聶 旭，劉錫軍

（湖南科技大學(xué) 土木工程施工過程與質(zhì)量安全控制湖南省普通高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湘潭411201）

0 前 言

混凝土是目前土木工程領(lǐng)域應(yīng)用最多的建筑材料，自水泥和普通混凝土發(fā)明以來，經(jīng)過一個多世紀(jì)的發(fā)展，越來越多的新型高性能、復(fù)合型混凝土不斷出現(xiàn).混凝土向高強(qiáng)度、低密度、環(huán)境污染小、施工方便的方向發(fā)展，更多地體現(xiàn)了混凝土“綠色、可持續(xù)”發(fā)展的理念.其中自密實(shí)輕骨料混凝土（SCLC）就是其中近幾年來發(fā)展起來的一種，它是在自密實(shí)混凝土（SCC）和輕骨料混凝土（LAC）的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的一種新型高性能混凝土，其密度小于1950kg／m3，既有輕骨料混凝土自重輕又有自密實(shí)混凝土自動填充成型的特點(diǎn).同時SCLC又具備SCC和LAC不具有的性能，開拓了混凝土發(fā)展的新領(lǐng)域.輕質(zhì)高強(qiáng)的自密實(shí)輕骨料混凝土，能夠減輕建筑物的自重，降低基礎(chǔ)處理費(fèi)用，縮小結(jié)構(gòu)斷面和增加使用面積，可降低工程造價5%～10%，同時還具有良好的耐久性、耐火性、抗震性和抗裂性能，因而具有顯著的綜合經(jīng)濟(jì)效益.目前關(guān)于SCLC研究較少，關(guān)于SCLC的資料還很有限，這對它的推廣應(yīng)用有著很大的限制作用.因此，開展對自密實(shí)輕骨料混凝土的研究工作是研究工作者面對的一個重大而有意義的課題.

1 SCLC研究的發(fā)展及現(xiàn)狀

上個世紀(jì)九十年代，日本福岡懸索大橋建設(shè)過程中就提出自密實(shí)輕骨料混凝土 的概念并逐漸應(yīng)用，之后在日本有一些研究和應(yīng)用［1－3］，以后德國、加拿大、韓國、臺灣等學(xué)者［4－9］等對自密實(shí)輕骨料混凝土相繼開展了研究，我國一些學(xué)者在自密實(shí)輕骨料混凝土領(lǐng)域也作了一些研究工作［10－14］

盡管自密實(shí)混凝土和輕骨料混凝土在國內(nèi)外已經(jīng)有了很多的研究，但是關(guān)于自密實(shí)輕骨料混凝土的研究卻非常少.目前，國內(nèi)外研究自密實(shí)輕骨料混凝土的方法通常采用研究自密實(shí)混凝土和輕骨料混凝土相結(jié)合的方法，并采用自密實(shí)混凝土、輕骨料混凝土和普通混凝土性能的試驗(yàn)方法對自密實(shí)輕骨料混凝土的性能進(jìn)行綜合評價，同時將自密實(shí)混凝土和輕骨料混凝土的研究成果應(yīng)用到自密實(shí)輕骨料混凝土中，也就是說目前研究者基本上都是將普通自密實(shí)混凝土中的骨料用輕骨料替代，用自密實(shí)混凝土的研究方法對自密實(shí)輕骨料混凝土的性能進(jìn)行評價.

從現(xiàn)有的國內(nèi)外文獻(xiàn)來看，SCLC的研究內(nèi)容主要集中在物理力學(xué)性能研究、工作性能研究、和耐久性研究、配合比設(shè)計研究等幾個方面.

