CN103613334B

CN103613334B - 一种高轻骨料混凝土及其制备方法

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Publication number: CN103613334B
Application number: CN201310593720.9A
Authority: CN
Inventors: 麻建锁; 元敬顺; 薛斌; 黄洪亮; 丛晓红
Original assignee: Hebei University of Architecture
Current assignee: Hebei University of Architecture
Priority date: 2013-11-21
Filing date: 2013-11-21
Publication date: 2015-08-05
Anticipated expiration: 2033-11-21
Also published as: CN103613334A

Abstract

本发明公开了一种高轻骨料混凝土及其制备方法，骨料为碎石型轻骨料时，所述混凝土的重量配比如下粉煤灰187.5份，硅灰0-75份，水泥300-375份，轻骨料554份，砂540-564份，水182份，减水剂5.6份；骨料为圆球型轻骨料时，所述混凝土的重量配比如下，粉煤灰0-187.5份，硅灰0-100份，轻骨料530份，砂566-669份，水153-172份，减水剂4.25-4.781份。制备的大流动性轻骨料混凝土1h坍落度损失小于15mm，无轻骨料上浮，抗压强度大于65.0MPa。

Description

一种高轻骨料混凝土及其制备方法

技术领域

本发明属于无机非金属领域，具体涉及一种高轻骨料混凝土及其制备方法。

背景技术

高性能混凝土(High Performance Concrete，HPC)是20世纪80年代末90年代初，一些发达国家基于混凝土结构耐久性设计提出的一种全新概念的混凝土，它以耐久性为首要设计指标，这种混凝土有可能为基础设施工程提供100年以上的使用寿命。中国在《高性能混凝土应用技术规程》（CECS207-2006）对高性能混凝土定义为：采用常规材料和工艺生产，有混凝土结构所要求各项力学性能，具有高耐久性、高工作性和高体积稳定性的混凝土。

区别于传统混凝土，高性能混凝土是一种新型高技术混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基础上采用现代混凝土技术制作的混凝土。它以耐久性作为设计的主要指标，针对不同用途要求，对耐久性、工作性、适用性、强度、体积稳定性和经济性能重点予以保证。高性能混凝土被认为是目前全世界性能最为全面的混凝土，至今已在不少重要工程中被采用，特别是在桥梁、高层建筑、海港建筑等工程中显示出其独特的优越性。高性能混凝土在配制上的特点是采用低水胶比，选用优质原材料，且必须掺加足够数量的矿物细掺料和高效外加剂。

但是由于普通高性能混凝土存在的自重大、保温隔热性能差等缺点，从而影响了它在某些工程中的应用。随着建筑技术的发展，建筑物趋向高层化和大型化，因此减轻高层建筑和大跨度构件的自重，增加结构的保温隔热性能已显得十分重要。为满足社会需要和工程要求，目前有两种主要途径：一种是添加掺和物来改善混凝土的性能，这样可以将混凝土的强度提高一倍，但目前高强混凝土的研究大多数尚处于实验室阶段，而且随着强度的提高，混凝土的脆性显得越来越明显。第二种就是在满足各种要求的条件下出现的混凝土的新品种—采用人造轻骨料，即生产应用高性能轻骨料混凝土。

轻骨料混凝土是以天然多孔轻骨料或人造陶粒作粗骨料，天然砂或轻砂作细骨料，用硅酸盐水泥、水和外加剂(或不掺外加剂)按配合比要求配制而成的干表观密度不大于1950kg/m³的混凝土。其中由轻砂作细骨料配制而成的轻骨料混凝土为全轻混凝土；由普通砂或部分轻砂作细骨料配制而成的轻骨料混凝土为砂轻混凝土。

高性能轻骨料混凝土(High performance lightweight aggregate concrete，简称HPLC)是具有高工作性、高强、轻质、体积稳定性和优良耐久牲优良的新型混凝土，是指采用高强轻骨料配制的强度等级在LC40以上的轻骨料混凝土，高强轻骨料混凝土的表观密度为1600～1950kg/m³，比相同强度等级的普通混凝土轻25%～30%，特别适用于高层建筑、桥梁等大跨度结构工程，以及地质条件复杂和对材料耐久性有特殊要求的重点工程建设，并对各种工程具有广泛意义，其应用前景非常广阔。高性能轻骨料混凝土已成为当今混凝土领域的主要发展方向之一。

