高强轻质混凝土的应用探讨

张仁杰，张阳光

（1. 辽宁海星建设工程有限公司，辽宁 营口 115000；2. 营口峰茂建设监理有限公司，辽宁 营口 115000）

1 国内外高强轻集料混凝土的发展及优势

一般把以人造轻集料为基本材料的轻混凝土的最早使用年代追溯到1920年左右，S.J海德是最初运用回转窑烧粘土的先驱者之一。到1928年，美国开始把这种方法用于商业生产。西欧在第二次世界大战以后才开始有了轻集料的生产。轻集料混凝土根据其用途和功能分为3类：一是以结构为主的工程，二是结构与保温同等重要的工程，三是以保温为主的工程。

我国轻集料混凝土的生产和应用是从人造轻集料的研制开始的。我国高强轻集料混凝土的研究始于20世纪70年代，天津建筑科学研究所等单位在实验室用高强粉煤灰陶粒配制出CL40干硬高强轻集料混凝土。20世纪80年代初，铁道部大桥局桥梁科学技术研究所在实验室采用高强粘土陶粒和 625 #水泥配制出CL60干硬性高强轻集料混凝土。将CL40粉煤灰陶粒高强混凝土应用于金山公路跨度为22 m的箱形预应力桥梁，使桥梁自重减轻20%以上，是我国高强轻集料混凝土应用的一个成功范例。

2 高强轻集料混凝土存在的问题

目前，影响高强轻集料混凝土工程应用的主要原因是其易导致的工作性能差，不能满足现代混凝土建筑施工的要求，为此，开展控制轻集料混凝土分层离析技术的研究十分必要。

轻集料混凝土拌和物主要是由轻集料、细集料、胶结材和水组成，这4种组成部分的密度各不相同，在混凝土拌和后会产生分层现象。一般对于普通混凝土，密度较小的水、水泥浆及带有较小细集料的水泥砂浆上浮，粗集料及较大颗粒的细集料及包裹它们的水泥浆下沉，造成混凝土整体的不均匀，形成了混凝土的外分层结构。但对于轻集料混凝土，则是密度较小的轻集料、水等上浮，水泥浆和细集料砂下沉，造成混凝土整体的不均匀，形成了轻集料混凝土的外分层结构。由于轻集料与水泥石的密度相差悬殊，轻集料混凝土的离析问题十分严重，很难满足现代混凝土建筑施工的工艺要求。只有有效控制轻集料混凝土的离析问题，才能促进这种集结构与功能一体化的建筑材料更为广泛的应用。

3 轻集料混凝土分层的控制技术

3.1 控制轻集料的最大粒径

轻集料的运动速度与粒径的平方成正比，因此，轻集料的粒径是影响轻集料混凝土作性的最主要因素。粒径越大，轻集料越容易上浮。颗粒越大，在相同配合比条件下，扩展度越大，集料的分层离析越严重，相应混凝土的强度越低。轻集料的粒径越小，颗粒分布越均匀，但是由于粒径减小，轻集料的表面积增加，将会导致水泥用量的增加，而水泥用量的增加会进一步增加差值，这对于减轻轻集料混凝土的离析反而不利。资料表明，对于泵送轻集料混凝土，轻集料的粒径在5～20 mm为宜。

3.2 掺加矿物掺和料

混凝土与轻集料的密度差越大，轻集料上浮的运动速度越大，混凝土越易离析。混凝土的粘度越大，轻集料的上浮速度越小。众所周知，相对水泥的密度3.15 kg/m3而言，粉煤灰、矿渣和硅灰的密度较小。因此，采用粉煤灰、矿渣和硅灰替代部分水泥，一方面可以减小水泥石的密度，进而减小水泥石与轻集料的密度差；另一方面，由于矿渣和硅灰的掺入，会使得混凝土拌和物的粘度增加，降低轻集料上浮的运动速度。

据资料表明，掺入20%粉煤灰后混凝土的坍落度明显增加，如果掺入20%的矿渣，混凝土的坍落度达到18 cm，混凝土基本没有离析，而硅灰的掺入使混凝土的坍落度在一定条件下减小。单掺粉煤灰或同时掺加粉煤灰和矿渣的混凝土可以配制出既流动性好，又不分层离析的混凝土拌和物。

3.3 调整砂率

水泥石密度与轻集料密度差值越大，混凝土越易离析。然而，当砂率增加时，颗粒的表面积增加，在水泥用量一定的情况下拌和物的粘度会增加，因此，砂率对混凝土性能的影响必然存在一个最佳值。据文献实验结果结论可知，在一定范围内，随着砂率的增加，坍落度增加，混凝土的流动性变好。当砂率增加到39%之后，混凝土的坍落度达到最大值22 cm，但继续增大砂率，拌和物的粘聚性增加，坍落度反而降低；而当砂率较低时，混凝土拌和物则容易产生分层离析，这说明拌和物存在一个最佳砂率，即在该值时拌和物不易产生分层离析，此时拌和物的工作性能最好。

4 结束语

（1）轻集料混凝土具有和普通密度混凝土不同的分层特点。轻集料混凝土的集料易于漂浮在拌和物表面，产生上大下小的分层离析结构。

（2）轻集料混凝土的离析程度受轻集料粒径、水泥砂浆粘度和水泥石与轻集料的密度差控制，通过掺加矿物掺和料、调整砂率、掺加适宜品种的纤维和减小轻集料粒径的技术措施可配制工作性能好，易泵送的CL40－CL60高强轻集料混凝土。

（3）坍落度与扩展度之比在0.4～0.5范围内，混凝土拌和物工作性最好，利于泵送；坍落度与扩展度之比大于0.5，混凝土拌和物过于粘稠，不宜泵送；坍落度与扩展度之比小于0.4，混凝土拌和物则容易分层离析，轻集料易漂浮至表面，砂浆沉入拌和物底层。