引言

輕骨料混凝土的幹表觀密度低於1950kg/m3，與普通混凝土相比，在同樣強度等級的情況下自重可以降低20%～40%。而輕質高強混凝土指的是強度等級可以達到LC30以上的輕骨料混凝土。

隨著建築技術的不斷進步與革新，高層建築迅速發展，橋樑跨度越來越大，對混凝土材料輕質、高強、保溫、隔熱等效能的要求也越來越高，高強輕質混凝土的發展也成為必然。輕質高強混凝土因為輕骨料內部有大量的孔隙，大大降低了混凝土的自重，同時具有良好的保溫隔熱效果，此外也改善了骨料表面與水泥砂漿的介面粘結效能，使得比強度大大提高。由於輕骨料代替了原本的砂石骨料，一方面使得輕骨料混凝土沒有了鹼骨料反應，避免了因此產生的裂縫，提高了使用的耐久性；另一方面，隨著天然砂石骨料資源的日益枯竭，人造輕骨料的生產與應用也會更加引起人們的興趣；同時，玻璃微珠與粉煤灰漂珠等低密度材料的出現，使得輕質的目的更容易實現。在未來，高強輕質混凝土將有較好的經濟效益和技術前景，是混凝土的發展方向之一。

輕骨料混凝土的應用特點是由其力學效能決定的，合理的選擇輕骨料和配合比設計方案尤為關鍵，本文旨在透過合理的選材和設計，配製出密度等級為1600kg/m3且具有較好施工性的LC60混凝土。

1原材料

輕骨料混凝土的密度很大程度上取決於輕骨料的密度，是密度減小的主要原因。而輕骨料的筒壓強度會對輕骨料混凝土強度產生重要影響，配製時應選用筒壓強度較高的高強輕骨料（陶粒）。而為了達到配製的密度等級要求，將使用輕細骨料（陶砂）代替細骨料，進一步降低密度。

在礦物摻合料上，矽灰活性極高，二次水化反應較快，能快速與水泥水化產生的氫氧化鈣反應，形成C-S-H凝膠，並與高鈣矽比的C-S-H凝膠反應形成強度更高的低鈣矽比C-S-H凝膠，且由於矽灰還具有較大的比表面積和極小的顆粒細度，使得其具有極好的活性效應、形態效應和微集料效應，是配製高強混凝土極佳的摻合料之一。

除了使用陶砂之外，由於玻璃微珠密度低且不易吸水，作為細集料可以有效降低水泥砂漿的密度。玻璃微珠為中空微小圓球，具有高分散、流動性好的特點，可以進一步提高混凝土的流動效能。同時由於空心玻璃微珠的各向同性和高填充性，能夠減小收縮，可以有效提高混凝土的抗裂效能。

根據以上原則確定本試驗原材料如下：

水泥：P·O42。5普通矽酸鹽水泥，各項效能指標均符GB175-2007《通用矽酸鹽水泥》，其物理力學效能見表1。矽灰：SiO2含量≈90%，灰白色球狀粉末，平均粒徑為0。2μm，表觀密度2220kg/m3。粗集料：900級頁岩陶粒，其各項效能指標見表2。細集料：900級頁岩陶砂，其各項效能指標見表3；高效能中空玻璃微珠，為白色均質粉末，其各項效能指標見表4。外加劑：聚羧酸高效能減水劑，減水率≥25%。

2配合比設計

輕質高強混凝土配合比的設計主要在於兩點，一是滿足輕骨料混凝土強度等級，二是滿足所要求的密度等級，這兩者又是互相矛盾的，需要透過選擇合適的引數，找到二者之間的合理配比範圍。本文將採用“全計算法”設計混凝土配合比。根據美國Mehta教授和加拿大Aitcin教授的研究表明，要使混凝土同時達到最佳的施工和易性及強度的效能，其膠凝漿體與骨料有一個最佳體積比，應為35∶65。漿體體積過多會造成體積收縮徐變，影響體積穩定性，而漿體體積過低會影響混凝土和易性，不利於施工。

根據陳建奎教授和王棟民教授的混凝土全計算配合比設計方法，對各組分用量進行計算的步驟如下：

（1）確定配製強度：

根據JGJ51—2002《輕骨料混凝土技術規程》，取σ=6，則fcu，0=60+1。645×6=69。87MPa。

（2）確定水膠比：

其中，Ve為漿體體積；Va為氣體體積，可以取0；φ為矽粉佔膠凝材料的體積摻量。根據丁琳的研究表明，在矽粉摻量小於25%時，矽粉混凝土抗壓強度隨矽粉摻量的增加而增大，結合JGJ55—2011《普通混凝土配合比設計規程》中對於高強混凝土矽粉摻量不宜大於10%，綜合考慮，選取矽粉摻量為10%。經計算mw=Vw·ρw=164kg。

（4）確定膠凝材料組成與用量：

（5）確定陶粒、陶砂用量：

隨著玻璃微珠的摻入會降低混凝土的比強度，也會影響混凝土的和易性，所以玻璃微珠的摻量不宜過高，在本次設計中主要起降低密度、提高填充性的作用，所以在最後作為細集料考慮取代部分陶砂。質量砂率可由下式計算：

綜上，得到初步的混凝土配合比見表5。

由於設計密度等級為1600kg/m3，所以需要用玻璃微珠取代部分陶砂以達到降低密度的目的。由於要儘量減小玻璃微珠摻量，所以按陶砂體積的5%、10%、15%、20%、25%取代，實測幹表觀密度值見表6。

由表6可以看出，當玻璃微珠體積摻量在20%時，混凝土的幹表觀密度可以符合設計要求，所以確定混凝土配合比見表7。

3配合比的調整

依據JGJ51-2002，初步計算確定輕骨料混凝土配合比後，分別調整±10%的膠凝材料用量，體積砂率相應增減1%計算出配合比，調整後的配合比見表8。

對錶中3組配合比進行試拌，測得其新拌出機效能及28d強度見表9。

由表9可知，第2組混凝土的28d強度能夠滿足要求，且坍落度合適，出機狀態較好，流動性好，沒有泌水現象，故選定第2組配合比，對此配合比按下式進行質量校正：

計算溼表觀密度為1715kg/m3，η=1。確定最終配合比見表10。實測該配合比混凝土的幹表觀密度為1635kg/m3，28d強度為64。8MPa，滿足目標要求。

結語

（1）透過絕對體積法和“全計算法”的配合比設計方法，結合JGJ51—2002，成功配製出幹表觀密度為1635kg/m3，28d強度為64。8MPa的LC60輕質高強混凝土。

（2）利用高效能中空玻璃微珠，有效降低了混凝土密度並提高了混凝土流動性。選擇合適的陶粒、陶砂、玻璃微珠等材料是製備輕質高強混凝土的關鍵。

（3）透過對陶粒、陶砂、玻璃微珠級配的進一步最佳化，提高密實程度，可以提高最終混凝土強度。也可以加入其他礦物摻合料，如粉煤灰，進一步提高混凝土強度和工作性。（來源：《混凝土世界》2022。03）