LC30 轻骨料混凝土的试验研究

田帅TIAN Shuai；李世华LI Shi-hua；焦岩JIAO Yan

（①云南建投绿色高性能混凝土股份有限公司，昭通 657000；②云南省高性能混凝土工程研究中心，昆明 650500）

0 引言

随着现代建筑向着高层、大跨径方向的发展，对混凝土性能的要求也越来越高，普通高强混凝土因其自重大问题的存在，在大型工程应用中受到越来越多的制约[1]。采用陶粒配制的轻骨料混凝土具有轻质高强、保温隔热、隔声、抗震、环保等诸多优良性能，可减轻建筑物和构筑物的自重恒载，在高层建筑、软土地基工程和建筑改造工程中具有广阔的应用前景。

虽然轻骨料混凝土可大幅度减轻结构自重，减少地基荷载，节约材料用量等。但是因轻骨料混凝土强度较低、泵送过程中骨料较易上浮、工作性难保持等问题，制约了轻骨料混凝土的应用发展[2-3]。如何克服以上缺点，提高轻骨料混凝土的性能与质量以满足建筑业发展的需求，仍需开展进一步的研究。而轻骨料混凝土的性能在很大程度上取决于轻骨料的品种及性能，因此，文章开展了不同品种陶粒性能检测与比选试验，并研究了胶凝材料用量、陶砂及轻骨料预湿方式对LC30 轻骨料混凝土性能的影响，以期为轻骨料混凝土的配制与应用提供参考。

1 试验内容与方法

1.1 原材料

①水泥：P·O42.5 水泥，比表面积366m2/kg，标稠用水量26.2%，初凝时间238min、终凝时间302min，3d 抗折强度4.8MPa、抗压强度22.8MPa，28d 抗折强度8.3MPa、抗压强度47.0MPa，安定性合格。

②粉煤灰：Ⅰ级粉煤灰，细度6%，需水量比95%，含水率0.2%，烧失量3.8%，7d 活性指数为75.0%，28d 活性指数为88.6%。

③页岩陶粒：粒型为碎石型，粒径为5～15mm，堆积密度895kg/m3，表观密度1674kg/m3，筒压强度9.5MPa，1h 吸水率为1.2%。

④人工陶粒：粒型为圆球型，粒径为5～20mm，堆积密度1110kg/m3，表观密度1670kg/m3，筒压强度11.3MPa，1h吸水率为4.8%。

⑤污泥陶粒：粒型为圆球型，粒径为5～15mm，堆积密度507kg/m3，表观密度884kg/m3，筒压强度2.7MPa，1h 吸水率为26.8%。

⑥粉煤灰陶粒：粒型为圆球型，粒径为5～15mm，堆积密度966kg/m3，表观密度1603kg/m3，筒压强度25.2MPa，1h吸水率为13%。

⑦河砂：细度模数3.2，含泥量2%。

⑧页岩陶砂：粒径0～5mm，堆积密度699kg/m3。

⑨人工陶砂：粒径0～1.18mm，堆积密度833kg/m3。

⑩减水剂：采用减水率为30%的聚羧酸高性能减水剂。

1.2 混凝土配合比

LC30 轻骨料混凝土试验配合比如表1～表4 所示。

表1 不同品种陶粒对LC30 混凝土性能影响的试验配合比（kg/m3）

表2 胶凝材料用量对LC30 混凝土影响的试验配合比（kg/m3）

表3 陶砂用量对LC30 混凝土性能的试验配合比（kg/m3）

表4 骨料预湿方式对LC30 混凝土性能的影响试验配合比（kg/m3）

1.3 混凝土的制备

骨料预湿：将陶粒放入水中浸泡24h，然后将陶粒控水至饱和面干后开展相关试验。

制备方法：未预湿的陶粒其拌制投料顺序为先将骨料与试验所需用水量的一半加入搅拌机搅拌3min，然后加入胶凝材料、外加剂和剩余的水搅拌3min。预湿后的陶粒其制备方法将所有材料加水搅拌3min 即可。

成型方法：拌合物出机后一次填装试模，对于流动性混凝土装满试模后放入振实台振动15s 后表面压实抹平，试模尺寸为100×100×100mm。

2 结果与讨论

2.1 不同品种陶粒对LC30 混凝土性能的影响

不同品种陶粒对LC30 混凝土性能影响的试验配合比如表1 所示，其试验结果如表5 所示。

表5 不同品种陶粒对LC30 混凝土性能影响的试验结果

由图1～图4 可知，LP-3 混凝土陶粒上浮最为严重，LP-1 与LP-4 混凝土陶粒上浮情况优于LP-3，而采用粉煤灰陶粒配制的混凝土陶粒基本不上浮。这是由于陶粒的上浮取决于陶粒的密度与水泥浆体的密度，陶粒密度与水泥浆之间的差值越大陶粒上浮越严重，而粉煤灰陶粒的表观密度虽然低于页岩陶粒与人工陶粒，但粉煤灰陶粒具有较高的吸水率，其吸水后单位体积内质量最大，因此具有较好的抗上浮性能。由图5～图8 可知，试块的破坏面主要表现为陶粒的损坏，陶粒的破坏程度LP-3＞LP-1＞LP-4＞LP-2。由表1 与表5 可知，在胶凝材料用量为480kg/m3的情况下，采用污泥陶粒配制的轻骨料混凝土干容重为1290kg/m3在LP-1～LP-4 中最低，但28d 抗压强度也最低，仅有15.4MPa；采用粉煤灰陶粒配制的轻骨料混凝土28d 抗压强度最高，可达38MPa；而采用页岩陶粒与人工陶粒配制的轻骨料混凝土28d 抗压强度基本相当；这是由于陶粒筒压强度的大小顺序为粉煤灰陶粒＞人工陶粒＞页岩陶粒＞污泥陶粒，在胶凝材料用量及用水量一致的情况下，陶粒的筒压强度是混凝土强度的主要影响因素，陶粒筒压强度越高，在同等条件下配制出的轻骨料混凝土抗压强度越高。