高性能轻骨料混凝土与普通混凝土不同之处，在于骨料中存在着大量空隙，也正是如此，才赋予其许多优越的性能。轻骨料混凝土具有轻质、高强、保温和耐火等性能，并且变形性能良好，由于弹性模量较低，在一般情况下，其收缩和徐变也较大。

虽然多孔轻骨料的强度低于普通骨料，但是由于轻骨料的孔隙在拌和料搅拌时具有吸水作用，造成轻骨料颗粒表面的局部低水灰比，增加了骨料与水泥石的粘结力。这样，在骨料周围形成了坚强的水泥石外壳，约束了骨料的横向变形，使得骨料在混凝土中处于三向受力状态，从而提高了骨料的极限强度，使得轻骨料混凝土的强度与普通混凝土接近。

为适应高层建筑和桥梁等大跨度结构工程的飞速发展，轻质高强的高性能轻骨料混凝土材料的发展和应用前景将日趋广泛[4]。

轻骨料混凝土最突出的优点是质量轻，与同强度等级的普通混凝土相比可降低自重20%～25%，还具有热稳定性好、抗冻性好，抗震性好，且无碱集料反应危害的特点，是建造高层、大跨土木工程最理想的结构材料。目前，我国一些大专院校、科研、工程建设单位已经先后开展了高强轻集料混凝土和高性能轻集料混凝土的研究，可是相比之下，我国高性能轻集料混凝土的研究仍然处于起步阶段，水平较低。无论在组成、结构还是性能方面，轻集料混凝土与普通密度混凝土都存在较大差别，已被实践证明的普通密度混凝土高性能化的技术措施和理论并不一定完全适用于轻集料混凝土。

目前轻骨料混凝土主要存在的问题主要有以下几个方面：①质轻高强问题难以解决。轻骨料混凝土由于自身的组成和结构特点决定了其有一个极限强度，虽然，这些年来国内外研究者对其进行了大量的研究，但仍未得到较好的解决。因此，研究不同配方下轻骨料混凝土的强度规律并优化其配置很有必要②轻骨料混凝土的工作性能不合理，骨料上浮，且坍落度损失大。目前高强轻骨料混凝土已开始在工程上应用，但对轻骨料混凝土中骨料与胶凝材料容易离析、轻骨料混凝土的和易性以及坍落度损失问题并没有根本解决，从而影响轻骨料混凝土应用中的泵送施工。所以如何提高轻骨料混凝土的工作性能是影响高强轻骨料混凝土推广应用的一个重要问题。

随着对建筑节能和建筑物功能性要求的提高，高性能轻骨料混凝土的研究和也得到了快速发展，但是要使高性能轻骨料混凝土的研究成熟化还需要进一步的努力。因此，积极开展高性能轻骨料混凝土的研究，其意义是十分明显的。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种高轻骨料混凝土及其制备方法，以提高轻骨料混凝土的工作性能，减少轻骨料上浮，解决坍落度损失的问题。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种高轻骨料混凝土，骨料为碎石型时，所述混凝土的重量配比如下

粉煤灰187.5份，硅灰0-75份，水泥300-375份，轻骨料554份，砂540-564份，水182份，减水剂5.6份；

骨料为圆球型时，所述所述混凝土的重量配比如下

粉煤灰0-187.5份，硅灰0-100份，轻骨料530份，砂566-669份，水153-172份，减水剂4.25-4.781份。

所述水泥密度为3.0Kg/m3，细度80μm筛筛余2%，标准稠度用水量26%，抗压强度3d25.9MPa，28d47.2MPa，抗折强度MPa3d5.0MPa28d8.0MPa；所述砂表观密度2.60g/cm³，堆积密度1600kg/m³，孔隙率42%，颗粒级配2区级配；所述碎石型轻骨料筒压强度8.2MPa，孔隙率42%，吸水率1h4.8%，24h8.1%，表观密度1458Kg/m³，堆积密度840Kg/m³；所述圆球型轻骨料筒压强度8.5MPa，孔隙率39%，吸水率1h1.7%，24h2.9%，表观密度1373Kg/m³，堆积密度840Kg/m³；所述减水剂为JK-2型萘系高效减水剂，其外观为黄褐色粉状物，PH值为7-9,含水量为10%，净浆流动度为230mm，细度为0.315mm筛筛余为12%，消泡时间为30秒，所述粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰，比表面积为468m²/kg，密度为2.2-2.4g/cm³，所述硅灰堆积密度为200～250kg/m³，细度小于1μm的占80%以上，平均粒径在0.1～0.3μm，比表面积为20000～28000m²/kg。

