張 浩

(廣州公路工程集團(tuán)有限公司,廣東 廣州 510075)

隨著應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大,混凝土固有的表觀密度較大、比強(qiáng)度較低、承載能力較差等缺點(diǎn),以及由其帶來的弊端也逐漸顯露了出來,這極大地限制了混凝土在工程界的進(jìn)一步推廣和應(yīng)用。

隨著混凝土技術(shù)的不斷創(chuàng)新和進(jìn)步,大約六十年前,工程領(lǐng)域迎來了一項(xiàng)具有重要意義的技術(shù)突破——輕質(zhì)混凝土的誕生。這一新型混凝土材料的問世填補(bǔ)了傳統(tǒng)混凝土的一些缺陷,帶來了一場(chǎng)真正的技術(shù)革命。輕質(zhì)混凝土具備多項(xiàng)優(yōu)越特性,包括較高的比強(qiáng)度、耐火性、隔音效果、保溫性能以及卓越的抗震性能,同時(shí)不易發(fā)生堿集料反應(yīng)。在其初始發(fā)展階段,輕質(zhì)混凝土相較于傳統(tǒng)混凝土仍存在一些局限,如強(qiáng)度和彈性模量較低等問題,限制了其廣泛應(yīng)用[1]。

初期階段,輕質(zhì)混凝土主要在工業(yè)和民用建筑領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用于保溫和結(jié)構(gòu)保溫的場(chǎng)景。隨著現(xiàn)代建筑的不斷發(fā)展,尤其是在超高層建筑和大型橋梁等受力關(guān)鍵部位,對(duì)混凝土輕質(zhì)高強(qiáng)屬性的需求逐漸凸顯,輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土因其獨(dú)特的性質(zhì)成為解決工程挑戰(zhàn)和提升結(jié)構(gòu)性能的理想選擇。

輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土,也稱為高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土(HSLC),由高強(qiáng)度的粗細(xì)集料、水泥和水混合而成。其干表觀密度不超過1 950 kg/m3,強(qiáng)度等級(jí)達(dá)到或超過LC30,是結(jié)構(gòu)用途的典型輕質(zhì)混凝土[2]。為滿足實(shí)際工程需求,研究團(tuán)隊(duì)深入研究了輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土,成功配制出抗壓強(qiáng)度超過80 MPa的輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土,并提出了相關(guān)的配合比研究方案。這種混凝土材料為工程界帶來了新的可能性,為建筑結(jié)構(gòu)的性能提升提供了有力支持。

1 技術(shù)路線

為達(dá)到輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土的設(shè)計(jì)目標(biāo),本混凝土配合比擬定以下技術(shù)路徑:采用P·O 52.5水泥作為基礎(chǔ)材料,其強(qiáng)度與性能符合要求;引入高質(zhì)量的礦物摻合料,包括粉煤灰和硅灰,以改善混凝土的細(xì)致結(jié)構(gòu);舍棄粗集料,僅采用輕質(zhì)細(xì)集料(如頁巖陶砂),以確保混凝土保持輕質(zhì)高強(qiáng)的特性,同時(shí)盡量減小基體的孔隙率;選擇與水泥相容性良好的外加劑,以保證混凝土的施工性和充分水化,同時(shí)極力降低混凝土的水膠比[3]。這一設(shè)計(jì)路徑旨在在輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土的各項(xiàng)性能中取得平衡,以滿足實(shí)際工程的需求。

2 輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土原材料

輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土的配合比是一個(gè)涵蓋多種關(guān)鍵原材料的精心設(shè)計(jì)過程,以確?；炷吝_(dá)到優(yōu)異的性能標(biāo)準(zhǔn)。這種混凝土的配合比涉及到幾個(gè)核心成分,細(xì)致的搭配是其卓越性能的保證,其中主要包括以下幾種關(guān)鍵原材料。

細(xì)集料(頁巖陶砂):輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土的配比采用僅限細(xì)集料的集料,其中使用了高品質(zhì)的頁巖陶砂。相比傳統(tǒng)混凝土,這一設(shè)計(jì)決策避免了采用粗集料,有助于提升混凝土的輕質(zhì)性和整體性能。

外加劑:外加劑在混凝土中起到改良性能、提高施工性能和調(diào)整混凝土性狀的作用。通過合理使用外加劑,可以調(diào)控混凝土的流動(dòng)性、凝結(jié)時(shí)間等關(guān)鍵特性,使得混凝土更適合不同的工程要求。

礦物摻合料(粉煤灰和硅灰):礦物摻合料是混凝土中取代部分水泥的材料,有助于減少碳排放、提高混凝土的抗裂性和耐久性。在輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土中,粉煤灰和硅灰等礦物摻合料被巧妙地引入,為混凝土的綜合性能提供了有益的影響。

