CN102083763A - 轻质结构混凝土组合物 - Google Patents

Abstract

一种轻质结构混凝土，其包括以下物质：尺寸在1/4″至1/2″之间的占总混凝土体积的15％至25％的粗结构集料，特定尺寸分布和体积量的大的非结构轻质集料例如膨胀聚苯乙烯珠，另一种特定尺寸分布和体积量的小尺寸非结构轻质集料或夹带的气室，及包括水泥粘结剂、火山灰与不大于ASTM C33混凝土砂的细结构填料的密实的水泥质组合物。

Description

轻质结构混凝土组合物

相关申请的交叉引用

本申请要求2008年4月4日在美国专利&商标局提交的早期临时申请第61/123,128号的权益，其公开内容在此以引用方式并入本文。

发明背景

1.发明领域

本发明涉及具有符合ASTM标准的结构强度和密度的轻质混凝土。

2.相关技术的描述

美国试验与材料协会(ASTM)标准将结构轻质混凝土定义为，当根据ATSM C 330测试时具有在28天固化之后超过17.2MPa(2,500psi)的抗压强度和根据ASTM C 567测定的不超过1,842kg/m³(115lb/ft³)的气干密度。标准混凝土混合料由粗集料(石头)、细集料(砂)及水泥粘结剂制成。与标准混凝土混合料类似，目前许多的结构轻质混凝土混合物具有相同的混合料组成，除了混合料中的集料用密度较低的集料代替以外。密度较低的替代集料可以是人造集料或天然集料，且具有大于2500psi的结构强度的压力。例如，最常见的人造(合成)轻质集料包括膨胀页岩或粘土、煤渣及膨胀矿渣。最常见的天然轻质集料包括浮石、熔渣、凝灰岩及硅藻土。

目前，结构轻质混凝土的用途已被限制于需要其较低密度的大的浇注结构，例如桥梁和高层建筑。如最普通的混凝土材料，由于其刚性、材料成本及与处理材料相关的人工成本，其在住宅建筑物上的利用受到限制。因此，具有结构强度和像木材一样的(wood-like)特性的经济的轻质混凝土将是非常有价值的，因为其能够克服现在用于建筑物应用的传统的混凝土和轻质结构混凝土的局限性。本专利申请就是关于这种混凝土。为了理解本专利中公开的独特的教导，有必要了解传统混凝土和轻质混凝土二者的混凝土基体的常见类型及其力学。通过了解多孔混凝土基体的力学，于是我们可以设计和改善其性能。

大部分轻质混凝土(结构轻质混凝土或其他)分为三(3)类。第一类轻质混凝土涉及利用较轻的集料，例如膨胀页岩或膨胀粘土作为普通石头的替代品的标准结构混凝土。轻质结构集料的尺寸由粗到细变化。因为结构集料用于直接承载负荷，所以标准结构混凝土基体的力学与普通混凝土作用方式相同。第二类轻质混凝土涉及无具有结构强度的粗集料的一类混凝土。此混凝土通常具有细结构填料例如圬工砂和气室、膨胀珍珠岩、蛭石或木屑作为大的非结构(non-structural)填料来占据基体内的空间。第二类中的混凝土基体(无论其是多孔的还是珍珠岩混凝土)仅仅依靠固态水泥质结构(水泥粘结剂和细结构集料例如砂)包封气室或膨胀珍珠岩来承载负荷。第三类轻质混凝土涉及具有结构集料和大于圬工砂的非结构集料二者的一类混凝土；混凝土基体将具有第一类和第二类二者的组分。

