利用预处理法制备高强轻骨料混凝土的研究

【机构】 河北建筑工程学院； 中铁十七局集团第五工程有限公司； 北京建工新型建材有限责任公司；

【摘要】 为了得到和易性好、强度高的轻骨料混凝土,采用预处理法、掺加矿物掺合料等措施,制备高强轻骨料混凝土。试验根据矿物掺合料的特性,设计了碎石型轻骨料混凝土的配合比,对比了预处理骨料方法对混凝土和易性和强度的影响。试验结果表明:预处理骨料方法可以提高混凝土拌合物的和易性和抗压强度。配合比为水泥∶粉煤灰∶硅灰∶轻骨料∶砂∶水=300∶187.5∶75∶554∶540∶182,减水剂掺量0.85%,采用预处理法制备的碎石型轻骨料混凝土坍落度达270 mm,1 h经时损失量为0 mm,拌合物无离析、泌水、轻骨料无上浮现象,轻骨料混凝土干表观密度小于1 740 kg/m3,28 d抗压强度达到了52.6 MPa。 更多还原

【关键词】 轻骨料； 矿物掺合料； 预处理法； 抗压强度； 和易性； 

 0.引言

随着现代土木工程日益向着高耸、大跨、重载的方向发展,使用天然密实骨料如碎石、卵石等制备的普通混凝土材料自重过大的缺点也日趋明显，但使用轻质骨料制备高强轻骨料混凝土，为减轻混凝土材料的自重提供了有效的途径。但目前轻骨料混凝土的质量和产量还远远不能满足建筑业高速发展的需要，并且存在施工时仍存在轻骨料上浮和经时损失大等问题，制备的轻骨料混凝土在达到质轻时难以高强。提高轻骨料混凝土的质量，大力推广应用轻骨料混凝土，仍是摆在所有技术人员面前的一项重要任务[1]。为了解决上述问题，本文采用预处理法即对轻骨料进行浸水预湿、对胶凝材料砂浆进行预拌的方法，以及复掺矿物掺合料等等，制备了高强轻骨料混凝土。研究了工艺方法对轻骨料混凝土和易性和强度的影响规律，探究配制质轻高强的轻骨料混凝土的最优化方案，为工程制备质轻高强轻骨料混凝土提供了可行的技术途径。

1.原材料与配方

1.1 原材料

1.1.1水泥

试验使用水泥为宣化金隅水泥厂生产金隅P.O 42.5普通硅酸盐水泥，其物理力学指标如表1所示。

1.1.4减水剂与矿物掺合料

采用北京建恺外加剂有限公司生产的JK-2型萘系高效减水剂，其外观为黄褐色粉状物，PH值为7-9,含水量为10%，净浆流动度为230mm，细度为0.315mm筛筛余为12%，消泡时间为30秒。

矿物掺合料为粉煤灰和硅灰，粉煤灰为大唐国际发电股份有限公司张家口发电厂Ⅱ级粉煤灰，比表面积为468 m² /kg，密度为2.2-2.4g/cm³。硅灰采用鞍山鞍美国贸实业有限公司生产的硅灰，堆积密度为200～250kg/m³，细度小于1µm的占80%以上，平均粒径在0.1～0.3µm，比表面积为20000～28000m²/kg。

1.2轻骨料混凝土的配合比设计

考虑了该轻骨料混凝主要应用于泵送，因此轻骨料混凝土配合比设计坍落度大于160mm的大流动性混凝土。轻骨料混凝土的初步配合比设计根据JGJ51－2002《轻骨料混凝土技术规程》进行，考虑轻骨料上浮，经时损失大的问题，根据文献[2-4]关于粉煤灰和硅灰对混凝土拌合物性能的影响，在碎石型轻骨料混凝土配方设计中，以粉煤灰取代水泥，以达到提高流动性，减少经时损失的目的；以硅灰取代水泥，以改善混凝土上浮及提高混凝土的早期强度的目的，碎石型轻骨料混凝土配方与编号列于表4。

