1100级LC15全轻混凝土配合比的优化设计

2016-12-07万晶喻康黄太松

商品混凝土 2016年5期

关键词：试配宝珠陶粒

万晶，喻康，黄太松

（1. 拉法基（重庆）混凝土有限公司，重庆　401336；2. 重庆普正建材有限公司，重庆　401170；3. 拉法基可持续建筑研发实验室，重庆　400065）

1100级LC15全轻混凝土配合比的优化设计

万晶1，喻康2，黄太松3

（1. 拉法基（重庆）混凝土有限公司，重庆401336；2. 重庆普正建材有限公司，重庆401170；3. 拉法基可持续建筑研发实验室，重庆400065）

全轻混凝土以其轻质的特点，赋予混凝土良好的热工性能，具有自重轻、保温隔热效果好的特点，应用于建筑地面保温工程。结合当地实际情况，通过原材料优选，配合比优化，把实验室的研发成果，应用于搅拌站实际生产中。

全轻混凝土；陶粒；陶砂；强度；容重

0　前言

全轻混凝土配合比设计，建立在对其组分性能充分了解的基础上。对于全轻混凝土的制备和应用而言，最关键的是轻集料的可获取性和质量指标的稳定性。本试验的主要目的是为全轻混凝土的生产选用原材料作出评估，以及在实验室阶段展开初步的配合比设计，这将为以后指导搅拌站生产全轻混凝土和控制原材料质量奠定基础。

1　试验原材料

1.1水泥

水泥采用拉法基42.5和52.5两种水泥，该品牌水泥质量稳定、适应性好。

1.2陶粒

（1）宜昌宝珠陶粒。经过浮选工艺，选出能够浮在水面上的陶粒。

（2）重庆本地陶粒。通过对重庆本地陶粒生产厂家充分调研和对比的基础上，重庆地区宏顺陶粒（HSTL）和仁惠陶粒（RHTL）两个生产厂家提供的陶粒质量稍好。

三种陶粒的检测指标如表1所示，陶粒的1h 吸水率如表2和图1所示。

表1　宝珠陶粒（浮选）、宏顺陶粒和仁惠陶粒的检测指标

表2　宝珠陶粒（浮选）、宏顺陶粒和仁惠陶粒吸水率检测

图1　宝珠陶粒（浮选）、宏顺陶粒和仁惠陶粒的吸水率曲线对比

从轻骨料混凝土试配经验可知，轻粗骨料（陶粒）体积占配合比体积近50% 左右，因此，选择表观密度、筒压强度合适的陶粒，对控制轻骨料混凝土的容重和抗压强度有决定性的影响。于是对经过浮选的宝珠陶粒（BZTL）、宏顺陶粒（HSTL）和仁惠陶粒（RHTL）作对比分析。

三种陶粒的筒压强度对比如图2所示。

图2　宝珠陶粒（浮选）、宏顺陶粒和仁惠陶粒筒压强度对比

由图1、图2可知，仁惠陶粒和宏顺陶粒1h 吸水率高于10%，宝珠陶粒1h 吸水率远低于前两者；筒压强度最高的是仁惠陶粒，宝珠陶粒和宏顺陶粒次之，但都高于3.0MPa；同时，仁惠陶粒的表观密度最高（1480kg/m3），而宝珠陶粒和宏顺陶粒的表观密度都在1000kg/m3左右。

经上述分析，综合考虑陶粒的筒压强度、吸水率、表观密度三方面的因素，经浮选的宜昌宝珠陶粒在配制轻集料混凝土上优势比较明显。而就重庆本地的陶粒来看，尽管仁惠陶粒的筒压强度稍高（达到4.4MPa），但表观密度远大于其它两种陶粒，并且陶粒表观密度为1480kg/m3对配制密度等级为1100级（1060～1150kg/m3），强度等级为 LC15的轻集料混凝土来说有较大难度。若采用仁惠陶粒，尽管配制的混凝土强度能满足要求，但要使混凝土干表观密度控制在1060～1150kg/m3是非常困难的。因此，在陶粒的选择上，采用经过浮选处理的宝珠陶粒为最佳。若要实现原材料的本地化，经上述对比分析，重庆宏顺陶粒基本能满足要求。

