LC25輕骨料混凝土的配制技術(shù)
2006-07-12 00:00
1 引言
輕骨料混凝土具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、保溫和耐火等優(yōu)點(diǎn)，并且變形性能良好。輕骨料混凝土應(yīng)用于建筑工程中在滿足強(qiáng)度及其它性能要求的同時(shí)可大幅度減輕結(jié)構(gòu)物的自重，利用這一特性，在一些特殊的結(jié)構(gòu)中輕骨料混凝土有非常重要的應(yīng)用價(jià)值。
在北京市輕骨料混凝土已逐漸應(yīng)用于高層建筑結(jié)構(gòu)中，并發(fā)揮其優(yōu)良的作用。為滿足一些工程的特殊要求，經(jīng)過(guò)大量的試驗(yàn)研究，并在科研、設(shè)計(jì)單位的大力協(xié)助下，我們成功配制出密度等級(jí)1400 kg/m3，強(qiáng)度等級(jí)LC25的預(yù)拌輕骨料混凝土，并被成功應(yīng)用于高層建筑結(jié)構(gòu)施工中。為使輕骨料混凝土技術(shù)得到進(jìn)一步的總結(jié)和推廣，產(chǎn)生更大效益，特撰寫(xiě)本文對(duì)該技術(shù)的的研究及施工應(yīng)用情況作一介紹。
2 原材料
2.1 輕粗集料
陶粒采用天津武清生產(chǎn)的粘土陶粒，其性能指標(biāo)見(jiàn)表1。
表1 粘土陶粒的性能指標(biāo)
|
陶粒種類 |
密度等級(jí) |
公稱粒徑
(mm) |
松散堆積密度
（kg/m3） |
顆粒表觀密度
（kg/m3） |
吸水率
(%) |
筒壓強(qiáng)度
(MPa) |
|
a |
600 |
5-16 |
564 |
960 |
9.5 |
3.4 |
|
b |
700 |
5-16 |
628 |
1020 |
9.2 |
3.9 |
|
c |
800 |
5-16 |
785 |
1180 |
9.0 |
4.3 |
2.2 輕細(xì)集料
輕細(xì)集料采用天津武清生產(chǎn)的粘土陶砂，其性能指標(biāo)見(jiàn)表2。
表2 陶砂的性能指標(biāo)
|
公稱粒徑
(mm) |
密度等級(jí) |
細(xì)度模數(shù) |
松散堆積密度
（kg/m3） |
顆粒表觀密度
（kg/m3） |
吸水率
(%) |
|
0-5 |
800 |
3.4 |
774 |
1130 |
7.7 |
2.3 黃砂
選用永定河水系質(zhì)量合格，級(jí)配合理的中砂。其表觀密度2680kg/m3，容重1510kg/m3，細(xì)度模數(shù)2.5，含泥量1.4%，泥塊含量0.3%。
2.4 水泥
選用唐山冀東水泥廠生產(chǎn)的盾石牌P.O42.5R低堿水泥，其主要物理化學(xué)性能見(jiàn)表3。
表3 水泥的主要物理化學(xué)性能
|
細(xì)度
(%)
(R+80µm) |
比表
面積
(cm2/g) |
密度
(g/cm3) |
MgO
(%) |
SO3
(%) |
堿含量
(%) |
抗壓強(qiáng)度
(MPa)
3d 28d |
抗折強(qiáng)度
(MPa)
3d 28d |
|
2.4 |
3650 |
3.10 |
1.45 |
2.49 |
0.49 |
27.8 59.5 |
5.6 8.8 |
2.5 粉煤灰
選用北京市三熱電達(dá)信公司生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)Ⅱ級(jí)磨細(xì)粉煤灰，其密度2.42g/cm3，需水量比98%，45µm方孔篩篩余9.9%，粉煤灰的化學(xué)成分見(jiàn)表4。
表4 粉煤灰的化學(xué)成分
|
SiO2 |
Al2O3 |
Fe2O3 |
CaO |
SO3 |
MgO |
K2O |
Na2O |
Loss |
|
56.61 |
21.73 |
9.80 |
4.77 |
0.80 |
2.22 |
2.63 |
0.68 |
0.76 |
2.6 混凝土外加劑
選用北京興宏光建材廠生產(chǎn)的復(fù)合型萘系高效減水劑WDN—7。其含固量為38%，摻量2.0%～2.5%，減水率24%，7d抗壓強(qiáng)度比156%，28d抗壓強(qiáng)度比137%。
3 正交試驗(yàn)及結(jié)果分析
3.1 因素水平表（表5）
表 5 因素水平表
|
因素
水平 |
A
陶粒密度等級(jí) |
B
水膠比 |
C
砂率 (%) |
D
粉煤灰摻量（%） |
