高强轻骨料混凝土性能研究

轻骨料混凝土是一种有别于传统混凝土制备方法的新型混凝土，是为了满足现代建筑对于强度、稳固性等方面的要求而出现的，按照我国相关规定，轻骨料混凝土的定义是指用轻粗骨料、轻砂、水泥和水混合配制形成的一种干表观密度小于等于1950kg/m3的混凝土类型，而在轻骨料混凝土中，强度在LC30以上的就被称为高强轻骨料混凝土。高强轻骨料混凝土一般用浮石、火山渣、陶粒、膨胀矿渣、煤渣等原料制作而成，从原料可以看出高强轻骨料混凝土具有很好地环保性能，能够有效促进工业、矿产废渣的回收利用，不仅能够满足现代建筑强度需求，更能够节约资源，保护环境。

一、高强轻骨料混凝土的原材料选择及性能研究

制备高强轻骨料混凝土首先要确定原材料，可供选择的原材料类型丰富，不同的原材料参与制作后的高强轻骨料的性能也有所区别，实际制备时可以根据需要适当调整原材料的组合类型，以满足建筑要求。

1.水泥

水泥既是一种制备传统混凝土的原料，也是用来制备轻骨料混凝土的主要材料。但是与传统混凝土制备不同，高强轻骨料混凝土的制作不仅要考虑水泥的强度，还需要按照强度要求，符合一定的密度等级规定，因此，即使同样用水泥作为原材料制备，高强轻骨料混凝土在制备过程中采用的水、灰配比与传统混凝土是有所区别的。使用水泥制备高强轻骨料混凝土应该使水灰比例偏小，让混凝土呈较为干硬的状态，但是在制作过程中，为了在水灰比偏小的状态下保证浇灌的密实性可以将高效减水剂作为添加剂掺进混凝土中。用水泥为主要原材料制备的轻骨料混凝土具有较好的性能，抗压和抗折性能都能够达到标准水平以上，并且制作的混凝土含有较低含量的三氧化硫、氯离子等物质，在混凝土使用过程中能够有更高的安全性和环保性。

2.粉煤灰

粉煤灰是指在煤炭燃烧后形成的烟气中收集的细灰，是燃煤电厂在工业生产中排出的主要固体废物类型。这种工业废物具有很好的回收利用价值，可以用在高强轻骨料混凝土的制备上，并且能够具有很好的性能。使用粉煤灰、硅粉等矿物作为掺和料可以极大地改善混凝土的性能，提高混凝土的粘合性，可以是混凝土不泌水、不离析；单独使用粉煤灰掺和在混凝土中也可以提高混凝土的后期强度。通过将粉煤灰等矿物废料与水泥混合进行高强轻骨料混凝土的制备，能够有效改善混凝土的性能，制成高强轻骨料混凝土的细度、含水量、烧水量都可以达到远低于标准规定的水准，含硫量也普遍低于标准要求的3%的水准。使用粉煤灰进行高强轻骨料混凝土的制备，还可以帮助减少水泥的用量，利用工业固体废物降低混凝土造价，有效改善混凝土的性能指标，因此，目前具有十分良好的发展前景。

3.矿渣

矿渣一般是指高炉矿渣，即在冶炼工业中，从高炉中得到的废渣，是一种易熔的混合物，因其含有较丰富的矿物成分而被广泛地进行回收利用，将其加工成能够再次利用的宝贵工业材料。在高强轻骨料混凝土的制备中，矿渣也是作为一种混凝土掺和料参与制备。掺入矿渣制备高强轻骨料混凝土，能够有效提高混凝土的和易性，并且在相同的使用情况下，这种混凝土相比于传统混凝土能够减少水的用量，有效提高混凝土的抗压能力。

更重要的是，加入矿渣可以改善混凝土内部材料的性质，能够将水泥石中的组成部分进行优化，例如产生的凝胶物质可以将游离的石灰量减少甚至完全吸收消除；同时，掺入矿渣后，混凝土中高碱度的水化硅酸钙和游离石灰可以和矿渣中的活性二氧化硅发生化学反应形成一种新的低碱度的561622CaSioOH4HO物质，这种物质的存在可以更有效地提高混凝土的强度以及稳定性。利用矿渣作为掺和料加入混凝土制备中，能够有效改善混凝土性能，并且有效改善对环境的破坏程度，提高工业废物的回收利用效率。

4.粉煤灰陶粒

粉煤灰陶粒也是一种用于制备高强轻骨料混凝土的材料。粉煤灰陶粒是以粉煤灰为主要原料，加入适量的石灰、石膏、外加剂等物质，经过计算、配比、成型、水化和水热合成反应之后形成的一种人造轻骨料。这种材料具有较好的性能，密度低、筒压强度高、软化系数好、孔隙率高、抗冻性能好。同时，由于粉煤灰陶粒本身内部多孔隙，并且孔隙的形态、成分都比较均匀，因此还具有质轻、耐腐蚀、抗冻、抗震以及良好的隔热、隔音等全方面的性能，在吸水率、表观密度、烧失量等方面都优于标准数据，相比于传统混凝土有更全方面的性能。

二、高强轻骨料混凝土调配合比研究及对性的影响

1.高强轻骨料混凝土调配合比设计要求

高强轻骨料混凝土在制作之前应该首先进行调配合比的设计，根据实际强度要求调整原材料的混合比例，才能更符合强度要求，同时进行这种设计也可以帮助减少制备生产过程中不必要的原材料消耗，从性能和经济两方面对高强轻骨料混凝土的制备进行管理控制。对于不同的混凝土制备，具有不同的配合比设计要求。