1.3陶砂

（1）在陶砂的选用上，采用的陶砂为宏顺陶粒破碎后，经筛分得到的陶砂。其检测指标如表3所示，1h 吸水率如表4、图3所示。

表3　宏顺陶粒经破碎筛分的陶砂指标

表4　宏顺陶粒经破碎筛分的陶砂吸水率检测

图3　宏顺陶粒经破碎筛分的陶砂吸水率曲线

（2）通过对重庆本地陶砂生产厂家充分调研和对比，重庆地区宏顺和仁惠两个生产厂家提供的陶砂可供选择。两家陶砂的检测指标如表5所示，1h 吸水曲线如表6、图4所示。

表5　宏顺陶砂和仁惠陶砂的指标

表6　宏顺陶砂和仁惠陶砂的吸水率检测

图4　宏顺陶砂和仁惠陶砂的吸水率曲线

陶砂的特性对混凝土拌合物的工作性能、强度及容重会产生影响。合理地选择陶砂将有助于提高混凝土的强度，降低容重和改善拌合物工作性能。表7、8和图5对经破碎的宏顺陶砂（HSPS）、宏顺陶砂（HSTS）和仁惠陶砂（RHTS）进行对比分析。

表7　三种陶砂的细度模数及粒径分布对比

由表7可以看出，三种陶砂的细度模数接近，但大于2.36mm 的累计筛余有很大差异，宏顺陶砂达到49.6%，说明宏顺陶砂大部分为未破碎的粗粒陶砂，缺少细颗粒。经破碎的宏顺陶砂和仁惠陶砂在大于2.36mm 的累积筛余相差不大，但值得强调的是，仁惠陶砂是陶粒破碎所得，该陶砂的质量受所破碎陶粒的影响较大，且细度模数不稳定，对搅拌站大规模使用存在较大的影响。

表8　三种陶砂吸水率检测

图5　经破碎的宏顺陶砂、宏顺陶砂、仁惠陶砂的吸水率曲线

从表8、图5可以看出，由宏顺陶粒破碎的陶砂和仁惠陶砂的1h 吸水率都高于宏顺陶砂，主要是由于前两种陶砂都是由陶粒破碎而成，陶砂经陶粒破碎后，陶砂表面存在大量未封闭的微孔，这些孔在与水接触时会大量吸水。而宏顺陶砂是直接烧制而成，烧制过程产生釉化，使其表面更致密，且颗粒呈圆球状，故吸水率小。因此，在陶砂的选取上，宏顺陶砂是最佳选择。

1.4外加剂

在外加剂的选用上，采用纤维素醚来提高混凝土拌合物浆体稠度，以增大混凝土拌合物在大水灰比条件下的黏聚性、保水性。由于纤维素醚在搅拌剪切过程中，有引气的效果，故也兼有降低容重的作用。试验中采用了山东瑞泰化工（集团）有限公司生产的羟丙基甲基纤维素（HPMC），黏度20万。

2　1100级 LC15全轻混凝土初始配合比设计

2.1试验参数的选择

为达到本项目目标，控制混凝土的容重和强度，在试验参数上以混凝土的水灰比和骨料（陶粒、陶砂）的种类作为变量，以探讨其对混凝土性能的影响规律，为搅拌站规模化生产提供参考。

2.2采用宜昌宝珠陶粒试配，初步验证1100级 LC15配合比的可行性

混凝土的最终干容重范围必须控制在1060～1150kg/m3，试验前期优化各项试验条件，陶粒采用经浮选处理的宜昌宝珠陶粒，其特点是表观密度低（950kg/m3）、筒压强度高（3.5MPa），因陶粒的表观密度较小，水灰比可以选择的范围为0.4～0.7（试验采用总水灰比，即总用水量由拌合用水和轻集料吸水率的附加水量组成），陶砂为表观密度较小的宏顺陶粒经破碎处理后的陶砂（1032kg/m3）。混凝土的配合比及性能如表9所示。