第二类轻质混凝土中，大部分是多孔混凝土、珍珠岩混凝土、蛭石混凝土或类似物。这些类型的轻质混凝土通常具有非结构强度且在建筑应用中是受限的。这种多孔混凝土的实例公开于题目为“Cellular concrete(多孔混凝土)”的美国专利第4,900,359号；题目为“Cellular concrete(多孔混凝土)”的美国专利第5,183,505号；及题目为“Composition of materials for use in cellular lightweight concrete and methods thereof(用于多孔轻质混凝土的材料的组合物及其方法)”的美国专利第6,488,762号中。这种珍珠岩混凝土的实例包括题目为“Composite material and method(复合材料及方法)”的美国专利第5,080,022号和题目为“Machinable light weight sisal-based concrete structural building material(可加工的轻质剑麻基混凝土结构建筑材料)”的美国专利第6,881,257号。有些非结构轻质混凝土可显示一些非常低水平的拧能力(screw-ability)和钉能力(nail-ability)，但一点也不接近木材的特性。结果，螺丝钉的保持强度(holding strength)和钉子的握力与木材相比非常差。通常，当使用者用螺丝钉拧或用钉子钉时，这种类型的轻质混凝土易于开裂。有些结构轻质混凝土，例如那些公开在美国专利第5,080,022号与美国专利第6,488,762号中的，可具有期望的结构强度但它们缺少木材的拧能力和钉能力。而且，这些类型的轻质混凝土对于大生产规模不是非常经济的，因为混合物需要大量的昂贵的水泥粘结剂或具有非常有限的组分供应如在磨砂回收玻璃(ground recycled glass)的例子中。

多孔和非结构集料，例如膨胀蛭石或珍珠岩混凝土，已被限制仅仅用于不需要结构强度反而利用隔热特性的少量的应用中。使这种类型的混凝土成为结构级别并使其更经济的过去的尝试已经以失败告终。这些过去的失败通常可归咎于对混凝土基体及其微观结构水平下的复杂机理缺乏了解。我们知道仅由粉煤灰、波特兰水泥和砂制得的固态的普通混凝土可具有8,000-9,000psi的抗压强度。这个强度远大于大多数应用的结构上的要求。因此，通过在混凝土中引入有效的空隙来使其变轻是有意义的。在具有期望性质的混凝土基体中产生空隙气室在过去几十年已不是那么容易。研发具有最少量的材料和生产成本的可行的轻质结构混凝土是一门科学。考虑到任何一种混凝土混合料所要求的有限供给的外来材料或某些复杂的制造过程将始终使混凝土昂贵。所以为了成为用于工业制造的经济材料，混凝土不得不由普通且供应充足的材料制得；而且其制造过程也必须是简单的。

目前，第二类的多孔或非结构集料仅仅具有一种有效空隙尺寸分布。申请人发现这种类型的混凝土基体可通过具有两种空隙尺寸分布代替一种空隙尺寸分布而改良。给定相同的总有效空隙体积，具有两种空隙尺寸分布的混凝土将始终比具有一种空隙尺寸分布的混凝土更稳定并具有更高的强度。有效空隙气室之间较宽的间距可容纳更多的增强纤维。因为粗集料是最便宜的结构填料(组分)，所以需要一定量的粗集料来仅仅使得混凝土更便宜而没有如在普通混凝土基体中的功能。申请人还发现通过使用吸收性和非吸收性膨胀集料的组合可以降低混凝土混合料的水灰比。本教导的更为详细的描述可在实施方案部分的详细描述中确定。

发明概述

本发明的若干方面和示例性实施方案提供了具有结构特性且比由膨胀页岩制得的常规轻质结构混凝土更经济的独特的轻质混凝土。根据本发明的一个示例性实施方案，提供了高强度轻质混凝土，其包括：非结构轻质集料，例如膨胀珍珠岩或膨胀聚苯乙烯珠、或膨胀珍珠岩与膨胀聚苯乙烯珠的组合，所述非结构轻质集料具有1mm至2.5mm之间的平均粒径且在最大颗粒和最小颗粒之间具有最窄可能的尺寸差，其占总混凝土体积的8％至20％；另一种较小的非结构集料，如前者或由掺加剂产生的夹带的气室(entrained air cell)或二者的组合，其具有不大于非结构填料的平均粒径的70％的平均气室(或有效空隙)尺寸，且具有最小的气室尺寸差，其占总混凝土体积的6％至15％；粗结构集料，其尺寸在1/4″至1/2″之间，占总混凝土体积的15％至25％；和密实的水泥质组合物，其包括水泥粘结剂、火山灰、细结构填料如细砂以及任选的短原纤化纤维如PVA，其占总混凝土体积剩余的60％至72％。粗结构集料可为普通压碎的或轻质结构集料例如膨胀页岩或粘土。在混凝土中具有两种有效空隙尺寸分布的目的是在担负混凝土强度的粗集料之间形成更稳定的结构。

