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本文選自《商品混凝土》雜志2024年第6期

膨脹珍珠巖配制輕骨料泵送混凝土的技術(shù)應(yīng)用

路彬，王燕峰，張永強(qiáng)，孫志強(qiáng)

［摘要］本文詳細(xì)探討了利用膨脹珍珠巖配置輕骨料混凝土的研發(fā)過程、材料選擇、配合比設(shè)計(jì)、性能表現(xiàn)以及實(shí)際應(yīng)用效果。通過實(shí)際工程案例的驗(yàn)證，證明了 LC3.5 輕骨料泵送混凝土在實(shí)際施工中的可行性和有效性，為建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)了新的解決方案。

［關(guān)鍵詞］輕骨料混凝土；容重；可泵送性；隔熱保溫；耐火性

緒論

1.1研究背景及現(xiàn)狀

隨著全球?qū)?jié)能減排和綠色建筑理念的日益重視，建筑行業(yè)也在不斷尋求更加環(huán)保、高效、經(jīng)濟(jì)的建筑材料。輕骨料混凝土作為一種能夠有效降低建筑自重、提高保溫隔熱性能的新型材料，逐漸成為了建筑領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。膨脹珍珠巖作為輕骨料的重要組成部分，其獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)使其在配制輕骨料混凝土中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

輕骨料混凝土內(nèi)部含有豐富的氣泡，屬于多孔混凝土范疇。這類混凝土不僅能夠顯著降低建筑自重，還能有效提升建筑物的保溫隔熱性能，從而降低建筑能耗。本文將從輕骨料混凝土的發(fā)展歷程、原材料選擇、配合比設(shè)計(jì)、性能研究以及實(shí)際應(yīng)用等方面進(jìn)行全面闡述。

1.2 輕骨料混凝土的發(fā)展歷程

20世紀(jì)50年代以來，我國就開始了對(duì)輕骨料混凝土的研發(fā)和應(yīng)用。早期主要將泡沫劑摻入水泥粉煤灰料漿中制備泡沫混凝土保溫材料和砌塊，這些材料被廣泛用作屋面保溫和墻體隔熱。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，加氣混凝土、陶粒加氣混凝土等新型輕骨料混凝土相繼問世，進(jìn)一步豐富了輕骨料混凝土的種類和應(yīng)用領(lǐng)域。

進(jìn)入21世紀(jì)后，隨著環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)和建筑技術(shù)的提升，輕骨料混凝土的研究與應(yīng)用也邁上了新的臺(tái)階。膨脹珍珠巖作為一種性能優(yōu)異的輕骨料，逐漸在輕骨料混凝土中得到了廣泛應(yīng)用。

膨脹珍珠巖是珍珠巖礦石經(jīng)破碎、篩分、預(yù)熱，再在高溫中懸浮瞬間焙燒而成的一種具有封閉氣孔、輕質(zhì)粒狀材料。它容重輕、保溫性好，且具有一定強(qiáng)度，是較好的輕骨料之一。國內(nèi)外膨脹珍珠巖主要被用作建筑保溫和建筑灰漿的骨料。近年來亦開始用這種輕骨料配制成混凝土以用于承重結(jié)構(gòu)。這樣可降低鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)重量的30%35%，增大裝配構(gòu)件的尺寸，改善房屋保溫效果，降低造價(jià)。我國遼寧、河北、浙江等地?fù)碛刑N(yùn)藏量大的珍珠巖礦。由于珍珠巖的資源豐富、生產(chǎn)簡(jiǎn)易、性能優(yōu)越，故建筑工程中推廣和應(yīng)用珍珠巖混凝土具有一定優(yōu)勢(shì)。

本文所研究的容重800 kg/mLC3.5輕骨料泵送混凝土正是在這一背景下應(yīng)運(yùn)而生的新型輕骨料混凝土。

原材料的選擇和特性

膨脹珍珠巖輕骨料混凝土主要由膠結(jié)料（水泥）、摻合料（粉煤灰）、粗骨料（陶粒）、細(xì)骨料（膨脹珍珠巖砂）、外加劑、引氣劑和水所組成。合理的原材料選擇是保證混凝土性能的關(guān)鍵。