拌和水:拌和水在混凝土中起到溶解水泥、促使混凝土硬化的重要作用。精心控制拌和水的用量和質(zhì)量,是確?；炷翐碛欣硐霃?qiáng)度和工程性能的關(guān)鍵步驟。

2.1 細(xì)集料

通過細(xì)致地從各種料源和不同產(chǎn)地中篩選集料,實(shí)現(xiàn)了對(duì)集料的多角度優(yōu)化選擇。在這一配比方案中,仔細(xì)評(píng)估了來自不同供應(yīng)商和產(chǎn)地的陶砂,并最終選擇了河南美賽克科技有限公司生產(chǎn)的陶砂作為主要集料。這個(gè)決策基于對(duì)多方面性能指標(biāo)的全面分析,以確?；炷猎谳p質(zhì)高強(qiáng)的同時(shí)具備優(yōu)越的工程性能。

選用的陶砂的技術(shù)性能如表1所示。該陶砂的細(xì)度模數(shù)為1.72,堆積密度為950 kg/m3,表觀密度為1 926 kg/m3。這些性能參數(shù)表明該陶砂具有適中的顆粒分布和輕質(zhì)的特性,為混凝土的輕質(zhì)化和高強(qiáng)度提供了有力的支持。

表1 陶砂技術(shù)性能

2.2 水泥

水泥作為混凝土中至關(guān)重要的膠凝材料,在混凝土的工作性、強(qiáng)度和耐久性方面發(fā)揮著關(guān)鍵的作用。在本配合比中,考慮到混凝土的高強(qiáng)度要求,結(jié)合以往的經(jīng)驗(yàn)選擇了“天鵝”P·O 52.5水泥作為膠凝材料。

選用的水泥的具體性能詳見表2,配合比設(shè)計(jì)充分考慮了水泥的特性,以確?；炷猎诟鱾€(gè)方面都能夠達(dá)到優(yōu)異的性能標(biāo)準(zhǔn)。

實(shí)驗(yàn)組實(shí)施頸椎前后路聯(lián)合手術(shù)治療。在對(duì)患者進(jìn)行全身麻醉后,切開頸椎前切口,植入髂骨,并將前板用于內(nèi)固定。然后在頸后路切口手術(shù)中途,實(shí)施人造骨移植或同種異體骨移植。

表2 水泥技術(shù)性能

2.3 粉煤灰

粉煤灰對(duì)混凝土產(chǎn)生的主要影響可以在多個(gè)方面得到概括,其作用包括但不限于:(1)通過引發(fā)“滾珠效應(yīng)”,粉煤灰能夠顯著增強(qiáng)混凝土拌合物的流動(dòng)性,使其更易于加工和澆筑。(2)通過發(fā)揮“微集料效應(yīng)”,粉煤灰有助于提升混凝土拌合物的密實(shí)度,從而改善混凝土的整體結(jié)構(gòu)。(3)通過激發(fā)“火山灰效應(yīng)”,粉煤灰能夠增強(qiáng)混凝土的后期強(qiáng)度,為混凝土在使用過程中的長(zhǎng)期性能提供支持[4]。

選用的粉煤灰的詳細(xì)技術(shù)性能見表3。在配合比設(shè)計(jì)中充分考慮了粉煤灰的有益特性,以確?；炷聊軌蛟诟鱾€(gè)方面發(fā)揮出色的性能。

表3 粉煤灰技術(shù)性能

2.4 硅灰

硅灰是一種常用的礦物摻合料,特別適用于配制高強(qiáng)混凝土。在本配合比中,選擇了上?！疤鞇稹迸乒杌易鳛榈V物摻合料。硅灰在混凝土中發(fā)揮著重要的作用,對(duì)混凝土的性能有著顯著的影響。

硅灰的技術(shù)性能詳見表4。該表列出了硅灰在多個(gè)方面的性能指標(biāo),選用“天愷”硅灰,旨在充分利用其在混凝土中的活性和優(yōu)異的技術(shù)性能,以提高混凝土的綜合性能和耐久性。

表4 硅灰技術(shù)性能

通過對(duì)硅灰等礦物摻合料的精心選擇,致力于優(yōu)化混凝土的配合比,確保其在各個(gè)方面都能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求,并在實(shí)際工程應(yīng)用中取得良好的性能表現(xiàn)。

2.5 外加劑

在我國(guó),雖然聚羧酸鹽系是外加劑市場(chǎng)的主流產(chǎn)品,但其品質(zhì)參差不齊。經(jīng)過全面的市場(chǎng)調(diào)研和多方面的考察,最終選擇了與“天鵝”牌P·O 52.5水泥兼容性更佳、減水率更高的科之杰Point聚羧酸鹽系緩凝高效減水劑,作為這一配比的首選外加劑。

