HLC60轻质高强混凝土试配探索

董恒瑞，周国平，邓铃夕

（1重庆建工建材物流有限公司，重庆401122；2重庆市建筑材料与制品工程技术研究中心，重庆401122；3中冶建工集团混凝土公司，重庆400052；4重庆砼固建材科技有限公司，重庆400051）

HLC60轻质高强混凝土试配探索

Exploration on Trial Preparation of HLC60

董恒瑞1,2，周国平3，邓铃夕4

（1重庆建工建材物流有限公司，重庆401122；2重庆市建筑材料与制品工程技术研究中心，重庆401122；3中冶建工集团混凝土公司，重庆400052；4重庆砼固建材科技有限公司，重庆400051）

轻质高强混凝土具有轻质、高强、耐久、抗震、保温隔热等优越的性能，随着城市建筑高度、跨度的不断增加和建筑节能设计标准的不断提高，轻质高强混凝土日益发挥更加重要的作用。该文在现有原材料条件下、在已有研究的基础上经不断试验调整最终配制出1900级LC60的轻质混凝土，并在试验数据基础上分析了强度的影响因素，以期促进轻质高强混凝土技术的进步。

高强陶粒；配合比；坍落度；干表观密度

0 引言

随着高强高性能混凝土工作的推进，混凝土呈现出多元化发展的趋势。体轻、高强、智能、透光、导电、自愈合等等“特异功能”的混凝土不断出现，改变着人们的认识度、想象力，而轻质高强混凝土便是其中一例，轻质高强混凝土一般是由高强陶粒、普通砂、胶凝材料、矿物掺合料、水、外加剂等配制而成，又称为结构陶粒混凝土或砂轻陶粒混凝土[1]。与普通高强混凝土相比，轻质高强混凝土可减轻建筑物和构筑物的自重恒载、减少配筋率和结构造价，特别是在软土地基工程和已有建筑改造工程中发挥着重要作用[2]。当前，强度等级LC40及以下的轻质混凝土技术较成熟并不断被应用[3]，但轻质高强混凝土的配合比设计、制备、研究、应用经验尚且不足，LC60轻质高强混凝土鲜有应用案例。该文在吸收国内外轻质高强混凝土的制备技术及生产经验的基础上，提出一种较合理方便的LC60轻质高强混凝土配合比设计方法，并在试验基础上验证28d强度是否达到设计要求并就影响轻质高强混凝土强度的因素进行分析。

1 原材料

水泥：重庆某水泥厂生产的普通硅酸盐水泥P·O42.5R，某厂生产的普通硅酸盐水泥P·O52.5R，指标检测符合GB175标准规范。

粉煤灰：F类、Ⅱ级，指标检测符合GB1596标准规范的要求。

矿粉：S75，指标检测符合GB/T18046标准规范的要求。

硅灰：成都某公司生产，指标检测符合GB/T27690标准规范的要求。

外加剂：自主复配型，减水率约36%，符合GB8076标准规范要求。

河砂（特细砂）：枝江砂，细度模数1.45；机制砂：卵石机砂，细度模数2.97，含粉量9.0%。

混合砂比例：特细砂占33%，筛分数据见表1和图1。

表1 混合砂累计筛余

图1 混合砂筛分曲线

高强陶粒（图2）：

图2 高强陶粒

（1）某页岩陶粒（一）（简称CG）：堆积密度950kg/m3，表观密度1730kg/m3，陶粒粒型较差片状颗粒较多；主要颗粒粒径集中在5～16mm之间，筒压强度（原状、未筛分）：6.1MPa，强度标号为35～40，骨料含水率0.7%～1.0%，1h常压吸水率为2.2%，煮沸质量损失0.3%，颗粒粒径集中在5～16mm之间。

（2）某页岩陶粒（二）（简称TG）：堆积密度850kg/m3，表观密度为1350kg/m3，筒压强度（原状、未筛分）：7.3MPa，强度标号为40，1h常压吸水率为5.2%，图2为两种高强陶粒形貌对比。