2 SCLC研究的內(nèi)容

2.1 物理力學(xué)性能研究

自密實(shí)輕骨料混凝土的主要物理力學(xué)性能包括抗壓強(qiáng)度、劈裂拉抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度以及靜彈性模量等.王振軍等人人為，表面較為粗糙的輕骨料，可以增加其與水泥漿體的粘結(jié)性，從而增強(qiáng)混凝土的整體強(qiáng)度和流動性；自密實(shí)輕骨料混凝土的拉壓比要小于同強(qiáng)度等級的普通混凝土，其脆性大于普通混凝土，因此在實(shí)際工程應(yīng)用中要注意輕骨料混凝土特別是具有較高強(qiáng)度等級的自密實(shí)輕骨料混凝土的脆性對工程的影響；自密實(shí)輕骨料混凝土的靜彈性模量比同強(qiáng)度等級的普通混凝土普遍偏低，約為同等級普通混凝土的67%～68%.

大連理工大學(xué)建筑工程專業(yè)的張云國［15］等人對自密實(shí)輕骨料混凝土高溫性能研究認(rèn)為，高溫后自密實(shí)輕骨料混凝土的抗壓強(qiáng)度損失和抗折強(qiáng)度損失小于普通自密實(shí)混凝土和普通混凝土，圖1、圖2呈現(xiàn)了這種現(xiàn)象.圖1是混凝土抗壓強(qiáng)度隨溫度的變化曲線，從圖中可以看出，隨著溫度的升高，其抗壓強(qiáng)度逐漸減小.圖2是抗壓強(qiáng)度損失率隨溫度的變化曲線，該圖顯示了抗壓強(qiáng)度損失率隨溫度升高而增大的趨勢，高溫下的自密實(shí)輕骨料混凝土彈性模量的降低略低于普通骨料自密實(shí)混凝土和普通混凝土.其中，當(dāng)溫度為450℃時，混凝土抗壓強(qiáng)度的衰減幅度陡然增大.

圖1 抗壓強(qiáng)度隨溫度變化

自密實(shí)輕骨料混凝土 作為一種新型的高性能混凝土 ，它的筒壓強(qiáng)度較低，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)用SCLC強(qiáng)度等級也較低，多在LC30以下，而且國內(nèi)外對于其力學(xué)性能研究涉及不多［16－17］.如何突破現(xiàn)有局限，掌握較高強(qiáng)度等級SCLC的力學(xué)性能特點(diǎn)，并將其應(yīng)用到大跨橋梁、高層建筑、海上石油平臺等結(jié)構(gòu)物中，充分發(fā)揮其輕質(zhì)高強(qiáng)、保溫耐火、抗震性能好等優(yōu)點(diǎn)［18－19］，是當(dāng)前眾多科研單位孜孜以求的目標(biāo).

圖2 抗壓強(qiáng)度損失率

2.2 工作性能研究

影響自密實(shí)輕骨料混凝土工作性能的主要因素是水膠比和高效減水劑的使用.在低水膠比情況下，要獲得較高的流動性，主要依靠高效減水劑來實(shí)現(xiàn).

張云國等人通過V型漏斗、流動擴(kuò)展度、L槽、U型槽、篩分、柱分層及表面沉降試驗(yàn)對自密實(shí)輕骨料混凝土的流動性、變形性、填充性和抗離析性進(jìn)行了評價，采用全計算法與固定砂石體積法相結(jié)合的方法，同時考慮輕骨料吸水特性可配制出工作性能良好、具有較高強(qiáng)度等級的SCLC.隨著時間的延長，SCLC的流動擴(kuò)展度減小.隨著SCLC剪切流動速度的增加，其抗離析性逐漸降低.

何廷樹等人采用改進(jìn)的L－800自密實(shí)混凝土拌合物流變性能測定儀，通過測定混凝土拌合物流過40cm時的時間t40，同時結(jié)合擴(kuò)展度值、坍落度值及1h坍落度、擴(kuò)展度損失情況，介紹了粉煤灰摻量、砂率大小、外加劑品種和硅灰摻量對自密實(shí)輕骨料混凝土拌合物工作性能的如下影響.