1.3轻骨料混凝土的制备

1.3.1轻骨料的预湿处理

轻骨料的处理工艺分为轻骨料不预湿和轻骨料预湿法。前者是直接使用自然状态轻骨料进行轻骨料混凝土制备，后者是在轻骨料混凝土制备前，对所使用的轻骨料进行预吸水处理，使轻骨料饱水。为了比较两种工艺方法的效果，本试验中S1～S4的碎石型轻骨料采用不预湿法，加入的拌合水量包括净用水量和附加水量；S5～S8采用预湿法，加入的拌合水量为净用水量。

预湿法试验是在制备混凝土拌合物前，将称量好的轻骨料放入盛器中，加入足量的水浸泡骨料，浸泡24小时后，将骨料倒入编织袋内滤水30min，之后再倒入拧干的湿浴巾上，由两人分别握住两端，使骨料在浴巾上滚动8～10次后，与预拌砂浆拌合。

1.3.2胶凝材料砂浆预拌法

轻骨料混凝土拌合物的搅拌方法直接影响混凝土的强度，由于预拌胶凝材料砂浆法搅拌的混凝土，其强度可提高15%，并且可以节约水泥^[5]。因此本试验采取预拌胶凝材料砂浆法，搅拌流程如图1所示。

1.4 轻骨料混凝土性能测试

1.4.1坍落度、坍落扩展度和经时变化量测试

混凝土拌合物坍落度与坍落扩展度按照《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》（GB/T 50080-2002）的方法进行。根据坍落度和坍落扩展度数值计算工作性参数^[6]。坍落度１h经时变化量测定的方法按照《混凝土外加剂 》（GB8076-2008）方法进行。

1.4.2强度与干表观密度测试

将混凝土拌合物成型为100 mm×100 mm×100 mm立方体试件，放入养护室进行标准养护，分别测得7 d，28d的抗压强度。按照《轻骨料混凝土技术规程》JGJ51-2002中规定方法，采用破碎试件烘干法测定干表观密度。

2.试验数据及结果分析

2.1碎石型轻骨料混凝土拌合物的和易性与经时损失

在制备碎石型轻骨料混凝土拌合物时，对应两种不同轻骨料的拌合物，在测试了坍落度、坍落扩展度和1h后的坍落度后，分别计算工作度和经时损失量，具体数据见表5。

2.1.1预湿碎石轻骨料对混凝土工作性的影响

由表5可知，无论对骨料预处理与否，坍落度值均超过了235mm，流动性很好。预湿（S5-S8组）的碎石型轻骨料混凝土的坍落度比不预湿（S1-S4组）的有所增加，原因在于不预湿虽在混凝土拌和时多加了水量，但其难以被轻骨料完全均匀吸收，故存在某些轻骨料一浆体界面处水灰比偏低、局部浆体水灰比偏高的现象造成了新拌混凝土流动性下降^[7]。当拌合物流动性过大时，轻骨料混凝土由于轻骨料密度低于浆体密度而造成的轻骨料上浮、泌水，分层离析的现象，这将严重影响了混凝土拌合物的施工性能。本研究发现，采用预湿处理工艺后，泌水、离析和上浮现象被明显改变，表6记录了轻骨料混凝土拌合物的工作性能，而图2和图3是对不同处理方法的拌合物出现的泌水、离析状态进行拍照的结果。

