LC7.5轻质陶粒混凝土的配制与性能研究

2019-07-11刘平葛婷王小亮

建材发展导向 2019年12期

刘平，葛婷，王小亮、3

（1.云南省建设投资控股集团有限公司市政总承包部云南昆明 650501 2.云南建投绿色高性能混凝土股份有限公司云南昭通 657000 3.云南省高性能混凝土工程研究中心云南昆明 650501）

0 引言

现代建筑技术的不断发展，特别是高层建筑和大跨度建筑的不断建成，对混凝土性能的要求越来越高。混凝土除了满足结构安全的需要以外，一些功能性特性变得日益重要，如装饰性、保温隔热性能、抗冻性、耐火性等。和普通混凝土相比，陶粒混凝土因其骨料采用的是在高温下烧结而成的轻质人造骨料，具有自重轻、相对强度较高，同时具有优良的保温隔热性能被广泛的应用在非承重结构中[1～3]。

陶粒混凝土作为一种轻质混凝土，内部具有较大的孔隙率，常用在建筑外墙、屋顶等部位用作保温隔热材料，具有节约能源的作用。陶粒的孔结构是陶粒混凝土另外一个效应，即“微泵”效应的主要原因，能进一步提高混凝土的抗渗性，同时陶粒混凝土可有效地降低混凝土碱骨料反应的发生，具有较高的耐久性能[4]。本文采用300级粘土陶粒作为粗骨料，根据轻骨料混凝土技术规程进行配合比设计配制LC7.5轻骨料混凝土，主要用于建筑物的屋顶部位，通过测试混凝土的力学性能、保温隔热性能来表征透水混凝土性能的优劣，为轻骨料混凝土的工程应用提供指导。

1 原材料

（1）水泥：水泥选用玉珠水泥厂生产的普通硅酸盐水泥，其各项性能指标见表1所示。

表1 水泥性能指标

（2）粉煤灰：选用昆明汉化贸易有限责任公司生产的F类Ⅱ级粉煤灰，其性能指标表2所示。

表2 粉煤灰性能指标

（3）粗骨料：采用300级粘土陶粒，其各项性能指标见表3所示。

表3 陶粒性能试验结果

（4）细骨料：采用细度模数为2.6的连续级配机制砂，表观密度为2 620kg/m3，紧密堆积密度为1 630kg/m3。

2 配合比设计

2.1 初始配合比计算

LC7.5轻骨料混凝土的配合比设计参考JGJ51-2002《轻骨料混凝土技术规程》中的规定进行计算，具体计算步骤如下：

（1）混凝土的试配强度fcu,o:

（2）混凝土用轻骨料为近似圆球型，表观密度为795kg/m3，试配强度为14.08MPa，选用水泥用量为mc=300kg。

（3）砂率的选择：混凝土为普通砂配制的现浇混凝土，选取砂率为Sp=35%。

（4）净用水量：选取净用水量mwn=200kg，采用绝对体积法计算每立方米混凝土的粗细骨料用量：

式中：

VS―每立方米混凝土中的细骨料绝对体积（m3）;

Va―每立方米混凝土中的轻粗骨料绝对体积（m3）;

ρab―轻粗骨料的颗粒表观密度（kg/m3）。

其中 mwn=200kg，Sp=35%，mc=300kg，ρc=3.1g/cm3，ρw=1.0g/cm3，ρs=2.6g/cm3。

根据上述公式计算得到ms=637kg，ma=360kg。

（5）粗骨料为预湿，细骨料为普通砂，则附加水量为0，减水剂掺量为1.8%，减水率为25%，则实际用水mw=150kg；粉煤灰取代率为25%，则实际水泥用量mc0=225kg，粉煤灰用量mf=75kg。

通过上述计算得到LC7.5轻骨料混凝土的初步配合比见表4所示。

表4 LC7.5轻骨料混凝土配合比

2.2 配合比调整

经上述计算得到的混凝土初始配合比容重为1 447kg/m3，根据规范计算混凝土的干表观密度ρcd=1.15×mc+ma+ms=1.15×300+637+360=1 342kg/m3，根据工程技术要求，轻骨料混凝土的干表观密度需小于1 200kg/m3，上述配合比无法满足要求，应根据要求进行配合比的调整。

