李傳林，孫開雙，劉桂賓

（1.濟南潤原化工有限責(zé)任公司，山東 濟南，250101；2.青島康太源商砼有限公司，山東 青島，266000 3.山東華迪建筑科技有限公司，山東 濟南，250013）

0 引言

免振搗輕骨料混凝土配合比設(shè)計既要使拌合物具有較大的流動度[4]，能夠自密實成型，又要使拌合物具有足夠的粘度，防止輕骨料上浮，保持拌合物的勻質(zhì)性[1]。本文參考普通混凝土配合比設(shè)計的方法研究輕骨料混凝土的配合比設(shè)計，同時考慮輕骨料混凝土的特殊性[3]，依靠配合比設(shè)計、經(jīng)驗和試配來確定免振搗輕骨料混凝土的配合比。

1 原材料及試驗方法

1.1 原材料

(1) 水泥

青島山水水泥廠生產(chǎn)的山水P·O42.5R水泥，主要指標(biāo)如表1所示。

(2) 骨料

① 細(xì)骨料：青島大沽河河砂，細(xì)度模數(shù)2.6，級配合格。

表1 山水P·O42.5R水泥主要指標(biāo)

表2 輕骨料的主要技術(shù)指標(biāo)

表3 濰坊明華Ⅰ級粉煤灰主要指標(biāo)

表4 配合比 kg/m3

② 輕粗骨料：山東淄博博山碎石狀頁巖陶粒，粒徑5～16mm，具體指標(biāo)見表2。

(3) 粉煤灰

濰坊明華I級粉煤灰，主要指標(biāo)見表3所示。

(4) 外加劑

聚羧酸高效外加劑LPC(山東華迪建筑科技有限公司生產(chǎn))，減水率為35.0%。

(5) 水

自來水，符合《混凝土拌合用水標(biāo)準(zhǔn)》JGJ63-89要求。

1.2 試驗方法

1.2.1 緊密因數(shù)CF值的確定

密實體積理論配合比設(shè)計方法的基本原則是用膠凝材料漿體填滿松散堆積的骨料間隙。處于飽和面干狀態(tài)的骨料松散堆積時，顆粒之間充滿空隙，當(dāng)把水和膠凝材料添加到骨料中時會出現(xiàn)潤滑效應(yīng)使骨料堆變得更加密實。定義骨料的緊密因數(shù)CF(Closing Factor)為免振搗輕骨料混凝土中處于密實狀態(tài)的骨料與同體積處于松散堆積狀態(tài)的骨料的質(zhì)量之比。顯然，CF的取值影響免振搗輕骨料混凝土中骨料的用量。CF越大則粗、細(xì)骨料越多而膠凝材料越少，相應(yīng)地，輕骨料混凝土的流動性、免振搗性能和抗壓強度將會降低；相反，CF越小則膠凝材料用量過多，將會提高原材料成本，并且膠凝材料用量過多還會導(dǎo)致輕骨料混凝土干燥收縮增加，并影響到工作性和耐久性等其他方面。所以，在配合比設(shè)計中，重要的是選擇最佳的CF值，滿足免振搗輕骨料混凝土的各項性能的同時兼顧經(jīng)濟性要求。CF值取值范圍，對于特定粒形和級配的骨料由試驗總結(jié)得出。

(1) 試驗配合比及結(jié)果

試驗配合比見表4，試驗結(jié)果見表5。

(2) 試驗結(jié)果及分析

從表4和表5的試驗結(jié)果可以看出5～16mm淄博博山碎石頁巖陶粒CF值在1.2左右時免振搗輕骨料混凝土工作性能相對較好，初始坍落度達(dá)到260mm以上，初始擴展度達(dá)到650mm×650mm以上，并且1h之后損失也很小，混凝土各個齡期的強度增長均較快。

表5 新拌免振搗輕骨料混凝土的性能指標(biāo)

緊密因數(shù)CF值在1.0左右時，膠凝材料相對用量較多，混凝土拌和物比較粘稠，硬化后混凝土的收縮變形將增加，耐久性下降；CF值在1.4左右時，膠凝材料用量較少，漿體不能良好地包裹骨料導(dǎo)致混凝土和易性差。因此，選取1.2作為5～16mm淄博博山碎石頁巖陶粒的CF值。

1.2.2 免振搗輕骨料混凝土試驗方案

（1）試驗?zāi)康?/p>

用基于密實體積理論的配合比設(shè)計方法，采用正交設(shè)計，考慮水膠比、砂率、粉煤灰和LPC摻量等主要影響因素，以輕骨料混凝土的坍落度、擴展度等常規(guī)工作性能指標(biāo)和28d抗壓強度、28d輕骨料混凝土干表觀密度、強質(zhì)比等基本力學(xué)性能指標(biāo)為考核指標(biāo)，最終確定最優(yōu)摻量和最佳配比，配制出結(jié)構(gòu)用強度等級為LC25～LC50的免振搗輕骨料混凝土。

（2）試驗參數(shù)選擇

因素水平表如表6所示。

表6 因素水平表

把水膠比(A)、砂率(B)、粉煤灰摻量(C)和LPC摻量(D)作為因素考慮。其中，水膠比取0.28，0.31，0.34，0.36四個水平；砂率取36%，40%，45%，50%四個水平；LPC取(占膠凝材料重量的)0.4%，0.6%，0.8%，1.0%四個水平；粉煤灰摻量取(占膠凝材料重量)15%，20%，25%，30%四個水平。

