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輕骨料混凝土的研究
浏覽: 發布日期:2019-12-30

混凝土的應用消耗了大量的天然骨料,對砂、石的大量開采已造成了耕地破壞、山林遭毀等問題。輕骨料混凝土具有密度較小、相對強度高以及保溫、抗凍性能好等優點,降低結構自重,具有技術經濟優勢。利用工業廢棄物如粉煤灰、鍋爐煤渣、煤矸石等制備成輕骨料混凝土,既可實現廢物利用,減少堆積廢料占用的土地,又可以減少因砂石開采造成的土地資源破壞。隨著現代建築向高層、大跨度、裝配式等方向發展,爲縮小結構斷面、減輕結構自重、增強保溫隔熱等性能,輕質、耐久、多功能、可持續發展的建築材料已成爲土木工程界的研究熱點,而輕骨料混凝土因具備這些優點成爲用量僅次于普通混凝土的一種特種混凝土,在我國已獲得廣泛的應用。

簡介

轻骨料混凝土是指用轻粗骨料、轻砂(或普通砂)、水泥和水配制而成的干表观密度不大于 1950kg/m3的混凝土。按细骨料品种可分为砂轻混凝土和全輕混凝土。按粗骨料品种又分为页岩陶粒混凝土、粉煤灰陶粒混凝土、黏土陶粒混凝土、自然煤矸石混凝土及火山灰渣混凝土等。按强度等级应划分为:LC5.0、LC7.5、LC10、LC15、LC20、LC25、 LC30、LC35、LC40、LC45、LC50、LC55、LC60。按用途又可分为保温轻骨料混凝土,结构保温轻骨料混凝土,结构轻骨料混凝土。

性能

熱工性能

轻骨料是一种多孔材料,内部结构疏松多孔。轻骨料混凝土的这种多孔结构特征使其导热系数和线膨胀系数都小于普通混凝土,熱工性能较好,所建造结构的保温、抗高温和耐火极限等性能均超过普通混凝土结构。由于轻骨料混凝土熱工性能优良,它被广泛用作保温隔热材料,如预制保温墙板和砌块、预制式保温屋面板。

變形性能

轻骨料混凝土的變形性能包括彈性模量、徐变收缩性能和溫度變形。

彈性模量

混凝土的彈性模量很大程度上取决于骨料和硬化水泥浆体的彈性模量及胶骨比。轻骨料的彈性模量比砂石低,轻骨料混凝土彈性模量一般比普通水泥混凝土的低25%~65%,轻骨料的密度越小,轻骨料混凝土彈性模量也越小。

收縮變形

輕骨料的含水率對混凝土收縮隨時間發展的特性影響很大,由于輕骨料“蓄水池”作用,高含水率的輕骨料混凝土早期收縮小于普通混凝土,但最終收縮大于普通混凝土;低含水率輕骨料混凝土的收縮始終大于普通混凝土。

徐變性能

轻骨料“蓄水池”作用对轻骨料混凝土徐变作用影响很小,轻骨料混凝土的徐变系数小于普通混凝土,但由于轻骨料混凝土的彈性模量较小,徐变值大于普通混凝土。

溫度變形

由于轻骨料的彈性模量比砂石小,轻骨料对水泥浆体溫度變形的约束力也比砂石小,所以轻骨料混凝土的溫度變形比普通水泥混凝土要大。

耐久性能

輕骨料混凝土不同使用條件下的抗凍性、抗滲性、抗碳化性以及結構輕骨料混凝土的氯離子含量應滿足《輕骨料混凝土技術規程》JGJ51-2002相關要求。

技術難點

01

輕骨料混凝土的離析問題

由于輕骨料的密度較小,在混凝土攪拌過程中,輕骨料容易上浮,産生離析現象。該問題的解決措施如下:

1

摻入矽灰或粉煤灰。在配制輕骨料時摻入矽灰或粉煤灰有以下幾方面的作用:第一,減少膠凝漿體和集料之間的密度差。矽灰和粉煤灰的密度小于水泥,摻入這些礦物外加劑後膠凝漿體的密度有所降低,縮小了膠凝漿體和輕骨料之間的密度差,從而減少了輕骨料上浮的推動力。第二,增大膠凝漿體的黏度。摻入矽灰或粉煤灰後,膠凝漿體的黏度將增大,從而增大了混凝土攪拌過程中顆粒運動的阻力,因而減慢了輕骨料上浮的速度。

2

控制輕骨料的粒徑,選擇合適的輕骨料級配。一方面減小粒徑有利于控制骨料的上浮。另一方面,骨料的級配對混凝土的穩定性有較大的影響,骨料級配越好,空隙越少,在保證流動性前提下所需的膠凝漿體的體積含量越少。

3

采用裹藝工藝.裹藝工藝,就是先將骨料與少量的水泥漿混合一下,使骨料表面預先黏上一層水泥漿,然後再與其余原材料一起攪拌。骨料表面黏漿具有兩個作用:①增大了骨料的密度,減少了骨料與膠凝漿體之間的密度差;②改善骨料顆粒的表面性質,提高骨料與膠凝漿體之間的黏結力。因此,裹藝工藝可以提高輕骨料混凝土的抗離析能力。

02

輕骨料混凝土的坍落度損失問題

輕骨料混凝土的坍落度損失主要源于骨料的吸水,減小了拌合物的流動性。減少攪拌後骨料的吸水是減小輕骨料混凝土坍落度損失的重要途徑,其具體措施包括以下幾方面:

1

對骨料進行預濕處理。攪拌混凝土之前,對輕骨料進行預濕處理,使輕骨料預先吸足水,則可以有效減少混凝土坍落度損失。對輕骨料進行預濕處理時要注意:①足夠的預濕時間。如果預濕處理時間不足,骨料並沒有完全吸足水。制備成混凝土後仍然繼續吸水,導致混凝土坍落度損失,不同輕骨料的吸水速度是不同的,需根據骨料的吸水性來掌握預濕處理時間。②采用泵送工藝時,要注意壓力吸水率和常壓吸水率之差。預濕處理相當于常壓下吸水,而高壓泵送混凝土時,仍然有一部分水被壓進骨料,使新拌混凝土變稠。因此,對于壓力吸水率與常壓吸水率相差較大的骨料,應對集料進行近似于泵壓狀態下的預濕處理,以滿足泵送要求。

2

選擇合適的施工工藝。不同的施工工藝對骨料的吸水率有不同的要求,特別是對壓力吸水率與常壓吸水率之差有不同的要求。如果采用吊車鬥運送混凝土,要求骨料的常壓吸水率小一些。如采取高壓泵送混凝土,則要求骨料的壓力吸水率不能太大。因此須根據骨料的性能選擇合適的施工工藝。

03

輕骨料混凝土的收縮問題

低彈性模量的骨料和较高的水泥用量使轻骨料混凝土收缩较大,容易造成建筑物开裂。通过以下两种措施可以减少轻骨料混凝土的收缩:①预湿处理,轻骨料含水率大于12.45%时,轻骨料混凝土的早期收缩率低于同条件的普通混凝土;②添加膨胀剂、粉煤灰和纤维,膨胀剂和粉煤灰使轻骨料混凝土具有微膨胀性,能够补偿收缩,纤维也能够有效减小轻骨料混凝土的收缩。

原材料

(1)轻骨料混凝土所用水泥应符合现行国家标准《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》(GB 175)和《矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥》(GB 1344)的要求。当采用其他品种的水泥时,其性能指标必须符合相应标准的要求。

(2) 轻骨料混凝土所用轻骨料应符合国家现行标准《轻集料及其试验方法第 1部分:轻集料》(GB/ T l 7431. 1)和《膨胀珍珠岩》 (JC 209)的要求;膨胀珍珠岩的堆积密度应大于 80kg/ m3 。