表2 LC60轻质高强混凝土配合比（kg/m3）

2 配合比说明

对于一般的陶粒混凝土可在《轻骨料混凝土技术规程》JGJ51-2002、《轻骨料混凝土结构技术规程》JGJ 12-2006等相关资料的基础上进行设计，但因国内陶粒质量水平有限，在轻质高强混凝土配置工作中时常出现与标准规范出入较大的情况，例如单方LC60高强陶粒混凝土粗细骨料总体积按照标准要求中规定的1.3m3，若参考该标准，将难以配制出符合设计容重和强度要求的混凝土，笔者结合相关文献资料和研究经验，提出一种经验性混凝土配制思路，该方法可较准确、快捷的确定基准配合比。

在骨料已给定时，提高混凝土强度和控制混凝土容重的途径主要是水胶比和骨料占比，骨料占比可通过新拌混凝土的工作性判断，对重庆地区生产的水泥来讲，水胶比与水泥浆体容重有如图3所示的经验关系曲线。该项目试验在水胶比、骨料占比、陶粒上浮率以及试件强度“四因素”的反馈信息指导下进行配合比调整。

图3 水胶比与浆体容重的经验关系曲线

3 试验及分析

试验的初始配合比的计算参考绝对体积法，每种原材料用量经估算确定。试验在初始配合比基础上结合实际试验情况进行配合比调整，外加剂的用量根据拌合物工作性的需求调整。在保证强度和容重均符合要求前提下，水胶比从0.4调整至0.24，具体的实际配比见表2。

前期试验数据显示，轻质高强混凝土的尺寸效应较为明显，100×100×100 mm立方体试件与150× 150×150 mm试件之间的尺寸效应约为0.8，为保证数据的可靠性和准确度，该项目试验结果评定以150×150×150 mm立方体试件抗压强度为准，试验结果见表3。

从表3和图4中看出：在相同的表观密度范围内，采用TG陶粒配制的轻质高强混凝土的强度更高，或者说比强度更大，而采用CG陶粒制备1900级HLC60混凝土较困难。分析认为主要是CG陶粒自身的强度不足，骨料与水泥净浆强度协调性较差，难以满足60MPa混凝土强度的要求。最终TG陶粒轻质高强混凝土可以实现1900级HLC60的指标要求，经配合比的不断调整，成功配制出1900级LC60轻质混凝土。

表3 试验结果汇总

图4 TG和CG陶粒混凝土强度和表观密度的分布

结合试验结果看出：编号HLC-11～HLC-14混凝土7d龄期强度在53MPa以上，28d龄期最高强度已超过70MPa，达到C60设计强度等级。

7d龄期试件抗压强度测试时发现：由于LC60水胶比较低，水泥浆体比重较大，新拌混凝土坍落度较大的几组试配（编号HLC-2～HLC-10）出现陶粒上浮趋势增大，表面不易抹平的情况，这将导致轻质高强混凝土出现外分层现象[4]，外分层作用造成陶粒和水分集中在混凝土表层，强度测定时试件成型面易脱落，而坍落度只有140mm左右的混凝土的破坏形式呈现均匀破坏行为，这是由于降低新拌混凝土的坍落度，降低流动性，形成塑性状态，可明显减少陶粒上浮现象，提高成型混凝土的均匀性[5]，减少混凝土因局部密度差产生的应力集中效应首先破坏掉强度薄弱相（陶粒）。见图5。

图5 7d龄期混凝土破坏形式

随着养护龄期的增长，水泥净浆强度持续增长，水泥浆所包裹陶粒表面的强度增大，在外力作用下裂缝的扩展更困难[6]，因高强陶粒上浮造成的质量不均匀、试件应力集中现象得到一定的缓解，试件受力破坏形式接近于普通C60混凝土，见图6。

图6 HLC-13和HLC-14试件18d抗压试验破坏形貌

同样，随着试件养护龄期的增长，陶粒轻微上浮、制备均匀的试件表现出较明显的环箍效应，而陶粒上浮严重、制备不均匀的试件出现单边“崩塌”破坏和单边“撕裂”受拉破坏现象，见图7、图8。

另外，由于LC60粘度较大，坍落度较小时，气泡不易排出，成型密实较困难，为提高混凝土密实度，建议施工时按照“振动时间短，振动间距短”、“降低浇筑高度”的方式进行，提高其密实度。