根据本发明的另一个经济的实施方案，提供了高强度轻质混凝土混合料，其包括：(a)0.75至1.7体积份的波特兰水泥或具有收缩补偿组分的改性波特兰水泥例如K、M、G或S类；(b)0.00至0.80体积份的F或C级粉煤灰；(c)0.75至1.5体积份的细砂或尺寸不大于ASTM C33混凝土砂的细结构填料；(d)0.50至1.00体积份的粗结构集料如碎石，其尺寸在1/4″至1/2″之间以达到总混凝土体积的15％至25％；(e)0.50至1.00体积份的膨胀珍珠岩或膨胀聚苯乙烯珠或膨胀珍珠岩与膨胀聚苯乙烯珠的组合，其具有1mm至2.5mm之间的平均尺寸分布(distribution mean size)，且至少75％的量的颗粒落入平均尺寸中心+/-0.6mm以内，以达到总混凝土体积的8％至20％；(f)预定量的水以达到0.25至0.5范围内的水泥(W/C)比；(g)预定量的高性能超级增塑剂(high-range super-plasticizer)以达到期望的塌落度(slump)、可加工性或自固结水平；(h)预定量的空气夹带混合物以产生6％至15％的夹带的空气，气室尺寸分布平均值不大于先前在(e)中描述的较大的非结构填料的尺寸分布平均值的70％；及(i)任选的短原纤化PVA纤维或具有相似特性的其他亲水性微纤维，其占总混凝土体积的0.01％至3％且具有6mm至15mm的优选纤维长度。

除了上述示例性的实施方案和方面以外，通过参考附图和通过研究以下描述，更多的方面和实施方案将是显然的。

附图简述

申请人的具体化的本发明的混凝土基本上是具有两种空隙尺寸分布的混凝土-不像具有单一空隙尺寸分布体系的普通结构混凝土。当结合附图(全部附图形成本发明的公开内容的一部分)阅读时，由下述示例性实施方案和权利要求的详细描述，两种空隙尺寸分布体系相对于单一空隙体系的重要性将是明显的。同时下述书面的和图示的公开内容集中于公开本发明的示例性实施方案，应当明确地理解，本发明的示例性实施方案仅作为说明和举例并且本发明不被限制于这些示例性实施方案。本发明的精神和范围仅由所附的权利要求限定。下述内容代表附图的简要描述，其中：

图1说明了目前可利用的轻质混凝土混合料；

图2说明了标准混凝土的基体及其力学；

图3说明了多孔混凝土的基体及其力学；

图4说明了通常的多孔混凝土的基体；

图5说明了具有两种有效空隙尺寸分布且具有与图4中所示的多孔混凝土相同的密度和总空隙体积的示例性基体；这种基体比图4所示的单一空隙分布体系更稳定。

图6说明了在中心具有球形空隙的混凝土立方体；

图7A说明了在X维度组合成一排的许多混凝土立方体，但是现在空隙具有两种尺寸且具有相同的总空隙体积。

图7B说明了组合成一排的许多混凝土立方体30和在空隙气室之间间距。

图8A说明了申请人的由多排混凝土块40构成的理论混凝土基体80。

图8B说明了通常的由多排混凝土块41构成的多孔混凝土基体81。

图9A说明了图8A中所示的混凝土基体，但没有混凝土立方体线以便类似真实基体。

图9B说明了图8B中所示的混凝土基体，但没有混凝土立方体线以便类似真实基体。

图10说明了申请人的具有约占总混凝土体积的25％的粗结构填料的高强度轻质混凝土的实例。

图11说明了图10中所示的理论混凝土基体的实际的混凝土基体。

实施方案详述

本发明涉及具有包括普通粗集料或轻质结构粗集料的独特结构基体的轻质混凝土。为了讨论的目的，结构特性涉及大于2,500psi的抗压强度。如本文所使用的，轻质意指小于125lb/ft³的密度。两种空隙尺寸分布的独特方面是重要的发现，因为其允许相对于相同密度且具有单一空隙尺寸分布的其他混凝土更稳定和更强的在混凝土中的基体。下面将对轻质混凝土的类型、混凝土基体的类型及其力学、以及说明了申请人的混凝土基体和混合料的独特方面和理解的事实作出详细介绍。本发明的本实施方案在全文中被提到，其中实施方案的一些实施例在附图中加以说明。下面通过参阅附图描述实施方案以便解释本发明。

