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土木建筑工程学院1CL30轻骨料混凝土的试验研究一、概述轻骨料混凝土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。轻骨料混凝土具有轻质、高强、保温和耐火等特点，并且变形性能良好，弹性模量较低，在一般情况下收缩和徐变也较大。轻骨料混凝土应用于工业与民用建筑及其他工程，可减轻结构自重30%-50%、节约材料用量、提高构件运输和吊装效率、增大装配式构件的尺寸、减少地基荷载及改善建筑物功能等。轻骨料混凝土具有密度小、保温性好、抗震性好等优点，适用于高层及大跨度建筑。可用于结构方面，叫做结构轻骨料混凝土，主要用于承重构件或构筑物，强度等级合理范围CL15-CL50，密度等级合理范围1400kg/m³-1900kg/m³。背景材料：柳州市某路面需进行路面改造，为了减轻桥梁的自重，预计用轻集料混凝土，密度为1600kg/m³﹣1700kg/m³，拌合物坍落度为50-70mm，抗压强度28d≥30MPa，并要求抗折强度≥5MPa。砂轻混凝土（细骨料全部或部分为普通砂）二、参考标准[1]JGJ12-1999,轻骨料混凝土结构设计规程[S].[2]JGJ51-2002,轻骨料混凝土技术规程[S].[3]GB/T50080-2002，普通混凝土拌和物性能试验方法[S].[4]GB/T50081-2002,普通混凝土力学性能试验方法[S].[5]GB/T50082-2002，普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法[S].三、原材料选择水泥：P·O42.5粗骨料：密度等级500、强度标号20MPa的球型粘土陶粒细骨料：普通砂，颗粒级配2区,表观密度2680kg/m³减水剂：萘系，减水率22%土木建筑工程学院2四、配合比的设计计算陶粒混凝土的配合比设计的任务是确定能获得设计性能而又最经济的混凝土各组成材料的用量，它和普通混凝土配合比设计的理论是相同的，即在保证结构强度的前提下，力求达到便于施工和经济节约的要求。由于所使用陶粒的特性，它还不能像普通混凝土那样，用一个较公认的强度公式作为混凝土配合比设计的基础。虽然，国内外都有不少学者提出了各种各样的计算公式，但都存在很大局限性，离实际应用还有很大差距。所以还是通过参数的选择和简单经验公式的计算，最终以试验的方法来确定各组分材料的用量。1.选择水泥用量水泥用量是影响混凝土强度及其它性能最主要的参数，对轻质陶粒混凝土来说，水泥用量的选择尤为重要，增加水泥用量固然可以使其强度提高，但也会使其密度加大。所以的最大水泥用量不宜超过550kg/m³，最小水泥用量不得低于350kg/m³。2．陶粒的选择一般要选择密度等级500、强度标号20MPa的球型陶粒，且其各项指标应满足。另外,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。土木建筑工程学院33．选择用水量和水灰比用水量和水灰比，分净用水量和净水灰比及总用水量和总水灰比，所谓净用水量系指不包括高强陶粒1h吸水率在内的混凝土用水量，其相应的水灰比则为净水灰比，在配合比设计中，一般用净用水量和净水灰比表示。用水量(或水灰比)不仅对硬化混凝土的性能有很大影响，而且还直接影响拌合物的和易性。4．砂率的选择土木建筑工程学院4砂率是以体积比来表示的，即以砂的体积与粗细集料总体积的百分比来表示的。砂率对轻质混凝土的强度影响不大，且其弹性模量也有所提高。但随着砂率的提高，轻质混凝土的表观密度也逐渐增加，当混凝土的强度等级为LC30时，砂率为35%左右时，混凝土拌合物的和易性最好。5．粗细集料用量指配制1m³轻质混凝土所需的陶粒和普通砂的密实体积，用绝对体积法求出。6．掺和料等外加剂由于混凝土的水泥用量比同强度等级的普通混凝土增加，实验证明，为减少水泥用量，改善和易性和其他一系列的物理力学性能，在轻质混凝土中加入适量的掺和剂，矿粉、粉煤灰，可获得很好的技术经济效益。在使用掺合料的同时，必须使用高效减水剂，以减小用水量，降低水灰比。粉煤灰的掺加采用“超量取代法”，取代系数为10%～15%。通过试验验证采用掺加掺合料方法，在加入高效减水剂的同时，根据混凝土性能的要求掺入超细活性矿物材料，并加大掺入的比例，可以大幅度提高拌合料的工作性能，并对其物理力学特性有较显著的改善作用。①确定混凝土适配强度ƒcu，0土木建筑工程学院5ƒcu，0=ƒcu，k+tσ=30+1.645×5.0MPa=38.225MPa②确定用水量mwo水泥用量momwo=mwoˊ(1-β)根据骨料为陶粒，最大粒径16mm及坍落度50-70mm的要求，mwoˊ=225kg，β=22%故mwo=225kg若取外加剂掺量βa=1.5%，则外加剂的掺量为mao=mbo•βa=420×1.5%kg=6.30kg计算胶凝材料用量每立方米混凝土的胶凝材料用量mbo=420kg根据耐久性要求，最小胶凝材料用量为250kg，计算值420kg大于250kg，此胶凝材料用量满足耐久性要求。水泥用量为mc=mbo=420kg③选择合理砂率Sp普通砂，Sp=35%-45%，取Sp=35%④计算每立方米混凝土中粗、细骨料用量砂轻砼绝对体积法：河砂绝对体积Vs=[1-（mc/ρc+mwn/ρw）/1000]×Sp=1–（420/3.1+225/1）/1000=0.224m³河砂质量ms=Vs×ρs=0.224×2600=583kg陶粒绝对体积Va=[1-（mc/ρc+mwn/ρw+ms/ρs）/1000]=1–（420/3.1+225/1+224）/1000=0.42m³陶粒质量ma=Va×ρap=0.42×1020=429kg1m³混凝土的材料用量为：水泥，420kg；河砂，583kg；陶粒，429kg；水，225kg；减水剂，6.30kg。