自密实轻骨料混凝土的配合比设计研究

董健苗，燕元晶，聂浩，农辉辉，李小武（广西科技大学，广西 柳州　545006）

自密实轻骨料混凝土的配合比设计研究

董健苗，燕元晶，聂浩，农辉辉，李小武
（广西科技大学，广西 柳州545006）

选用普通硅酸盐水泥、陶粒、河砂、粉煤灰、硅灰等原材料，采用绝对体积法，研究了水胶比、轻骨料体积掺量、矿物掺合料用量对自密实轻骨料混凝土性能的影响，确定了SCLC40、SCLC50强度等级的自密实轻骨料混凝土配合比。结果表明：当轻骨料体积掺量为42%、Ⅰ级粉煤灰掺量为20%、硅灰掺量为10%（SCLC50）时，SCLC的自密实性能和表观密度最佳。

自密实轻骨料混凝土；配合比；坍落扩展度；表观密度；抗压强度

0　引言

自密实轻骨料混凝土（SCLC）是在自密实混凝土基础上，用轻骨料代替普通骨料，采用混凝土配合比设计技术配制而成的干表观密度小于1950 kg/m3的新型高性能混凝土［1］。该混凝土兼具轻骨料混凝土和自密实混凝土的优点，同时又克服了轻骨料混凝土振捣时易于上浮和普通自密实混凝土粗骨料易于下沉等缺点［2］。但SCLC配合比设计不同于轻骨料混凝土和普通自密实混凝土，其难点在于既要求拌合物有一定的流动性以满足自密实性能，又要求拌合物有一定的粘性以防止在大流动度条件下的分层离析。本文参考JGJT 283—2012《自密实混凝土应用技术规程》，采用绝对体积法进行配合比设计，通过掺加矿物掺和料和聚羧酸高效减水剂改善其流动性和粘性，使得拌合物具有较大的流动度，同时能够满足轻骨料不上浮，拌合物不离析［3］，从而满足自密实混凝土对自密实性能及强度的要求。

1　原材料

水泥：广西柳州鱼峰水泥有限公司生产的P·O42.5水泥；粉煤灰：柳州电厂Ⅰ级粉煤灰，化学成分见表1；硅灰：广州耿达贸易有限公司产，化学成分见表2；细骨料：柳江河砂，中砂；粗骨料：宜昌宝珠页岩陶粒，物理力学性能见表3；减水剂：苏州弗克技术有限公司生产的聚羧酸高效减水剂，减水率30%。

表1　粉煤灰的化学成分　%

表2　硅灰的化学成分　%

表3　轻骨料的主要技术性能指标

2　配合比设计的关键

配制自密实轻骨料混凝土的关键是解决强度与表观密度、大流动性与抗离析性之间的矛盾。SCLC的强度越高，则其表观密度越大；拌合物的流动性越大，则其抗离析性越差［4］。本试验是研究在满足强度要求的同时尽量减小其表观密度；在满足拌合物较大流动性条件下，轻骨料不上浮、拌合物不分层离析，具有较好的自密实性能。本文采用绝对体积法计算出各组分的掺量，然后通过试验试配，根据自密实轻骨料混凝土拌合物的自密实性能、表观密度及抗压强度调整各组分掺量，最终确定SCLC的配合比。

3　SCLC配合比的试验研究

本试验研究了不同水胶比、轻骨料体积掺量、矿物掺合料用量对自密实轻骨料混凝土的影响，通过实验室试配研制出满足自密实性能及强度要求的自密实轻骨料混凝土。

3.1最优水胶比的确定

水胶比是影响混凝土强度的主要因素，同时对拌合物的流动性也有很大的影响［5］。根据JGJT 283—2012计算出各组分的掺量，初步确定陶粒的体积掺量为35%，即455 kg/m3，然后，保持胶凝材料的质量不变，通过改变用水量调整拌合物的水胶比，根据拌合物的自密实性能指标和混凝土的强度指标综合确定拌合物的用水量，从而确定水胶比。分别通过4组试验，用130～165 kg/m3的用水量配制强度等级为SCLC40和SCLC50的自密实轻骨料混凝土。配合比及性能见表4。

表4　不同水胶比的SCLC配合比及其性能

由表4可以看出，S1～S8均能满足强度的要求；S1、S5出现部分的离析现象，在成型的试块底部可以明显看到分层；S4、S8由于流动度较小，在试块的侧面出现裸露的轻骨料，S2、S3、S6、S7均能满足自密实性能的要求。最终确定SCLC40 和SCLC50的水胶比分别为0.30和0.28。上述试样表观密度偏大，可以通过增大轻骨料掺量的方法来解决。

