【摘 要】 為了促進(jìn)高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土(HSLC)在公路橋梁上的理論研究和實(shí)際應(yīng)用，文章在總結(jié)有關(guān)資料的基礎(chǔ)上，對(duì)HSLC配制方法進(jìn)行了全面系統(tǒng)的介紹和分析。針對(duì)預(yù)應(yīng)力HSLC梁橋在施工配合比方面存在的一些實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行了初步討論，提出了幾點(diǎn)改進(jìn)措施。
【關(guān)鍵詞】 高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土；配合比
【中圖分類號(hào)】 TU377【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 A【文章編號(hào)】 1007-7723（2005）04-0121-02
一、前 言
現(xiàn)代混凝土作為人造建筑材料已有170多年的歷史。在生產(chǎn)實(shí)踐過(guò)程中，隨著技術(shù)水平的提高，為了解決普通混凝土質(zhì)量大的缺點(diǎn)，人們逐漸開發(fā)出了混凝土的新品種一一輕質(zhì)混凝土。1913年美國(guó)首先用回旋窯燒制了頁(yè)巖陶粒，為輕質(zhì)混凝土的發(fā)展邁出了可喜的第一步。由于輕質(zhì)混凝土是一種比強(qiáng)度高，保溫耐火，抗震性能好，無(wú)堿集料反應(yīng)等新型混凝土，可廣泛應(yīng)用在各種工業(yè)與民用建筑等構(gòu)筑物上，具有很好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)價(jià)值，所以自上世紀(jì)60年代以來(lái)在世界各國(guó)獲得了長(zhǎng)足的發(fā)展和應(yīng)用，成為建筑材料工業(yè)中發(fā)展最快的輕質(zhì)高強(qiáng)的新型建筑材料之一。
在輕質(zhì)混凝土的發(fā)展初期，由于其強(qiáng)度較低且人們對(duì)其力學(xué)性質(zhì)研究較少，使其應(yīng)用的范圍有所局限。隨著研究的深入、高強(qiáng)輕集料即高強(qiáng)陶粒的問(wèn)世。人們利用高強(qiáng)陶粒配制出了密度等級(jí)為1600～1900，強(qiáng)度等級(jí)在LC30以上的，廣泛用于結(jié)構(gòu)的高強(qiáng)輕集料混凝土。它以優(yōu)良的力學(xué)性能和潛在的好處，在世界各國(guó)，特別是在北歐等國(guó)被廣泛地應(yīng)用于高層、超高層建筑結(jié)構(gòu)，大跨度橋梁和城市立交橋及海洋工程中。而在我國(guó)，由于對(duì)輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土的研究還不十分系統(tǒng)，其用于承重結(jié)構(gòu)的還不多。
二、HSLC基本概念及優(yōu)勢(shì)
1. 高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土的定義
高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土(High-Strength Light Weight Concrete，以下簡(jiǎn)稱HSLC)是指利用高強(qiáng)輕粗集料(在我國(guó)通常稱它為高強(qiáng)陶粒)、普通砂、水泥和水配制而成的干表觀密度不大于1950kg/m3，強(qiáng)度等級(jí)為L(zhǎng)C30以上的結(jié)構(gòu)用輕質(zhì)混凝土。從HSLC的定義我們可以看出，它除了和普通混凝土一樣牽涉到粗、細(xì)集料、水泥和水以外，所不同的是還涉及到表觀密度(原稱容重)的最大限值和最小的強(qiáng)度等級(jí)限值。
2. HSLC在公路橋梁中的優(yōu)勢(shì)
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，橋梁逐漸向大跨度發(fā)展，這也使混凝土自重大的缺點(diǎn)更加突出，限制了橋梁跨度的進(jìn)一步提高。HSLC以其高強(qiáng)、輕質(zhì)的特點(diǎn)，顯然能夠克服普通混凝土無(wú)法克服的自重過(guò)大的缺陷，實(shí)現(xiàn)橋梁跨度的進(jìn)一步提高。因此，在橋梁結(jié)構(gòu)向大跨、重載、輕質(zhì)、耐久方向發(fā)展的今天，HSLC當(dāng)是今后橋梁建設(shè)上主要使用的材料之一。HSLC在橋梁工程中的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
(1)減輕梁體自重，增大橋梁的跨越能力；
(2)減低梁高；
(3)提高橋梁的耐久性，延長(zhǎng)橋梁的使用壽命；
(4)抗震能力好；
(5)降低工程造價(jià)。
三、 HSLC配合比設(shè)計(jì)
HSLC配合比設(shè)計(jì)的任務(wù)在于確定能獲得預(yù)期性能而又最經(jīng)濟(jì)的混凝土各組成材料的用量，它和普通混凝土配合比設(shè)計(jì)的目的是相同的，即在保證結(jié)構(gòu)安全使用的前提下，力求達(dá)到便于施工和經(jīng)濟(jì)節(jié)約的要求。由于HSLC所使用高強(qiáng)陶粒的特性，它還不能像普通混凝土那樣，用一個(gè)較公認(rèn)的強(qiáng)度公式作為混凝土配合比設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。雖然，國(guó)內(nèi)外都有不少研究者提出了各種各樣的強(qiáng)度公式，但都存在很大局限性，離實(shí)際應(yīng)用還有很大差距。所以，現(xiàn)階段，主要還是通過(guò)參數(shù)的選擇和簡(jiǎn)單經(jīng)驗(yàn)公式的計(jì)算，最終經(jīng)過(guò)試驗(yàn)的方法來(lái)確定各組分材料的用量。
