高強(qiáng)輕骨料混凝土性能研究

輕骨料混凝土是一種有別于傳統(tǒng)混凝土制備方法的新型混凝土，是為了滿足現(xiàn)代建筑對(duì)于強(qiáng)度、穩(wěn)固性等方面的要求而出現(xiàn)的，按照我國(guó)相關(guān)規(guī)定，輕骨料混凝土的定義是指用輕粗骨料、輕砂、水泥和水混合配制形成的一種干表觀密度小于等于1950kg/m3的混凝土類(lèi)型，而在輕骨料混凝土中，強(qiáng)度在LC30以上的就被稱(chēng)為高強(qiáng)輕骨料混凝土。高強(qiáng)輕骨料混凝土一般用浮石、火山渣、陶粒、膨脹礦渣、煤渣等原料制作而成，從原料可以看出高強(qiáng)輕骨料混凝土具有很好地環(huán)保性能，能夠有效促進(jìn)工業(yè)、礦產(chǎn)廢渣的回收利用，不僅能夠滿足現(xiàn)代建筑強(qiáng)度需求，更能夠節(jié)約資源，保護(hù)環(huán)境。

一、高強(qiáng)輕骨料混凝土的原材料選擇及性能研究

制備高強(qiáng)輕骨料混凝土首先要確定原材料，可供選擇的原材料類(lèi)型豐富，不同的原材料參與制作后的高強(qiáng)輕骨料的性能也有所區(qū)別，實(shí)際制備時(shí)可以根據(jù)需要適當(dāng)調(diào)整原材料的組合類(lèi)型，以滿足建筑要求。

1.水泥

水泥既是一種制備傳統(tǒng)混凝土的原料，也是用來(lái)制備輕骨料混凝土的主要材料。但是與傳統(tǒng)混凝土制備不同，高強(qiáng)輕骨料混凝土的制作不僅要考慮水泥的強(qiáng)度，還需要按照強(qiáng)度要求，符合一定的密度等級(jí)規(guī)定，因此，即使同樣用水泥作為原材料制備，高強(qiáng)輕骨料混凝土在制備過(guò)程中采用的水、灰配比與傳統(tǒng)混凝土是有所區(qū)別的。使用水泥制備高強(qiáng)輕骨料混凝土應(yīng)該使水灰比例偏小，讓混凝土呈較為干硬的狀態(tài)，但是在制作過(guò)程中，為了在水灰比偏小的狀態(tài)下保證澆灌的密實(shí)性可以將高效減水劑作為添加劑摻進(jìn)混凝土中。用水泥為主要原材料制備的輕骨料混凝土具有較好的性能，抗壓和抗折性能都能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)水平以上，并且制作的混凝土含有較低含量的三氧化硫、氯離子等物質(zhì)，在混凝土使用過(guò)程中能夠有更高的安全性和環(huán)保性。

2.粉煤灰

粉煤灰是指在煤炭燃燒后形成的煙氣中收集的細(xì)灰，是燃煤電廠在工業(yè)生產(chǎn)中排出的主要固體廢物類(lèi)型。這種工業(yè)廢物具有很好的回收利用價(jià)值，可以用在高強(qiáng)輕骨料混凝土的制備上，并且能夠具有很好的性能。使用粉煤灰、硅粉等礦物作為摻和料可以極大地改善混凝土的性能，提高混凝土的粘合性，可以是混凝土不泌水、不離析；單獨(dú)使用粉煤灰摻和在混凝土中也可以提高混凝土的后期強(qiáng)度。通過(guò)將粉煤灰等礦物廢料與水泥混合進(jìn)行高強(qiáng)輕骨料混凝土的制備，能夠有效改善混凝土的性能，制成高強(qiáng)輕骨料混凝土的細(xì)度、含水量、燒水量都可以達(dá)到遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的水準(zhǔn)，含硫量也普遍低于標(biāo)準(zhǔn)要求的3%的水準(zhǔn)。使用粉煤灰進(jìn)行高強(qiáng)輕骨料混凝土的制備，還可以幫助減少水泥的用量，利用工業(yè)固體廢物降低混凝土造價(jià)，有效改善混凝土的性能指標(biāo)，因此，目前具有十分良好的發(fā)展前景。

