為了得到和易性好、強度高的輕骨料混凝土,采用預處理法、摻加礦物摻合料等措施,制備高強輕骨料混凝土。試驗根據(jù)礦物摻合料的特性,設計了碎石型輕骨料混凝土的配合比,對比了預處理骨料方法對混凝土和易性和強度的影響。試驗結(jié)果表明:預處理骨料方法可以提高混凝土拌合物的和易性和抗壓強度。配合比為水泥∶粉煤灰∶硅灰∶輕骨料∶砂∶水=300∶187.5∶75∶554∶540∶182,減水劑摻量0.85%,采用預處理法制備的碎石型輕骨料混凝土坍落度達270 mm,1 h經(jīng)時損失量為0 mm,拌合物無離析、泌水、輕骨料無上浮現(xiàn)象,輕骨料混凝土干表觀密度小于1 740 kg/m3,28 d抗壓強度達到了52.6 MPa。

【關鍵詞】 輕骨料； 礦物摻合料； 預處理法； 抗壓強度； 和易性；

0.引言

隨著現(xiàn)代土木工程日益向著高聳、大跨、重載的方向發(fā)展,使用天然密實骨料如碎石、卵石等制備的普通混凝土材料自重過大的缺點也日趨明顯，但使用輕質(zhì)骨料制備高強輕骨料混凝土，為減輕混凝土材料的自重提供了有效的途徑。但目前輕骨料混凝土的質(zhì)量和產(chǎn)量還遠遠不能滿足建筑業(yè)高速發(fā)展的需要，并且存在施工時仍存在輕骨料上浮和經(jīng)時損失大等問題，制備的輕骨料混凝土在達到質(zhì)輕時難以高強。提高輕骨料混凝土的質(zhì)量，大力推廣應用輕骨料混凝土，仍是擺在所有技術人員面前的一項重要任務[1]。為了解決上述問題，本文采用預處理法即對輕骨料進行浸水預濕、對膠凝材料砂漿進行預拌的方法，以及復摻礦物摻合料等等，制備了高強輕骨料混凝土。研究了工藝方法對輕骨料混凝土和易性和強度的影響規(guī)律，探究配制質(zhì)輕高強的輕骨料混凝土的最優(yōu)化方案，為工程制備質(zhì)輕高強輕骨料混凝土提供了可行的技術途徑。

1.原材料與配方

1.1 原材料

1.1.1水泥

試驗使用水泥為宣化金隅水泥廠生產(chǎn)金隅P.O 42.5普通硅酸鹽水泥，其物理力學指標如表1所示。

1.1.4減水劑與礦物摻合料

采用北京建愷外加劑有限公司生產(chǎn)的JK-2型萘系高效減水劑，其外觀為黃褐色粉狀物，PH值為7-9,含水量為10%，凈漿流動度為230mm，細度為0.315mm篩篩余為12%，消泡時間為30秒。

礦物摻合料為粉煤灰和硅灰，粉煤灰為大唐國際發(fā)電股份有限公司張家口發(fā)電廠Ⅱ級粉煤灰，比表面積為468 m2 /kg，密度為2.2-2.4g/cm3。硅灰采用鞍山鞍美國貿(mào)實業(yè)有限公司生產(chǎn)的硅灰，堆積密度為200～250kg/m3，細度小于1µm的占80%以上，平均粒徑在0.1～0.3µm，比表面積為20000～28000m2/kg。

1.2輕骨料混凝土的配合比設計

考慮了該輕骨料混凝主要應用于泵送，因此輕骨料混凝土配合比設計坍落度大于160mm的大流動性混凝土。輕骨料混凝土的初步配合比設計根據(jù)JGJ51－2002《輕骨料混凝土技術規(guī)程》進行，考慮輕骨料上浮，經(jīng)時損失大的問題，根據(jù)文獻[2-4]關于粉煤灰和硅灰對混凝土拌合物性能的影響，在碎石型輕骨料混凝土配方設計中，以粉煤灰取代水泥，以達到提高流動性，減少經(jīng)時損失的目的；以硅灰取代水泥，以改善混凝土上浮及提高混凝土的早期強度的目的，碎石型輕骨料混凝土配方與編號列于表4。

