轻骨料混凝土配合比研究

李传林，孙开双，刘桂宾

（1.济南润原化工有限责任公司，山东 济南，250101；2.青岛康太源商砼有限公司，山东 青岛，266000 3.山东华迪建筑科技有限公司，山东 济南，250013）

0 引言

免振捣轻骨料混凝土配合比设计既要使拌合物具有较大的流动度[4]，能够自密实成型，又要使拌合物具有足够的粘度，防止轻骨料上浮，保持拌合物的匀质性[1]。本文参考普通混凝土配合比设计的方法研究轻骨料混凝土的配合比设计，同时考虑轻骨料混凝土的特殊性[3]，依靠配合比设计、经验和试配来确定免振捣轻骨料混凝土的配合比。

1 原材料及试验方法

1.1 原材料

(1) 水泥

青岛山水水泥厂生产的山水P·O42.5R水泥，主要指标如表1所示。

(2) 骨料

① 细骨料：青岛大沽河河砂，细度模数2.6，级配合格。

表1 山水P·O42.5R水泥主要指标

表2 轻骨料的主要技术指标

表3 潍坊明华Ⅰ级粉煤灰主要指标

表4 配合比 kg/m3

② 轻粗骨料：山东淄博博山碎石状页岩陶粒，粒径5～16mm，具体指标见表2。

(3) 粉煤灰

潍坊明华I级粉煤灰，主要指标见表3所示。

(4) 外加剂

聚羧酸高效外加剂LPC(山东华迪建筑科技有限公司生产)，减水率为35.0%。

(5) 水

自来水，符合《混凝土拌合用水标准》JGJ63-89要求。

1.2 试验方法

1.2.1 紧密因数CF值的确定

密实体积理论配合比设计方法的基本原则是用胶凝材料浆体填满松散堆积的骨料间隙。处于饱和面干状态的骨料松散堆积时，颗粒之间充满空隙，当把水和胶凝材料添加到骨料中时会出现润滑效应使骨料堆变得更加密实。定义骨料的紧密因数CF(Closing Factor)为免振捣轻骨料混凝土中处于密实状态的骨料与同体积处于松散堆积状态的骨料的质量之比。显然，CF的取值影响免振捣轻骨料混凝土中骨料的用量。CF越大则粗、细骨料越多而胶凝材料越少，相应地，轻骨料混凝土的流动性、免振捣性能和抗压强度将会降低；相反，CF越小则胶凝材料用量过多，将会提高原材料成本，并且胶凝材料用量过多还会导致轻骨料混凝土干燥收缩增加，并影响到工作性和耐久性等其他方面。所以，在配合比设计中，重要的是选择最佳的CF值，满足免振捣轻骨料混凝土的各项性能的同时兼顾经济性要求。CF值取值范围，对于特定粒形和级配的骨料由试验总结得出。

(1) 试验配合比及结果

试验配合比见表4，试验结果见表5。

(2) 试验结果及分析

从表4和表5的试验结果可以看出5～16mm淄博博山碎石页岩陶粒CF值在1.2左右时免振捣轻骨料混凝土工作性能相对较好，初始坍落度达到260mm以上，初始扩展度达到650mm×650mm以上，并且1h之后损失也很小，混凝土各个龄期的强度增长均较快。

表5 新拌免振捣轻骨料混凝土的性能指标

紧密因数CF值在1.0左右时，胶凝材料相对用量较多，混凝土拌和物比较粘稠，硬化后混凝土的收缩变形将增加，耐久性下降；CF值在1.4左右时，胶凝材料用量较少，浆体不能良好地包裹骨料导致混凝土和易性差。因此，选取1.2作为5～16mm淄博博山碎石页岩陶粒的CF值。

1.2.2 免振捣轻骨料混凝土试验方案

（1）试验目的

用基于密实体积理论的配合比设计方法，采用正交设计，考虑水胶比、砂率、粉煤灰和LPC掺量等主要影响因素，以轻骨料混凝土的坍落度、扩展度等常规工作性能指标和28d抗压强度、28d轻骨料混凝土干表观密度、强质比等基本力学性能指标为考核指标，最终确定最优掺量和最佳配比，配制出结构用强度等级为LC25～LC50的免振捣轻骨料混凝土。

（2）试验参数选择

因素水平表如表6所示。

表6 因素水平表

把水胶比(A)、砂率(B)、粉煤灰掺量(C)和LPC掺量(D)作为因素考虑。其中，水胶比取0.28，0.31，0.34，0.36四个水平；砂率取36%，40%，45%，50%四个水平；LPC取(占胶凝材料重量的)0.4%，0.6%，0.8%，1.0%四个水平；粉煤灰掺量取(占胶凝材料重量)15%，20%，25%，30%四个水平。

