陶粒混凝土配合比设计及施工

陶粒混凝土配合比设计及施工

刘铮

刘铮

中电投工程研究检测评定中心有限公司北京市100142

摘要：陶粒混凝土具有自重轻，隔热保温等性能，在桥梁、工业与民用建筑中应用越来越广泛。本文对陶粒混凝土的配合比进行设计，分析陶粒混凝土与普通混凝土的不同施工工艺，研究陶粒混凝土的工作性能和施工注意事项。

关键词：混凝土；陶粒；轻集料；配合比

0引言

随着科学技术和生产的不断发展，一些重大的混凝土结构工程对建筑要求不断增高，混凝土的各项性能也有了更严格的要求，普通混凝土的容重在2000Kg/m3～2400Kg/m3，它自重大，隔热性差等缺点限制了其在某些工程中的应用。

陶粒，作为一种轻骨料，因为本身的质地轻，保温隔热效果好而用于各种建筑工程。在电力建设工程中，陶粒还因为具有耐热、抗冻、耐酸碱、防腐及热膨胀系数低等性能被广泛应用。

1陶粒混凝土应用及发展现状

轻骨料混凝土在《轻骨料混凝土技术规程》（JGJ51-2002）中定义是：用轻粗骨料、轻砂（或普通砂）、水泥和水配制成的干表观密度不大于1950Kg/m3的混凝土。

人造轻粗骨料又称为陶粒。陶粒混凝土是由粘土陶粒、粉煤灰陶粒等轻容重粗骨料以及常用的砂、水泥、水等材料制作而成，属于轻骨料混凝土类型之一。它是一种比较理想的建筑材料，具有轻质、保温、隔热等诸多优点，并且变形性能良好，弹性模量较低。

陶粒据原料的不同可分为粘土陶粒、页岩陶粒、煤矸石陶粒和粉煤灰陶粒。按容重可分为一般容重陶粒、超轻容重陶粒、特轻容重陶粒。按颗粒大小可分为陶粒（粒径>5mm）和陶砂（粒径<5mm）。

目前陶粒混凝土已广泛应用于桥梁以及各种工业民用建筑上，陶粒与普通石料相比，具有比重轻，保温，隔热等功效，能够减轻混凝土自身的荷载，这些特点在各种建筑物上具有显著的实效意义，其次陶粒表面具有较粗的纹理，增大集料的表面摩擦系数，可以阻止混合料颗粒之间的移动，提高混合料的强度。

2陶粒混凝土的配合比设计

在内蒙古西乌金山电厂工程中，汽轮发电机屋面顶板采用C30陶粒混凝土，取代普通混凝土和岩棉的传统设计模式，做到既能达到结构性能，又起到保温效果。本文主要以此来描述陶粒混凝土的配合比设计和施工的注意事项等方面的事项。

2.1试验原材料

（1）陶粒：在结构用陶粒混凝土中，陶粒的质地很大程度上决定了混凝土的强度和刚度，砂浆的强度会大于陶粒本身的强度，陶粒混凝土破型时，断裂面往往产生在陶粒上，在选择陶粒上，应选择颗粒级配好、筒压强度高的陶粒。选用内蒙古包头市生产的粉煤灰陶粒，粒径为5-10mm，表观密度在800kg/m3，可以满足C30陶粒混凝土的配制要求。

（2）水泥：陶粒混凝土选用的水泥一般为符合国家标准的通用水泥即可，在西乌金山热电厂工程中，选用当地哈达图水泥厂生产的42.5级普通硅酸盐水泥，28天强度为45.6MPa。

（3）砂：在砂的选用上，最佳选用为颗粒级配II级的中砂，含泥量，泥块含量应符合《普通砼用砂、石质量及检验方法标准》（JGJ52）的要求，选用西乌旗福来顺采砂场提供的河砂，细度模数2.4为II区的中砂，堆积密度1400kg/m3。

（4）外加剂：混凝土外加剂是不可缺少的，由于配置的陶粒混凝土为非泵送型，所以选用的最佳外加剂是高效减水剂，符合标准《砼外加剂》（GB8076）要求，选用山西凯迪公司提供的萘系高效减水剂，经试验确定减水率为17%。

（5）水：当地用水符合标准《混凝土用水标准》（JGJ63）要求，可以用于陶粒混凝土的拌制。

2.2配合比设计

（1）确定试配强度

陶粒混凝土的配合比设计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（如弹性模量、抗水渗透、抗冻融等）的特殊要求。轻集料混凝土的配合比应通过计算和试配确定。为了使所配制的混凝土具有必要的强度保证率，混凝土试配强度应按下列公式确定：

f'cu=fcu˙k＋1.645σ（1）

式中f'cu——陶粒混凝土的试配抗压强度（MPa）；

fcu˙k——陶粒混凝土强度标准值（即强度等级）（MPa）；

σ——陶粒混凝土强度的总体标准差（MPa）。

根据表1查得σ为5.0.

