LC25轻骨料混凝土的配制技术【中国水泥网】作者:武永琦单位:中建一局华江建设有限公司【2006-07-12】摘要：本文通过大量的试验数据，研究强度等级LC25的预拌轻骨料混凝土的配制技术，并简要介绍了轻骨料混凝土的施工技术。
1 引言轻骨料混凝土具有轻质、高强、保温和耐火等优点，并且变形性能良好。
轻骨料混凝土应用于建筑工程中在满足强度及其它性能要求的同时可大幅度减轻结构物的自重，利用这一特性，在一些特殊的结构中轻骨料混凝土有非常重要的应用价值。
在北京市轻骨料混凝土已逐渐应用于高层建筑结构中，并发挥其优良的作用。
为满足一些工程的特殊要求，经过大量的试验研究，并在科研、设计单位的大力协助下，我们成功配制出密度等级1400 kg/m3，强度等级LC25的预拌轻骨料混凝土，并被成功应用于高层建筑结构施工中。
为使轻骨料混凝土技术得到进一步的总结和推广，产生更大效益，特撰写本文对该技术的的研究及施工应用情况作一介绍。
2 原材料2.1 轻粗集料陶粒采用天津武清生产的粘土陶粒，其性能指标见表1。
表1粘土陶粒的性能指标陶粒种类密度等级公称粒径(mm)松散堆积密度（kg/m3）颗粒表观密度（kg/m3）吸水率(%)筒压强度(MPa)a 600 5-16 564 960 9.5 3.4b 700 5-16 628 1020 9.2 3.9c 800 5-16 785 1180 9.0 4.32.2 轻细集料轻细集料采用天津武清生产的粘土陶砂，其性能指标见表2。
表2陶砂的性能指标公称粒径(mm) 密度等级细度模数松散堆积密度（kg/m3）颗粒表观密度（kg/m3）吸水率(%)0-5 800 3.4 774 1130 7.72.3 黄砂选用永定河水系质量合格，级配合理的中砂。
其表观密度2680kg/m3，容重1510kg/m3，细度模数2.5，含泥量1.4%，泥块含量0.3%。
2.4 水泥选用唐山冀东水泥厂生产的盾石牌P.O42.5R低碱水泥，其主要物理化学性能见表3。
表3 水泥的主要物理化学性能细度(%) (R+80µm)比表面积(cm2/g)密度(g/cm3)MgO(%)SO3(%)碱含量(%)抗压强度(MPa)3d 28d抗折强度(MPa)3d 28d2.4 36503.10 1.45 2.49 0.49 27.8 59.5 5.6 8.82.5 粉煤灰选用北京市三热电达信公司生产的优质Ⅱ级磨细粉煤灰，其密度2.42g/cm3，需水量比98%，45µm方孔筛筛余9.9%，粉煤灰的化学成分见表4。
表4 粉煤灰的化学成分SiO2Al2O3Fe2O3CaO SO3MgO K2O Na2O Loss 56.61 21.73 9.80 4.77 0.80 2.22 2.63 0.68 0.762.6 混凝土外加剂选用北京兴宏光建材厂生产的复合型萘系高效减水剂WDN—7。
其含固量为38%，掺量2.0%～2.5%，减水率24%，7d抗压强度比156%，28d抗压强度比137%。
3 正交试验及结果分析3.1 因素水平表（表5）表5因素水平表因素水平A陶粒密度等级B水胶比C砂率 (%)D粉煤灰掺量（%）1 600 0.35 38 152 700 0.37 42 203 800 0.39 46 253.2 试验方案与极差分析（表 6）表 6 L9（34）试验方案与极差计算结果因素编号密度等级A 水胶比B砂率C粉煤灰掺量D 干表观密度(kg/m3))弹性模量MPa×103R28(MPa)1 1（600）1（0.35）3（46）2（20）1380 16.5 35.72 2（700）1（0.35）1（38）1（15）1400 16.9 36.43 3（800）1（0.35）2（42）3（25）1530 19.3 37.84 1（600）2（0.37）2（42）1（15）1370 15.9 32.15 2（700）2（0.37）3（46）3（25）1460 16.3 34.86 3（800）2（0.37）1（38）2（20）1510 16.8 35.17 1（600）3（0.39）1（38）3（25）1350 14.8 33.78 2（700）3（0.39）2（42）2（20）1420 16.6 34.09 3（800）3（0.39）3（46）1（15）1550 17.1 34.7干表观密度K11367 1437 1420 1440 K21427 1447 1440 1437 K31530 1440 1463 1447 △K 163 10 43 10R28K133.8 36.6 35.1 34.4 K235.1 34.0 34.6 34.9K335.9 34.1 35.1 35.4 △K 2.1 2.5 0.5 1.0弹性模量K115.8 17.6 16.2 16.6 K216.6 16.5 17.3 16.6 K317.9 16.2 16.6 16.8 △K 1.9 1.4 1.1 0.23.3 方差分析（表7）表7方差分析考核指标因素平方和自由度均方F值临界值干表观密度A 40750 2 20375 55.142 F0.01（2，18）=6.01B 127 2 64 0.172 F0.05（2，18）=3.55C 2614 2 1307 3.537 F0.10（2，18）=2.62D 164 2 82 0.222S e6651 18 370Sτ50306 26R28 A 6 2 3 6 F0.01（2，18）=6.01B 