新型轻集料混凝土组成材料基本性能选择

常 莉，薛灵俐

1.开封大学土木建筑工程学院，河南 开封 475004;2.开封市房产管理经营总公司，河南 开封 475004

与普通水泥混凝土相比，轻集料混凝土能够在保持较高强度的基础上，石混凝土的自重降低20%以上。这对结构恒载占有较大比例，且对材料的性能有较高要求的高层建筑、大跨度桥梁、海洋工程等大型工程而言，轻集料混凝土无疑具有很强的市场竞争力［1］。随着技术的发展，轻集料混凝土的竞争力体现得更为充分。

轻集料的颗粒密度较水泥石的密度小，在混凝土的拌和过程中，轻集料混凝土非常容易产生分层离析问题。除了需要对混凝土配合比进行优化之外，选用合适的材料十分重要［2］。

1 基本组成材料

轻骨料为5mm-20mm 粒级800 级圆球状黏土陶粒，采用常用的P.O42.5R 普通硅酸盐水泥。

本文采用普通河砂，根据GB/T14684—2001《建筑用砂》的技术要求检测各项指标，其筛分结果显示为2 区砂的颗粒级配要求:砂的技术指标均符合要求。

2 粉煤灰

凡能在常温和有水条件下与Ca(OH)发生化学反应的硅铝质材料均称为火山灰材料。粉煤灰就具有这种参与化学反应的能力，这种能力又可称为火山灰反应性，通常简称为活性。当粉煤灰用作胶凝材料时，这种能力是评价其品质优劣的重要指标。粉煤灰所含的SiO、AlO玻璃体在建筑砂浆中可与水泥水化生成的Ca(OH)或石灰膏反应。

上述反应产物与水泥水化的产物基本相同，并产生相应的力学强度。粉煤灰水化产物主要在颗粒的表面生成，具有结晶度差、颗粒细小、比表面积大、水化物碱度低等特点。决定粉煤灰在建筑砂浆中火山灰反应速率的因素，通常也就是评价粉煤灰品质优劣的重要标志，其中主要是玻璃体的含量和玻璃体的比表面积。

轻集料混凝土中加入粉煤灰有如下作用:(1)由于Ⅰ级灰和磨细灰颗粒较细，密度较低，并且大部分为圆球型，混凝土中加入适量的粉煤灰可改善混凝土的粘聚性，提高混凝土的可泵性［3］。(2)粉煤灰的密度一般为1.9-2.4，而水泥的密度一般为，2.9-3.1，由此可见，用一定量的粉煤灰取代部分水泥可以有效降低水泥砂浆的密度，从而减少轻集料的上浮。(3)当轻混凝土中加入粉煤灰后，由于其比表面积较大，表面能也较大，更易吸附和粘结在轻集料的表面上，和水泥一起在其表面上形成一强度较高的壳结构，相当于提高了轻集料的强度，因此也就提高了轻混凝土的强度。

提供的粉煤灰，参数满足Ⅰ级粉煤灰规范要求。

粉煤灰的基本参数:细度/%:≤12%;烧失量/%:≤5;需水量比/%:≤95;含水率/%:≤1.0;Cl/%:＜0.02;SO/%:≤3;混合砂浆活性指数:7d≥75，28d≥85。

3 纤维

未加纤维的混凝土坍落度符合规范要求，但容易出现分层离析现象，轻集料上浮较为明显。纤维在混凝土中形成乱向分布的网状结构，加上其比表面积很大，使混凝土的内摩阻力增大，阻止轻集料上浮。

研究发现，将一组不掺入钢纤维的轻质混凝土(下文简称素混凝土)做参照，钢纤维、聚丙烯纤维、有机仿钢丝纤维以同一体积率=1%加入轻质混凝土基体，研究对应的轻质混凝土的工作性能、力学性能和耐久性能［4］。

钢纤维比其它两种纤维对混凝土的工作性有更大的负面影响，这可能是因为后两种纤维具有较好的柔韧性，在混凝土流动时能在各向力的作用下弯曲。掺入纤维后，轻质混凝土的分层离析程度减少，有利于混凝土的均匀性，提高混凝土的强度。

试验结果还表示，纤维的掺入使7d 抗压强度提高8%-10%，28d抗压强度提高5%-12%，而7d 抗折强度提高12%-25%，28d 抗折强度提高12%-32.5%。无论是抗压强度还是抗折强度钢纤维混凝土都比其它两种要高，有机仿钢丝纤维混凝土次之。这是因为刚纤维的弹性模量较其它两种要大，且它与混凝土的钢—混界面粘结性要比有机物—混界面强度好的多［5］。

通过抗渗性试验，加入纤维后的渗水高度下降33%-42%，最大水压上升52%左右，抗渗顶级也均上升到P12 以上。其中钢纤维混凝土的抗渗性提高最为明显，有机仿钢丝纤维混凝土次之。抗冻性试验表示，加入纤维之后，300 次冻融循环质量损失下降52%-65%，同样是钢纤维混凝土抗冻性提高最为明显，有机仿钢丝纤维混凝土次之。

但钢是热的良导体，而且钢纤维对混凝土的抗腐蚀性有不利影响，我们选择有机仿钢丝纤维加入轻集料混凝土中。

使用说明:(1)掺量:建议阻裂仿钢纤维体积掺量为0.5%-0.8%，即每立方米混凝土中掺量为5kg-8kg。(2)配比设计:一般应用不必改变混凝土的等级配比参数，可参考《钢纤维混凝土结构与施工规范》，特殊应用需经试验进行选择设计。(3)投料搅拌过程:先投入碎石，然后投入阻纤维，再投入砂子搅拌，使纤维充分分散，然后投入水泥和水按常规工艺搅拌均匀。

4 引气减水剂

引气型减水剂是一种表面活性剂，由于表面的活性作用，降低了水的表面张力及表面能，使水溶液形成众多表面时所需要的功减少，同时由于表面活性剂定向吸附在气泡表面，形成了单分子吸附膜，使页面坚固而不易破裂。

本文采用开封当地建材有限公司生产的SF-1E 型引气减水剂。外观为黄色或浅褐色粉末，主要技术性能指标及特点符合标准，减水率可在15%-30%之间调整，减水率及坍落度要求越高，掺量越大，不泌水、不离析，可明显改善砼的和易性，可泵性，可塑性和耐久性。

掺量:0.8%-1.9%，在同配合比同坍落度下，可节约水泥12%-22%。减水率为18%，对坍落度要求越高，掺量越大，不泌水、不离析。同配合比、同坍落度下，7 天强度可提高23%-53%，28d 强度可提高12%以上。凝结时间:可缓凝2-7 小时。坍落度增加≥12cm，SY-1E型引气减水剂宜直接加入混凝土中，适当延长搅拌时间30-50s。

［1］陈烈芳，宋淑敏.加速提高人造轻集料的绿色含量［J］.混凝土与水泥制品，2002.

［2］中国建筑科学研究院混凝土研究所译.国外轻骨料混凝土应用［M］.北京，中国建筑工业出版社，1982.

［3］王发洲.高性能轻集料混凝土的组成、结构与性能［M］.武汉:武汉理工大学出版社，2003.

［4］刘巽伯.轻集料强度和强度标号［J］.房材与应用，1999.

［5］陈更新，刘巽伯.陶粒弹性模量测定方法的研究［J］.房材与应用，2000.