摘 要:本文通过分析高强度轻骨料混凝土配比材料选择、配比设计等问题,再一次验证了轻骨料混凝土具有减轻建筑结构自重,提高建筑物结构强度、耐火性、耐久性、良好的抗震性及抗裂性,其结果对指导高强度轻骨料混凝土配比设计具有十分重要的意义。
关键词:轻骨料混凝土 高强度 配比 性能
中图分类号:U444文献标识码:A文章编号:1674-098X(2012)08(b)-0055-01
1 引言
近年来,城市建筑设计思路不断拓展,建筑的高度、跨度都在不算增加,对混凝土性能的要求也不断增加,轻骨料混凝土因其轻度高、隔热保温性能好、环保经济等特点成为新型混凝土研究的方向。因此,研究高强度轻骨料混凝土配合比及其性能指标,对推广高强度轻骨料混凝土应用,提高建筑材料节能环保水平具有十分重要意义。
2 轻骨料混凝土概念及特点
轻骨料混凝土是一种利用粉煤灰、硅灰等工业固体废弃物等人造或者天然轻骨料骨料替代普通密度骨料的混凝土,其干表观密度不大于1950kg/m3。目前,轻骨料混凝土用量是仅次于普通混凝土的新型混凝土类型。高强度轻骨料骨料主要特点是比同等级的混凝土强度轻30%左右,导热系数是同等级普通混凝土的1/15,隔热性能好,耐火性能和抗震系数是普通密度混凝土的2倍,同时节能环保,同等工程量成本比普通混凝土低10%～15%。
3 高强度轻骨料混凝土配合比设计
3.1 高强度轻骨料混凝土配合比设计特点
轻骨料混凝土配合比设计与普通混凝土配合比设计具有一定的差异,其主要特点主要体现在:首先轻骨料混凝土配合比设计既要考虑强度等级的同时,还要考虑密度等级;其次由于轻骨料混凝土使用高强陶粒,因其自身特性,导致在混凝土配合时需要使用更多分量的水泥,而过多的水泥用量既不经济且品质也不佳,所以要掺加高效减水剂,致使轻骨料混凝土的配合更复杂;最后,由于高强陶粒相对多孔性,因此配合出得混凝土必须保证变形和耐久性符合使用要求。
3.2 高强度轻骨料混凝土配合比设计
高强度轻骨料混凝土与普通混凝土配比所选用材料区别主要是水泥(胶结材料)和骨料,轻骨料混凝土选用轻细骨料,本次配比设计选用的水泥比表面积大于300m2/kg普通硅酸盐水泥,水泥的比重保持在3.092g/cm2,同时水泥的细度保证用0.08mm方孔筛的筛余量不超过10%,普通硅酸盐水泥的标准稠度保持在25.2%左右,初凝时间不早于45min,终凝不迟于10h,水泥的强度等级可为42.5。
掺合料本次配比选用的是硅灰,烧失量为2.73,硅灰的比重为2.21g/cm3,在22℃下硅灰比表面积为42880m2/kg。外加剂为HSP蔡系高效非引气性减水剂,其主要成分是β-蔡磺酸甲醛缩聚物,掺和量为胶凝材料总重的0.5%～1.5%,采用水泥砂浆流动度(减水率)试验测定的减水率为30%左右。
粗骨料选粉煤灰陶粒,堆积密度为778kg/m3,筒压强度为7.6MPa,平均吸水率为8.5%,表观密度为1320kg/m3,陶粒的空隙率为40%;细骨料选普通沙石,表观密度为2.63g/m3,砂的堆积密度为1430kg/m3,含水率为0.1%,空隙率为45.6%。
选用上述材料,通过松散体积法对多组试验结果进行对比分析后,确定本次高强度轻骨料混凝土的配合比:净水用量为168kg/m3,水泥用量为520kg/m3,细骨料用量为707kg/m3,轻骨料用量为555kg/m3,水灰比为0.34%,体积砂率为40%,减水剂为3.64kg/m3,预吸水时间为1h。
4 高强度轻骨料混凝土性能研究
4.1 高强度轻骨料混凝土轻骨料高强
轻骨料混凝土在相同的承载力可减少20%～40%的混凝土用量。特别是对建筑物自重占比较大且性能要求较高的高层、复杂、大跨度建筑,轻骨料混凝土的优越性更为明显,其经济性、性能优势是普通混凝土无法比拟的。采用液压式压力试验机对采用上述配合比,高强度轻骨料混凝土试验显示,7d的抗压强度平均为28d抗压强度的82%左右,抗压强度在39.2～51.8MPa之间,干表观密度均小于1950kg/m3,可确定为高轻度混凝土。
4.2 高强度轻骨料混凝土抗震性能
地震力和上部结构的自重成正比,当结构采用轻骨料混凝土后,由于自重的下降,将降低地震力。由于轻骨料混凝土的弹性模量比同等级的普通混凝土低,结构的自振周期将变长,变形能力增强,结构破坏时将消耗更多的变形能。因此,轻骨料混凝土有利于改善建筑物的抗震性能和抵抗动荷载作用的能力。调查及统计数据显示,陶粒混凝土相对抗震系数为109,普通混凝土为84,砖砌体为64,轻骨料混凝土抗震性能优良。
4.3 高强度轻骨料混凝土抗裂性
通过扫描电镜对上述配合比的轻骨料混凝土和普通混凝土的扫描试验发现,普通混凝土在水化28天后,界面处的微裂缝清晰,并且在界面处生成了很多Ca(OH)2晶体,轻骨料混凝土水化28d时界面无微裂缝,并且有微小颗粒长入骨料的孔隙当中,电镜照片分析结果,轻骨料混凝土的界面强度要比普通混凝土的界面强度高,热膨胀系数和弹性模量较小,使得由于冷缩和干缩作用引起的拉应力相对较小,直接表现为轻骨料混凝土的抗裂性能优良,对延长建筑物使用寿命,降低维护费用意义重大。
4.4 高强度轻骨料混凝土耐久耐火性
高强度轻骨料混凝土能有效避免混凝土碱集料反应问题,能提高混凝土的防入侵能力,延长结构的稳定性和耐久性,同时,由于轻质混凝土采用的是多孔性材料,导热系数和线膨胀系数都小于普通混凝土,热工性能较好,所建造结构的保温、抗高温和耐火极限等性能均明显超过普通混凝土结构。一般建筑物发生火灾时,普通混凝土耐火1h,而轻骨料混凝土可耐火4小时。在600℃高温下,轻骨料能维持室温时的强度的85%,而普通混凝土只能维持35%～75%。
5 结语
轻骨料混凝土就是以高强轻骨料或人造轻骨料代替普通混凝土中的石子而拌制成的混凝土。轻骨料混凝土对减轻建筑结构自重,提高建筑物结构强度、耐火性、耐久性、抗震抗裂性具有十分重要的意义。本文通过分析高强度轻骨料混凝土配比材料选择、配比设计等问题,对高强度轻骨料混凝土的性能进行了分析,其结果对指导高强度轻骨料混凝土配比设计具有十分重要的意义。
参考文献
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