试论我国轻骨料混凝土在应用中需解决的问题

汪声瑞 楼 军

免振捣轻骨料混凝土可广泛应用于大跨度结构、多层框架结构、小高层和高层建筑的楼板、钢、混凝土组合结构楼板、市政、公路和桥梁等工程，可以降低施工时劳动强度，减轻建筑物自重，具有很高的技术经济价值[1，2]。本文在分析国内外轻骨料及轻骨料混凝土的发展概况基础上，对于我国轻骨料混凝土在应用中需要解决的问题进行分析。

1 国内外轻骨料及轻骨料混凝土的发展概况

1.1 国外轻骨料及轻骨料混凝土的发展现状

国外高强轻骨料混凝土主要应用于高层建筑、桥梁和预应力结构。早在1969年，美国就用高强轻骨料混凝土建成了高217.6 m，52层的休斯敦贝壳广场大厦。这幢按筒中筒结构体系设计的大厦采用高强轻骨料混凝土取得了显著的经济效益。从结构设计观点来讲，217.6 m的建筑高度，加上高空的强大风载，必须选用质量最好的轻骨料来拌制轻骨料混凝土，使其结构性能不低于普通混凝土。根据结构和建筑要求，2.51 m厚的筏型基础，内柱和外柱以及剪力墙要用强度为42 MPa的高强轻骨料混凝土浇制，11 m跨距的楼板要用强度为31.5 MPa的高强轻骨料混凝土浇制，混凝土用量达7万m3。日本在软土地基上用40 MPa的页岩陶粒高强轻骨料混凝土建造了32.2 m的双线铁路预应力钢筋混凝土桥梁。20世纪70年代是一些发达国家轻骨料生产与应用的颠峰期，美国年产量曾达2 300万m3，20世纪80年代末前苏联则迅速发展到5 000多万立方米，其中人造轻骨料约占85%。欧洲应用最多的是膨胀黏土轻骨料。这种轻骨料含部分开口孔，在常压下的1 h吸水率为5%～10%，但泵压下将增加到20%～40%，因此泵送性能差。日本从1999年开始销售低吸水率、高强度的高性能轻骨料，典型产品如日本太平洋水泥株式会社的Taiheyol 1071轻骨料。它主要用珍珠岩、发泡材料、胶结材料作为原料，其表观密度为0.6 g/cm3～1.5 g/cm3，24 h吸水率小于5%。

此外，泵送轻骨料混凝土在国外应用得较多，技术也较成熟。世界上最长的悬臂桥之一挪威的Raftsund桥就是采用了LC60泵送高强轻骨料混凝土。欧洲的泵送轻骨料混凝土多用于民用建筑，如住宅和写字楼的楼板与墙板，其28 d强度一般在20 MPa～30 MPa之间，最高达55 MPa，典型泵送距离为20 m～60 m。西班牙马德里毕加索大厦工程采用活塞泵施工了1万m3强度30 MPa、干表观密度1 855 kg/m3的轻骨料混凝土。

1.2 国内轻骨料及轻骨料混凝土的发展现状

国内轻骨料混凝土的生产和应用经历了漫长又曲折的发展过程。近几年来在国家墙改政策的推动下，轻骨料的生产又得到进一步发展，仅淄博地区就新增两家页岩陶粒生产厂。但我国轻骨料混凝土的应用仍主要用于低强度的非承重结构，如生产小砌块。20世纪80年代以后，我国着重于天然和工业废料轻骨料的开发与应用，随着资金投入的增加和技术条件的改善，我国已基本形成以地方资源(如页岩、黏土、膨胀珍珠岩等)及某些工业废料(如粉煤灰)为主要原材料，以回转窑为主要生产设备的人造轻骨料生产体系，使轻骨料在过程中的应用水平日益提高。目前我国的轻骨料生产水平已经能够满足高层建筑、大跨度桥梁和隧道、海洋平台等工程的需求。

过去我国轻骨料混凝土主要以保温、隔热用的小砌块和板材等墙体材料为主，强度等级较低，一般仅为LC15～LC20。除用作墙体外，在天津、上海、河南等地，主要用于非预应力的楼板、屋面板、梁和门式框架等构件上。进入20世纪90年代以后，随着高强度、低吸水率的高强轻骨料的研制和生产，结构用的轻骨料混凝土在工程应用中也崭露头角，已在珠海、天津、北京、上海、南京等地的近十几个混凝土工程中应用，有的强度等级已达LC40(南京太阳宫广场)，最大混凝土用量1万m3以上LC30(天津永定新河桥)，且质量好。但由于受资金和技术等条件的限制，并未得到大量推广使用。

