hào)恒泰大廈 A座九層（100025）

馮曉科（1973—），男，高級(jí)工程師，碩士，主要從事建筑工業(yè)產(chǎn)業(yè)化及混凝土方向的管理和研究。