試驗采用100mm×100mm×100mm混凝土立方體試件，以坍落度、擴展度、28d的立方體抗壓強度、28d齡期輕骨料混凝土表觀密度、28d的抗壓強度與輕骨料混凝土表觀密度的比值(強質(zhì)比)作為分析評價試驗結(jié)果的依據(jù)。

（3）攪拌工藝

考慮到實際生產(chǎn)過程中不預(yù)濕輕骨料會導(dǎo)致部分外加劑被骨料吸收，并且攪拌時間偏長耽誤生產(chǎn)，因此本試驗采用預(yù)濕處理輕粗骨料的攪拌工藝[2]。

（4）檢測依據(jù)

(1) 輕骨料試驗按照《輕骨料及其試驗方法》GB/T17431.2—1998進行。

(2) 輕骨料混凝土設(shè)計按照密實體積理論及《輕骨料混凝土技術(shù)規(guī)程》JGJ51—2002進行。

(3) 混凝土抗壓強度試驗按《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50081—2002進行，試件尺寸為100mm×100mm×100mm。

2 試驗數(shù)據(jù)處理及分析

2.3.1 試驗數(shù)據(jù)

試驗的因素水平表如表6所示。選用正交表L16(44)，如表7所示。按照密實體積理論配合比設(shè)計方法，正交設(shè)計確定各組試驗的配合比，CF值取用1.2，計算出具體的試驗配比，如表8所示。本次試驗測定了16組輕骨料混凝土的坍落度、擴展度、28d的抗壓強度，28d輕骨料混凝土的干表觀密度，具體數(shù)據(jù)如表9所示。

表7 各組試驗因素水平表

表8 各組輕骨料混凝土試驗室配比表(理論用量) kg/m3

表9 各組試驗結(jié)果對比

2.3.2 處理及分析

極差分析，L16(44)試驗方案與計算結(jié)果見表10。

表10 28d強度、強質(zhì)比極差分析表

從以上數(shù)據(jù)可以看出砂率大小、LPC摻量和粉煤灰摻量是影響輕骨料混凝土和易性的主要因素。將數(shù)值進行處理，數(shù)值在28d強度極差分析表中。列出了各水平相應(yīng)的四次抗壓強度之和、四次強質(zhì)比之和K1、K2、K3及其極差R。

對于各列，比較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，這表明水膠比為0.28的抗壓強度優(yōu)于水膠比為0.31，0.34，0.36的抗壓強度。

從圖1，圖2中可綜合反映出本次試驗中各因素對輕骨料混凝土強度和強質(zhì)比影響的主次順序：

對抗壓強度：A>C>D>B

對強質(zhì)比：A>C>D>B

表11 配合比及試驗結(jié)果

3 結(jié)論

(1) 提出基于密實體積理論的輕骨料混凝土配合比設(shè)計方法，闡明了該方法的原理和計算步驟，定義了骨料緊密因數(shù)(CF)的概念，分析了CF是影響輕骨料混凝土采用基于密實體積理論進行配合比設(shè)計的重要因素。通過試驗確定1.2作為5～16mm淄博博山碎石頁巖陶粒的CF值。

(2) 采用基于密實體積理論配合比設(shè)計方法結(jié)合正交設(shè)計方法進行正交試驗，對比試驗結(jié)果及分析，可以得出以下結(jié)論：

(a) 基于密實體積理論輕骨料混凝土配合比設(shè)計方法可以配制出滿足免振搗輕骨料混凝土，同時兼顧經(jīng)濟性。

(b) 聚羧酸減水劑LPC的減水性能在輕骨料混凝土拌合過程中非常明顯，并且具有能夠提高混凝土的粘度和控制輕骨料上浮的作用。

(c) 水膠比對免振搗輕骨料混凝土抗壓強度、強質(zhì)比的影響特別顯著，這也再次證明水膠比是決定混凝土強度和質(zhì)量的關(guān)鍵因素。

(d) 砂率對于免振搗輕骨料混凝土的和易性影響較大，同時良好的砂率可以降低水泥的用量。

(e) 摻加適量粉煤灰能夠調(diào)節(jié)輕骨料混凝土拌和物的和易性，減少混凝土的離析程度，并且對提高硬化輕骨料混凝土的后期強度具有非常明顯的作用。

(3) 配合比試驗總結(jié)

根據(jù)表9及表10中1、4、5、7、11、13組試驗結(jié)果及分析，結(jié)合原材料實際情況，調(diào)整確定以下配合比，并進行了相關(guān)試驗。各強度等級輕質(zhì)混凝土配合比及試驗結(jié)果見表11。

[1]李勇,龍宇.淺談機制砂的生產(chǎn)及其在混凝土中的應(yīng)用[J].福建建筑,2009,(12):56-58.

[2]郭玉順，丁建彤，木村熏．高性能輕骨料與普通輕骨料的性能比較[J]．混凝土，2000(6)：20-22.

[3]輕骨料混凝土技術(shù)規(guī)程(JGJ51.2002)[S]．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2003.

[4]謝友均，周士瓊．免振高性能混凝土力學(xué)性能及耐久性研究[J]．建筑材料學(xué)報，2000(3)：118-123.

[5]蔣家奮．免振搗自密實混凝土的機制與配制[J]．混凝土與水泥制品，2001(1)：3-5.

[6]曹永民．免振搗自流平高性能輕骨料混凝土和高性能輕集料混凝土的研究[J]．混凝土，2002(11)：36-38，63.