1. 確定試配強(qiáng)度。根據(jù)我國(guó)《輕集料混凝土技術(shù)規(guī)程》(JGJ51-90)的規(guī)定，HSLC的試配強(qiáng)度可由公式確定。
其中，
———試配強(qiáng)度，MPa； ———設(shè)計(jì)強(qiáng)度，MPa；
——— HSLC強(qiáng)度的總體標(biāo)準(zhǔn)差，MPa。
2. 選擇水泥品種和標(biāo)號(hào)
一般為325以上的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥。
3. 選擇水泥用量
水泥用量是影響棍凝土強(qiáng)度及其它性能最主要的參數(shù)之一，對(duì)HSLC來(lái)說(shuō)，水泥用量的選擇尤為重要，增加水泥用量固然可以使HSLC的強(qiáng)度提高，但也會(huì)使其密度增加。總的來(lái)講，HSLC的最大水泥用量不宜超過(guò)550kg/m3，當(dāng)采用泵送施工時(shí)，最小水泥用量不宜少于350kg/m3。
4． 選擇高強(qiáng)陶粒
HSLC一般要選擇密度等級(jí)>700、筒壓強(qiáng)度>5.0MPa、強(qiáng)度標(biāo)號(hào)>30MPa的圓球型高強(qiáng)陶粒，且其各項(xiàng)指標(biāo)應(yīng)滿足《輕骨料》GB/T17431.1有關(guān)要求的人造高強(qiáng)輕集料。
5． 選擇用水量和水灰比
HSLC的用水量和水灰比，分凈用水量和凈水灰比及總用水量和總水灰比，所謂凈用水量系指不包括高強(qiáng)陶粒1h吸水率在內(nèi)的混凝土用水量，其相應(yīng)的水灰比則為凈水灰比，在HSLC配合比設(shè)計(jì)中，一般用凈用水量和凈水灰比表示。HSLC的用水量(或水灰比)不僅對(duì)硬化混凝土的性能有很大影響，而且還直接影響拌合物的和易性。
6． 砂率的選擇
HSLC的砂率是以體積比來(lái)表示的，即以砂的體積與粗細(xì)集料總體積的百分比來(lái)表示的。砂率的提高，是HSLC文獻(xiàn)認(rèn)為在一定的砂率范圍內(nèi)：18%～60%強(qiáng)度提高的一個(gè)主要因素(但有關(guān)。砂率對(duì)HSLC的強(qiáng)度影響不大)，且其彈性模量也有所提高。但隨著砂率的提高，HSLC的表觀密度也逐漸增加.當(dāng)HSLC的強(qiáng)度等級(jí)為L(zhǎng)C40-LC60，砂率為40%左右時(shí)，混凝土拌合物的和易性最好。
7． 粗細(xì)集料用量
它是指配制1m3HSLC所需的高強(qiáng)陶粒和普通砂的密實(shí)體積，可參考《輕集料混凝土技術(shù)規(guī)程》(JGJ51-90)，用絕對(duì)體積法求出。
8． 摻和料等外加劑
由于HSLC的水泥用量與同強(qiáng)度等級(jí)的普通混凝土偏多，實(shí)踐證明，為減少水泥用量，改善和易性和其他一系列的物理力學(xué)性能，在HSLC中加入適量的摻和劑，如硅灰、優(yōu)質(zhì)粉煤灰、磨細(xì)高爐礦碴、F礦粉等，可獲得很好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。一般在配制LC50及以下的HSLC時(shí)，摻加粉煤灰即可，當(dāng)配制LC50以上的HSLC則需摻加硅粉等。在使用摻合料的同時(shí)，必須使用高效減水劑，以減小用水量，降低水灰比。粉煤灰的摻加采用“超量取代法”，且在預(yù)應(yīng)力HSLC中其取代水泥率不宜大于10%～15%，而對(duì)于硅粉的最大摻加量，根據(jù)ACI213委員會(huì)報(bào)告《硅粉用于混凝土》的觀點(diǎn)，“1kg硅粉可取代3～4kg水泥而不導(dǎo)致強(qiáng)度的降低。”
從目前的研究來(lái)看，改良HSLC的配合比，采用“雙摻”或“多摻”及復(fù)合摻加技術(shù)，即在加入高效減水劑的同時(shí)，根據(jù)混凝土性能的要求加入一種或幾種(復(fù)合化)超細(xì)活性礦物材料，并加大摻入的比例，可以大幅度提高拌合料的工作性能，并對(duì)其物理力學(xué)特性有較顯著的改善作用。
四、結(jié) 論
從本文可知，HSLC的施工條件要求較高，質(zhì)量不容易控制。施工時(shí)必須對(duì)HSLC采用“雙摻”或“多摻”等方法進(jìn)行改性，以提高拌合料的工作性能，保證HSLC的施工質(zhì)量。另外，我國(guó)應(yīng)加大高強(qiáng)陶粒的研究工作，盡快生產(chǎn)出高性能高強(qiáng)陶粒，從根本上改變HSLC的力學(xué)性能，為HSLC在公路橋梁上的廣泛使用鋪平道路。
【參考文獻(xiàn)】
[1] 趙志緒．新型混凝土及其施工工藝[M]．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1996.
[2] 王傳志，滕智明．鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)理論[M]．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1985.
[3] 龔洛書，柳春圃．輕集料混凝土[M]．北京：中國(guó)鐵道出版社，1996.
[4] 龔洛書．高強(qiáng)陶粒和高性能混凝土[J]．混凝土，2000，(2)．
[5] 鄧宗才．鋼筋與輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土基本體間粘結(jié)強(qiáng)度的研究[J]．建筑技術(shù)開發(fā)，1995，(5)