（1）Ⅰ級粉煤灰摻量對SCLC拌合物流動性影響較大，表1是不同粉煤灰摻量下對SCLC的試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計情況，從表中可以看出，SCLC拌合物較為合適的粉煤灰摻量為30%左右.

（2）環(huán)境執(zhí)法監(jiān)測工作隊伍建設(shè)落后。在縣級市，地方政府環(huán)境執(zhí)法監(jiān)測隊伍建設(shè)存在落后性，這主要體現(xiàn)在：首先，隊伍文化水平不高[2]。其次，執(zhí)法技術(shù)簡陋。在當(dāng)前，大多數(shù)縣級環(huán)境執(zhí)法監(jiān)測隊伍并未采用高新科技工具檢查，并且管理方式仍以人力管理為主，尚未建成集成式系統(tǒng)，無法保證執(zhí)法檢測的工作質(zhì)量。

（2）砂率大小對SCLC拌合物工作性能和表觀密度影響較大，SCLC的一般砂率為50%.

（3）摻有粘塑組分的復(fù)合高效減水劑是配制自密實(shí)輕骨料高性能混凝土必不可少的.單一高效減水劑或純復(fù)合高效減水劑不滿足SCLC拌合物中輕骨料不上浮、不漂移、均勻成型的要求.

（4）CLC合理的硅灰摻量為膠凝材料用量的2%～6%.

表1 粉煤灰摻量對SCLC工作性能的影響

2.3 耐久性能研究

混凝土的耐久性是指其暴露在使用環(huán)境下抵抗各種物理和化學(xué)作用破壞的能力.耐久性強(qiáng)的混凝土暴露在一定使用環(huán)境中應(yīng)能保持其形態(tài)、質(zhì)量和使用功能，提高混凝土的耐久性是延長結(jié)構(gòu)使用壽命的基礎(chǔ).混凝土耐久性破壞的主要形式有：凍融作用、硫酸鹽、氯鹽、酸、堿等侵蝕性介質(zhì)的化學(xué)侵蝕；碳化；鋼筋的銹蝕和堿－集料的反應(yīng)等.因此，混凝土工程耐久性破壞往往是幾種因素綜合作用的結(jié)果［20］.

目前，自密實(shí)輕骨料混凝土耐久性能的研究開展的較少，而自密實(shí)輕骨料混凝土作為混凝土的一種，研究混凝土的一些學(xué)者關(guān)于混凝土耐久性的結(jié)論可以提供一定的參考.

混凝土凍融破壞［21－23］.

混凝土化學(xué)腐蝕破壞［24－28］中，以硫酸鹽為主要破壞物質(zhì)，尤以硫酸鈉最為典型.

混凝土碳化過程中，主要影響因素有相對濕度和溫度.相對濕度為50%～70%時，碳化速率很快，而相對濕度為0%～45%和75%～100%時，碳化速率較慢.溫度高時，混凝土碳化反應(yīng)速率較快.

鋼筋銹蝕引起混凝土保護(hù)層開裂，繁永森通過理論模擬方法，淡丹輝應(yīng)用基于斷裂力學(xué)虛擬裂縫模型的非線性有限元方法，分別給出了確定鋼筋混凝土構(gòu)件開裂時鋼筋銹蝕量的計算公式［29］.

2.4 配比優(yōu)化研究

很多研究者［30－31］做了大量關(guān)于自密實(shí)輕骨料混凝土配比優(yōu)化的方案，并對每一種方案下的混凝土進(jìn)行了試驗(yàn)，找到了不同強(qiáng)度等級下的最佳的配比.其中比較好的配置方案有辛全倉等人采用絕對體積法成功配制出工作性好、質(zhì)量均勻、強(qiáng)度等級為LC40、干表觀密度為1762kg／m3的自密實(shí)輕骨料混凝土，配置方案如表2所示.