由图2和图3对比分析可见，轻骨料预湿后S5-S8组拌合物的粘聚性和保水性比未预湿的S1-S4组均有所改善。当掺合料只有粉煤灰没有硅灰（S1和S5）时，胶凝材料总体比表面积小以及粉煤灰较为光滑的表面形貌，在一定程度上降低了浆体的粘度，因此S1与S5组中，均出现了明显的离析和泌水。但由表8可知，S5上浮现象有所减轻。由图2和图3对比也可见，S5拌合料中骨料被包裹的程度和拌合物的均匀性显然大于S1。复掺粉煤灰和硅灰的骨料预湿（S6-S8）组同样可见骨料被包裹的程度和拌合物的均匀性均高于未预湿组（S1-S4），上浮现象明显改善，粘聚性和保水性优于未预湿的S2-S4组。笔者认为在拌合阶段，由于预湿组的骨料不再干预拌合水在预拌胶凝材料砂浆中的均匀分配，可使预拌胶凝材料砂浆均匀的包裹骨料；而不预湿（S1-S5）组的骨料在拌合过程中，由于骨料的吸水作用不是瞬时完成的，因此在搅拌过程中，附加水量不会立刻被骨料全部吸收，且骨料在吸水时，又破坏了预拌胶凝材料砂浆的均匀性，导致拌合物的粘聚性、保水性较预湿组的差的结果。

 2.1.2预湿碎石轻骨料对混凝土经时损失的影响

由于试验使用的碎石型轻骨料1h吸水率较大，不利于拌合物保持出机的和易性。由表6可知，对于未预湿骨料的拌合物（S1-S4组）来说，因为骨料的吸水作用，导致混凝土经时损失量较大。而预湿骨料的拌合物（S5-S8组），因为预吸水的作用，基本没有经时损失。

2.2 碎石型轻骨料混凝土的强度和比强度

轻骨料和水泥石的界面区结构与骨料种类、表面织构、吸水性及水泥浆的组成及稠度有关。在混凝土配合比及轻骨料相同的情况下，骨料预湿工艺对轻骨料混凝土不同龄期强度的影响不尽相同。按标准方法对轻骨料混凝土拌合物成型养护后，测定了3d、7d、28d抗压强度值，测定结果见表7。由表7可知，经预湿处理的高性能轻骨料混凝土3d和7d抗压强度值低于未预湿的混凝土，而28天则高于未预湿的。提高的幅度高达13.6%。

轻骨料经预湿后在早期强度低与未预湿的，由于轻骨料预湿使轻骨料在水泥砂浆中的吸水能力减弱，轻骨料界面处的w／c降低幅度减小，界面强度随之降低，但随着时间的延长，胶凝材料水化消耗水分，胶凝材料浆内部湿度逐渐降低，轻骨料吸收的水分又返出来，其返水能力又因轻骨料预湿而增加，这使水化更充分，界面结构和孔隙结构更致密，所以其后期强度增加较明显^[8]。

由表7可知，预湿系列S5-S8组的比强度分别高于同配方的非预湿系列S1-S4组，最高比强度达到了0.03023。当矿物掺合料总量为40%时，骨料经预湿处理的S8组轻骨料混凝土的28d强度高，表观密度小，比强度高，具备了质轻高强的优良特点。这是因为随着水泥的不断水化, 轻骨料缓慢地向水泥浆中释放水分, 使轻骨料与水泥浆界面处未水化的水泥颗粒得以更充分地水化, 优化轻骨料与水泥浆的界面, 提高界面的粘结力, 因此经预湿后的轻骨料混凝土有了比强度高的优势。

3.结论

(1) 对轻骨料采用预湿处理的方法可以改善提高混凝土拌合物的和易性，减少轻骨料上浮现象和经时损失问题。

 (2) 经预湿处理的轻骨料混凝土3d抗压强度值低于未预湿的混凝土，而7d和28天经预湿处理的高性能轻骨料混凝土抗压强度值则高于未预湿的。

 (3) 预拌胶凝材料砂浆90s与预湿的碎石型轻骨料共同拌制60s，矿物掺合料中粉煤灰取代水泥量为25%、硅灰取代量为15%时，混凝土和易性较好，无离析、泌水现象，轻骨料不上浮，1h坍落度损失仅15mm，28天强度达到52.6MPa，干表观密度为1740kg/m3。

参考文献

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