轻质干硬性混凝土在GLY预应力空心板中的应用

唐付林，郭大鹏，王志彬

（东北林业大学土木工程学院，黑龙江哈尔滨　150040）

轻质干硬性混凝土在GLY预应力空心板中的应用

唐付林，郭大鹏，王志彬

（东北林业大学土木工程学院，黑龙江哈尔滨150040）

以轻质干硬性混凝土为突破口，研究开发了新型轻质GLY预应力空心板。进行轻质干硬性混凝土的配合比设计，并对轻质GLY预应力空心板的承载力进行试验，同时对生产工艺以及生产过程中出现的常见问题和预防措施进行了系统分析。研究表明：轻质GLY预应力空心板具有同普通GLY预应力空心板相似的承载能力，同时又可减轻结构自重、降低建筑造价、隔声保温，满足建筑结构轻质高强的发展趋势，为轻质干硬性混凝土在承重结构中的应用提供了参考。

页岩陶粒；轻质干硬性混凝土；GLY预应力空心板

用GLY预应力混凝土空心板成型机生产的预应力混凝土空心板被称为GLY预应力空心板或者简称为GLY板。该套设备的研制，使我国拥有比美国SP空心板生产线更低成本的预应力空心板生产线，减轻对国外技术的依赖，同时还能生产出承载力高、适用跨度大的预应力空心板。而轻质干硬性混凝土在GLY预应力空心板中的应用，既是GLY系列产品的创新，也是建筑结构向着轻质、高强方向发展的趋势导向。试验表明：在相同状态下，轻质GLY板具有和普通GLY板相似的承载能力和变形特性，更是基于其轻质性、保温等，具有明显的建筑综合效益［1］。轻质GLY板采用混凝土强度等级为LC40～LC50、密度等级为1900的零塌落度细石混凝土，轻骨料可以选择筒压强度较高的页岩陶粒或者粉煤灰陶粒。这种混凝土的含水量仅为水泥水化作用所需水量，具有比一般塑性混凝土较小的收缩和徐变值，同时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强的后期强度增长能力［2］。本文通过试验开展了轻质GLY预应力空心板的研究，并对其中的相关常见质量问题和预防措施进行较系统的分析，也为轻质干硬性混凝土应用于承重结构积累了素材。

1　轻质干硬性混凝土配合比试验

1.1指导思想

轻质干硬性混凝土的配合比设计既要满足生产工艺需求，又要满足结构经济性指标，降低成本。轻质GLY空心板由GLY板成型机冲捣挤压成型，不需模板和蒸汽养护，一次成型。因此，在给定砂、石条件下，找出适合轻质GLY空心板生产的混凝土配合比是重点，其原则是：

（1）调整骨料级配，使空隙最小；

（2）合理选取砂率，满足轻质GLY空心板生产工艺需求；

（3）采用高效减水剂，提高混凝土性能，降低生产成本；

（4）掺入粉煤灰，提高混凝土性能，降低生产成本；

（5）依据经验，调整配合比，使混凝土达到最理想状态。

1.2原材料的检测与选用

水泥：哈尔滨宾西“虎鼎牌”P·O42.5水泥，其物理力学性能见表1。

表1　水泥的物理力学性能

粗骨料：5～10 mm连续级配900级碎石型页岩陶粒，筒压强度为14.5 MPa。

细骨料：普通中砂，细度模数为2.8。

粉煤灰：哈尔滨双达粉煤灰制品有限公司的Ⅱ级F类粉煤灰。

减水剂：聚羧酸盐类高效减水剂（液体），减水率约为35%，掺量为1.2%。

1.3试配、确定配合比

依据JGJ 51—2002《轻骨料混凝土技术规程》并参考相关文献［3］，采用松散体积法试配LC40轻质混凝土，得到最终配合比为：m（水泥）∶m（砂）∶m（页岩陶粒）∶m（水）∶m（粉煤灰）∶m（外加剂）∶=420∶715∶681∶128∶47∶5.6。混凝土的主要力学性能见表2，工作性良好的轻质干硬性混凝土照片见图1。

表2　混凝土的主要力学性能

图1　工作性良好的轻质干硬性混凝土

试验过程中发现，干硬性轻骨料混凝土的强度及工作性主要受砂率、陶粒本身强度、水灰比、振捣等因素的影响。由于生产线工艺的需求，既要保证混凝土内部级配合理，又要保证维勃稠度的合理取值，防止塌边、塌孔现象；保证在冲捣、挤压、成型过程中产生水泥浆体，使混凝土密实，保证混凝土的强度、耐久性等［4］。