水灰比对混凝土抗压强度的影响如图6所示。

图6　水灰比对混凝土抗压强度的影响

表9　采用宝珠陶粒的试验配合比及性能

从表9和图6可以看出，采用经浮选的宜昌宝珠陶粒在水灰比0.40～0.70之间，所配制的混凝土容重和强度都能满足项目的要求，且有很大富余。水灰比为0.40的混凝土干容重1158kg/m3，28d 抗压强度达到28.3MPa；水灰比为0.70时，混凝土容重990kg/m3，28d 抗压强度也同样高于15MPa。因此，在陶粒的选择上，单从试验数据来看，采用浮选的宜昌宝珠陶粒为最佳。但从搅拌站大规模生产来看，由于陶粒的运输距离过大，运费偏高，加之浮选出的陶粒仅占原陶粒数量的1/4左右，产量有限，因此，从实际生产的角度考虑，有必要采用重庆本地材料进行试验，以选择能够满足项目要求的陶粒，达到最大限度节约成本的目的。

2.3采用重庆本地陶粒、陶砂试配

采用重庆本地陶粒、陶砂试配，主要的思路是选择重庆地区现有的陶粒、陶砂，对各种陶粒、陶砂进行搭配试验，以希望在重庆地区找到能够满足要求的轻集料搭配组合。前期对重庆地区的陶粒、陶砂调研发现，重庆地区能够提供基本满足要求的陶粒、陶砂企业只有宏顺和仁惠两家，因此，在选材上只能局限于上述两家企业，两家陶粒、陶砂的指标将直接关系该混凝土产品本地化的可能性。

以下对宏顺陶粒、仁惠陶粒；宏顺陶砂、仁惠陶砂四种轻集料进行搭配试验，由于重庆本地材料表观密度较高，为了控制容重，在水灰比的选择上，选取0.5～0.7。表10为采用重庆本地材料的试验配合比及混凝土的容重和强度。

由表10可以看出，在水灰比为0.50时，尽管四组的7d强度都超过15MPa，但实际干容重都超过1200kg/m3，干容重不符合要求；在0.75的水灰比下，混凝土的实际干容重都低于1200kg/m3，但四组的7d 强度都低于10MPa，根据以往试配经验，28d 强度能到15MPa 的可能性不大。因此，在上述搭配中都出现了混凝土强度和干容重的矛盾，在采用本地材料同时达到项目规定目标存在一定难度。

2.4采用重庆本地材料的配合比优化

基于以上各种陶粒、陶砂的搭配效果，为进一步优化配合比，选择合适的轻集料，充分考虑各种陶粒、陶砂的性能指标，在集料上选择宏顺陶粒和宏顺陶砂。经优化后的配合比及混凝土性能如表11所示。

由表11可知，采用拉法基42.5水泥时，选用0.60的水灰比，能够使混凝土的容重降到1200kg/m3以下，7d 抗压强度已达到16.5MPa，混凝土容重控制在1150kg/m3左右，能基本满足要求。为进一步降低混凝土容重，同时保证28d 强度不低于15MPa，在陶粒和陶砂无其它选择的情况下，只能通过进一步优化配合比来实现。从表11看出，当水灰比达到0.65、0.75时，混凝土的干容重已降到1150kg/m3以内，为了保证混凝土的强度，在水泥上选用拉法基52.5水泥。从第2组和第3组的强度上来看，根据经验，其28d 抗压强度基本能满足大于15MPa 的要求。试验中对1号配比进行了混凝土的收缩测试，试验结果显示，其总收缩量低于3.6‱，满足项目指标要求。