表2 LC40SCLC最優(yōu)配合比及部分性能指標(biāo)

3 總結(jié)與展望

本文介紹了自密實(shí)混凝土研究發(fā)展現(xiàn)狀，對其主要性能，包括物理力學(xué)性能、工作性能、耐久性能等幾個方面的國內(nèi)研究現(xiàn)狀做了闡述.可以看出自密實(shí)輕骨料混凝土 的國內(nèi)外研究雖然已經(jīng)取得了一定的成績，但是仍有許多問題需要作進(jìn)一步的研究工作，主要有以下幾個方面.

（1）現(xiàn)有的關(guān)于自密實(shí)輕骨料混凝土 的研究工作中，幾乎是基于實(shí)驗(yàn)室條件下或者室外自然條件比較好的情況下進(jìn)行的，但是當(dāng)外界溫度、風(fēng)力或者是濕度有較大變化的情況下，自密實(shí)輕骨料混凝土的工作性能的變化規(guī)律尚未涉及.

（2）自密實(shí)輕骨料混凝土的爆裂溫度比普通混凝土低將近100℃，關(guān)于如何防范和控制其因?yàn)闇囟雀叨鴮?dǎo)致爆裂的問題，目前國內(nèi)外所作的研究很少，需要相關(guān)學(xué)科的與自密實(shí)輕骨料混凝土 研究的交叉配合，才能在這里解決好高溫爆裂問題.

（3）自密實(shí)混凝土對原材料質(zhì)量波動敏感性強(qiáng)，為了確保自密實(shí)混凝土的質(zhì)量，在這方面仍需進(jìn)一步研究.

（4）自密實(shí)輕骨料混凝土與鋼筋共同工作時的粘結(jié)性能還有待研究.

（5）關(guān)于自密實(shí)輕骨料的耐久性研究開展還很少，這是今后一個較為重大的研究課題.

［1］ Kawai T，Ozawa K，Ohno H，et al.The Vibrationfree Highly Superplasticized Lightweight Concrete with High－early Strength for the Cable－stayed Bridge［J］.In：Innovation in Cable－Stayed Bridge Fukuoka.Japan，1991：227－233.

［2］ Ohno H，Kawai T，Kuroda Y.Development of Vibration－free High Strength Lightweight Concrete and Its Application［J］.Proceeding of FIP Symposium，Kyoto，1993，（1）：297－304.

［3］ Kobayashi，K.Characteristics of Self－compacting Concrete in Fresh State with Artificial Light－weight Aggregate［J］.Journal of the Society of Materials Science，2001，50（9）：1021－1027

［4］ Muller，Harald.Self－compacting Light Weight Concrete［J］.Concrete Precasting Plant and Technology，2002，（2）：29－37.

［5］ Muller，Harald S.Haist，Michael.First General Technical Approval Self－compacting， Light－weight Concrete［J］.Concrete Precasting Plant and Technology，2004，70（12）：8－17.

［6］ Shi C J，Wu Y Z.Mixture Proportioning and Properties of Self－consolidating Lightweight Concrete Containing Glass［J］.ACI Materials Journal，2005，102（5）：355－363.

［7］ Choi Y W，Kim Y J，Shin H C et al.An Experimental Research on the Fluidity and Mechanical Proprieties of high－strength Lightweight Self－compacting Concrete［J］.Cement and Concrete Research，2006，36（9）：1595－1602.

［8］ Hwang C L，Hung M F.Durability Design and Performance of Self－consolidating Lightweight Concrete［J］.Construction and Building Materials，2005，19（8）：619－626.

［9］ Alan B，Lytang.Developments in Lightweight Selfcompacting and Pumpable Concrete［J］.Concrete，2005，39（2）：24－25.

［10］王振軍.自密實(shí)輕骨料高性能混凝土的研究［D］.西安建筑科技大學(xué)碩士學(xué)位論文，2004.