2　轻质GLY预应力空心板生产工艺及试验结果

轻质GLY预应力空心板在长线台座上生产（生产线一般为100～150 m），首先将预应力筋定位布置于台面，按规定标准张拉，然后安放GLY板压型机，由料斗保证供料，机器自动保持稳定的前进速度。待板成型后，覆盖养护一段时间，当混凝土强度达到设计强度的75%以上时，即可断筋并进行切割，将空心板移出台面。轻质GLY预应力空心板移至堆放场地后，应继续养护，干燥。其生产工艺流程如图2所示。

图2　轻质GLY板的生产工艺流程

同时，分别制作了4块相同配筋率、截面尺寸、不同跨度的轻质GLY预应力空心板和普通GLY预应力空心板，试验设计方案见表3，其截面尺寸见图3。

表3　GLY板试验设计方案

图3　GLY空心板截面及其尺寸（mm）

对以上8块板在相同的条件下进行三分点受弯加载试验，结果见表4。参照图集07GS02《GLY预应力混凝土空心板》以及GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》，该轻质GLY预应力空心板适用于环境类别为一类及二a类的工业与民用建筑，裂缝控制等级为二级。因此，需要验证其开裂挠度是否能满足规范l0/200的使用要求，开裂荷载是否符合图集07GS02《GLY预应力混凝土空心板》要求，开裂挠度开裂弯矩试验结果分别见表5、图4。

表4　8块板在相同条件下的三分点受弯加载试验结果

表5　试验构件的开裂挠度

图4　试验构件的开裂弯矩

由表4可知，由高强陶粒配制而成的干硬性混凝土能够满足GLY预应力空心板的需求，轻质GLY预应力空心板具有和普通GLY预应力空心板相似的承载能力，其开裂荷载比值的平均值为0.994，标准差为0.106，变异系数0.106；其破坏荷载比值的平均值为0.966，标准差为0.039，变异系数0.041。从承载力的角度来讲，完全具备取代普通GLY预应力空心板的能力。

由表5可知，轻质GLY预应力空心板在开裂之前挠度较普通GLY预应力空心板略大，主要原因是轻质混凝土的弹性模量较普通混凝土低，但是能够满足规范使用要求，其与挠度限值的比值在0.34～0.43，具有较好的安全保障度。

由图4可知，轻质GLY预应力空心板开裂弯矩较普通GLY预应力空心板略小，但是都能满足荷载限值要求。因此，轻质GLY预应力空心板具有同普通GLY预应力空心板相似的承载能力和变形特性。

尽管由于陶粒的使用，使其单价高于普通GLY预应力空心板，但是，从整个建筑的角度来讲，具有明显的综合效益，主要体现在：（1）生产工艺先进，减少施工人员，提高生产效率；（2）基于其自重较轻（约为20%），轻质GLY预应力空心板用途将更加广泛［5］；（3）减少梁柱配筋以及混凝土用量，且跨度越大，作用越明显；（4）隔热、隔声，有效提高建筑整体功能；（5）由于建筑整体质量的减轻，提高了建筑的抗震性能。

因此，不仅仅针对于GLY空心板，将轻质混凝土应用于其它建筑结构中，也同样会具有可观的综合效益，而轻质GLY预应力空心板的研究，为此提供了参考素材。

3　混凝土及产品质量控制

3.1原材料控制

粗骨料选取5～10 mm连续级配的高强页岩陶粒（筒压强度大于6 MPa）；细骨料严格参照相关标准控制质量，取中砂为宜，由于GLY板成型机的特殊性，应该严格防止砂中大直径石粒的出现。

3.2混凝土质量控制

根据GB 50164—2011《混凝土质量控制标准》，参照天气情况以及砂石含水率，搅拌站及试验人员须随时观察并调整用水量。由于陶粒的吸水性，混凝土的搅拌时间要比普通混凝土长，以便陶粒充分吸水并搅拌完全。待混凝土搅拌完毕，应立即运至压型机料斗，防止因天气原因导致的水分过快蒸发。由于高效减水剂的使用，成型后的轻质GLY预应力空心板严禁接触流动水，应立即用养护薄膜覆盖养护，防止人为踩踏。