图1说明了从非结构强度到结构强度范围的各种常规轻质集料混凝土混合料，其具有包含结构轻质集料如膨胀页岩、膨胀矿渣、煤渣或膨胀粘土的通常的结构混合料。

图2说明了标准混凝土的通常的基体及其力学。这幅图的目的是显示混凝土在承载其负荷时是如何工作的从而更好的理解混凝土基体的此方面。如图2所示，标准混凝土具有粗石集料12、细砂集料13及水泥粘结剂与水煤灰的组合物11。此基体的力学是简单的。来自负荷的力矢量40从板30上方开始以径直向下的路径穿过结构集料12并穿过在其路径中的所有材料前行。这是因为此基体中的所有粗石集料具有结构强度并能够支撑负荷。粗石集料12通常紧紧地组合在一起并且粗集料之间非常小的空间用细砂13、水泥质粘结剂11及夹带的气室所填充。夹带的气室通常具有4％至5％的总平均气体体积。设计这种类型的混凝土中的夹带的气体以使混凝土更抗冻/耐融。较高的夹带的空气体积通常被认为使混凝土强度变弱。因为粗集料12承载了大部分负荷，所以其在提供混凝土强度中发挥着重要的作用。具有膨胀页岩的标准轻质结构混凝土具有如此图中所说明的相同的混凝土基体。它们之间唯一的区别是粗集料12的密度和重量。膨胀页岩轻得多但是更昂贵。

图3说明了多孔或非结构填料混凝土20的基体及其力学。这种类型的混凝土基体的作用与标准混凝土不同。如图3所示，多孔或非结构填料混凝土20具有非结构填料或空隙21及固态的或水泥质的结构22。这种基体的力学更为复杂。来自负荷的力矢量40在水泥质结构22内分配并分散于不同的方向并且围绕非结构填料或空隙21前行。矢量40彼此相互作用以支撑负荷。在这个基体中，水泥质结构组合物22发挥了全部作用且其通常由水泥粘结剂如波特兰水泥、火山灰如粉煤灰及细结构填料如砂而制得。申请人发现这种固态结构22包封非结构填料或空隙的设计在赋予这种类型的经济的混凝土抗压强度、拧能力和钉能力方面是非常重要的。

图4和图5显示了具有两种有效空隙尺寸分布的混凝土基体和单一空隙尺寸分布的普通多孔混凝土基体之间的差别。图4说明了具有30％的总空隙体积的通常的多孔混凝土基体50。如图4所示，多孔混凝土50也具有夹带的气室或空隙70和固态的或水泥质的结构51。然而，混凝土50中的气室或有效空隙70具有单一尺寸分布。水泥质组合物51包括波特兰水泥和粉煤灰。在此通常的多孔基体中，气室或空隙70之间的间距非常窄。

现在转向图5，其说明了根据本发明的示例性实施方案的具有与图4中所示的多孔基体相等的同样30％的有效总空隙体积的理想的混凝土基体60。根据本发明的实施方案的基体的独特方面是其具有两种不同的有效空隙尺寸分布：由非结构填料产生的较大的有效空隙分布62可为膨胀珍珠岩或膨胀聚苯乙烯珠或膨胀珍珠岩和膨胀聚苯乙烯珠的组合，并且较小的有效空隙分布可由夹带的气室70或另一种非结构填料产生。较大的有效空隙62和较小的有效空隙70二者中的每一个具有其自身的尺寸分布和遍布基体60分散的量。包封有效空隙70和有效空隙62二者的结构和水泥质组合物61包括水泥粘结剂、火山灰及尺寸不大于圬工砂的细结构填料。在此基体与相等密度的通常的多孔基体之间需要注意的最重要的一点是申请人的基体在混凝土基体60中的空隙之间产生了较宽的水泥质结构以及少量力矢量。混凝土内的力矢量的方向也将与两种空隙尺寸分布不同并推测为与通过外部负荷施加的力矢量更平行。

