王 超 金自清 王 宇

上海建工建材科技集团股份有限公司 上海 200086

目前，装配式建筑采用的预制混凝土（PC）构件主要由普通混凝土生产。然而，由于PC构件体积大、自重大等缺点，而钢结构住宅对PC构件自重要求较高，因此考虑采用轻骨料混凝土来减轻构件的自重。轻骨料混凝土具有轻质、保温、高强、隔声、耐火、抗裂、防渗等特点，在减轻结构自重、节约材料用量、提高构件运输和吊装效率、减少地基荷载及改善建筑物功能等方面有巨大作用。

现有研究成果[1-12]尚未使用过密度等级1 600级、强度等级LC30的轻骨料混凝土，因此本文通过优选原材料及优化配合比设计等方法，在保证轻骨料混凝土相关性能的情况下，最大限度地减轻其容重，并对其进行耐久性评估。

1 试验原材料及试验方法

1.1 试验原材料

试验原材料包括水泥（525普通硅酸盐水泥），粉煤灰（Ⅱ级粉煤灰），粗骨料（700级页岩陶粒，宜昌光大陶粒制品有限公司生产，页岩碎石型，5～20 mm连续级配；900级页岩陶粒，上海群拥陶粒制品有限公司生产，页岩碎石型，5～20 mm连续级配），细骨料（页岩陶砂，宜昌光大陶粒制品有限公司生产，页岩碎石型，细度模数3.8）和外加剂（高性能聚羧酸减水剂）。水泥和骨料的物理力学性能分别如表1、表2所示。

表1 水泥的物理力学性能

表2 2种陶粒及陶砂的物理力学性能

1.2 试验方法

1.2.1 搅拌及成形方式

制作4组尺寸为100 mm×100 mm×100 mm的立方体试块进行抗压强度及抗渗性能试验。搅拌方法：根据JGJ 51—2002《轻骨料混凝土技术规程》规定，采用预湿处理法，投料前先将陶粒进行淋水预湿处理，持续约30 min，使其饱水；然后滤去明水，并与水泥、陶砂、粉煤灰一同投入搅拌1 min；再将拌和水与外加剂混合投入搅拌4 min。

1.2.2 配合比设计

根据JGJ 51—2002《轻骨料混凝土技术规程》规定，对于设计密度1 600级、强度等级LC30的轻骨料混凝土，其中，水灰比0.26～0.33，砂率0.35～0.40。通过理论计算调整后的4种轻骨料混凝土的配合比设计如表3所示。

表3 4种轻骨料混凝土的配合比设计

1.2.3 轻骨料混凝土抗渗性能试验

根据GB/T 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》规定，对轻骨料混凝土标准养护28 d后进行抗渗试验。试验从水压0.1 MPa开始，每隔8 h增加水压0.1 MPa，待抗渗压力达到1.5 MPa并持压8 h结束试验，随即劈开试件，并于混凝土的断面上，测量5个等间距点的渗水高度，取其平均值作为试验结果。

2 试验结果及分析

2.1 不同密度等级的陶粒对强度及干表观密度的影响

分别对轻骨料混凝土标准养护3、7、28 d的抗压强度及干表观密度进行测定，试验结果如表4所示。

表4 轻骨料混凝土的物理力学性能

由表4可知，分析4组试验的物理力学性能，均满足设计强度LC30要求。但由于S1、S2组采用900级页岩陶粒，其干表观密度测量结果超出设计容重，因此在达到同等设计强度的前提下，优先考虑采用700级页岩陶粒。另外，S3、S4组强度均达到设计要求，在考虑成本及降低容重的前提下，优先考虑采用S4组配合比。图1为轻骨料混凝土破碎情况，图2为实验室的坍落度测定。轻骨料混凝土强度达到峰值时，陶粒优先破碎，这是由陶粒本身的性能所决定的。陶粒的原材料种类及生产工艺决定了其密度等级和筒压强度的大小，同时限制了轻骨料混凝土强度的进一步发展。

图1 LC30轻骨料混凝土试块破碎情况

图2 实验室坍落度测定

2.2 混凝土抗渗性能

分别对S4组的轻骨料混凝土及同强度的普通混凝土进行抗渗性能试验，结果如表5所示。由表5可知，同强度的轻骨料混凝土抗渗性能更加优异，渗水高度仅为普通混凝土的85%。由于配制前先吸水，轻骨料在养护过程中会释放部分水，形成“微泵”效应。这种“微泵”可以使骨料与基体之间得以充分养护，增加其密实度，因此抗渗性能有所提高。同强度的普通混凝土与轻骨料混凝土相比，其水灰比较大，且各组分离析、泌水，尤其是普通粗骨料，会在其下方形成“水穴”，破坏整体的密实度，因此其抗渗性能较弱。

表5 同强度的轻骨料混凝土与普通混凝土抗渗性能对比

3 实际工程应用

结合试验结果，在上海某钢结构住宅建设中，为方便吊装，降低结构自重，设计采用轻骨料混凝土装配式建筑构件类型共27种，其中包括转角凸窗12种及外立面竖向装饰线15种，总量450～500 m3。根据预制构件厂实际情况，采用合理配合比，浇筑构件。图3为轻骨料混凝土浇筑情况，可见装配式预制构件表面光滑，无陶粒上浮现象，施工振捣顺利。图4为轻骨料混凝土装配式预制构件成品。

图3 轻骨料混凝土浇筑情况

图4 装配式预制构件成品

4 结语

由于水泥价格较粉煤灰价格贵，故在不影响混凝土性能的前提下，可减少水泥用量，增加粉煤灰用量。由于陶粒价格随密度等级的提高而提高，故在不影响混凝土性能的前提下，用700级陶粒替换900级陶粒。经计算，在原材料及配合比优化后，每立方米陶粒混凝土可节省约100元。

轻骨料混凝土在装配式建筑构件中的成功应用，不仅能使建筑构件减重，发挥其轻质、保温、高强、隔声、耐火、抗裂和防渗等特点，同时增加了装配式建筑构件使用的可持续性，延长了建筑物的使用寿命。这样一种高品质的轻骨料混凝土及其构件的成功研发应用，开拓了轻骨料混凝土在装配式建筑构件中的推广应用前景，将使装配式建筑结构采用轻量化设计成为一种可行的方式，其边际效应是显而易见的。