2.1水泥的選擇

水泥是混凝土的主要膠凝材料，其性能直接影響混凝土的強(qiáng)度和耐久性。選用烏海賽馬水泥股份有限公司生產(chǎn)的普通硅酸鹽水泥。該水泥具有早期強(qiáng)度高、標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量低、適應(yīng)性好等特點(diǎn)，能夠滿足輕骨料混凝土對(duì)膠凝材料的要求。具體性能指標(biāo)如表所示。

2.2粗骨料

粗骨料在混凝土中起到骨架作用，對(duì)混凝土的強(qiáng)度、施工性能及體積穩(wěn)定性有著重要影響。選用堆積密度低、吸水率低、筒壓強(qiáng)度高的頁巖陶粒作為粗骨料。這種骨料不僅能夠有效降低混凝土的自重，還能提高混凝土的保溫隔熱性能。具體性能指標(biāo)如表所示。

2.3 細(xì)骨料

細(xì)骨料主要用于填充粗骨料與水泥漿之間的空隙，對(duì)混凝土的密實(shí)度和施工性能有著重要影響。選用膨脹珍珠巖作為細(xì)骨料。具體性能指標(biāo)如表所示。

2.4粉煤灰

粉煤灰作為混凝土中的一種重要摻合料，不僅能夠有效降低水泥用量和容重，還能改善混凝土的耐久性和抗?jié)B性能。選用級(jí)粉煤灰作為摻合料。具體性能指標(biāo)如表所示。

2.5外加劑

為了改善混凝土的泵送性能和工作性，在800kg/mLC3.5輕骨料泵送混凝土中加入了聚羧酸高性能減水劑和引氣劑。這些外加劑能夠有效降低混凝土的水灰比和容重、提高混凝土的流動(dòng)性和可泵性。供應(yīng)商為江蘇蘇博特新材料股份有限公司。

輕骨料混凝土配比的設(shè)計(jì)及影響

膨脹珍珠巖混凝土的配比設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的過程，需要考慮多種因素的影響。本文基于珍珠巖松散容重和空隙率進(jìn)行計(jì)算，采用絕對(duì)體積法確定了各原材料的用量。

3.1水膠比和水泥用量的影響

水膠比是決定混凝土強(qiáng)度的主要因素之一。通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在水膠比適中的情況下（0.450.85范圍內(nèi)），隨著水膠比的增加，混凝土的強(qiáng)度會(huì)有所降低；反之，則強(qiáng)度提高。同時(shí)，水泥用量的增加也會(huì)提高混凝土的強(qiáng)度。這是因?yàn)樵黾铀嘤昧磕軌蚪档退z比、提高砂漿強(qiáng)度并加強(qiáng)混凝土的骨架作用。

3.2珍珠巖骨料容重的影響

膨脹珍珠巖的堆積密度對(duì)混凝土的容重有著顯著影響。試驗(yàn)表明，堆積密度較低的膨脹珍珠巖所配制的混凝土容重相對(duì)較低；而堆積密度較高的膨脹珍珠巖所配制的混凝土容重相對(duì)較高。因此，在配比設(shè)計(jì)中需要根據(jù)具體要求進(jìn)行合理選擇。

3.3配合比設(shè)計(jì)優(yōu)化

3.3.1水膠比

經(jīng)前期試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，確定水膠比W/B，本文設(shè)計(jì)選取水膠比為0.8

膠凝材料密度

= 1/[] =330(kg/m

其中

——混凝土中的水泥、粉煤灰占比

——水泥、粉煤灰的表觀密度，kg/m

3.3.2骨料體系密度等于輕骨料表觀密度

= 280kg/m3

3.3.3設(shè)計(jì)容重下膠凝材料用量計(jì)算

設(shè)計(jì)容重為800950kg/m，設(shè)為800kg/m

水單方用量

= M[(W/B)/(1+W/B)] = 280(kg/m

其中

——混凝土設(shè)計(jì)容重kg/m

——膠凝材料密度，kg/m

3.3.4膠材單方用量

= M[1/(1+W/B)] = 370(kg/m

水泥單方用量 = m= 320(kg/m

粉煤灰單方用量 = m= 50(kg/m

減水劑單方用量，設(shè)計(jì)摻量2.7%則：

= m= 10(kg/m

3.3.5骨料用量計(jì)算

輕骨料單方用量：= m - m = 230(kg/m

通過多次試驗(yàn)和調(diào)整，最終確定了容重800kg/mLC3.5輕骨料泵送混凝土的基準(zhǔn)配合比，見表5。該配合比在保證混凝土輕質(zhì)特性的同時(shí)，還具有良好的工作性能和隔熱保溫性能。