一种所述混凝土的制备方法，所述方法包括如下步骤：

步骤一轻骨料的预湿处理

轻骨料的预湿法，在轻骨料混凝土制备前，对所使用的轻骨料进行预吸水处理，使轻骨料饱水，加入的拌合水量为净用水量；预湿法是在制备混凝土拌合物前，将称量好的轻骨料放入盛器中，加入足量的水浸泡骨料，浸泡24小时后，将骨料倒入编织袋内滤水30min，之后再倒入拧干的湿浴巾上，由两人分别握住两端，使骨料在浴巾上滚动8～10次后，与预拌砂浆拌合；

步骤二胶凝材料砂浆预拌法

胶凝材料砂浆预拌法

（1）混凝土搅拌的目的

混凝土搅拌的目的是使混凝土中各组分相互分散、均匀分布。因此，必须使各组分在搅拌机中都产生运动，并使它们的运动轨迹相交，相交次数越多，混凝土越易混合均匀。强制式搅拌机是利用旋转的叶片迫使物料产生剪切、推压、翻滚和抛出等多种动作，从而达到均匀拌合的目的。其搅拌作用强烈，拌合时间短，拌和效率高，适用于高轻骨料混凝土的搅拌。本申请采用单卧轴式搅拌机。

（2）拌合过程

①搅拌筒的润洗

使用搅拌机拌制混凝土时，应在拌合前预拌适量的砂浆进行刷膛（所用砂浆或混凝土配合比应与正式拌合的混凝土配合比相同），使搅拌机内壁粘附一层砂浆，以免正式拌合时水泥砂浆的损失。机内多余的砂浆或混凝土倒在铁板上，使拌合铁板也粘附薄层砂浆。

②投料顺序

确定组成轻骨料混凝土的各种原材料的投料顺序应该综合考虑到能否保证混凝土的搅拌质量、提高混凝土的强度、减少机械的磨损与混凝土粘罐现象、减少水泥飞扬、降低电耗以及提高生产率等多种因素。混凝土搅拌方法可分为：一次投料法、二次投料法和水泥裹砂法。实际搅拌中采用的是预拌胶凝材料砂浆法。

该方法是现将水泥、粉煤灰、硅灰、砂、水和外加剂加入搅拌筒内进行充分搅拌，成为均匀的胶凝材料砂浆后，再加入轻骨料搅拌成均匀的混凝土。在我国一般是采用强制式搅拌机拌制水泥砂浆约1～1.5min，然后再加入轻骨料搅拌约1～1.5min，实际搅拌时间的确定需要综合考虑。经二次投料法搅拌的混凝土，其强度可提高15%，并且可以节约水泥。

③搅拌时间

从原材料全部投入搅拌筒时起到卸料为止，所经历的时间称为搅拌时间。为获得混合均匀、强度和工作性都能满足要求的混凝土所需的最低限度的搅拌时间称为最短搅拌时间。这个时间随搅拌机的类型与容量、骨料的品种、粒径及对混凝土的和易性要求等因素的不同而异。轻骨料为碎石型时，水泥砂浆先搅拌90s，加入轻骨料后再搅拌60s，搅拌时间共计150s；针对硅灰粒度小、比表面积大、易结块的特点，在采用圆球形轻骨料的优化配制时，相应延长了搅拌时间，水泥砂浆先搅拌90s，加入轻骨料后再搅拌90s，搅拌时间共计180s。

轻骨料混凝土拌合物的搅拌方法直接影响混凝土的强度，由于预拌胶凝材料砂浆法搅拌的混凝土，强度提高15%，并且节约水泥。

制备的大流动性混凝土1h坍落度损失小于15mm，无轻骨料上浮，抗压强度大于65.0MPa。

附图说明

图1是轻骨料混凝土拌合物制备流程示意图。

具体实施方式

实施例1-9的原料配比参照表1

实施例1-9的原料配比

制备方法均是采用本申请公开的制备方法。

性能测试

轻骨料混凝土性能测试

坍落度、坍落扩展度和经时变化量测试

混凝土拌合物坍落度与坍落扩展度按照《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》（GB/T50080-2002）的方法进行。根据坍落度和坍落扩展度数值计算工作性参数。坍落度1h经时变化量测定的方法按照《混凝土外加剂》（GB8076-2008）方法进行。