|
1 |
600 |
0.35 |
38 |
15 |
|
2 |
700 |
0.37 |
42 |
20 |
|
3 |
800 |
0.39 |
46 |
25 |
3.2 試驗(yàn)方案與極差分析（表 6）
表 6 L9（34）試驗(yàn)方案與極差計(jì)算結(jié)果
|
因素
編號(hào) |
密度等級(jí)A |
水膠比
B |
砂率
C |
粉煤灰摻量D |
干表觀密度
(kg/m3)) |
彈性模量
MPa×103 |
R28
(MPa) |
| |||||||||
|
1 |
1（600） |
1（0.35） |
3（46） |
2（20） |
1380 |
16.5 |
35.7 |
| |||||||||
|
2 |
2（700） |
1（0.35） |
1（38） |
1（15） |
1400 |
16.9 |
36.4 |
| |||||||||
|
3 |
3（800） |
1（0.35） |
2（42） |
3（25） |
1530 |
19.3 |
37.8 |
| |||||||||
|
4 |
1（600） |
2（0.37） |
2（42） |
1（15） |
1370 |
15.9 |
32.1 |
| |||||||||
|
5 |
2（700） |
2（0.37） |
3（46） |
3（25） |
1460 |
16.3 |
34.8 |
| |||||||||
|
6 |
3（800） |
2（0.37） |
1（38） |
2（20） |
1510 |
16.8 |
35.1 |
| |||||||||
|
7 |
1（600） |
3（0.39） |
1（38） |
3（25） |
1350 |
14.8 |
33.7 |
| |||||||||
|
8 |
2（700） |
3（0.39） |
2（42） |
2（20） |
1420 |
16.6 |
34.0 |
| |||||||||
|
9 |
3（800） |
3（0.39） |
3（46） |
1（15） |
1550 |
17.1 |
34.7 |
| |||||||||
|
|
干
表
觀
密
度 |
K1 |
1367 |
1437 |
1420 |
1440 |
|||||||||||
|
|
K2 |
1427 |
1447 |
1440 |
1437 |
||||||||||||
|
|
K3 |
1530 |
1440 |
1463 |
1447 |
||||||||||||
|
|
△K |
163 |
10 |
43 |
10 |
||||||||||||
|
|
R28
|
K1 |
33.8 |
36.6 |
35.1 |
34.4 |
|||||||||||
|
|
K2 |
35.1 |
34.0 |
34.6 |
34.9 |
||||||||||||
|
|
K3 |
35.9 |
34.1 |
35.1 |
35.4 |
||||||||||||
|
|
△K |
2.1 |
2.5 |
0.5 |
1.0 |
||||||||||||
|
|
彈性模量 |
K1 |
15.8 |
17.6 |
16.2 |
16.6 |
|||||||||||
|
|
K2 |
16.6 |
16.5 |
17.3 |
16.6 |
||||||||||||
|
|
K3 |
17.9 |
16.2 |
16.6 |
16.8 |
||||||||||||
|
|
△K |
1.9 |
1.4 |
1.1 |
0.2 |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3.3 方差分析（表7）
表 7 方差分析
|
考核指標(biāo) |
因 素 |
平方和 |
自由度 |
均方 |
F值 |
臨界值 |
|
干
表
觀
密
度 |
A |
40750 |
2 |
20375 |
55.142 |
F0.01（2，18）=6.01 |
|
B |
127 |
2 |
64 |
0.172 |
F0.05（2，18）=3.55 | |
|
C |
2614 |
2 |
1307 |
3.537 |
F0.10（2，18）=2.62 | |
|
D |
164 |
2 |
82 |
0.222 |
||
|
Se |
6651 |
18 |
370 |
|||
|
Sτ |
50306 |
26 |
||||
|
R28 |
A |
6 |
2 |
3 |
6 |
F0.01（2，18）=6.01 |
|
B |
13 |
2 |
6.5 |
13 |
F0.05（2，18）=3.55 | |