8.试配与调整(1)原材料准备.以上述计算出的配合比为基准配合比,再选取与之相差±10%的相邻两个水泥用量,用水量不变,砂率做相应调整,按这3个配合比准备试配的原材料.在这里需要说明的是,根据工程的试配经验,陶粒以预湿状态下进行试配,效果较好.(2)拌和与成型.以实际施工方式相对应选择机械拌或人工拌和.拌和之后测定混凝土坍落度,并调整用水量,以达到设计要求.检验混凝土的振实表观密度,并留置足够的抗压强度试块,按设计要求进行标准养护和其他类型养护.(3)检测配合比.土木建筑工程学院6养护到规定龄期,测定混凝土抗压强度;标准养护28d后,测定混凝土抗压强度和干表观密度.五、试验验证方法一般规定：轻骨料混凝土拌和物性能、力学性能、收缩和徐变等长期性能，以及碳化、钢锈和抗冻等耐久性能指标的测定，应符合现行国家标准《普通混凝土拌和物性能试验方法》（GB50080）、《普通混凝土力学性能试验方法》（GB50081）和《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》（GB50082）的有关规定。与轻骨料特性有关的干表观密度吸水率、软化系数、导热系数和线膨胀系数等混凝土性能指标的测定应符合本章的规定。拌和方法：配合比中各组分材料的质量计量允许误差：粗、细骨料和掺和料为±1%；水、水泥和外加剂为±0.5%。试验室拌制轻骨料混凝土时拌和量不应小于搅拌机公称搅拌量的三分之一。轻骨料混凝土应按下列步骤拌和：采用干燥或自然含水的轻粗骨料时，先将轻粗骨料、细骨料和水泥加入搅拌机内，加入二分之一拌和用水，搅拌1min后，再加入剩余拌和水量，继续拌2min即可；采用经过淋水预湿处理的轻粗骨料时，先将轻粗骨料滤去明水，与细骨料、水泥一起拌和约1min后，再加入拌和用水量，继续拌和2min即可。掺和料或粉状外加剂可与水泥同时加入。液状外加剂或预制成溶液的粉状外加剂，宜加入剩余拌和用水中。干表观密度：干表观密度可采用整体试件烘干法或破碎试件烘干法测定。当采用整体试件烘干法测定干表观密度时，可把试件置于105-110℃的烘箱中烘至恒重，称重，并测定试件的体积。六、成本计算计算混凝土的价格，不是一句、两句话就解决的，因为混凝土的制作过程中，影响混凝土的强度的因素有很多，每一种因素发生变化，混凝土的配合比就得跟着相应变化，其组成材料的价格也会发生变化。这是一方面。另一方面，现场制作和使用商品混凝土其价格也存在很大的差异；再一方面，地区材料的价格不同，导致混凝土的成品价格也不相同。柳州市区现场制作混凝土的价格计算。配制条件：混凝土标号：CL30；中砂；砂率：35%每立方米混凝土材料用量：水泥，420kg；河砂，583kg；陶粒，429kg；水，225kg；减水剂，6.30kg。计算材料价格：河砂583Kg/1400Kg）/m（砂容重）*65元/m³=27.1元水泥420Kg*0.32元/Kg=134.4元水225Kg*0.005元/Kg=1.1元陶粒160元/立方米×0.42=67.2，运费另计。制作每立方米混凝土需人工费40.00元土木建筑工程学院7萘系减水剂6元/kg×6.3=37元合计价格：27.1+134.4+1.1+67.2+40+37=307元（这个价格完全是市场的实际价格，不再调差）这就是制作一立方米CL30混凝土的市场价格。不包括混凝土运输、浇注、养护等。七、结论陶粒混凝土的强度等级主要与水泥砂浆和陶粒的强度有关.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,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.陶粒混凝土中陶粒所占的体积较大,所以为了配制较低容重的陶粒混凝土应尽可能选择较低容重的陶粒.但同时,容重较低的陶粒其强度也大多较低,通过试验表明,不宜选择密度等级太小(600)的陶粒,否则其自身强度过低,混凝土的设计强度很难达到;反之,陶粒密度增加的同时带来骨料强度的提高,在一定范围内可增加混凝土强度,超过范围却加缓慢,经试验证明,以选用700密度等级的陶粒较为适宜.另外,与普通混凝土类似,陶粒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.在陶粒混凝土中,采用较大粒径的陶粒颗粒时会使混凝土的强度降低.通过试验表明,陶粒最大粒径应限制在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的粘土陶粒最为适宜.拌制出的混凝土坍落度宜控制在120～140mm,同时应具有良好粘聚性、和易性,不能有明显陶粒上浮现象.坍落度过小则混凝土太粘,流淌性小,不利于振捣和施工;坍落度过大则容易产生分层离析和陶粒上浮,不利于施工抹面.八、参考文献[1]彭小芹，马铭彬，吴芳.土木工程材料[M].重庆大学出版社，2012[2]姚燕，王玲，田培.高性能混凝土[M].化学工业出版社，2006[3]邓学钧.路基路面材料[M].人民交通出版社，2000[4]王元纲，李洁，周文娟.土木工程材料[M].人民交通出版社，2010[5]余丽武.土木工程材料[M].东南大学出版社，2011