试验采用100mm×100mm×100mm混凝土立方体试件，以坍落度、扩展度、28d的立方体抗压强度、28d龄期轻骨料混凝土表观密度、28d的抗压强度与轻骨料混凝土表观密度的比值(强质比)作为分析评价试验结果的依据。

（3）搅拌工艺

考虑到实际生产过程中不预湿轻骨料会导致部分外加剂被骨料吸收，并且搅拌时间偏长耽误生产，因此本试验采用预湿处理轻粗骨料的搅拌工艺[2]。

（4）检测依据

(1) 轻骨料试验按照《轻骨料及其试验方法》GB/T17431.2—1998进行。

(2) 轻骨料混凝土设计按照密实体积理论及《轻骨料混凝土技术规程》JGJ51—2002进行。

(3) 混凝土抗压强度试验按《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB/T50081—2002进行，试件尺寸为100mm×100mm×100mm。

2 试验数据处理及分析

2.3.1 试验数据

试验的因素水平表如表6所示。选用正交表L16(44)，如表7所示。按照密实体积理论配合比设计方法，正交设计确定各组试验的配合比，CF值取用1.2，计算出具体的试验配比，如表8所示。本次试验测定了16组轻骨料混凝土的坍落度、扩展度、28d的抗压强度，28d轻骨料混凝土的干表观密度，具体数据如表9所示。

表7 各组试验因素水平表

表8 各组轻骨料混凝土试验室配比表(理论用量) kg/m3

表9 各组试验结果对比

2.3.2 处理及分析

极差分析，L16(44)试验方案与计算结果见表10。

表10 28d强度、强质比极差分析表

从以上数据可以看出砂率大小、LPC掺量和粉煤灰掺量是影响轻骨料混凝土和易性的主要因素。将数值进行处理，数值在28d强度极差分析表中。列出了各水平相应的四次抗压强度之和、四次强质比之和K1、K2、K3及其极差R。

对于各列，比较K值的大小，如第一列K1=213.8，它比K2＝173.6，K3=158.5，K4=143.2都大，这表明水胶比为0.28的抗压强度优于水胶比为0.31，0.34，0.36的抗压强度。

从图1，图2中可综合反映出本次试验中各因素对轻骨料混凝土强度和强质比影响的主次顺序：

对抗压强度：A>C>D>B

对强质比：A>C>D>B

表11 配合比及试验结果

3 结论

(1) 提出基于密实体积理论的轻骨料混凝土配合比设计方法，阐明了该方法的原理和计算步骤，定义了骨料紧密因数(CF)的概念，分析了CF是影响轻骨料混凝土采用基于密实体积理论进行配合比设计的重要因素。通过试验确定1.2作为5～16mm淄博博山碎石页岩陶粒的CF值。

(2) 采用基于密实体积理论配合比设计方法结合正交设计方法进行正交试验，对比试验结果及分析，可以得出以下结论：

(a) 基于密实体积理论轻骨料混凝土配合比设计方法可以配制出满足免振捣轻骨料混凝土，同时兼顾经济性。

(b) 聚羧酸减水剂LPC的减水性能在轻骨料混凝土拌合过程中非常明显，并且具有能够提高混凝土的粘度和控制轻骨料上浮的作用。

(c) 水胶比对免振捣轻骨料混凝土抗压强度、强质比的影响特别显著，这也再次证明水胶比是决定混凝土强度和质量的关键因素。

(d) 砂率对于免振捣轻骨料混凝土的和易性影响较大，同时良好的砂率可以降低水泥的用量。

(e) 掺加适量粉煤灰能够调节轻骨料混凝土拌和物的和易性，减少混凝土的离析程度，并且对提高硬化轻骨料混凝土的后期强度具有非常明显的作用。

(3) 配合比试验总结

根据表9及表10中1、4、5、7、11、13组试验结果及分析，结合原材料实际情况，调整确定以下配合比，并进行了相关试验。各强度等级轻质混凝土配合比及试验结果见表11。

[1]李勇,龙宇.浅谈机制砂的生产及其在混凝土中的应用[J].福建建筑,2009,(12):56-58.

[2]郭玉顺，丁建彤，木村熏．高性能轻骨料与普通轻骨料的性能比较[J]．混凝土，2000(6)：20-22.

[3]轻骨料混凝土技术规程(JGJ51.2002)[S]．北京：中国建筑工业出版社，2003.

[4]谢友均，周士琼．免振高性能混凝土力学性能及耐久性研究[J]．建筑材料学报，2000(3)：118-123.

[5]蒋家奋．免振捣自密实混凝土的机制与配制[J]．混凝土与水泥制品，2001(1)：3-5.

[6]曹永民．免振捣自流平高性能轻骨料混凝土和高性能轻集料混凝土的研究[J]．混凝土，2002(11)：36-38，63.