（1）普通混凝土在配比时只需要考虑到强度要求，但是对于高强轻骨料混凝土的制备，在配合比设计时还要考虑到材料的密度要求，在工业制备中，满足强度要求和满足密度要求是有着较为矛盾的配比方式的，但为了达到很好的高强轻骨料混凝土的制备要求，需要从材料的化学和物理性质、材料运输、储存、温度等多方面进行控制，同时满足强度和密度的性能要求。

（2）高强轻骨料混凝土在强度方面的性能要求需要增大水泥配合比，但是水泥的用量的增加不仅会增加成本，更会导致混凝土的性能下降，因此需要加入高效减水剂进行混合调节，这就需要子啊配比时同时考虑水泥用量、净水用量以及减水剂的用量，增大了配比难度。

（3）配合比的设计还需要满足混凝土材料的耐久性以及保证变形性在规定范围之内，有这样的要求主要是因为高强轻骨料混凝土具有多孔隙的特点，为了保证混凝土在建筑施工中保证质量，需要对其耐久性以及变形性进行控制管理，这也需要在设计配合比的时候考虑到不同材料配合比对这两个方面性能的影响。

2.高强轻骨料混凝土调配合比的设计步骤

（1）设置试配强度高强轻骨料混凝土的强度在生产制备以及使用过程中都可能受到运输、搅拌、养护等各种因素影响而发生变化，其很终强度与预想强度往往都具有一定的差异性。从统计学角度来看，高强轻骨料混凝土的强度属于一种随机变量，即使是使用同一配比方案、在同一批次中生产出的混凝土材料，也有可能存在较大的强度差异。

因此，在各种因素的影响下，在设计高强轻骨料混凝土的配合比的时候，要考虑到可能存在的潜在误差，设置合理的试配强度范围，让强度变化处于可控制的范围之内，同时，在适配前的强度预设值应该略低于在实验室中适配强度，这是为了降低实际适配中外界因素对强度的影响带来的误差程度，保证试配强度的可靠性。

（2）确定水泥用量水泥的用量配比是影响高强轻骨料混凝土性能的很直接因素之一，直接关系到高强轻骨料混凝土的强度和密度比例。一般来说，水泥用量的增加会促进混凝土强度的增加，但同时也会造成密度的不断增大。为了保证高强轻骨料混凝土的强度与密度之间的一种平衡配比，经过不断的研究实验，目前国内外普遍比较认可的标准是高强轻骨料混凝土中水泥的用量保持在450～550kg/m3，这种比例下得到的混凝土在强度和密度性能上有比较平衡的状态，综合性能更加优越，我国在《轻骨料混凝土技术规程》中规定轻骨料混凝土的水泥用量应该保持550kg/m3以内，实际进行水泥用量的确定时，可以进一步在规定范围内进行实验，得到满足要求的很佳水泥用量。

（3）确定掺和料用量在高强轻骨料混凝土的制作中，掺和粉煤灰、矿渣等物质可以改善混凝土的性能，但是掺和料的用量配比也必须根据实际要求进行设计。粉煤灰可以使混凝土具有更高的强度和耐久性，环保且节约水泥，并且可以使混凝土具有更好的外观质量；加入矿渣可以改善混凝土中凝胶物质的组成成分，减少甚至消除游离石灰成分，使得混凝土的质量和强度得到进一步提升。

关于很佳的掺和料用量比例，国内外企业和研究机构都进行了众多实验探究，一般比较好的配比方案是粉煤灰的量约占总胶凝材料质量的20%左右，矿渣掺量约占总胶凝材料质量的10%左右。但是在实际制备中，根据混凝土的使用类型的不同，可以根据对混凝土的性能要求进一步调节掺和料的用量比例。

（4）确定水灰比以及净水用量高强轻骨料混凝土的净用水量主要是指调配过程中的用水量，不包括使用陶粒材料时的吸水率，在这种条件下测量出的水灰比称为净水灰比。高强轻骨料混凝土的水灰比以及净水用量对于混凝土的性能也有非常明显的影响。按照高强轻骨料混凝土的强度要求，一般来说应该使水灰比尽可能地保持很小，并且能够在实际作业中加入外加剂情况下也可以保证混凝土坍落程度，即保证混凝土的实际施工要求。一般净水量的确定需要根据混凝土的实际强度要求和作业要求综合考虑，一般建筑施工中的净用水量是按照210kg/m3的标准进行配制。

（5）确定砂率砂率就是指混凝土的颗粒化程度，即轻骨料与总体积的比例，砂率的大小对于混凝土的强度、可泵性等性能会有较为明显的影响，因此在确定砂率的过程中，也需要根据这几方面的性能要求来确定混凝土的砂率。

根据我国的《轻骨料混凝土技术规程》的要求，如果轻骨料为圆球形，则一般砂率范围在35%～45%之间，实际制作后的混凝土的砂率可能会有一些误差，需要在配比设计的阶段就考虑到这种误差，确定实际砂率变化范围，以免造成对性能的不利影响。

三、结语

高强轻骨料混凝土是在传统混凝土的基础上，通过改善原材料配方和材料用量比例来提高混凝土的性能，因此对于高强轻骨料混凝土的性能研究也应该从原材料选择、材料调配合比设计以及制作工艺三个方面来考虑，根据实际建筑应用对混凝土性能的要求合理选择混凝土制备方案。高强轻骨料混凝土相比于传统混凝土有强度高、比表面积大、稳定性好等主要优势，通过改变掺和料还可以使混凝土具有更好的抗震性和隔热、保温、隔音性能，使得高强轻骨料混凝土成为具有更加全方位的优越性能的建筑材料。目前对于高强轻骨料混凝土的应用已经比较广泛，建筑企业和政府应该进一步推进对高强轻骨料混凝土材料的研究，进一步改善混凝土性能，从而提高建筑质量，促进建筑材料发展。