轻质高强混凝土设计心得

（哈尔滨学院 黑龙江·哈尔滨 150086）

轻质高强混凝土中骨料之间、骨料与浆体之间的密度差较大，新拌混凝土的流动性较高时易出现轻骨料上浮、普通骨料下沉等不均质现象，导致混凝土匀质性变差，进而影响硬化混凝土的力学性能。因此，协调密度和强度、流动性和匀质性之间的关系是配制轻质高强混凝土的关键技术，分析其原材料对混凝土的影响不断优化改善混凝土配合比设计。根据吴中伟院士提出的“绿色高性能混凝土”的理念。在符合可持续发展的原则，满足当代人的需求，又不危机后代人的生存与发展。

1 配置原则

1.1 轻质

在混凝土的基本组分中，骨料所占的比例最大，首先考虑选择使用高强轻骨料，其次考虑使用较轻质的胶凝材料，矿物掺合料代替部分水泥，在满足高抗压强度要求的同时，还能够降低浆体的密度，发挥矿物掺合料的火山灰效应、填充效应和二次水化作用，同时还能够提高混凝土拌合物的粘聚性和匀质性。

1.2 高强

由骨料性能、硬化水泥浆体性能及骨料与水泥石界面过渡区性能共同决定。轻骨料混凝土的受压破坏形式与普通混凝土不同，往往是轻骨料首先发生破坏，因此配制轻质高强混凝土时应着重考虑骨料与硬化水泥浆体之间强度的协调发展。从浆体角度，选择硬化后强度较高的胶凝材料，在满足工作性前提下，尽可能降低水胶比；从骨料角度，减小骨料自身缺陷，适宜的最大粒径，优化级配，降低基体空隙率，以提高混凝土强度。

2 原材料选择方面

2.1 胶凝材料

胶凝材料的选用方面极为重要，制备高性能绿色混凝土时不仅要追求高强度还需要耐久性，力学性能和工作性能所以必须对原材料合理匹配，进而我们选用P·O52.5普通硅酸盐水泥，硅灰选用二氧化硅含量≥95%，还有I级粉煤灰和S95级矿渣粉复配作为胶凝材料；水泥28天抗压强度59.5MPa。

2.2 骨料

为得到更高强度及好的耐久性，力学性能和工作性能的前提下获得更低的体积密度这一设计目标，参照 GB-T 17431.1-2010《轻集料及其试验方法》第1部分轻集料的有关规定，选用5-20mm连续级配碎石型陶粒；对陶砂进行筛分，使其细度模数和级配情况为II区中砂。

2.3 外加剂

在外加剂的选用上要充分考虑绿色环保及经济效益，外加剂可以算点睛之笔所以选用聚羧酸高性能减水剂（粉剂），减水率30%，以保证混凝土拌合物具有良好的流动性、粘聚性、保水性和匀质性，并且，硬化混凝土具有较好的经济效益和较好的力学性能。

2.4 用水的选择

在用水方面的选择，一般采用饮用水作为拌合用水，严格控制用水量，在经过反复计算得出最佳用水量。

3 配合比计算方面

在配合比计算方面需要十分严谨，参照JGJ55《普通混凝土配合比设计规程》、JGJ51-2002《轻骨料混凝土技术规程》和JGJ/T281-2012《高强混凝土应用技术规程》的相关规定，进行混凝土设计。在确定初步配合比方面首先利用公式：fcu,0≥1.15 fcu,k计算出配制强度，在参照参考JGJ/T281-2012《高强混凝土应用技术规程》中表6.0.3，考虑到设计轻骨料高强混凝土应选用的水胶比。

根据混凝土配制强度及页岩碎石状陶粒密度等级、页岩碎石状陶沙密度等级这三个主要因素，以及根据2018参加黑龙江省轻质高强混凝土比赛数据及众多文献初步选择胶凝材料总用量。

要在保证结构强度的前提下达到便于施工和经济节约及绿色环保，所以在胶凝材料组成选择中充分考虑利用工业废渣粉煤灰、矿渣粉、硅灰，基于粉煤灰、矿渣粉可以提高混凝土的工作性，同时增加混凝土密实程度，改善耐久性，以及不同龄期对混凝土强度增长率的贡献，根据实验经验及资料选取粉煤灰和矿渣粉占胶凝材料用量；考虑到上述两种掺合料对混凝土总体掺和强度会有影响，加入硅灰可以有效提高混凝土强度同时也会提高混凝土耐久性，但加入过量硅灰会影响到混凝土工作效应同时考虑经济性能，所以得出数据，最后就是用水量的选择，砂率的选择以及粗细骨料用量的确定，进而得到实验室配合比，按照要求进行混凝土试拌，试验前对陶粒、陶砂分别进行1h预湿处理并擦至饱和面干。拌合后，测得新拌混凝土坍落度，坍落扩展度，以及混凝土和易性、粘聚性、保水性、匀质性。得到的实验室试配方案。

4 最终配合比确定

116-1组强度不足 116-3组容重大、造价高，所以采用116-2组混凝土配合比作为最终配合比。116-2组拌合后，测得新拌混凝土坍落度235mm，坍落扩展度660mm，28天强度74.4MPa，混凝土和易性、粘聚性、保水性、匀质性均良好。

5 经济性分析方面

本次实验配比中所涉及的设计原理及相关公式是经过严谨认真地查询最新规范与相关混凝土报告，得出相应的结论。对普通混凝土的设计部分应用，计算后加以修正调整。对一些经验系数，通过查询工程实例已经相关工程师的经验所得。

减少水泥用量：由于高强度混凝土的水灰比低，导致水泥用量相对较多，砂率也偏小，因而其中水泥有相当一部分仅起微细填料作用。这样对水泥的应用是一种浪费，而且会增加成本。所以采用矿渣粉，粉煤灰等替代

掺入减水剂：本设计书中在混凝土中掺入高效减水剂中的聚羧酸减水剂，减水率：可达30%。这样能改善混凝土拌合物的和易性，提高混凝土强度，大大节约了水泥用量，提高经济效益。

6 结语

轻质高强混凝土的配制技术要求较严格，对各种原材料质量和用量均有较严格要求。要想获得优质的高强绿色混凝土，首先必须对原材料进行优选，除了要求有良好的性能指标外，还必须质量稳定。其次，一些在普通情况下不太敏感的因素，在低水灰比的情况下会变得相当敏感，这就要求在配合比设计时必须对各种原材料及外加剂的用量应合理选取、仔细计算。最后，设计结果一定要进行试拌验证，确保在实际施工时拌和物的工作性满足实际要求。我们在参考大量文献，琮合其合理性的基础上，认真选择相应系数以及参考公式，力求使方案做到尽善尽美。