当两种空隙尺寸分布代替一种空隙尺寸分布时，间隔效果是申请人的混凝土基体的重要方面。申请人想要在图6至图9中证明这种效果。从图6中所示的微小的混凝土立方体30开始。假设此混凝土立方体具有(X)尺寸并在立方体中心具有占总混凝土体积的1/3的气球31。虽然混凝土减轻了1/3，但立方体的横截面积32将减少58％。横截面积的损失远高于1/3的体积损失，且是不成比例的。横截面积32对于混凝土的强度是非常重要的，因为力矢量穿过横截面积行进且细集料必须充填于其内。当将相同的混凝土立方体组合成一排时，其看起来像图7B中所示的块41。同样的，如果将具有相等总体积的大的和小的空隙球的其他相同(X)尺寸的立方体组合，其看起来像图7A中的块40。空隙球31是总立方体体积的1/3；空隙球43是总立方体体积的0.075；且空隙球44是总立方体体积的0.85。所有球43和球44的总体积与所有空隙球31的总体积相等。利用球体体积公式(V＝4/3πr³)，可以确定所有球体的直径。现在，如果测量球体之间的间距，将会发现块40中的间距宽得多，约在0.27(X)。块41中的间距约在0.17(X)。将会看到空隙间距的增加约为0.10X。在V＝4/3πr³中r与V之间的指数关系在这种效果中发挥着非常重要的作用。

然后可将多个块40和块41组合成图8A和图8B中所示的面80和面81以类似于申请人的混凝土基体和多孔混凝土基体。图9A和图9B显示了相同的组合体，但没有立方体的尺寸线。如果将多个面80和面81堆积成立方体，那么空隙球之间的间距在三维中仍将保持不变。

即使如图4所示的多孔基体50和如图5所示的申请人的混凝土基体60在其基体中都具有相同的总有效空隙体积和相同的密度，但是如图5所示的具有不同尺寸的两种特定的有效空隙分布的基体比图4所示的具有一种尺寸的单一空隙分布的常规多孔基体50更稳定、更结实、更不透水，且能容纳更多的微纤维。原因在于所有大小空隙之间的较宽和较少的水泥质结构。如果观察如图3所示的力矢量40和水泥质结构(力矢量40在该水泥质结构中行进穿过多孔基体20)，这可以容易地理解。水泥质结构越宽且存在的力矢量越少，则基体结构将越稳定。所有有效空隙之间较宽的区域还允许更常用的细结构填料如细砂颗粒(符合ASTM C 144或ASTM C 33规格)以作为填料填充于有效空隙之间并对空隙之间的水泥质结构的完整性影响较小，且需要更少的水泥作为粘结剂。也可将更多量的短原纤化微纤维更容易地填充于较宽的水泥质结构以在不影响混凝土塌落度的情况下增加其抗拉强度。分隔有效空隙的水泥质结构越宽和密度越大，则混凝土的透水性越弱。正如申请人发现的，如图5所示，与多孔基体密度相同的混凝土基体具有一定量的由基体60中的非结构集料产生的较大的有效空隙62和一定量的由另一种非结构填料产生的较小的有效空隙或夹带的气室70，这将在所有有效空隙之间引起这种加宽效果。空隙之间的结构变得越宽，混凝土基体变得越结实和越稳定。