（2）设计参数选择

陶粒混凝土配合比设计参数包括水泥用量、用水量、水灰比和砂率，其中最小水泥用量及最大水灰比应满足JGJ51规程要求。这里所说的水灰比是净水灰比，即每立方陶粒混凝土中的总用水量，扣除陶粒1h吸水量后的用水量。实际工作中，先根据水泥实际强度来选定水灰比、确定水泥用量及用水量，再按实际情况或规程选取合适的砂率。

1.按松散体积法计算各种材料用量。

每立方米粗细骨料用量：

Vs=Vt×Sp（2）

ms=Vs×ρ1s（3）

Va=Vt-Vs（4）

ma=Va×ρ1a（5）

式中，Vs、Va、Vt分别为每立方米细骨料、粗骨料和粗细骨料的松散体积（m3）；ms、ma分别为每立方米细骨料和粗骨料的用量（kg）；Sp为砂率（%）；ρ1s、ρ1a分别为细骨料和粗骨料的堆积密度（kg/m3）

2.根据净用水量和附加用水量计算总用水量。

mwt=mwn+mwa（6）

式中，mwt为每立方米总用水量，mwn、mwa分别为每立方米净用水量和附加用水量。

附加用水量计算：mwa=ma×wa，式中，wa为陶粒1h吸水率。

注：当陶粒含水时，必须在附加水量中扣除自然含水量。

3.计算混凝土干表观密度

按下式计算混凝土干表观密度，并与设计要求的干表观密度进行对比，当其误差大于2%，则应重新调整和计算配合比。

ρcd=1.15mc+ma+ms（7）

式中，ρ为陶粒混凝土干表观密度（kg/m3），ms为每立方米水泥用量（kg）。

2.3试配与调整

（1）材料准备

在试拌前，将准备试拌混凝土的每盘陶粒材料称量后，按1h的吸水率计算出用水量，事先将陶粒预湿。

（2）拌合成型及养护

用强制搅拌机进行搅拌，拌合时测量混凝土的坍落度，适当调整用水量，以达到要求的坍落度（100±20）mm。检验混凝土的振实表观密度，留置足够的混凝土试块，按要求进行标准养护和其它条件的养护。

（3）配合比的修正与选定

试件标准养护28d后，测定混凝土抗压强度和干表观密度。以既能达到设计要求的混凝土配制强度和干表观密度又具有最小水泥用量的配合比作为选定的配合比。

对选定的配合比进行校正。首先，按下式计算出的陶粒混凝土计算湿表观密度。

ρcc=mc+ma+ms+mwt（8）

式中，ρcc为按配合比各组成材料计算的湿表观密度（kg/m3），mc、mf、ma、ms、mwt分别为配合比计算所得的水泥、陶粒、砂和总用水量（kg/m3）。

然后将计算出的ρcc与拌合物的实测振实表观密度相比，按下式计算校正系数：

η=ρco/ρcc（9）

式中，ρco为混凝土拌合物实测振实湿表观密度（kg/m3）。

选定配合中的各项材料用量均乘以校正系数即为最终的配合比设计值。

3陶粒混凝土配制和施工的注意事项

（1）气温5℃以上的季节施工时，可根据工程需要，对轻集料进行预湿处理，一般应提前半天或一天对集料进行淋水、预湿，并待其表面无明水后再按设计配比要求掺和水泥、砂或外加剂。在气温5℃以下时，不宜进行预湿处理。

（2）陶粒混凝土配制时应严格控制用水量，以使水泥浆能包裹陶粒表面为宜，并应拌合均匀，随拌随用。

（3）陶粒混凝土配制时，应严格控制搅拌机的搅拌时间，以防时间过长击碎骨料。

（4）陶粒混凝土配制后，应随即施工，间隔时间不宜大于30分钟。如因输送距离远而使陶粒混凝土出现离析和干硬时，应在施工现场用人工洒水搅拌均匀后再施工。混凝土拌合物从搅拌机卸料起到浇筑入模止的延续时间不宜超过45min。

（5）振捣延续时间以拌合物捣实为准，振捣时间不宜过长，以防集料上浮。振捣时间随拌合物稠度、振捣部位等不同，宜在10～30s内选用。

（6）采用自然养护，浇筑成型后应防止表面失水太快，避免由于湿差太大而出现表面网状裂纹。脱模后应及时覆盖，或喷水养护。养护期不得少于7天，养护期间严禁在混凝土表面行走、操作、拖拉工具杂物，并至少三天后方可进行下一道工序施工。

4结论

结构用陶粒混凝土不仅要考虑陶粒本身的性能，还要注意混凝土达到设计强度，如果其他原材料不变，水灰比增加，混凝土强度也会随之增加，但水泥用量不宜过高，在施工过程中，还要注意陶粒上浮，使混凝土外表面工艺产生缺陷，虽然陶粒混凝土施工中存在一点的难度，但保温效果好，自重轻是它的优势。综上所述，陶粒混凝土是一种应用前景广阔的新型建筑材料，对轻质、隔热、保温结构工程具有广泛的推广意义。

参考文献：

[1]《轻骨料混凝土技术规程》JGJ51-2002[S]；北京：中国建筑工业出版社，2002

[2]王彦.《陶粒混凝土的施工性能研究》[D]；长沙理工大学；2009

[3]李方敏石鸿日.《陶粒混凝土配合比的优化设计》[J]；安徽电力；2010（03）

[4]王爽李江辉.《论陶粒混凝土在路面桥梁施工中应用》[J]；中小企业管理与科技（上旬刊）；2009（03）

[5]甄精莲段仲源.陶粒性质对陶粒混凝土性能的影响[J]；建筑结构；2007（07）

第一作者简介：刘铮，男，高级工程师。主要研究方向或从事范围：混凝土及工程质量；单位：中电投工程研究检测评定中心有限公司。