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輕質(zhì)高強(qiáng)是未來(lái)混凝土材料發(fā)展的一個(gè)要求,。第九屆全國(guó)混凝土設(shè)計(jì)大賽要求,，在規(guī)定混凝土表觀密度(1800±50)kg/m3 下達(dá)到更高的強(qiáng)度。本文采用普通混凝土的以骨料為承重體系的技術(shù)路線(xiàn),。輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土骨料相較薄弱,，破壞時(shí)骨料相先破壞，后期提出以漿體起支撐作用,，骨料均勻填充在其中來(lái)降低整體混凝土密度的技術(shù)路線(xiàn),。選用頁(yè)巖陶粒為粗骨料及水泥、空心玻璃微珠,、粉煤灰等為膠凝材料,，多次優(yōu)化配合比，最終配制出表觀密度為1760kg/m3,，28d 抗壓強(qiáng)度 72.0MPa 的輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土,。根據(jù) JGJ 51—2002《輕骨料混凝土技術(shù)規(guī)程》的 規(guī)定，用輕粗骨料,、輕砂（或普通砂）,、水泥和水配制而成的干表觀密度不大于 1950kg/m3 的混凝土為輕骨料混凝土[1]。輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土（HSLC）是目前世界混凝土技術(shù)的發(fā)展方向之一,，它具有輕質(zhì)高強(qiáng),、耐久性好、無(wú)堿骨料反應(yīng),、體積穩(wěn)定性好,、保溫隔熱性能良好等優(yōu)點(diǎn)[2]。近年來(lái),，高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土已經(jīng)廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)工程,。美國(guó)將輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土運(yùn)用于房屋建筑如休斯頓貝殼廣場(chǎng)大廈，大跨度橋梁如 Napa 河橋梁等工程,。日本將其運(yùn)用于寫(xiě)字樓的樓板和隔墻板如橫濱亮馬大廈,，鐵路橋梁如稻舟橋梁等工程。挪威則將其運(yùn)用于橋梁建設(shè)如 Stolma 橋和石油平臺(tái)搭建如 Heidrun TLP 浮體石油平臺(tái),。我國(guó)主要用于大跨度橋梁建設(shè)方面,，如北京健翔橋和盧溝新橋的改造工程等,；高層建筑方面，如珠海國(guó)際會(huì)議中心等[3],。在我國(guó),，張華英[4]通過(guò)普通成型工藝配制出抗壓強(qiáng)度超過(guò)50MPa、表觀密度 1950kg/m3的混凝土,。黃昱霖[5] 以低成本為目標(biāo)配制出 28d 抗壓強(qiáng)度超過(guò) 60MPa,、表觀密度為 2025kg/m3 的大流動(dòng)度陶粒混凝土,。陳雪梅[6] 采用高強(qiáng)再生輕骨料和玻璃微珠,，利用體積法配制出了表觀密度 1520kg/m3、28d 抗壓強(qiáng)度 58.9MPa 的混凝土,。第九屆全國(guó)混凝土設(shè)計(jì)大賽要求,，試配出表觀密度 (1800±50)kg/m3 更高強(qiáng)度的混凝土。本文試驗(yàn)初期采用以骨料相為主要承重體系,，后期采用以漿體相為主要承重體系,，選用頁(yè)巖陶粒和空心玻璃微珠等配制輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土，用絕對(duì)體積法進(jìn)行配合比設(shè)計(jì),，多次優(yōu)化配比,，最終得出工作性良好，表觀密度 1760kg/m3,，強(qiáng)度 72.0MPa 的輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土,。 1 原材料 1.1 粗骨料 選用頁(yè)巖陶粒為粗骨料，其性能指標(biāo)見(jiàn)表 1,。
1.2 細(xì)骨料 選用頁(yè)巖陶砂,、天然砂為細(xì)骨料,。頁(yè)巖陶砂的性能指標(biāo)見(jiàn)表 2,。陶砂為 3～5mm 單級(jí)配粒徑，對(duì)陶砂進(jìn)行了破碎篩分,，使級(jí)配情況為Ⅱ區(qū)中砂,，細(xì)度模數(shù) 2.76，見(jiàn)表 3,。
1.3 膠凝材料 