13 2 6.5 13 F0.05（2，18）=3.55C 0 2 0 0 F0.10（2，18）=2.62D 2 2 1 2S e9 18 0.5Sτ30 26弹性模量A 6 2 3 127.66 F0.01（2，18）=6.01B 4 2 2 85.11 F0.05（2，18）=3.55C 2 2 1 42.55 F0.10（2，18）=2.62D 0 2 0 0S e0.423 18 0.0235Sτ12.423 263.4 试验结果讨论由表6的试验结果可以看出，对干表观密度的影响顺序为：A＞C＞B＞D，其中A 和C是关键影响因素；对于28天强度的影响顺序为：B＞A＞D＞C，其中A和B是关键影响因素；对于弹性模量的影响顺序为：A＞B＞C＞D，其中A、B和C都是显著影响因素。
对于特定的轻骨料，混凝土能实现的比强度（强度/密度）总有一定的限度，在此限度以内，比强度越高，实现的难度越大，稳定性也越差。
陶粒的密度等级对混凝土的各项考核指标都有比较显著的影响，轻骨料混凝土中轻骨料所占的体积较大，所以为了配制较低容重的轻骨料混凝土应尽可能选择较低容重的轻骨料。
但为了使混凝土强度、干表观密度及其弹性模量有良好的协调性，不宜选择密度等级太小（600）的陶粒。
另一方面，陶粒密度增加的同时带来骨料强度的提高，但对于混凝土强度的增加幅度却很缓慢，所以应选用700密度等级的陶粒为宜。
轻骨料混凝土的强度等级主要与水泥砂浆和骨料的强度有关。
砂浆强度对混凝土强度有较大的贡献，一方面，混凝土的强度主要取决于水泥砂浆所形成的拱架作用；另一方面，由于陶粒吸收水泥砂浆中的水分而引起陶粒周围的“自真空”状态，会提高水泥砂浆与陶粒之间的粘结强度，所以，提高砂浆强度对提高混凝土强度有明显的作用，而且，在一定的范围内几乎呈递增。
试验表明，与普通混凝土类似轻骨料混凝土随着水灰比的增大，强度值逐渐降低。
当水灰比保持不变，水泥用量过高时，虽然和易性改善，但对混凝土的强度影响并不大却使混凝土的容重增大，水化热高，收缩大，而且在经济上也不适宜。
在轻骨料混凝土中，采用较大粒径的轻骨料颗粒时会使混凝土的强度降低。
其原因一部分是由于骨料强度较低，一部分是因为围绕骨料的砂浆网架变弱所致，所以最大粒径应限制在25mm以下，考虑到工程设计强度等级及配筋间距，选择最大粒径16mm 的粘土陶粒。
轻骨料混凝土的弹性模量和其强度及干表观密度有关，而且对密度变化的敏感度高于强度。
用较低密度等级的陶粒配制的混凝土其弹性模量一般较低，采用陶砂和普通黄砂复合使用的方法（以30%体积的黄砂取代相同体积的陶砂）。
使部分轻细骨料用级配和粒形较好的黄砂代替，可以提高混凝土的弹性模量，同时使混凝土的容重和强度有所提高，并可以改善轻混凝土的和易性和减少收缩。
由直观的分析结果可以看出适当调节砂率，对混凝土强度的影响并不十分显著，但由于其容重的变化，可以很显著地提高混凝土的弹性模量，但对同等级的陶粒，过高的砂率（46%）会使混凝土的干表观密度大大增加。
粉煤灰的掺入对改善混凝土的和易性有显著的作用，而且在做好充分的保湿养护的条件下，对混凝土28天强度并无显著影响。
3.5 配合比的确定根据正交试验结果并综合考虑经济等各方面的因素最后的优选结果为A 2B 1C 2D 3，即陶粒密度等级700,水胶比0.35，砂率42%，粉煤灰掺量25%。
确定的配合比见表8。
表8 轻骨料混凝土的配合比陶粒种类 水胶比 砂率 (%) 粉煤灰掺量 （%） 水泥 (kg/m 3)) 粉煤灰 (kg/m 3)) 黄砂 (kg/m 3)) 陶粒 (kg/m 3)) 陶砂 (kg/m 3) 干表观密度 (kg/m 3)) R 28 (MPa) b0.354225375125217381214142034.8为验证该配合比的合理性及重现性，经过对该配合比在基本相同试验条件下所做的重复验证，由表9可见，该配合比具有很好的重现性，可以作为工程施工时较理想的配合比。
表9 试验结果序号 水泥 (kg/m 3)) 粉煤灰 (kg/m 3)) 黄砂 (kg/m 3)) 陶粒 (kg/m 3)) 陶砂(kg/m 3) 弹性模量MPa ×103干表观密度 (kg/m 3)) R 28 (MPa) 1 375 125 217 381 214 18.3 1420 34.3 2 375 125 217 381 214 18.5 1430 34.8 337512521738121418.2140033.74 其他物理力学性能4.1 混凝土的其它力学性能见表10 表10 混凝土的其他力学性能项目龄期抗压强度 (MPa)劈拉强度 (MPa)轴心抗压强度(MPa)抗折强度 (MPa)28d 34.8 2.3 31.1 5.04.2 收缩（表11）表11混凝土的收缩试验混凝土的收缩值×10-47d 28d 60d 90d180d 360d0.8 2.5 4.0 4.5 5.7 6.64.3抗冻性（表12）表12混凝土的抗冻性能序号搅拌方式质量损失（%）25次 50次 75次 100次 150次 200次1 先预湿0.07 0.43 0.85 1.96 2.37 3.822 不预湿0 0.39 0.78 1.82 2.30 3.14陶粒混凝土具有良好的抗冻性是因为对抗冻性起主要影响的是水泥石强度和密实度，陶粒中的空隙可对混凝土中的水分结冰膨胀起缓冲作用，所以，采用干燥陶粒拌制的混凝土其抗冻性比预湿的好。