图7 28d龄期轻质高强混凝土“环箍效应”

图8 28d龄期试件不均匀破坏

4 试验结论

本文中提到的一种新的较合理的轻质高强混凝土经试验验证是可取的，在该方法计算的初始配合比的基础上，可以较快地确定最终合理配合比。

轻质高强混凝土的强度除了与陶粒自身强度、水胶比有关外，与新拌混凝土的坍落度有较大关系，因轻质高强混凝土的水胶比较低，陶粒与浆体间的密度差较大，陶粒上浮概率增多，降低混凝土坍落度、提高粘度可保证混凝土不分层离析，这是制备轻质高强混凝土的必要条件。

[1]建设部.JGJ51-2002轻骨料混凝土技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2002.

[2]胡曙光，王发洲.陶粒混凝土[M].北京：化学工业出版社，2005：28-30.

[3]杨再富，范英儒，石从黎，等.重庆地区高强陶粒混凝土设计与制备技术研究[J].重庆建筑，2012（8）：1-4.

[4]胡曙光，王发洲.轻集料混凝土[M].北京：化学工业出版社，2006：127-128.

[5]唐笑.大流动性结构轻集料混凝土性能研究[D].重庆：重庆大学，2003：31-33.

[6]曹刚.高强轻骨料混凝土实验研究[D].西安：西北工业大学，2004：39-40.

责任编辑:孙苏，李红

新技术运用

听声音识别问题建筑

每年世界各地都会发生一些建筑物坍塌的事故。一些建筑物使用一段时间后会出现裂缝，表面的裂缝我们可以看到，但是内部的裂缝我们却看不到，而这些内部裂缝往往会带来毁灭性的灾害。怎样才能识别隐藏在建筑物内部的裂缝呢?我们得用声音来听。目前主要是一种叫声波发射监测检测系统的设备，能接受到建筑物金属断裂的声音。正在发展中的新一代检测系统包括传感器和监视器，可安置在桥墩和桥支柱上，尚处于设计、模型制造和研究阶段。

声波检测设备也叫声显微镜，它能让人们看到建筑材料内部的变化情况，而这是用常规的光学显微镜无法看到的。例如，建筑材料中往往存在一些受力区，这很容易引起材料的破损或缺陷。但小的受力区常常会被光学方法所遗漏。而声波是一种机械波，它对于建筑材料中因受力和裂缝等引起的局部弹性变化非常敏感。

声波探测技术还可用来验证建筑物中可疑部位是否有白蚁的危害。其原理是把昆虫上颚取食木材时产生的声音转换成电信号，然后以数码的形式呈现在探测仪的视屏上。使用时把探测仪直接放在裸露的建材(如门窗框和梁等）和活树干上，新型的声波探测仪上还配有麦克风话筒，以放大声波，便于监听白蚁的活动情况。专业人员可区分昆虫取食的声波和背景杂音，有经验的专业人员甚至可以根据声波鉴定昆虫的类群。

美国新出现的第二代高速公路监听器是一种便宜的便携式声波检测设备，能按需要快速检测公路大桥的状况，评估所需时间在一天到一星期之间。

(摘自：《新民晚报》）

High-strength lightweight concrete has the superiorities of light weight,high strength,durability,seismic resistance,heat preservation and heat insulation,etc.With the increase of the height and span of urban architectures and the growing enhancement of design standard for building energy efficiency,high-strength lightweight concrete is playing an increasingly important role.Based on the previous researches and the existing materials,this paper finally succeeds in preparing the 1900 grade LC60 lightweight concrete after trials,and analyzes the influencing factors of strength based on the experiment data in hope of promoting the advancement of high-strength lightweight concrete technology.

high strength ceramsite;mix proportion;slump degree;dry apparent density

TU528

A

1671-9107（2017）05-0050-04

10.3969／j.issn.1671-9107.2017.05.050

2017-02-22

董恒瑞（1988-），男，河南商丘人，本科，初级工程师，主要从事陶粒混凝土、全轻混凝土、加气混凝土等节能建材的设计与技术工作。