人造轻集料混凝土配合比设计探讨

2021-02-06吴瑞卿

广东建材 2021年1期

甘立吴瑞卿甘伟王庆何娟

（1 广州建筑产业开发有限公司；2 广州建筑股份有限公司)

(3 广州大学；4 广州市建筑集团有限公司)

0 引言

随着我国建筑产业现代化，装配式、绿色建筑迅速发展，采用固废为资源的建筑用人造轻集料陶粒，取代天然资源砂、石，成为当今研发的热点。鉴于陶粒品种繁多、陶粒混凝土的应用广泛，陶粒混凝土和普通混凝土的配合比设计，控制指标有所不同。很有必要对于不同密度、不同强度、流动性等指标要求的陶粒混凝土的配合比设计，提出科学合理、可靠简便的方法。

1 人造轻集料陶粒混凝土配合比设计思路和方法

人造轻集料是指采用无机材料（工业固废、建筑废物等）经加工制粒、高温焙烧而制成的轻粗、细集料（陶粒、陶砂）（下称轻集料或陶粒）。轻集料混凝土是指密度在1900kg/m3以下的混凝土（又称陶粒混凝土）。

陶粒混凝土与普通混凝土的配合比设计，不同的是增加了密度指标要求。普通混凝土密度在1300～1400kg/m3，而陶粒混凝土密度涵盖范围在400～1900 kg/m3。很明显，采用普通混凝土配合比设计的概念和方法，难于满足陶粒混凝土配合比设计要求。

本文针对陶粒混凝土的性能要求和特点，提出以下配合比设计思路和方法。在确定配合比构思时,着眼四个基本要素：

⑴陶粒混凝土分类。将密度400～1900kg/m3范围陶粒混凝土，按用途、密度等级不同，分为低密度（＜D800）绝热用、中密度（D800～D1500）填充、结构用、高密度（D1600～D1900）结构用，三类陶粒混凝；

⑵基料的选用和确定。按三类混凝土选用不同基料，低密度混凝土基料为浆料；中密度混凝土基料为砂浆；高密度混凝土基料为混凝土；

⑶陶粒的选用和确定。按三类混凝土密度、强度要求不同，分别选用超轻陶粒，粗轻普通陶粒、高强陶粒；

⑷陶粒和基料比例的确定。按三类混凝土密度、强度性能要求不同，分别确定陶粒和基料的体积比或质量比。

陶粒混凝土配合比设计具体方法如下：按设计要求和已有资料确定混凝土类别-确定陶粒品种和性能、基料品种和性能-确定陶粒与基料比例（体积比或质量比）-确定初步配合比-按实际材料（陶粒、砂、石的含水率等）调整材料用量，通过试验渐进的方法，确定试验室配合比-进一步按工程实际条件、要求，对试验室配合比进行施工适应性调整后，确定施工配合比。

2 陶粒混凝土分类与配合比设计

由于陶粒混凝土涵盖的强度（0.3～60MPa）、密度（400～1900kg/m3）范围跨度大，用途广泛（保温隔热、轻质填充、轻质墙体、结构构件）、品种繁多（普通品、特制品）。要对其进行配合比设计，对陶粒混凝土进行清析、合理的归纳、分类，是十分必要和重要的。为了便于分析,本文从用途和密度角度，将陶粒混凝土进行了归纳、分类。

⑴陶粒混凝土按用途不同，分为绝热用、填充结构用和结构用陶粒混凝土三类。常用的陶粒混凝土分类，见表1。

⑵陶粒混凝土按密度和组成材料不同，分为低密度、中密度和高密度陶粒混凝土三类，并将组成材料分为两部分，轻集料（陶粒）和基料(浆料、砂浆和混凝土)。常用的陶粒混凝土分类，见表2。

⑶通过上述按使用目的和性能要求分类，配合比设计，第一步，就可以明确的确定陶粒混凝土的基料和陶粒品种。进一步，按类别将混凝土分成低密度、中密度、和高密度三类。分三阶段，按不同的集料（陶粒）和基料配合，分别进行配合比设计，确定组成材料。

通过分类、分段，使陶粒混凝土的配合比设计，针对性更强，更为简单、明了，合理可行。

表1 陶粒混凝土按用途分类

表2 陶粒混凝土按密度、强度、组成材料分类

3 基料与配合比设计

本文提出的配合比设计思路是，陶粒混凝土是由轻集料和基料组成。进一步将陶粒混凝土按密度分成低密度、中密度、和高密度混凝土，划分成三段，分别按照陶粒和不同品种的基料进行配合，确定其配合比组成材料。