1.4 減水劑 2 試驗(yàn)及結(jié)果分析 2.1 采用以骨料相為主要承重結(jié)構(gòu)體系的配合比設(shè)計(jì) 2.1.1 試驗(yàn)思路 使用輕骨料頁(yè)巖陶粒和陶砂作為骨料,，摻加不同比例的天然砂、石,。為使骨料級(jí)配良好,，篩選使用粒徑 5～16mm 的陶粒和天然石,，并篩去針片狀顆粒；對(duì)陶砂進(jìn)行了破碎篩分,，使級(jí)配情況為Ⅱ區(qū)中砂,。膠凝材料中摻入硅灰以降低漿體的總體密度。同時(shí)依靠聚羧酸減水劑來(lái)降低水膠比,，減少孔隙率,，提高漿體強(qiáng)度。2.1.2 配合比計(jì)算 使用絕對(duì)體積法設(shè)計(jì)配合比,。設(shè)計(jì)中,，參照 JGJ 51—2002《輕骨料混凝土技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，先確定三個(gè)重要的設(shè)計(jì)參數(shù),，即膠凝材料用量,、水膠比和砂率，然后利用絕對(duì)體積法計(jì)算細(xì)骨料和粗骨料用量,。按式(1) 至 (4) 進(jìn)行計(jì)算,。Vs =[1-(mc /ρc msf/ρsf mwn/ρw)]×Sp (1) ms = Vs×ρs (2) Vα = 1-(mc /ρc msf /ρsf mwn/ρw ms/ρs) (3) mα= Vα×ρα (4) 其中膠凝材料用量選為550kg/m3，體積砂率為35%,。硅灰摻量（硅灰占膠凝材料總質(zhì)量的百分率）為9%,，水膠比選為 0.28 或 0.25，使用“絕對(duì)體積法”設(shè)計(jì)配合比,，漿體密度為 1820kg/m3,，28d 漿體抗壓強(qiáng)度為 55.0MPa。具體試驗(yàn)配合比表 5 所示,。
2.1.3 結(jié)果分析 由表 5 可以看出,，序號(hào) 2 組配合比最優(yōu)，28 天強(qiáng)度能達(dá) 61.6MPa,。由于水膠比較低,，水泥漿體比重較大，試塊出現(xiàn)陶粒上浮趨勢(shì)增大,，表面不易抹平的情況,，這將導(dǎo)致輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土出現(xiàn)外分層現(xiàn)象。外分層作用造成陶粒和水分集中在混凝土表層,，強(qiáng)度測(cè)定時(shí)試件成型面易脫落,。而坍落度只有 140mm 左右的混凝土的破壞形式呈現(xiàn)均勻破壞行為，這是由于降低新拌混凝土的坍落度,，降低流動(dòng)性,，形成塑性狀態(tài)，可明顯減少陶粒上浮現(xiàn)象,，提高成型混凝土的均勻性,，減少混凝土因局部密度差產(chǎn)生的應(yīng)力集中效應(yīng)首先破壞掉強(qiáng)度薄弱相（陶粒）,。通過(guò)調(diào)整后觀察混凝土受壓后破壞的截面，依舊發(fā)現(xiàn)混凝土被破壞時(shí),，骨料相先破壞,，即骨料相為薄弱相。由于受到輕質(zhì)骨料自身強(qiáng)度的約束,，混凝土的強(qiáng)度難以提高,；通過(guò)增加水泥用量來(lái)提高混凝土的強(qiáng)度又會(huì)導(dǎo)致混凝土的容重上升；并且由于輕骨料易于上浮,，混凝土容易離析,，導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度下降且容重和強(qiáng)度的離散性增加[7]。為實(shí)現(xiàn)輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度能繼續(xù)提高,，決定增大漿骨比,，采用讓漿體起到主要支撐作用，陶粒均勻填充在其中的體系來(lái)實(shí)現(xiàn)在較低密度下提高混凝土的強(qiáng)度,。其次,，在拌合過(guò)程中，由于輕骨料吸水率高,，導(dǎo)致成型過(guò)程中實(shí)際水膠比降低,，實(shí)際用水量難以掌控。成型時(shí)多呈現(xiàn)干硬性的狀態(tài),，坍落度很低,，試塊強(qiáng)度偏差大，難以符合實(shí)際工程應(yīng)用,。為此,，決定采用飽和面干骨料的混凝土配合比設(shè)計(jì)方法，即計(jì)算骨料體積所使用的密度是在飽和面干狀態(tài)下測(cè)定的,。2.2 采用以漿體相為主要承重結(jié)構(gòu)的體系的配合比設(shè)計(jì) 2.2.1 試驗(yàn)思路 混凝土的力學(xué)性能由骨料性能,、硬化水泥漿體性能及骨料與水泥石的強(qiáng)度和黏結(jié)性能決定。高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土的破壞形式與普通混凝土的破壞形式截然不同,，普通混凝土由于骨料強(qiáng)度大于水泥石強(qiáng)度,，骨料與水泥石的界面區(qū)是普通混凝土的最薄弱環(huán)節(jié),，即普通混凝土通常以界面破壞為主,。