2 高强轻骨料混凝土的配制

轻骨料的多孔结构造成了其在混凝土拌合物中具有吸水和放水的能力，轻骨料的这种吸、放水能力造成了骨料颗粒表面的局部低水灰比，增加了轻骨料表面附近水泥石的密实性，提高了粗骨料与砂浆界面的粘结力。另外，由于轻骨料属于烧结黏土质材料，表面具有一定的活性，能与水泥石中的碱性物质发生化学反应，所以，轻骨料和水泥石的粘结力要比普通骨料和水泥石的粘结力强得多，这对提高轻骨料混凝土强度有利。但是高吸水率的轻骨料，由于后期的放水量较多，所以会影响轻骨料混凝土强度的提高。水泥石填充于轻骨料表面孔隙中且紧密地包裹在骨料周围，坚强的水泥石外壳约束了骨料的横向变形，故轻骨料混凝土的强度随水泥石的强度和水泥用量的增加而提高，其最高强度可以超过轻骨料本身的强度。但是，单纯的靠提高水泥用量来提高轻骨料混凝土强度的意义不大。轻骨料混凝土强度的影响因素有很多，它们之间不是孤立的，而是相互关联的，即在一定的水泥用量及使用特定轻骨料的条件下，混凝土的最高抗压强度存在一个强度顶点。超过这个强度顶点，即使增加水泥石强度也不能以相同的速度使混凝土强度提高，而只是稍微提高。这个强度顶点主要受控于轻粗骨料的强度，轻粗骨料的强度高者，其强度顶点也高。可见，配制高强度的轻骨料混凝土，提高轻骨料本身强度非常关键。

3 轻骨料混凝土的泵送施工

我国在轻骨料混凝土的泵送施工上还存在技术与经验上的不足。当采用泵送施工时，轻骨料混凝土易发生分层离析，坍落度损失快以及轻骨料在压力情况下会吸收混凝土中的水分而导致泵送困难等问题。当前泵送轻骨料混凝土的三个主要问题是:1)泵送时，部分水泥浆中的水在压力作用下渗入轻骨料，降低了混凝土的流动性能。2)当增加泵压时，部分水分由水泥浆渗入轻骨料中，同时混凝土中的部分空气也被压缩到轻骨料中，导致混凝土的体积降低。3)当泵压降低和消失后，存在于轻骨料孔隙中的压缩空气将轻骨料孔隙中的水分挤出。如果这种情况发生在泵管中，会导致混凝土拌合物泌水并会堵塞泵管，如果压力释放发生在浇筑现场，挤出的水分会包裹在轻骨料表面，影响骨料与水泥石的界面，并破坏水泥石和骨料的粘结，从而影响混凝土的性能，甚至引起混凝土的强度损失和耐久性变差等问题。

因此，需要将理论知识与工程实践相结合来优化和改善轻骨料混凝土泵送性能。只有在充分的掌握了矿物掺合料、外加剂、骨料等对轻骨料混凝土工作性能影响的基础上，在泵送条件下进行施工试验，才能制备出适合泵送施工的轻骨料混凝土。

4 轻骨料混凝土的泵送匀质性

在轻骨料混凝土中，由于轻骨料的比重小于水泥砂浆的比重，在整个混凝土体系中由于受力不平衡经常导致轻骨料上浮，从而使轻骨料混凝土的结构发生不均匀变化，影响了混凝土的匀质性。严重的情况下会导致轻骨料混凝土的离析、泌水，对混凝土的泵送施工造成了很大的障碍。浇筑过程中轻骨料上浮一直是轻骨料混凝土领域内公认的难题之一，轻骨料混凝土的这种分层导致内部结构的匀质性变差，特别是大流动性的轻骨料混凝土。

轻骨料混凝土的泵送匀质性是指轻骨料混凝土泵送前后工作性能无变化或变化不大的性能，即流动性、填充密实性、分层情况等在泵送前后基本保持不变。具备泵送匀质性是配制可泵送且工作性能良好的免振捣轻骨料混凝土的必要保证。

为了尽量减少轻骨料混凝土分层，提高其匀质性，就需要从混凝土的各个组成上进行控制。轻骨料混凝土的匀质性控制是一个系统工程，只有全面、系统、综合的从影响分层的各个因素进行研究，才能够真正的达到提高混凝土的匀质性同时又不降低混凝土流动性能的目的。

[1] 张云国，吴智敏，张小云，等.自密实轻骨料混凝土的工作性能[J].建筑材料学报，2009，12(1):55-56.

[2] 鲁薇薇，宿巳光，郝付军.轻骨料混凝土连续刚构局部受压性能分析[J].重庆交通大学学报(自然科学版)，2009，28(2):312-314.

[3] 段美云，张桂祥，潘明南.轻骨料混凝土塑性收缩性能研究 [J].山西建筑，2008，34(31):172-173.