［11］何廷樹，王振軍，武永華，等.自密實(shí)輕骨料混凝土性能研究［J］.西安科技大學(xué)學(xué)報，2004，24（4）：422－425.

［12］王振軍，張思宇，王笑風(fēng).自密實(shí)輕骨料混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)研究［J］.南昌大學(xué)學(xué)報（工科版），2006，28（1）：83－86.

［13］陳月順，衛(wèi) 軍，增三海，等.自密實(shí)輕骨料防水混凝土抗?jié)B性能試驗(yàn)研究［J］.新型建筑材料，2006，（3）：39－42.

［14］曹勇民，宋宏偉，王立久.免振搗自流平高性能輕集料混凝土 的研究［J］.混凝土，2002，157（11）：36－38.

［15］張云國.自密實(shí)輕骨料混凝土性能研究［D］.大連理工大學(xué)結(jié)構(gòu)工程學(xué)院博士學(xué)位論文，2009.

［16］羅素蓉，鄭建嵐，王國杰.自密實(shí)高性能混凝土結(jié)構(gòu)的研究與應(yīng)用［J］.土木工程學(xué)報，2005，38（4）：46－52.

［17］龔洛書，柳春圃.輕骨料混凝土［M］.北京：中國鐵道出版社，1996.

［18］曹永民，宋宏偉，王立久.免振搗自流平高性能輕集料混凝土的研究［J］.混凝土，2002，（11）：36－38.

［19］Zhimin Wu，Yunguo Zhang，Jianjun Zheng，Yining Ding.An Experimental Study on the Workability of Self－compacting Lightweight Concrete［J］.Construction and Building Materials，2009，23：2087－2092.

［20］N.I.Fatthuhi.Concrete Carbonation as Influenced by Curing Regime［J］.Cement and Concrete Research，1998，18：215－219.

［21］方 璟，武世翔.混凝土在試驗(yàn)條件下凍融破壞的特點(diǎn)［J］.混凝土與水泥制品，2003，4.

［22］ M.Regourd，F(xiàn)reeze－thaw Durability and Salt Scaling Research of a 0.25Water－Cement Ration concrete［J］.Cement and Concrete Research，1988，18（4）：604－614.

［23］Rachel，Detwiler，Assessing the Durability of Concrete in Freezing and Thawing［J］.ACI Materials Joural，1989，86（1）：29－35.

［24］蔣家奮.混凝土的抗化學(xué)腐蝕性及摻硅灰的效果［J］.混凝土與水泥制品，1992，4：17－19.

［25］馬孝軒，仇新剛.鋼筋混凝土樁在沿海地區(qū)腐蝕規(guī)律試驗(yàn)研究［J］.混凝土與水泥制品，2002，（1）.

［26］Cailos Rodriguez，Eric Doehne，How Does Sodium Sulfate Crystallize Implications for the Decay and Testing of Building Materials［J］.CCR 2002，30（10）：1535－1542.

［27］P.W.Brown，Steven Badger.The Distributions of Bound Sulfates and Chlorides in Concrete Subjected to Muxed MaCl，MgSO4NaSO4attach［J］.CCR，2000，30（10）：1535－1542.

［28］Sunil Kumar and C.V.S.Kameswara Rao，Sulfate Attack on Concrete in Simulated Cast－in－situ and Precast Situations［J］.Cement and Concrete Research，1995，25（1）：1－8.

［29］曹家民.混凝土碳化對鋼筋的影響及防護(hù)措施探討［J］.華僑大學(xué)學(xué)報，1994，（1）：58－62.

［30］吳智敏，張小云，張云國.自密實(shí)輕骨料混凝土 配合比設(shè)計及基本力學(xué)性能試驗(yàn)［J］.建筑科學(xué)與工程學(xué)報，2008，25（4）：83－87.

［31］辛全倉，張殿明，王振軍，何廷樹.自密實(shí)輕骨料混凝土配合比設(shè)計研究［J］.公路，2007，（5）：158－160.