(3)轻骨料混凝土所用普通砂应符合国家现行标准《普通混凝土用砂质量标准及检验方法》(JGJ 52)的要求。

(4) 混凝土拌和用水应符合国家现行标准《混凝土拌和用水标准》(JGJ 63)的要求。

(5) 轻骨料混凝土矿物掺和料应符合国家现行标准《用于水泥和混凝土的粉煤灰》(GB 1596)、《粉煤灰在混凝土和砂浆中应用技术规程》 (JGJ 28)、《粉煤灰混凝土应用技术规范》(GBJ 146)和《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》 (GB/ T 18046)的要求。

(6)轻骨料混凝土所用的外加剂应符合现行国家标准《混凝土外加剂》(GB 8076)的要求。

配合比設計

轻骨料混凝土的配合比設計主要应满足抗压强度、密度和稠度的要求,并以 合理使用材料和节约水泥为原则。必要时尚应符合对混凝土性能(如彈性模量、碳化和抗冻性等)的特殊要求。

轻骨料混凝土配合比中的轻粗骨料宜采用同一品种的轻骨料。结构保温轻骨 料混凝土及其制品掺入煤(炉)渣轻粗骨料时,其掺量不应大于轻粗骨料总量的 30%,煤 (炉)渣含碳量不应大于 10%。为改善某些性能而掺入另一品种粗骨料时,其合理掺量应通过试验确定。

在轻骨料混凝土配合比中加入化学外加剂或矿物掺和料时,其品种、掺量和 对水泥的适应性,必须通过试验确定。

大孔轻骨料混凝土和泵送轻骨料混凝土的配合比設計应符合《轻骨料混凝土技术规程》JGJ51附录 A 和附录B的规定。

轻骨料混凝土配合比設計时的水泥用量、水胶比、砂率等设计参数选择可依据《轻骨料混凝土技术规程》JGJ51进行。

生産質量控制

(1)轻骨料进厂(场)后,应按现行国家标准《轻集料及其试验方法》(GB/T l7431.1—2)的要求进行检验验收,对配制结构用轻骨料混凝土的高强轻骨料,还应检验强度等级。请

(2)輕骨料的堆放和運輸應符合下列要求:輕骨料應按不同品種分批運輸和堆放,不得混雜;輕粗骨料運輸和堆放應保持顆粒混合均勻,減少離析。采用自然級配時,堆放高度不宜超過2m,並應防止樹葉、泥土和其他有害物質混入;輕砂在堆放和運輸時,宜采取防雨措施,並防止風刮飛揚。

(3)在气温高于或等于 5℃的季节施工时,根据工程需要,预湿时间可按外界气温和来料的自然含水状态确定,应提前半天或一天对轻粗骨料进行淋水或泡水预湿,然后滤于水分进行投料。在气温低于5℃时,不宜进行预湿处理。

(4)大孔径骨料混凝土的施工应符合《轻骨料混凝土技术过程》JGJ55的附录A的规定,轻骨料混凝土的泵送施工应符合附录 B的规定。

(5)應對輕粗骨料的含水率及其堆積密度進行測定。對預濕處理的輕粗骨料,可不測其含水率,但應測定其濕堆積密度。

(6)輕骨料混凝土生産時,砂輕混凝土拌和物中的各組分材料應以質量計量;全輕混凝土拌和物中輕骨料組分可采用體積計量,但宜按質量進行校核。輕粗、細骨料和摻和料的質量計量允許偏差爲±3%;水、水泥和外加劑的質量計量允許偏差爲±2%。

(7)輕骨料混凝土拌和物必須采用強制式攪拌機攪拌。

(8)轻骨料混凝土全部加料完毕后的搅拌时间,在不采用搅拌运输车运送混凝土拌和物时,砂轻混凝土不宜少于 3min;全轻或干硬性砂轻混凝土宜为 3~4min。对强度低而易破碎的轻骨料,应严格控制混凝土的搅拌时间。