图1 页岩陶粒混凝土

图2 粉煤灰陶粒混凝土

图3 污泥陶粒混凝土

图4 人工陶粒混凝土

图5 页岩陶粒砼断面

图6 粉煤灰砼断面

图7 污泥陶粒砼断面

图8 人工陶粒砼断面

2.2 胶凝材料用量对LC30 混凝土性能的影响

采用粉煤灰陶粒开展胶凝材料用量对LC30 混凝土性能影响的研究，混凝土配合比如表2 所示，试配前对骨料进行预湿，待达到饱和面干后开展相关试验，粉煤灰陶粒LC30 混凝土性能如表6 所示。

表6 粉煤灰陶粒LC30 混凝土性能指标

由表2 与表6 可知，保持水胶比0.3 不变，逐步增加胶凝材料用量，混凝土坍落度逐渐增大；当胶凝材料增加到500kg/m3时，混凝土坍落度与扩展度均最大；这是因为较多的浆体可以充分包括骨料和填充骨料的间隙，减少骨料间的阻力，从而促进混凝土的流动。当混凝土胶凝材料用量为460kg/m3时，混凝土强度与容重均较高，28d 抗压强度可达42.7MPa、容重为1613kg/m3，这是由于混凝土骨料与浆体的组合达到了较密实的状态，因此在容重增加的同时也提高了抗压强度。

2.3 陶砂用量对LC30 混凝土性能的影响

陶砂用量对LC30 混凝土性能影响的试验配合比如表3 所示，其性能指标如表7 所示。

表7 不同陶砂用量LC30 混凝土性能指标

由表3 与表7 可知，当陶砂占砂总量的比例为100%时，28d 干容重与抗压强度在LP-9～LP-11 中均最低，容重为1594kg/m3，抗压强度为39.7MPa；当陶砂占砂总量的比例由100%降低至50%、0 时，28d 干容重与抗压强度依次增加；陶砂属轻质骨料，其掺量减少会增加混凝土的容重，但和河砂相比，陶砂掺量减少后混凝土的浆体强度增加，提高了混凝土的抗压强度。

2.4 骨料预湿方式对LC30 混凝土性能的影响

骨料预湿方式对LC30 混凝土性能的影响试验配合比如表4 所示，LC30 混凝土性能指标如表8 所示。

由表4 与表8 可知，LP-12～LP-15 坍落度为210～225mm，拌合物具有较好的流动性；轻骨料是否预湿对其所制备的混凝土的1h 坍落度经时损失具有较大影响，经骨料预湿的LP12 的1h 坍落度损失为15mm、经骨料预湿的LP13 的1h 坍落度损失为10mm，而未经骨料预湿的LP-14 与LP-15 的1h 坍落度损失分别达到了35mm 与30mm。采用未预湿的骨料所配制的混凝土由于骨料吸水率较高，在混凝土预拌时不能充分吸水，随着时间的延长表现出较大的坍落度损失；而经过骨料预湿的LP-12 与LP-13 的1h 坍落度损失较小，LP-12 虽经过预湿但并未达到饱和状态，因此坍落度损失比LP-13 稍大。

表8 LC30 混凝土性能指标

LP-14 总用水量为308kg/m3，但是拌制的混凝土严重离析，28d 抗压强度仅有28.6MPa，主要是由于粉煤灰陶粒的吸水率较慢，其3min 的吸水量远低于其24h 的吸用水量，多余的附加水进入到水泥浆中，造成水胶比变大，从而降低了混凝土的强度；LP-15 的总用水量为202 kg/m3，但是拌合物黏度较大，流动性稍差，28d 抗压强度可达46.7MPa，主要是由于附加用量较小造成实际净用水量偏少，混凝土水胶比偏低所致。而经过骨料预湿的LP-12 与LP-13 具有较好的流动性与强度。

3 结论

①采用页岩陶粒、人工陶粒、污泥陶粒配制的LC30混凝土均存在骨料上浮现象，而采用粉煤灰陶粒配制的LC30 混凝土具有较好的综合性能，当混凝土胶凝材料用量为460kg/m3、容重为1613kg/m3时，28d 抗压强度可达42.7MPa。②在胶凝材料用量及用水量一致的情况下，陶粒的筒压强度是混凝土强度的主要影响因素，陶粒筒压强度越高，在同等条件下配制出的轻骨料混凝土抗压强度越高。③在配制轻骨料混凝土时，陶砂掺量减少会增加混凝土的容重，但可以提高混凝土的抗压强度。在混凝土胶凝材料用量为460kg/m3时，容重为1851kg/m3的砂轻混凝土28d 抗压强度可达47.8MPa。④采用未预湿的吸水率较高的轻骨料配制的混凝土1h 坍落度损失较大，在配制轻骨料混凝土时宜对轻骨料提前预湿。