3.礦渣

礦渣一般是指高爐礦渣，即在冶煉工業(yè)中，從高爐中得到的廢渣，是一種易熔的混合物，因其含有較豐富的礦物成分而被廣泛地進(jìn)行回收利用，將其加工成能夠再次利用的寶貴工業(yè)材料。在高強(qiáng)輕骨料混凝土的制備中，礦渣也是作為一種混凝土摻和料參與制備。摻入礦渣制備高強(qiáng)輕骨料混凝土，能夠有效提高混凝土的和易性，并且在相同的使用情況下，這種混凝土相比于傳統(tǒng)混凝土能夠減少水的用量，有效提高混凝土的抗壓能力。

更重要的是，加入礦渣可以改善混凝土內(nèi)部材料的性質(zhì)，能夠?qū)⑺嗍械慕M成部分進(jìn)行優(yōu)化，例如產(chǎn)生的凝膠物質(zhì)可以將游離的石灰量減少甚至完全吸收消除；同時(shí)，摻入礦渣后，混凝土中高堿度的水化硅酸鈣和游離石灰可以和礦渣中的活性二氧化硅發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成一種新的低堿度的561622CaSioOH4HO物質(zhì)，這種物質(zhì)的存在可以更有效地提高混凝土的強(qiáng)度以及穩(wěn)定性。利用礦渣作為摻和料加入混凝土制備中，能夠有效改善混凝土性能，并且有效改善對(duì)環(huán)境的破壞程度，提高工業(yè)廢物的回收利用效率。

4.粉煤灰陶粒

粉煤灰陶粒也是一種用于制備高強(qiáng)輕骨料混凝土的材料。粉煤灰陶粒是以粉煤灰為主要原料，加入適量的石灰、石膏、外加劑等物質(zhì)，經(jīng)過(guò)計(jì)算、配比、成型、水化和水熱合成反應(yīng)之后形成的一種人造輕骨料。這種材料具有較好的性能，密度低、筒壓強(qiáng)度高、軟化系數(shù)好、孔隙率高、抗凍性能好。同時(shí)，由于粉煤灰陶粒本身內(nèi)部多孔隙，并且孔隙的形態(tài)、成分都比較均勻，因此還具有質(zhì)輕、耐腐蝕、抗凍、抗震以及良好的隔熱、隔音等全方面的性能，在吸水率、表觀密度、燒失量等方面都優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，相比于傳統(tǒng)混凝土有更全方面的性能。

二、高強(qiáng)輕骨料混凝土調(diào)配合比研究及對(duì)性的影響

1.高強(qiáng)輕骨料混凝土調(diào)配合比設(shè)計(jì)要求

高強(qiáng)輕骨料混凝土在制作之前應(yīng)該首先進(jìn)行調(diào)配合比的設(shè)計(jì)，根據(jù)實(shí)際強(qiáng)度要求調(diào)整原材料的混合比例，才能更符合強(qiáng)度要求，同時(shí)進(jìn)行這種設(shè)計(jì)也可以幫助減少制備生產(chǎn)過(guò)程中不必要的原材料消耗，從性能和經(jīng)濟(jì)兩方面對(duì)高強(qiáng)輕骨料混凝土的制備進(jìn)行管理控制。對(duì)于不同的混凝土制備，具有不同的配合比設(shè)計(jì)要求。

（1）普通混凝土在配比時(shí)只需要考慮到強(qiáng)度要求，但是對(duì)于高強(qiáng)輕骨料混凝土的制備，在配合比設(shè)計(jì)時(shí)還要考慮到材料的密度要求，在工業(yè)制備中，滿足強(qiáng)度要求和滿足密度要求是有著較為矛盾的配比方式的，但為了達(dá)到很好的高強(qiáng)輕骨料混凝土的制備要求，需要從材料的化學(xué)和物理性質(zhì)、材料運(yùn)輸、儲(chǔ)存、溫度等多方面進(jìn)行控制，同時(shí)滿足強(qiáng)度和密度的性能要求。