相应低密度、中密度和高密度三类混凝土, 基料分别为：浆料、砂浆和混凝土。很明确，基料是控制混凝土性能的重要因素之一。不同密度类别的混凝土，配制的基料将是不同的。基料承担了混凝土胶结成整体、混凝土强度、坍落度以及密度和其它性能的贡献。（调整水泥用量、外加剂、用水量）三种资料的性能，强度主要取决于水泥品种和用量，外加剂用水量。

三种基料的主要性能，强度、流动性，取决于水泥品种和用量，外加剂、用水量等）。基料配合比（组成材料），可按常规方法确定。

4 陶粒与配合比设计

陶粒混凝土是由轻集料和基料组成。很明确，陶粒是控制混凝土主要性能密度、强度的另一重要因素。陶粒承担了混凝土骨架、降低（或调整）密度、提供强度以及满足坍落度和其它性能的功能。因此，不同类别密度、强度要求的混凝土，对陶粒密度、强度有不同要求。配合比设计时，应选用与性能要求相适应的陶粒，可按表3和下述资料选用。常用陶粒(陶砂) 粒径、密度、筒压强度、强度标号范围，如表3。

表3 常用陶粒(陶砂)技术指标

通常，配制陶粒混凝土用的陶粒质量和检测方法，应符合《轻集料及其试验方法》GB/T 17431 1.2 标准的规定。陶粒(陶砂)是公称粒级0～40mm；密度（堆积密度）300～1200kg/m3；筒压强度0.2～12MPa 的陶瓷质球形颗粒状的洁净产品，其中公称粒级0～5mm；堆积密度600～1200kg/m3为陶砂。有发泡型和烧结型品种。

常用陶粒空隙率在34%～38%；连续级配时，2.36mm筛上累计筛余，宜为(60±2)%；陶砂的细度模数，宜在2.3～4.0 范围内；粗轻陶粒1h 吸水率要求：密度等级300、400、500，相应不大于25%、20%、15%；密度等级600～1200，不大于10%。陶粒的软化系数不应小于0.8；陶砂的吸水率，软化系数，不作规定；陶粒平均粒型系数应小于等于2.0。

5 陶粒与基料的配比关系

陶粒混凝土中，陶粒与基料配比，据陶粒混凝土类别而不同。按陶粒混凝土密度等级要求，和所选用基料的密度、陶粒的密度，确定基料与陶粒的比例，可采用体积比和重量比表征。

⑴对于低密度陶粒混凝土，密度、强度等级范围要求在：＜D800；LC0.5～LC7.5。首先考虑满足陶粒混凝土的密度要求，选用密度小的超轻陶粒。其次考虑陶粒混凝土的强度要求。选用适合陶粒的密度、筒压强度和品种。通常每立方混凝土采用陶粒的体积为0.9～1.1m3。每立方混凝土采用的基料，应能填充陶粒的空隙(约35%～38%)+1%，同时考虑满足混凝土强度（调整水泥用量、外加剂、用水量）、密度和施工性能（坍落度）要求。

⑵对于中密度陶粒混凝土，密度、强度等级范围要求在：D800～D1500；LC7.5～LC20。首先，要同时考虑满足陶粒混凝土的密度、强度要求，选用密度小，筒压强度较高的粗轻陶粒品种。其次，考虑陶粒的掺量，应满足陶粒混凝土的密度、强度要求。通常每立方中密度混凝土采用陶粒的体积为0.5～1m3。每立方混凝土采用的基料，应能填充陶粒的空隙，满足强度（调整水泥用量、外加剂、用水量）、密度和施工性能（坍落度）要求。

⑶对于高密度陶粒混凝土，密度、强度等级范围要求在：D1600～D1900；LC20～LC60。该类结构用混凝土，多以混凝土基料为主体，可以看成是用高强陶粒取代部分砂石集料，降低混凝土密度。首先，要同时考虑满足结构用陶粒混凝土的强度、密度要求，选用密度较小，筒压强度较高的高强陶粒品种。其次，陶粒的掺量应满足陶粒混凝土的密度、强度和其他性能要求。通常每立方高密度混凝土采用陶粒的体积为0.5～0.8m3。每立方混凝土采用的基料，应能填充陶粒的空隙，满足强度、密度和施工性能（坍落度）要求。