4　轻质GLY预应力空心板常见质量问题及预防措施

4.1轻质GLY板表观裂缝分析及预防

轻质GLY板表观裂缝主要包含混凝土收缩裂缝和压型机前进过程中由混凝土与机器之间摩擦导致的裂缝，且主要出现在2盘混凝土交接处。前者出现的原因主要包括：（1）陶粒级配不合理，砂中含泥量超标；（2）前后2盘混凝土工作性存在较大差异；（3）混凝土搅拌不充分，陶粒吸水不够，GLY板成型后，陶粒继续吸水导致水化反应不充分；（4）轻质GLY板成型后没有及时覆盖养护，造成早期失水过多；（5）天气影响，特别是我国北方地区，空气相对湿度较低，使混凝土表面失水加剧。后者出现的原因主要包含：（1）压型机长时间未清理或者周边生锈，导致混凝土与机器之间摩擦过大；（2）混凝土工作状态较差，在挤压成型过程中，浆体产生不充分，造成混凝土不密实，混凝土内部粘结力差。

预防措施：轻质GLY板表观裂缝的成因往往很复杂，单靠某一方面的努力是不够的，还需要在各个方面同时采取措施，才能保证产品质量。可以从严格控制原材料质量、保证混凝土的工作性、严格执行养护制度、规范现场作业管理等多个方面同时控制［6］。

4.2轻质GLY板混凝土不密实的分析及预防

轻质GLY板混凝土不密实主要原因有：（1）混凝土过干或搅拌时间不足，导致陶粒吸水不充分；（2）GLY板压型机因调整不到位，导致行走速度过快、孔芯便宜或者振捣频率不够，水泥浆体产生不充分；（3）前后2盘混凝土工作性存在较大差异，导致交接处混凝土不密实；（4）混凝土下料不及时，或者未有人工辅助下料，导致下料不足，混凝土挤压力不够［7］。

预防措施：现场施工人员密切关注混凝土状态，调整好机器，注意机器运转过程中是否有异常情况，及时发现、及时解决。最重要的是加强技术人员的管理培训，严格操作制度。

4.3轻质GLY板反拱过大分析及预防

轻质GLY板反拱过大的主要原因有：（1）放张时轻质混凝土强度过低；（2）设计时只考虑了轻质混凝土的抗压强度是否达标，而没有考虑到其弹性模量是低于一般普通混凝土的；（3）由于是现场作业，设备精度不够，导致预应力钢筋张拉力超过设计值；（4）轻质GLY板存放时间过长，反拱增大；（5）现场作业温度差异变化对预应力钢筋的影响［8-9］。

预防措施：（1）严格控制放张时间；（2）设计时考虑轻质混凝土的弹性模量低于普通混凝土弹性模量的情况；（3）对张拉预应力实行双控制，即伸长率控制和油泵表盘控制；（4）选用合适张拉设备并校核；（5）缩短轻质GLY板存放时间；（6）考虑温度变化对预应力钢筋的影响，调整张拉力；（7）组织施工人员学习生产规程，规范施工制度。

5　结语

轻质GLY预应力板的开发是对传统预制混凝土构件产品的创新突破，也是我国建筑结构向着轻质高强发展的一个响应。轻质GLY板生产对于原材料的要求很高，选用高强度陶粒对混凝土强度的提高有着至关重要的作用，在轻质GLY板的生产过程中务必严格执行相关标准和工艺要求，确保质量。轻质GLY板综合建筑效益的体现，表明了其发展前景，也为轻质混凝土应用于承重结构打下铺垫，相信会有更多的高性能结构应用到建筑中。

［1］吴村，富恩久，高连玉.GLY高强大跨预应力空心板的生产与应用［J］.混凝土，2005（6）：95-98.

［2］刘阳杰.碎石型页岩陶粒混凝土的制备与性能研究［D］.南昌：南昌大学，2012.

［3］曾三海，王光辉，笔杆旭光.轻骨料混凝土配合比设计的试验研究［J］.新型建筑材料，2013（10）：55-58.

［4］王坤.干硬性混凝土在SP预应力空心板中应用［J］.材料与冶金学报，2010，9（4）：305-307.

［5］银俊.轻骨料混凝土梁受力性能研究［D］.内蒙古：内蒙古科技大学，2010.

［6］Mehmet Gesoglu，Turan Ozturan，Erhan Güneyisi.Shrinkage cracking of lightweight concrete made with cold-bonded fly ash aggregates［J］.Cement and Concrete Research，2004，34（7）：1121-1130.

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

［8］徐金声，薛立红.预应力混凝土受弯构件长期反拱和挠度的合理估算方法［J］.建筑结构，2011，41（1）：95-102.

［9］郭建鹏.浅议先张法预应力空心板梁反拱度理论值与实测值之差异［J］.建筑与工程，2008（12）：123-124.

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，湖南邵阳人，硕士研究生。