（2）高強(qiáng)輕骨料混凝土在強(qiáng)度方面的性能要求需要增大水泥配合比，但是水泥的用量的增加不僅會(huì)增加成本，更會(huì)導(dǎo)致混凝土的性能下降，因此需要加入高效減水劑進(jìn)行混合調(diào)節(jié)，這就需要子啊配比時(shí)同時(shí)考慮水泥用量、凈水用量以及減水劑的用量，增大了配比難度。

（3）配合比的設(shè)計(jì)還需要滿足混凝土材料的耐久性以及保證變形性在規(guī)定范圍之內(nèi)，有這樣的要求主要是因?yàn)楦邚?qiáng)輕骨料混凝土具有多孔隙的特點(diǎn)，為了保證混凝土在建筑施工中保證質(zhì)量，需要對(duì)其耐久性以及變形性進(jìn)行控制管理，這也需要在設(shè)計(jì)配合比的時(shí)候考慮到不同材料配合比對(duì)這兩個(gè)方面性能的影響。

2.高強(qiáng)輕骨料混凝土調(diào)配合比的設(shè)計(jì)步驟

（1）設(shè)置試配強(qiáng)度高強(qiáng)輕骨料混凝土的強(qiáng)度在生產(chǎn)制備以及使用過(guò)程中都可能受到運(yùn)輸、攪拌、養(yǎng)護(hù)等各種因素影響而發(fā)生變化，其很終強(qiáng)度與預(yù)想強(qiáng)度往往都具有一定的差異性。從統(tǒng)計(jì)學(xué)角度來(lái)看，高強(qiáng)輕骨料混凝土的強(qiáng)度屬于一種隨機(jī)變量，即使是使用同一配比方案、在同一批次中生產(chǎn)出的混凝土材料，也有可能存在較大的強(qiáng)度差異。

因此，在各種因素的影響下，在設(shè)計(jì)高強(qiáng)輕骨料混凝土的配合比的時(shí)候，要考慮到可能存在的潛在誤差，設(shè)置合理的試配強(qiáng)度范圍，讓強(qiáng)度變化處于可控制的范圍之內(nèi)，同時(shí)，在適配前的強(qiáng)度預(yù)設(shè)值應(yīng)該略低于在實(shí)驗(yàn)室中適配強(qiáng)度，這是為了降低實(shí)際適配中外界因素對(duì)強(qiáng)度的影響帶來(lái)的誤差程度，保證試配強(qiáng)度的可靠性。

（2）確定水泥用量水泥的用量配比是影響高強(qiáng)輕骨料混凝土性能的很直接因素之一，直接關(guān)系到高強(qiáng)輕骨料混凝土的強(qiáng)度和密度比例。一般來(lái)說(shuō)，水泥用量的增加會(huì)促進(jìn)混凝土強(qiáng)度的增加，但同時(shí)也會(huì)造成密度的不斷增大。為了保證高強(qiáng)輕骨料混凝土的強(qiáng)度與密度之間的一種平衡配比，經(jīng)過(guò)不斷的研究實(shí)驗(yàn)，目前國(guó)內(nèi)外普遍比較認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)是高強(qiáng)輕骨料混凝土中水泥的用量保持在450～550kg/m3，這種比例下得到的混凝土在強(qiáng)度和密度性能上有比較平衡的狀態(tài)，綜合性能更加優(yōu)越，我國(guó)在《輕骨料混凝土技術(shù)規(guī)程》中規(guī)定輕骨料混凝土的水泥用量應(yīng)該保持550kg/m3以內(nèi)，實(shí)際進(jìn)行水泥用量的確定時(shí)，可以進(jìn)一步在規(guī)定范圍內(nèi)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到滿足要求的很佳水泥用量。