|
C |
0 |
2 |
0 |
0 |
F0.10（2，18）=2.62 | |
|
D |
2 |
2 |
1 |
2 |
||
|
Se |
9 |
18 |
0.5 |
|||
|
Sτ |
30 |
26 |
||||
|
彈
性
模
量 |
A |
6 |
2 |
3 |
127.66 |
F0.01（2，18）=6.01 |
|
B |
4 |
2 |
2 |
85.11 |
F0.05（2，18）=3.55 | |
|
C |
2 |
2 |
1 |
42.55 |
F0.10（2，18）=2.62 | |
|
D |
0 |
2 |
0 |
0 |
||
|
Se |
0.423 |
18 |
0.0235 |
|||
|
Sτ |
12.423 |
26 |
3.4 試驗(yàn)結(jié)果討論
由表6的試驗(yàn)結(jié)果可以看出，對(duì)干表觀密度的影響順序?yàn)椋篈＞C＞B＞D，其中A和C是關(guān)鍵影響因素；對(duì)于28天強(qiáng)度的影響順序?yàn)椋築＞A＞D＞C，其中A和B是關(guān)鍵影響因素；對(duì)于彈性模量的影響順序?yàn)椋篈＞B＞C＞D，其中A、B和C都是顯著影響因素。
對(duì)于特定的輕骨料，混凝土能實(shí)現(xiàn)的比強(qiáng)度（強(qiáng)度/密度）總有一定的限度，在此限度以內(nèi)，比強(qiáng)度越高，實(shí)現(xiàn)的難度越大，穩(wěn)定性也越差。陶粒的密度等級(jí)對(duì)混凝土的各項(xiàng)考核指標(biāo)都有比較顯著的影響，輕骨料混凝土中輕骨料所占的體積較大，所以為了配制較低容重的輕骨料混凝土應(yīng)盡可能選擇較低容重的輕骨料。但為了使混凝土強(qiáng)度、干表觀密度及其彈性模量有良好的協(xié)調(diào)性，不宜選擇密度等級(jí)太?。?00）的陶粒。另一方面，陶粒密度增加的同時(shí)帶來(lái)骨料強(qiáng)度的提高，但對(duì)于混凝土強(qiáng)度的增加幅度卻很緩慢，所以應(yīng)選用700密度等級(jí)的陶粒為宜。
輕骨料混凝土的強(qiáng)度等級(jí)主要與水泥砂漿和骨料的強(qiáng)度有關(guān)。砂漿強(qiáng)度對(duì)混凝土強(qiáng)度有較大的貢獻(xiàn)，一方面，混凝土的強(qiáng)度主要取決于水泥砂漿所形成的拱架作用； 另一方面，由于陶粒吸收水泥砂漿中的水分而引起陶粒周?chē)摹白哉婵铡睜顟B(tài)，會(huì)提高水泥砂漿與陶粒之間的粘結(jié)強(qiáng)度，所以，提高砂漿強(qiáng)度對(duì)提高混凝土強(qiáng)度有明顯的作用，而且，在一定的范圍內(nèi)幾乎呈遞增。試驗(yàn)表明，與普通混凝土類似輕骨料混凝土隨著水灰比的增大，強(qiáng)度值逐漸降低。當(dāng)水灰比保持不變，水泥用量過(guò)高時(shí)，雖然和易性改善，但對(duì)混凝土的強(qiáng)度影響并不大卻使混凝土的容重增大，水化熱高，收縮大，而且在經(jīng)濟(jì)上也不適宜。
在輕骨料混凝土中，采用較大粒徑的輕骨料顆粒時(shí)會(huì)使混凝土的強(qiáng)度降低。其原因一部分是由于骨料強(qiáng)度較低，一部分是因?yàn)閲@骨料的砂漿網(wǎng)架變?nèi)跛?，所以最大粒徑?yīng)限制在25mm以下，考慮到工程設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)及配筋間距，選擇最大粒徑16mm的粘土陶粒。
輕骨料混凝土的彈性模量和其強(qiáng)度及干表觀密度有關(guān)，而且對(duì)密度變化的敏感度高于強(qiáng)度。用較低密度等級(jí)的陶粒配制的混凝土其彈性模量一般較低，采用陶砂和普通黃砂復(fù)合使用的方法（以30%體積的黃砂取代相同體積的陶砂）。使部分輕細(xì)骨料用級(jí)配和粒形較好的黃砂代替，可以提高混凝土的彈性模量，同時(shí)使混凝土的容重和強(qiáng)度有所提高，并可以改善輕混凝土的和易性和減少收縮。由直觀的分析結(jié)果可以看出適當(dāng)調(diào)節(jié)砂率，對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響并不十分顯著，但由于其容重的變化，可以很顯著地提高混凝土的彈性模量，但對(duì)同等級(jí)的陶粒，過(guò)高的砂率（46%）會(huì)使混凝土的干表觀密度大大增加。