1.3輕骨料混凝土的制備

1.3.1輕骨料的預濕處理

輕骨料的處理工藝分為輕骨料不預濕和輕骨料預濕法。前者是直接使用自然狀態(tài)輕骨料進行輕骨料混凝土制備，后者是在輕骨料混凝土制備前，對所使用的輕骨料進行預吸水處理，使輕骨料飽水。為了比較兩種工藝方法的效果，本試驗中S1～S4的碎石型輕骨料采用不預濕法，加入的拌合水量包括凈用水量和附加水量；S5～S8采用預濕法，加入的拌合水量為凈用水量。

預濕法試驗是在制備混凝土拌合物前，將稱量好的輕骨料放入盛器中，加入足量的水浸泡骨料，浸泡24小時后，將骨料倒入編織袋內(nèi)濾水30min，之后再倒入擰干的濕浴巾上，由兩人分別握住兩端，使骨料在浴巾上滾動8～10次后，與預拌砂漿拌合。

1.3.2膠凝材料砂漿預拌法

輕骨料混凝土拌合物的攪拌方法直接影響混凝土的強度，由于預拌膠凝材料砂漿法攪拌的混凝土，其強度可提高15%，并且可以節(jié)約水泥[5]。因此本試驗采取預拌膠凝材料砂漿法，攪拌流程如圖1所示。

1.4 輕骨料混凝土性能測試

1.4.1坍落度、坍落擴展度和經(jīng)時變化量測試

混凝土拌合物坍落度與坍落擴展度按照《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》（GB/T 50080-2002）的方法進行。根據(jù)坍落度和坍落擴展度數(shù)值計算工作性參數(shù)[6]。坍落度１h經(jīng)時變化量測定的方法按照《混凝土外加劑 》（GB8076-2008）方法進行。

1.4.2強度與干表觀密度測試

將混凝土拌合物成型為100 mm×100 mm×100 mm立方體試件，放入養(yǎng)護室進行標準養(yǎng)護，分別測得7 d，28d的抗壓強度。按照《輕骨料混凝土技術規(guī)程》JGJ51-2002中規(guī)定方法，采用破碎試件烘干法測定干表觀密度。

2.試驗數(shù)據(jù)及結(jié)果分析

2.1碎石型輕骨料混凝土拌合物的和易性與經(jīng)時損失

在制備碎石型輕骨料混凝土拌合物時，對應兩種不同輕骨料的拌合物，在測試了坍落度、坍落擴展度和1h后的坍落度后，分別計算工作度和經(jīng)時損失量，具體數(shù)據(jù)見表5。

2.1.1預濕碎石輕骨料對混凝土工作性的影響

由表5可知，無論對骨料預處理與否，坍落度值均超過了235mm，流動性很好。預濕（S5-S8組）的碎石型輕骨料混凝土的坍落度比不預濕（S1-S4組）的有所增加，原因在于不預濕雖在混凝土拌和時多加了水量，但其難以被輕骨料完全均勻吸收，故存在某些輕骨料一漿體界面處水灰比偏低、局部漿體水灰比偏高的現(xiàn)象造成了新拌混凝土流動性下降[7]。當拌合物流動性過大時，輕骨料混凝土由于輕骨料密度低于漿體密度而造成的輕骨料上浮、泌水，分層離析的現(xiàn)象，這將嚴重影響了混凝土拌合物的施工性能。本研究發(fā)現(xiàn)，采用預濕處理工藝后，泌水、離析和上浮現(xiàn)象被明顯改變，表6記錄了輕骨料混凝土拌合物的工作性能，而圖2和圖3是對不同處理方法的拌合物出現(xiàn)的泌水、離析狀態(tài)進行拍照的結(jié)果。