（3）確定摻和料用量在高強(qiáng)輕骨料混凝土的制作中，摻和粉煤灰、礦渣等物質(zhì)可以改善混凝土的性能，但是摻和料的用量配比也必須根據(jù)實(shí)際要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。粉煤灰可以使混凝土具有更高的強(qiáng)度和耐久性，環(huán)保且節(jié)約水泥，并且可以使混凝土具有更好的外觀質(zhì)量；加入礦渣可以改善混凝土中凝膠物質(zhì)的組成成分，減少甚至消除游離石灰成分，使得混凝土的質(zhì)量和強(qiáng)度得到進(jìn)一步提升。

關(guān)于很佳的摻和料用量比例，國(guó)內(nèi)外企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)都進(jìn)行了眾多實(shí)驗(yàn)探究，一般比較好的配比方案是粉煤灰的量約占總膠凝材料質(zhì)量的20%左右，礦渣摻量約占總膠凝材料質(zhì)量的10%左右。但是在實(shí)際制備中，根據(jù)混凝土的使用類(lèi)型的不同，可以根據(jù)對(duì)混凝土的性能要求進(jìn)一步調(diào)節(jié)摻和料的用量比例。

（4）確定水灰比以及凈水用量高強(qiáng)輕骨料混凝土的凈用水量主要是指調(diào)配過(guò)程中的用水量，不包括使用陶粒材料時(shí)的吸水率，在這種條件下測(cè)量出的水灰比稱(chēng)為凈水灰比。高強(qiáng)輕骨料混凝土的水灰比以及凈水用量對(duì)于混凝土的性能也有非常明顯的影響。按照高強(qiáng)輕骨料混凝土的強(qiáng)度要求，一般來(lái)說(shuō)應(yīng)該使水灰比盡可能地保持很小，并且能夠在實(shí)際作業(yè)中加入外加劑情況下也可以保證混凝土坍落程度，即保證混凝土的實(shí)際施工要求。一般凈水量的確定需要根據(jù)混凝土的實(shí)際強(qiáng)度要求和作業(yè)要求綜合考慮，一般建筑施工中的凈用水量是按照210kg/m3的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行配制。

（5）確定砂率砂率就是指混凝土的顆?；潭?，即輕骨料與總體積的比例，砂率的大小對(duì)于混凝土的強(qiáng)度、可泵性等性能會(huì)有較為明顯的影響，因此在確定砂率的過(guò)程中，也需要根據(jù)這幾方面的性能要求來(lái)確定混凝土的砂率。

根據(jù)我國(guó)的《輕骨料混凝土技術(shù)規(guī)程》的要求，如果輕骨料為圓球形，則一般砂率范圍在35%～45%之間，實(shí)際制作后的混凝土的砂率可能會(huì)有一些誤差，需要在配比設(shè)計(jì)的階段就考慮到這種誤差，確定實(shí)際砂率變化范圍，以免造成對(duì)性能的不利影響。

三、結(jié)語(yǔ)

高強(qiáng)輕骨料混凝土是在傳統(tǒng)混凝土的基礎(chǔ)上，通過(guò)改善原材料配方和材料用量比例來(lái)提高混凝土的性能，因此對(duì)于高強(qiáng)輕骨料混凝土的性能研究也應(yīng)該從原材料選擇、材料調(diào)配合比設(shè)計(jì)以及制作工藝三個(gè)方面來(lái)考慮，根據(jù)實(shí)際建筑應(yīng)用對(duì)混凝土性能的要求合理選擇混凝土制備方案。高強(qiáng)輕骨料混凝土相比于傳統(tǒng)混凝土有強(qiáng)度高、比表面積大、穩(wěn)定性好等主要優(yōu)勢(shì)，通過(guò)改變摻和料還可以使混凝土具有更好的抗震性和隔熱、保溫、隔音性能，使得高強(qiáng)輕骨料混凝土成為具有更加全方位的優(yōu)越性能的建筑材料。目前對(duì)于高強(qiáng)輕骨料混凝土的應(yīng)用已經(jīng)比較廣泛，建筑企業(yè)和政府應(yīng)該進(jìn)一步推進(jìn)對(duì)高強(qiáng)輕骨料混凝土材料的研究，進(jìn)一步改善混凝土性能，從而提高建筑質(zhì)量，促進(jìn)建筑材料發(fā)展。