(9)外加劑應在輕骨料吸水後加入。采用粉狀外加劑,可與水泥同時加入。

質量運輸控制

(1)拌和物在運輸中應采取措施減少坍落度損失和防止離析。當産生拌和物稠度損失或離析較重時,澆築前應采用二次拌和,但不得二次加水。

(2)拌和物从搅拌机卸料起到浇入模内的延续时间不宜超过 45min。

(3)當用攪拌運輸車運送輕骨料混凝土拌和物,因運距過遠或交通問題造成坍落度損失較大時,可采取在卸料前摻入適量減水劑進行攪拌的措施,滿足施工所需和易性要求。

施工質量控制

(1)轻骨料混凝土拌和物浇筑倾落的自由高度不应超过 1.5m。当倾落高度大于 1.5m 时,应加串筒、斜槽或溜管等辅助工具。

(2)輕骨料混凝土拌和物應采用機械振搗成型。對流動性大、能滿足強度要求的塑性拌和物以及結構保溫類和保溫類輕骨料混凝土拌和物,可采用插搗成型。幹硬性輕骨料混凝土拌和物澆築構件,應采用振動台或表面加壓成型。

(3)现场浇筑的大模板或滑模施工的墙体等竖向结构物,应分层浇筑,每层浇筑厚度宜控制在 300~350mm。

(4)浇筑上表面积较大的构件,当厚度小于或等于 200mm 时,宜采用表面振动成型;当厚度大于200mm 时,宜先用插入式振捣器振捣密实后,再表面振捣。

(5)用插入式振搗器振搗時,插入間距不應大于棒的振動作用半徑的一倍,連續多層澆築時,插入式振搗器應插入下層拌和物約50mm。

(6)振搗延續時間應以拌和物搗實和避免輕骨料上浮爲原則。振搗時間應根據拌和物稠度和振搗部位確定,宜爲10~30s。

(7)澆築成型後,宜采用拍板,刮板,輥子或振動抹子等工具,及時將浮在表層的輕粗骨料顆粒壓入混凝土內。若顆粒上浮面積較大,可采用表面振動器複振,使砂漿返上,再作抹面。

養護

(1)轻骨料混凝土浇筑成型后应及时覆盖和喷水養護。

(2)采用自然養護时,用普通硅酸盐水泥、硅酸盐水泥、矿渣水泥拌制的轻骨料混凝土,湿養護时间不应少于 7d;用粉煤灰水泥、火山灰水泥拌制的轻骨料混凝土及在施工中掺缓凝型外加剂的混凝土,湿養護时间不应少于14d。轻骨料混凝土构件用塑料薄膜覆盖養護时,全部表面应覆盖严密,保持膜内有凝结水。

(3)轻骨料混凝土构件采用蒸汽養護时,成型后静停时间不宜少于2h,并应控制升温和降温速度。

(4)保溫和結構保溫類輕骨料混凝土構件及構築物的表面缺陷,宜采用原配合比的砂漿修補。結構輕骨料混凝土構件及構築物的表面缺陷可采用水泥砂漿修補。

質量檢驗與驗收

(1)轻骨料混凝土拌和物的检验应按下列规定进行:检验拌和物各组成材料的称量是否与配合比相符。同一配合比每台班不得少于一 次;检验拌和物的坍落度或维勃稠度以及表观密度,每台班每一配合比不得少于一次。

(2)轻骨料混凝土强度的检验应按下列规定进行,其检验评定方法应按现行国家标准《混凝土强度检验评定标准》(GBJ 107)执行。每 100 盘,且不超过 100m3 的同配合比的混凝土,取样次数不得少于一次;每一工作班拌制的同配合比混凝土不足 100 盘时,取样次数不得少于一次。

(3)混凝土干表观密度的检验应按下列规定进行,其检验结果的平均值不应超过配合比設計值的±3%。连续生产的预制厂及预拌混凝土搅拌站,对同配合比的混凝土,每月不得少于四次;单项工程,每 100m3 混凝土的抽查不得少于一次,不足者按 100m3计。

(4)轻骨料混凝土工程验收应按现行国家标准《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB 50204)的有关规定执行。

(5)大孔輕骨料混凝土和泵送輕骨料混凝土的施工工藝以及質量檢驗和驗按照《輕骨料混凝土技術規程》JGJ51中附錄A和附錄B要求進行。

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