例如，如图10所示的申请人的理想的混凝土基体在粗集料之间具有两种不同尺寸的两种有效的空隙分布。在这种混凝土基体中，粗集料之间的间距远远宽于普通混凝土。因为粗集料之间宽的间距，所以集料的功能弱化，而更像是空间填料。由于粗集料12之间的区域必须承载负荷，因而其变得愈加重要。申请人的混凝土的独特方面在于此区域。在此区域中，申请人的混凝土具有两种有效空隙尺寸分布，这与其他传统混凝土不同。较大的有效空隙62是非结构填料，例如膨胀珍珠岩、膨胀聚苯乙烯珠或二者的组合；较小的非结构集料是夹带的气室70或其他非结构填料或二者的组合。水泥粘结剂和细砂组合物61占据了空隙之间的空间的大部分。固态组合物61比具有相同密度的基体和具有单一空隙尺寸分布的其他混凝土更宽和更稳定。

在理想的情况下，大的非结构集料和小的气室之间的尺寸分布应具有零差异。然而，在膨胀珍珠岩或任意膨胀填料的实际生产过程中，总会出现尺寸差。因此，混凝土中膨胀珍珠岩的至少75％的量必须在平均尺寸中心的+/-0.6mm的范围内。如果非结构填料的尺寸差太大，那么混凝土基体将与所有部分中定义的混凝土不一致或不符合。相似的，夹带的气室尺寸分布必须具有从极小的到0.6mm范围内的平均值并具有可能的最小的差。粗集料12被用作空间填料以降低材料成本。混凝土的抗压强度主要由有效空隙之间的固态组合物61确定。图11显示了申请人的实际混凝土的照片。其显示了有限量的一定尺寸的粗集料12、小空隙70、大空隙62及由水泥粘结剂和细砂制得的密实的水泥质组合物61。用于此样品的粗集料12是碎石，但其他轻质结构的轻质集料可被用作替代物。

申请人使用容易得到的常用组分配制出这种基体的理想的混合料以使其经济化。根据本发明的示例性实施方案，混凝土混合物包括下述物质：

(1)0.80至1.70体积份的波特兰水泥I或III或具有收缩补偿组分的改性波特兰水泥以制得G、K、M或S类混凝土；

(2)0.00至0.80体积份的F或C级粉煤灰；

(3)0.80至1.70体积份的混凝土砂或不大于ASTM C33混凝土砂的其他细集料；

(4)0.50至1.00体积份的尺寸在1/4″至1/2″之间以达到总混凝土体积的15％至22％的粗结构集料如石头或膨胀页岩；

(5)0.75至1.10体积份的膨胀集料如膨胀珍珠岩或膨胀聚苯乙烯珠或膨胀珍珠岩和膨胀聚苯乙烯珠的组合，其具有1mm至2.5mm之间的平均尺寸分布，且至少75％的量的颗粒落入平均尺寸中心的+/-0.6mm范围内以产生总混凝土体积的8％至20％；

(6)0.50至1.20体积份的水或达到0.25至0.5范围内的(水/水泥)重量比的量的水；

(7)任选的短原纤化PVA纤维或在没有使用钢丝网的应用中用于防裂和结构增强而根据需要用于增强其基体的其他微纤维，任选的短原纤化PVA纤维或其他微纤维的量占混凝土体积的0.05％to 2％；

(8)一定量的空气夹带混合物以在混凝土中产生6％至15％的夹带的空气，夹带的空气具有小于膨胀集料平均尺寸的70％的平均气室尺寸；及

(9)一定量的高性能超级增塑剂掺加剂以达到期望的塌落度。

制备并成功地测试基于这种理想的混凝土混合料的样品。不同密度的混凝土样品由以下物质制得：0.90至1.00体积份的III类波特兰水泥、0.28体积份的F级粉煤灰、1.40体积份的圬工砂、0.65体积份的膨胀聚苯乙烯珠且其75％的颗粒落入1.2mm与1.8mm之间、1.04份粗集料(尺寸在1/4″至3/8″之间的碎石)、0.62至0.64体积份的达到0.32W/C比的水、0.0135体积份的Sikament 6100(高性能超级增塑剂掺加剂)、0.00342至0.00548体积份的SikaAir(空气夹带混合物)且其取决于混凝土中8％至15％的期望的总空气体积以达到一定密度。样品的强度和密度的结果显示在下表#1中。