混凝土的调整采用保持水胶比、胶凝材料用量不变的原则，通过减少砂和轻骨料的用量来满足对表观密度的要求。表5所示为经过调整后干表观密度满足要求的三个不同配合比。

表5 调整后轻骨料混凝土配合比

3 试验结果分析与讨论

3.1力学性能

LC7.5轻骨料混凝土的28d抗压强度要求≥7.5MPa，且要求干表观密度小于1 200kg/m3，这两个互相矛盾的技术要求使得混凝土的配制具有一定的难度。表6所示为三个满足表观密度要求的配合比的早期和28d抗压强度。

表6 LC7.5轻骨料混凝土抗压强度

由表6的数据可知，当采用初始配合比配制轻骨料混凝土时，混凝土的3d抗压强度达到11.5MPa，28d抗压强度高达13.4MPa，但是由于混凝土中的轻粗骨料和机制砂的用量较大，混凝土的干表观密度为1 272kg/m3，不符合工程技术要求。通过对初始配合比进行调整之后，减少机制砂和轻粗骨料的用量之后，混凝土的干表观密度符合工程技术要求，但是抗压强度有所下降，随着陶粒用量的增加，3d和28d抗压强度均呈下降趋势，其中采用第二个调整的配合比时，其28d抗压强度最低，为8.6MPa，仍符合强度等级的要求。

对于轻骨料混凝土而言，轻骨料性能的高低很大程度上决定了混凝土力学性能的高低，在轻骨料混凝土的配制过程中，选用轻质高强的骨料是配制符合技术要求混凝土的关键。

3.2 保温隔热性能

轻骨料混凝土的保温隔热性能采用导热系数来表征，试验以三块为一组，采用同一个配合比的试块，各试块之间的表观密度差均小于5%。根据轻骨料混凝土技术规程中规定的测试方法进行测试。表7所示为各龄期混凝土的质量和含水率试验数据，图1所示为各配合比混凝土不同龄期的导热系数变化曲线。

表7 各龄期质量和含水率

图1 各龄期陶粒混凝土导热系数

由图1可以看出，随着龄期的增加，陶粒混凝土的导热系数呈降低趋势，即龄期越大，保温隔热效果越好。结合表7中的含水率数据可知，同一配合比，含水率越大，导热系数越大，保温隔热性能越差。混凝土中的含水对导热系数的影响较大，这是因为水的比热容较大，吸热量和放热量高，在混凝土中起到热量传递的介质作用，降低了混凝土的保温隔热性能；随着龄期的不断增加，混凝土中的水分不断蒸发，其导热系数随之降低。综合各配合比混凝土的导热系数来看，其导热系数均在0.4W/（m·K）以下，是一种优良的保温材料。

3.3 吸水率和软化系数

陶粒中存在大量的孔隙，在潮湿环境中极易吸水，导致混凝土的物力力学性能发生较大的变化。图2所示为采用调整后的配合比混凝土的吸水率和软化系数变化曲线。

图2 陶粒混凝土软化系数和吸水率曲线

从图2软化系数的曲线可以看出，采用配合比LC-1配制的陶粒混凝土软化系数最大，这表明该配合比混凝土在饱水后力学性能下降幅度较小，整体防水能力较好。从吸水率变化曲线可以看出采用配合比LC-2配制的混凝土吸水率最大，软化系数最小，初始配合比的吸水率最小，LC-2混凝土在吸水后力学性能下降幅度较大，防水能力较差。

试验数据表明，陶粒混凝土的配合比参数对吸水率和软化系数的影响较大，在潮湿环境中，混凝土吸水后造成的力学性能和防水性能的下降对结构的使用功能和安全造成很大的影响。在混凝土的工程应用过程中，应综合考虑力学性能、热学性能和吸水性能，选取最优配合比进行生产是保证陶粒混凝土质量的重要技术措施。