2.6 拌和用水

在此配比中,選擇了飲用水作為混凝土的拌和用水,其各項(xiàng)性能均符合混凝土拌和用水的標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 確定并優(yōu)化混凝土的配比

3.1 試驗(yàn)混凝土的配比方案

在綜合考量了原材料對(duì)混凝土的工作性、強(qiáng)度及耐久性的影響后,進(jìn)行了廣泛的前期試驗(yàn),篩選出最佳配合比。本次試驗(yàn)中,比較了三組(第一組至第三組)不同的粉煤灰和硅灰摻量?；谠囼?yàn)結(jié)果,選擇了第一組中抗壓強(qiáng)度較高的配合比,進(jìn)一步進(jìn)行礦物摻合料的優(yōu)化和驗(yàn)證(第四組至第五組),見表5。

表5 輕質(zhì)混凝土配合比匯總表

3.2 分析配合比試驗(yàn)的結(jié)果

(1)水膠比的決定性影響:混凝土強(qiáng)度與水膠比成反比關(guān)系,即較低的水膠比會(huì)帶來更高的混凝土強(qiáng)度,而較高的水膠比則降低強(qiáng)度,這一規(guī)律在試驗(yàn)數(shù)據(jù)中得到了清晰的體現(xiàn)[5]。

(2)礦物摻合料的作用:礦物摻合料對(duì)混凝土強(qiáng)度有一定的增強(qiáng)作用。

(3)水泥用量的考量:水泥的影響須與水膠比共同考慮。在固定水泥用量下,混凝土強(qiáng)度通常與水膠比成反比。在合理使用范圍內(nèi),水泥用量增加將提升混凝土強(qiáng)度,但超過某一最佳值后,強(qiáng)度反而會(huì)降低。

(4)配合比試驗(yàn)的前期工作:在開展這5組配合比的試驗(yàn)前,進(jìn)行了廣泛的初步篩選。基于這些試驗(yàn)結(jié)果,精選了這5組配合比進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證,試驗(yàn)成果基本符合預(yù)期的技術(shù)性能標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 新拌混凝土的工作性能

在輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土的優(yōu)化配比中,除了保證高強(qiáng)度和良好耐久性外,還特別注重其滿足施工工藝的工作性和保持性。因此,加大了工作性測(cè)試的頻率,并對(duì)新拌混凝土進(jìn)行了坍落度、擴(kuò)展度、60 min坍落度損失、黏聚性和保水性等一系列試驗(yàn),以確保優(yōu)化后的配比達(dá)到預(yù)期效果,見表6。

表6 輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土工作性能 單位:mm

使用此配比的混凝土在60 min內(nèi)坍落度損失控制在20%以內(nèi),滿足常規(guī)混凝土工程施工的需求。如遇特殊施工條件,可根據(jù)工藝要求適當(dāng)調(diào)整坍落度損失。

考慮本配合比設(shè)計(jì)未使用粗集料,所以在進(jìn)行工作性測(cè)定時(shí),參考水泥砂漿工作性的常用檢測(cè)方法,增加了稠度(沉入度)的測(cè)試[6]。

3.4 確立混凝土的配比方案

基于以上試驗(yàn)成果及其分析,最終確定了混凝土配合比(水泥用量為480 kg/m3),詳見表7。

表7 輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土配合比

4 結(jié) 論

在經(jīng)過對(duì)混凝土原材料的精選以及大量試拌和優(yōu)化后,深入研究了水膠比與強(qiáng)度之間的關(guān)系,最終確立了輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土的配合比。這一案例突破了傳統(tǒng)輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土的設(shè)計(jì)理念,并對(duì)該混凝土某些性能檢測(cè)方法進(jìn)行了有益補(bǔ)充。

在集料的選擇上,摒棄了粗集料,僅使用細(xì)集料。這一決策的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在以下兩點(diǎn)。(1)避免了混凝土在攪拌和振搗過程中粗集料上浮的問題,極大提高了混凝土基體的均勻性,有利于提高混凝土的強(qiáng)度和耐久性。(2)不加入粗集料后,新拌混凝土的狀態(tài)更接近于砂漿,硬化后混凝土的性能更類似于活性粉末混凝土?；谶@一特性,采用水泥砂漿沉入度測(cè)試方法來評(píng)估輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土的工作性能,并成功進(jìn)行了這方面的嘗試。

在試件的強(qiáng)度和耐久性檢測(cè)方面,參考了活性粉末混凝土的養(yǎng)護(hù)制度和方法進(jìn)行了相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)。這一實(shí)踐對(duì)于輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土的性能評(píng)估提供了新的視角和方法,為進(jìn)一步深入了解和優(yōu)化該混凝土的應(yīng)用性能奠定了基礎(chǔ)。