强度与干表观密度测试

将混凝土拌合物成型为100mm×100mm×100mm立方体试件，放入养护室进行标准养护，分别测得7d，28d的抗压强度。按照《轻骨料混凝土技术规程》JGJ51-2002中规定方法，采用破碎试件烘干法测定干表观密度。

表2碎石型轻骨料混凝土的流动性和经时损失

表3碎石型轻骨料混凝土强度

表4圆球型轻骨料混凝土的和易性

表5圆球型轻骨料混凝土强度和比强度值

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本申请所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本申请型的保护范围之中。

Claims

1.一种高轻骨料混凝土的制备方法，其特征在于：所述高轻骨料混凝土，骨料为碎石型时，所述混凝土的重量配比如下，

骨料为圆球型时，所述混凝土的重量配比如下，

粉煤灰0-187.5份，硅灰0-100份，轻骨料530份，砂566-669份，水153-172份，减水剂4.25-4.781份；

所述水泥密度为3.0Kg/m³，细度80μm筛筛余2％，标准稠度用水量26％，抗压强度3d 25.9MPa，28d 47.2MPa，抗折强度MPa 3d5.0MPa 28d 8.0MPa；所述砂表观密度2.60g/cm³，堆积密度1600kg/m³，孔隙率42％，颗粒级配2区级配；所述碎石型轻骨料筒压强度8.2MPa，孔隙率42％，吸水率1h4.8％，24h8.1％，表观密度1458Kg/m³，堆积密度840Kg/m³；所述圆球型轻骨料筒压强度8.5MPa，孔隙率39％，吸水率1h1.7％，24h2.9％，表观密度1373Kg/m³，堆积密度840Kg/m³；所述减水剂为JK-2型萘系高效减水剂，其外观为黄褐色粉状物，pH值为7-9，含水量为10％，净浆流动度为230mm，细度为0.315mm筛筛余为12％，消泡时间为30秒，所述粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰，比表面积为468m²/kg，密度为2.2-2.4g/cm³，所述硅灰堆积密度为200～250kg/m³，细度小于1μm的占80％以上，平均粒径在0.1～0.3μm，比表面积为20000～28000m²/kg；

所述制备方法包括如下步骤，

步骤一、轻骨料的预湿处理

步骤二、胶凝材料砂浆预拌

(1)采用单卧轴式搅拌机；

(2)拌合过程

①搅拌筒的润洗

使用搅拌机拌制混凝土时，应在拌合前预拌适量的砂浆进行刷膛，所用砂浆或混凝土配合比应与正式拌合的混凝土配合比相同，使搅拌机内壁粘附一层砂浆，以免正式拌合时水泥砂浆的损失，机内多余的砂浆或混凝土倒在铁板上，使拌合铁板也粘附薄层砂浆；

②采用的预拌胶凝材料砂浆法

先将水泥、粉煤灰、硅灰、砂、水和外加剂加入搅拌筒内进行充分搅拌，成为均匀的胶凝材料砂浆后，再加入轻骨料搅拌成均匀的混凝土，一般采用强制式搅拌机拌制水泥砂浆约1～1.5min，然后再加入轻骨料搅拌约1～1.5min，实际搅拌时间的确定需要综合考虑，经二次投料法搅拌的混凝土，其强度可提高15％，并且可以节约水泥；

③搅拌时间

所述搅拌时间随搅拌机的类型与容量、骨料的品种、粒径及对混凝土的和易性要求等因素的不同而异，轻骨料为碎石型时，水泥砂浆先搅拌90s，加入轻骨料后再搅拌60s，搅拌时间共计150s；针对硅灰粒度小、比表面积大、易结块的特点，在采用圆球形轻骨料的优化配制时，相应延长了搅拌时间，水泥砂浆先搅拌90s，加入轻骨料后再搅拌90s，搅拌时间共计180s；

轻骨料混凝土拌合物的搅拌方法直接影响混凝土的强度，由于预拌胶凝材料砂浆法搅拌的混凝土，强度提高15％，并且节约水泥。