表#1

如先前所描述的，申请人在混凝土设计方面新颖的方法不是用低密度的结构集料对正常密度的结构集料的常规替代，也不具有单一空隙尺寸分布。相反，新的混凝土设计依赖于申请人对新类型的混凝土基体的发现和理解：该基体具有两种不同但是相关的有效空隙尺寸分布并具有一些确定尺寸的粗集料。这两种尺寸分布的尺寸关系对保持有效空隙之间的水泥基体的强度和减轻混凝土是非常重要的。

因此，本发明有利地提供了独特的轻质混凝土。虽然已经阐释和描述了被认为是本发明的示例性实施方案的内容，但是本领域的技术人员应当理解以及随着技术发展，可做出各种变化和改进，且其要素可以被等同物替代，而并不偏离本发明真正的范围。可做出许多改进、变更、增加和子组合以使本发明的教导内容适合于特定的情况而不偏离本发明的范围。因此，意图是本发明不限于各种公开的示例性实施方案，而是本发明应包括落入所附权利要求范围内的所有实施方案。

Claims (7)

1.一种在其基体中具有两种有效空隙尺寸分布的高强度轻质混凝土，其包括：

(a)粗结构集料，其尺寸在1/4″至1/2″之间，占总混凝土体积的15％至25％；

(b)大的非结构轻质集料，例如膨胀聚苯乙烯珠，其具有1mm至2.5mm之间的平均粒径，具有在最大颗粒和最小颗粒之间的最窄可能的尺寸差，且占总混凝土体积的8％至20％；

(c)小尺寸非结构轻质集料或夹带的气室，其具有不大于较大的非结构填料的平均粒径的70％的平均尺寸且具有最小可能的尺寸差，占总混凝土体积的5％至15％；

(d)密实的水泥质组合物，其包括水泥粘结剂、火山灰与细结构填料和占总混凝土体积的剩余的40％至50％的水。

2.根据权利要求1所述的高强度轻质混凝土，其中所述大的非结构轻质集料是膨胀聚苯乙烯珠、膨胀珍珠岩或任何其他的轻质和非结构集料。

3.一种根据权利要求1所述的高强度轻质混凝土的混合物，其包括：

(a)0.80至1.70体积份的波特兰水泥I或III或具有收缩补偿组分的改性波特兰水泥；

(b)0.00至0.80体积份的F或C级粉煤灰；

(c)0.75至1.70体积份的细砂或不大于ASTM C33混凝土砂的其他细结构填料；

(d)0.50至1.00体积份的粗结构集料，其尺寸在1/4″至1/2″之间以达到总混凝土体积的8％至25％；

(e)0.50至1.00体积份的大的非结构集料，例如膨胀聚苯乙烯珠，其具有1mm至2.5mm直径的平均尺寸分布，且至少75％的量的颗粒落入平均尺寸的中心+/-0.6mm的范围内，以产生总混凝土体积的8％至20％；

(f)0.50至1.20体积的水，以达到0.25至0.50的W/C(水/水泥)重量比；

(g)预定量的空气夹带混合物以在混凝土中产生6％至15％的夹带的空气，所述夹带的空气具有小于大的非结构集料的平均粒径的70％的平均气室尺寸；及

(h)预定量的高性能超级增塑剂(减水剂)掺加剂以获得在0.25至0.50的W/C(水/水泥)比内的期望的塌落度。

4.根据权利要求3所述的高强度轻质混凝土，其中所述粗结构集料是尺寸在1/4″至1/2″之间的碎石或任何粗结构填料。

5.根据权利要求3所述的高强度轻质混凝土，其中所述粗结构集料是诸如碎石的吸水性集料和诸如膨胀页岩的非吸水性集料的组合，其中能够调整所述吸水性集料与所述非吸水性集料的比以在所述混凝土凝固之前从混合料中吸出特定量的水。

6.根据权利要求3所述的高强度轻质混凝土，其中防水掺加剂例如Euclid Chemical Company的BlockTite和Penetron International的Penetron Admix被引入所述混凝土混合料中以增加所述混凝土的不透水性。

7.根据权利要求3所述的高强度轻质混凝土，其中短原纤化PVA纤维或其他微纤维被引入用于强化。

Images