而對(duì)于輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土，輕骨料強(qiáng)度往往小于水泥石的強(qiáng)度,，因此輕骨料混凝土往往產(chǎn)生骨料破壞,，即骨料強(qiáng)度是混凝土強(qiáng)度的決定因素[8]。通過(guò)前期試驗(yàn),，可得出普通混凝土的以骨料為主要承重,，漿體為輔助承重的體系,，在輕骨料自身強(qiáng)度的限制下，強(qiáng)度在達(dá)到 60.0MPa 左右后難以再有所提升,。所以提高漿體用量,，讓漿體起主要承重作用，減少骨料強(qiáng)度對(duì)混凝土強(qiáng)度的限制,，讓骨料起到填充與降低容重為主的作用,。2.2.2 配合比設(shè)計(jì) 經(jīng)檢測(cè)，所選用的陶粒的表觀密度為 1600kg/m3,，在密度等級(jí)為 (1800±50)kg/m3的混凝土中,，容易出現(xiàn)上浮的情況。為使陶粒在混凝土中分布更加均勻,，我們通過(guò)改變摻合料的用量及比例,，來(lái)設(shè)定合適的漿體密度。為降低漿體密度,，使用空心玻璃微珠,、硅灰、粉煤灰,、礦粉等質(zhì)輕的摻合料,，取代部分水泥。在控制漿體密度的同時(shí),，利用粉煤灰,、礦粉作為活性混合材，進(jìn)行二次水化,，提高后期強(qiáng)度,，避免早期收縮大、開(kāi)裂等問(wèn)題,。使用絕對(duì)體積法設(shè)計(jì)配合比,。設(shè)計(jì)中，參照 JGJ 51—2002《輕骨料混凝土技術(shù)規(guī)程》規(guī)定,，首先確定三個(gè)重要的設(shè)計(jì)參數(shù),，即膠凝材料用量、水膠比和砂率,，然后利用絕對(duì)體積法計(jì)算細(xì)骨料和粗骨料用量,。按式 (1)～(4) 進(jìn)行計(jì)算。其中膠凝材料用量選為 900kg/m3,，體積砂率為 35%,，水膠比選為 0.2 或 0.24，使用“絕對(duì)體積法”設(shè)計(jì)了配合比。漿體密度為 1460kg/m3,，28d 漿體立方體抗壓強(qiáng)度為 82.0MPa,。
2.2.3 小結(jié) 由表 6 可以得出 2 組的配比最優(yōu),，能試配出坍落度為 220 mm,、擴(kuò)展度為 500mm、和易性較好,、28 天強(qiáng)度達(dá) 72.0MPa 的混凝土,。混凝土的表觀密度隨著高性能空心玻璃微珠摻量的增加而明顯降低,，而硅灰,、礦粉和粉煤灰摻量的改變對(duì)漿體表觀密度影響不明顯。隨砂率增加,，混凝土強(qiáng)度降低,，最佳砂率為 40%。根據(jù)陶粒表觀密度,，優(yōu)化混凝土配合比,，達(dá)到漿體表觀密度、陶粒表觀密度與預(yù)期混凝土等級(jí)密度的之間的協(xié)調(diào)匹配,，是讓陶粒在輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土內(nèi)部均勻分布,，提高輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土的工作性能和強(qiáng)度的關(guān)鍵。3 主要結(jié)論 （1）試配輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土?xí)r,，采用普通混凝土的以骨料為主要承重體系,，漿體為輔助承重體系，因輕骨料自身強(qiáng)度的限制,，強(qiáng)度在達(dá)到 60.0MPa 左右后難以再有所提升,。（2）根據(jù)陶粒表觀密度，優(yōu)化混凝土配合比,，達(dá)到漿體表觀密度,、陶粒表觀密度與預(yù)期混凝土等級(jí)密度的之間的協(xié)調(diào)匹配，是讓陶粒在輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土內(nèi)部均勻分布,，提高輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土的工作性能和強(qiáng)度的關(guān)鍵,。（3）根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，采用漿體為主,，骨料為輔的承重結(jié)構(gòu)體系,，在水膠比 0.2、砂率 0.3,，漿體用量 900kg/m3,，漿體密度 1460kg/m3,，能夠制備出表觀密度 1760kg/m3,、28 天強(qiáng)度 72.0MPa 的輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土,。
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