性能研究

為了驗(yàn)證容重800kg/mLC3.5輕骨料泵送混凝土的性能表現(xiàn)，進(jìn)行了多項(xiàng)力學(xué)性能和物理性能測(cè)試。結(jié)果表明，該混凝土在強(qiáng)度、隔熱保溫性能以及泵送性能等方面均表現(xiàn)出色。

4.1力學(xué)性能

通過抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度等力學(xué)性能測(cè)試發(fā)現(xiàn)，容重800kg/mLC3.5輕骨料泵送混凝土的力學(xué)性能能夠滿足設(shè)計(jì)要求。其中抗壓強(qiáng)度達(dá)到了設(shè)計(jì)要求的標(biāo)準(zhǔn)值以上。

4.2隔熱保溫性能

容重800kg/mLC3.5輕骨料泵送混凝土由于采用了膨脹珍珠巖等輕質(zhì)骨料，因此具有優(yōu)異的隔熱保溫性能。試驗(yàn)表明該混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)混凝土材料，能夠顯著降低建筑物的能耗并提高室內(nèi)舒適度。

4.3 泵送性能

在泵送施工過程中容重800kg/mLC3.5輕骨料泵送混凝土表現(xiàn)出良好的流動(dòng)性和可泵性，泵送時(shí)未出現(xiàn)堵管現(xiàn)象，確保了施工的連續(xù)性和高效性。這主要得益于混凝土中加入了適量的外加劑，且膠凝材料、骨料合理級(jí)配，優(yōu)化了混凝土的工作性能。

應(yīng)用實(shí)例與效果分析

5.1國內(nèi)西北某公司的工程應(yīng)用

國內(nèi)西北某公司在某工程項(xiàng)目中成功應(yīng)用了LC3.5輕骨料泵送混凝土。該項(xiàng)目主要需求為降低建筑自重、提高保溫隔熱性能以及滿足泵送施工要求。通過采用陶粒與珍珠巖的配合比設(shè)計(jì)成功制備出容重為800kg/m的輕骨料泵送混凝土并在實(shí)際施工中展現(xiàn)出優(yōu)異的性能。

泵送效果：在泵送施工過程中LC3.5輕骨料泵送混凝土表現(xiàn)出良好的流動(dòng)性和可泵性，未出現(xiàn)堵管現(xiàn)象，確保了施工的連續(xù)性和高效性。

容重與隔熱效果：實(shí)測(cè)容重完全符合設(shè)計(jì)要求，同時(shí)其隔熱性能顯著優(yōu)于傳統(tǒng)混凝土，有效降低了建筑能耗，提高了室內(nèi)舒適度。

力學(xué)性能：通過現(xiàn)場(chǎng)取樣測(cè)試LC3.5輕骨料泵送混凝土的抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度等力學(xué)性能，均滿足設(shè)計(jì)要求，確保了結(jié)構(gòu)的安全性。

5.2效果分析

節(jié)能環(huán)保：LC3.5輕骨料泵送混凝土采用輕質(zhì)骨料和環(huán)保材料，降低了生產(chǎn)過程中的能耗和排放，符合可持續(xù)發(fā)展理念。其優(yōu)異的隔熱性能也有助于減少建筑能耗，提高能源利用效率。

施工效率：采用泵送的施工方式提高了施工效率，縮短了工期，減少了人力成本。同時(shí)混凝土良好的流動(dòng)性和可泵性，確保了施工過程的順暢進(jìn)行，降低了施工難度和風(fēng)險(xiǎn)。

結(jié)構(gòu)性能：通過優(yōu)化配合比設(shè)計(jì)和嚴(yán)格的質(zhì)量控制，LC3.5輕骨料泵送混凝土在保持輕質(zhì)特性的同時(shí)確保了良好的力學(xué)性能和耐久性，滿足了結(jié)構(gòu)安全性的要求。

經(jīng)濟(jì)效益：從長(zhǎng)期來看，使用容重800kg/mLC3.5輕骨料泵送混凝土，能夠降低建筑的總成本，包括材料成本、運(yùn)輸成本、施工成本以及后期的維護(hù)成本。同時(shí)其節(jié)能環(huán)保的特點(diǎn)也有助于提升建筑的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和品牌價(jià)值。