由圖2和圖3對比分析可見，輕骨料預濕后S5-S8組拌合物的粘聚性和保水性比未預濕的S1-S4組均有所改善。當摻合料只有粉煤灰沒有硅灰（S1和S5）時，膠凝材料總體比表面積小以及粉煤灰較為光滑的表面形貌，在一定程度上降低了漿體的粘度，因此S1與S5組中，均出現(xiàn)了明顯的離析和泌水。但由表8可知，S5上浮現(xiàn)象有所減輕。由圖2和圖3對比也可見，S5拌合料中骨料被包裹的程度和拌合物的均勻性顯然大于S1。復摻粉煤灰和硅灰的骨料預濕（S6-S8）組同樣可見骨料被包裹的程度和拌合物的均勻性均高于未預濕組（S1-S4），上浮現(xiàn)象明顯改善，粘聚性和保水性優(yōu)于未預濕的S2-S4組。筆者認為在拌合階段，由于預濕組的骨料不再干預拌合水在預拌膠凝材料砂漿中的均勻分配，可使預拌膠凝材料砂漿均勻的包裹骨料；而不預濕（S1-S5）組的骨料在拌合過程中，由于骨料的吸水作用不是瞬時完成的，因此在攪拌過程中，附加水量不會立刻被骨料全部吸收，且骨料在吸水時，又破壞了預拌膠凝材料砂漿的均勻性，導致拌合物的粘聚性、保水性較預濕組的差的結(jié)果。

2.1.2預濕碎石輕骨料對混凝土經(jīng)時損失的影響

由于試驗使用的碎石型輕骨料1h吸水率較大，不利于拌合物保持出機的和易性。由表6可知，對于未預濕骨料的拌合物（S1-S4組）來說，因為骨料的吸水作用，導致混凝土經(jīng)時損失量較大。而預濕骨料的拌合物（S5-S8組），因為預吸水的作用，基本沒有經(jīng)時損失。

2.2 碎石型輕骨料混凝土的強度和比強度

輕骨料和水泥石的界面區(qū)結(jié)構(gòu)與骨料種類、表面織構(gòu)、吸水性及水泥漿的組成及稠度有關。在混凝土配合比及輕骨料相同的情況下，骨料預濕工藝對輕骨料混凝土不同齡期強度的影響不盡相同。按標準方法對輕骨料混凝土拌合物成型養(yǎng)護后，測定了3d、7d、28d抗壓強度值，測定結(jié)果見表7。由表7可知，經(jīng)預濕處理的高性能輕骨料混凝土3d和7d抗壓強度值低于未預濕的混凝土，而28天則高于未預濕的。提高的幅度高達13.6%。

輕骨料經(jīng)預濕后在早期強度低與未預濕的，由于輕骨料預濕使輕骨料在水泥砂漿中的吸水能力減弱，輕骨料界面處的w／c降低幅度減小，界面強度隨之降低，但隨著時間的延長，膠凝材料水化消耗水分，膠凝材料漿內(nèi)部濕度逐漸降低，輕骨料吸收的水分又返出來，其返水能力又因輕骨料預濕而增加，這使水化更充分，界面結(jié)構(gòu)和孔隙結(jié)構(gòu)更致密，所以其后期強度增加較明顯[8]。

由表7可知，預濕系列S5-S8組的比強度分別高于同配方的非預濕系列S1-S4組，最高比強度達到了0.03023。當?shù)V物摻合料總量為40%時，骨料經(jīng)預濕處理的S8組輕骨料混凝土的28d強度高，表觀密度小，比強度高，具備了質(zhì)輕高強的優(yōu)良特點。這是因為隨著水泥的不斷水化, 輕骨料緩慢地向水泥漿中釋放水分, 使輕骨料與水泥漿界面處未水化的水泥顆粒得以更充分地水化, 優(yōu)化輕骨料與水泥漿的界面, 提高界面的粘結(jié)力, 因此經(jīng)預濕后的輕骨料混凝土有了比強度高的優(yōu)勢。

3.結(jié)論

(1) 對輕骨料采用預濕處理的方法可以改善提高混凝土拌合物的和易性，減少輕骨料上浮現(xiàn)象和經(jīng)時損失問題。

(2) 經(jīng)預濕處理的輕骨料混凝土3d抗壓強度值低于未預濕的混凝土，而7d和28天經(jīng)預濕處理的高性能輕骨料混凝土抗壓強度值則高于未預濕的。

(3) 預拌膠凝材料砂漿90s與預濕的碎石型輕骨料共同拌制60s，礦物摻合料中粉煤灰取代水泥量為25%、硅灰取代量為15%時，混凝土和易性較好，無離析、泌水現(xiàn)象，輕骨料不上浮，1h坍落度損失僅15mm，28天強度達到52.6MPa，干表觀密度為1740kg/m3。

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