3.2最优轻骨料体积掺量的确定

轻骨料的体积掺量对SCLC的配制有着重要的影响，当其掺量较小时，混凝土表观密度较大、强度较高、流动性较好；当其掺量较大时，混凝土表观密度较小、强度偏低、流动性变差。本研究在上述确定的水胶比的条件下，通过改变SCLC拌合物中轻骨料的体积掺量，以拌合物的自密实性能、混凝土的强度和表观密度为参考，确定最佳轻骨料体积掺量。实验室配合比及性能见表5。

由表5可以看出，轻骨料的体积掺量在35%～45%变化时，随着其掺量的增加，拌合物流动性减小，混凝土强度降低。试验表明，SCLC轻骨料较合适的体积掺量在42%左右，当掺量大于42%时，拌合物的流动性变差，同时强度降低，不能符合标准要求。

3.3最优矿物掺合料用量的确定

本试验采用的矿物掺和料为粉煤灰和硅灰，均采用等量取代法掺入。通过研究矿物掺合料不同掺量对拌合物自密实性能以及抗压强度的影响，确定粉煤灰和硅灰的最佳掺量。实验室配合比及性能见表6。

由表6可以看出：

（1）单掺粉煤灰时，随着粉煤灰掺量的增加，拌合物流动性能变好，当掺量达到20%时，拌合物流动性良好（见图1），混凝土内部结构均匀（见图2），具有较好的粘聚性，可以满足实际工程中对自密实混凝土自密实性能的要求。这是因为粉煤灰具有“微集料效应”和“形态效应”［6］使得拌合物中颗粒级配更加合理，拌合物的流动性、均匀性和保水性均得到很好改善。继续增大掺量到30%时，拌合物变得较黏稠，流动性降低；同时，随着粉煤灰掺量的增加，混凝土强度逐渐降低。

表5　不同轻骨料体积掺量下SCLC配合比参数值及性能指标

表6　不同矿物掺合料下SCLC配合比及其性能

图1　自密实混凝土的坍落扩展度

图2　破坏后的试块内部结构

（2）单掺硅灰时（SCLC50），随着硅灰掺量的增加，SCLC的强度逐渐提高，但是拌合物的黏性增大，流动性降低；复掺粉煤灰和硅灰时，粉煤灰改善了拌合物的流动性，硅灰提高了

SCLC的强度，当粉煤灰掺量为20%、硅灰掺量为10%时，SCLC50的性能最佳。

4　结论

（1）水胶比对自密实轻骨料混凝土强度影响较大，对于SCLC40较为合适的水胶比为0.30左右，对于SCLC50较为合适的水胶比为0.28左右。

（2）轻骨料的体积掺量决定了SCLC拌合物的自密实性能和表观密度，SCLC40和SCLC50最优的轻骨料体积掺量为42%左右，其表观密度分别为1850、1867 kg/m3。

（3）粉煤灰、硅灰等矿物掺合料对SCLC拌合物流动性能及强度影响较大，单掺粉煤灰时，SCLC40较为合适的粉煤灰掺量为20%左右；复掺粉煤灰和硅灰时，SCLC50较为合适的掺量为20%的粉煤灰和10%的硅灰，此时，自密实轻骨料混凝土的坍落扩展度达到615 mm，28 d抗压强度为57.5 MPa。

［1］何延树，王振军.自密实轻骨料混凝土工作性能的研究［J］.西安科技大学学报，2004，12（4）：422-425.

［2］吴智敏，张小云，张云国.自密实轻骨料混凝土配合比设计及基本力学性能试验［J］.建筑科学与工程学报，2008，12（4）：83-87.

［3］李晓斌.自密实轻骨料混凝土工作性能和力学性能影响因素分析［J］.新型建筑材料，2012（1）：9-11.

［4］吴熙.自密实轻骨料混凝土的力学性能研究［D］.大连：大连理工大学，2013.

［5］王玉梅，刘锡军.自密实轻骨料混凝土配合比设计及基本力学性能试验［J］.混凝土，2012（6）：111-113.

［6］胡曙光.先进水泥基复合材料［M］.北京：科学出版社，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

广西教育厅科学基金项目（YB2014199）；广西高校中青年骨干教师培养计划项目（2014年）；柳州市科学研究与技术开发计划项目（2013B030402）

董健苗，女，1972年生，广西柳州人，硕士，教授。地址：广西柳州市东环大道268号，E-mail:dongjianmiao95@163.com。