發(fā)展趨勢(shì)

隨著科技的不斷進(jìn)步和建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，LC3.5輕骨料泵送混凝土的研究與應(yīng)用將呈現(xiàn)以下發(fā)展趨勢(shì)：

（1）綠色化：采用更加環(huán)保的原材料和生產(chǎn)工藝，降低混凝土生產(chǎn)過程中的能耗和排放。

（2）高性能化：通過優(yōu)化配合比設(shè)計(jì)和采用新型外加劑、摻合料等手段，提高混凝土的力學(xué)性能和耐久性能。

（3）智能化：利用智能化技術(shù)實(shí)現(xiàn)混凝土生產(chǎn)、運(yùn)輸和施工的自動(dòng)化和智能化控制，提高施工效率和質(zhì)量。

結(jié)論與展望

通過初步試驗(yàn)和應(yīng)用實(shí)踐可以看出，容重800kg/mLC3.5輕骨料泵送混凝土在超輕、隔熱保溫、施工方便等方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，能夠滿足一般承重和非承重結(jié)構(gòu)工程配制混凝土的需要。尤其對(duì)靠近珍珠巖礦且有焙燒條件的地區(qū)，珍珠巖混凝土具有廣闊的發(fā)展前景。

未來隨著科技的進(jìn)步和建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，容重800kg/mLC3.5輕骨料泵送混凝土將在更多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。相信在不久的將來，容重800kg/mLC3.5輕骨料泵送混凝土將成為建筑行業(yè)中不可或缺的新型材料，為建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

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供稿人：路彬，王燕峰等

編輯員：李海亮

審核人：孫繼成，寧夏

【標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范】

《建筑固廢再生砂粉應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》行標(biāo)

《建筑物綠色拆除與建筑垃圾綜合利用技術(shù)規(guī)程》CECS

《預(yù)拌混凝土使用說明書》團(tuán)標(biāo)

《砂漿和混凝土用石屑》團(tuán)標(biāo)

《預(yù)拌混凝土產(chǎn)品質(zhì)量追溯規(guī)范》團(tuán)標(biāo)

【會(huì)議培訓(xùn)】

2025全國混凝土行業(yè)創(chuàng)新發(fā)展與廢棄物資源再生技術(shù)交流大會(huì)

第十屆全國建筑固廢和尾礦泥漿處理及資源化利用大會(huì)暨中國砂石協(xié)會(huì)建筑固廢利用分會(huì)年會(huì)

2025第二十一屆全國商品混凝土可持續(xù)發(fā)展論壇暨2025中國商品混凝土年會(huì)

預(yù)拌（商品）混凝土應(yīng)用技術(shù)和工藝技能線上培訓(xùn)

混凝土（砂漿）試驗(yàn)檢測(cè)方法實(shí)操教學(xué)線上培訓(xùn)

【咨詢服務(wù)】

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高速公路及橋涵高性能混凝土技術(shù)咨詢

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產(chǎn)品檢測(cè)

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[綠滿庭院]《HJ建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)自保溫技術(shù)體系》推廣等

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低碳膠凝材料研發(fā)與制備

復(fù)合摻合料和再生復(fù)合摻合料研發(fā)與制備

建筑垃圾處置與資源化利用

建筑垃圾再生砂粉應(yīng)用技術(shù)

建筑垃圾再生輕粗骨料技術(shù)

碳化再生骨料制備技術(shù)

【期刊著作】

《新技術(shù)在混凝土中的應(yīng)用》圖書

《常見預(yù)拌混凝土質(zhì)量事故分析百例》圖書

《預(yù)拌混凝土企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化試驗(yàn)室建設(shè)指南》圖書

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中心每年參與多個(gè)混凝土技術(shù)咨詢和技術(shù)服務(wù)項(xiàng)目，包括雄安新區(qū)混凝土項(xiàng)目咨詢、河北省多個(gè)高速公路高性能混凝土技術(shù)咨詢、固廢基膠凝材料和再生復(fù)合摻合料研發(fā)和制備技術(shù)，以及數(shù)十個(gè)混凝土企業(yè)的技術(shù)服務(wù)工作。開展預(yù)拌混凝土綠色產(chǎn)品認(rèn)證和科技成果評(píng)價(jià)工作。

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