引言現(xiàn)代混凝土作為人造建筑材料已有170多年的歷史。但隨著科學技術水平的提高、經濟社會發(fā)展的要求，普通混凝土自重占建筑物總荷載比重過大的弊端凸顯，工程領域希望未來的混凝土質量輕、強度高。為此，技術人員開發(fā)出了輕質高強混凝土（HSLC）。輕質高強混凝土是當前混凝土技術的發(fā)展方向之一，它具有強度高、質量輕、耐久性好、無堿骨料反應、體積穩(wěn)定性好、保溫隔熱性能良好等優(yōu)點。在世界各地，特別在北歐等國被廣泛應用于超高層建筑、大跨度橋梁、城市立交橋及海洋工程中。由于其具有很好的技術和經濟價值，自上世紀60年代以來在世界各地獲得了長足發(fā)展和廣泛應用，成為建筑材料工業(yè)中發(fā)展最快的新型建材之一。第十屆全國混凝土設計大賽要求，在使用粗骨料的前提下，試配出體積密度不大于1900kg/m3，強度不低于70MPa的輕質高強混凝土?；诖?，本研究一方面從輕質角度考慮，多摻加密度較低的輕骨料，而減少密度相對較高的漿體（由膠凝材料、水及外加劑構成）用量，能有效實現(xiàn)輕質效果，但是輕骨料本身的特性及生產工藝又成為制約混凝土強度的短板；另一方面從高強的角度來看，為彌補輕骨料的強度短板，必須提升漿體的強度、漿骨交界面的強度，但是又會造成混凝土質量偏重?！拜p質”“高強”兩條路線矛盾突出，但是二者必然存在最佳結合點。通過研究，在使用常規(guī)膠凝材料的前提下，找到了一條實現(xiàn)路徑，成功配制出表觀密度1810kg/m3，強度120MPa的輕質高強混凝土，并以總成績第三榮獲當年該項賽事企業(yè)組二等獎。1、配制思路

在輕質高強混凝土配合比設計中，我們參考GB/T31387—2015《活性粉末混凝土》相關設計規(guī)程，依靠漿體提升強度，采用漿體相為主要承重體系[1]，即提高漿體用量，降低輕骨料強度對混凝土強度的影響，輕骨料主要起填充和降低表觀密度作用。經試驗，在相同骨料材質條件下，降低骨料最大粒徑有助于提高混凝土強度，輕質細骨料的選用對骨料填充體系、降低表觀密度至關重要。選用高強水泥、礦渣粉、硅灰等來提升強度，選用頁巖破碎砂、粉煤灰陶粒和空心玻璃微珠等降低表觀密度[2]。同時降低輕骨料最大粒徑、減少粗骨料比例。綜合考慮上述因素，采用水膠比和漿骨比的雙因素試驗方法，總體依據(jù)JGJ51—2002《輕骨料混凝土技術規(guī)程》用絕對體積法進行配合比設計、試配及試驗。同時，參考JGJ/T221—2010《纖維混凝土應用技術規(guī)程》加入適量合成纖維，以增強混凝土韌性，延緩混凝土試塊的破壞進程。2、原材料

粉體材料：所使用的膠凝材料有邯鄲金隅太行水泥公司試驗室磨制的P·I42.5水泥；金泰成公司生產的S105級礦渣粉；艾肯公司生產的925#硅灰；并選用義翔公司生產的N60空心玻璃微珠作為惰性膠凝材料，其表觀密度650kg/m3，恒等靜壓強度82.0MPa。各項粉體材料主要物理性能指標見表1～表3。表1

水泥主要物理性能指標表2礦渣粉主要物理性能指標表3

硅灰主要物理性能指標粗骨料：選用粉煤灰陶粒，其性能指標見表4、表5。表4

粉煤灰陶粒的物理性能表5

粉煤灰陶粒的顆粒級配細骨料：由10～20mm頁巖石子破碎成頁巖砂，再將經過篩分的顆粒按Ⅱ區(qū)中砂級配，去除篩底和5mm以上石子配制而成，細度模數(shù)2.8，具體物理性能指標見表6，級配情況見表7。表6

頁巖陶砂的物理性能表7

陶砂的顆粒級配減水劑：使用金隅科技（邯鄲）公司制備的聚羧酸高性能減水劑，其主要性能指標見表8。表8

減水劑主要性能指標聚丙烯合成纖維：為增強混凝土的韌性，延緩高強混凝土試塊破壞過程中的脆性斷裂，加入聚丙烯合成纖維。其具體性能指標見表9。表9

聚丙烯合成纖維性能指標3、配合比計算

3.1水膠比的選取雙因素試配的第1個因素是水膠比的選取。配合比設計按絕對體積法設計，因輕質高強混凝土采用漿體相為主要承重體系，所以要提高膠凝材料和水的用量。結合GB/T31387—2015中不同強度推薦的水膠比（見表10）依次進行試配。表10

GB/T31387—2015推薦的水膠比、膠凝材料用量及鋼纖維摻量表10中給定的參考水膠比為不添加任何骨料的活性粉末混凝土，在本研究中添加輕骨料必然會降低混凝土的配制強度。因此，采用窮舉法進行試配，具體試驗中分別選取水膠比為0.14、0.15、0.16、0.17、0.18、0.19、0.20并與下文的漿骨比依次進行雙因素試配，觀察混凝土和易性能，檢測表觀密度及3d強度，最終確認水膠比為0.15時，表觀密度相對最小、強度相對最高。所以水膠比為0.15的試配為最終確認的配合比。3.2骨料體積及凈漿體積的選取雙因素試配的第2個因素是漿骨比的選取。因本次設計大賽規(guī)定在試塊破型后必須有可見的粗骨料存在，本項目小組分別選取漿骨比9∶1、8∶2、7∶3，與3.1節(jié)的水膠比的7個選取數(shù)值進行雙因素試配，觀察各組試配的骨料分布、表觀密度以及3d強度，最終確認漿骨比為8∶2時，混凝土各項性能相對最優(yōu)，即每立方米混凝土中漿體（膠凝材料、水和外加劑）體積vp為0.80m3，總骨料體積（頁巖砂和陶粒）為0.2m3，即：3.3確定粉體材料的占比通過激光粒度分析儀檢測各粉料粒度分布范圍，參考富勒級配曲線，確定各粉體材料占比。各粉料激光粒度分布如圖1～圖4所示。圖1水泥激光粒度分布圖2礦渣粉激光粒度分布圖3空心玻璃微珠激光粒度分布圖4硅灰激光粒度分布通過圖1～圖4各粉體材料激光粒度分布以及富勒級配曲線要求，并考慮強度因素，計算出水泥占粉體材料50%、礦渣粉占粉體材料30%、空心玻璃微珠和硅灰各占10%時組成的粉體材料級配最接近富勒級配曲線。各粉體材料按上述比例混合后對其進行級配分析，結果見表11。表11

膠凝材料級配表3.4確定配合比各組分的質量膠凝材料的密度計算見式（4）：4、輕質高強混凝土配合比確定及配制

通過以上計算結果，確定輕質高強混凝土的配比，見表12?；炷涟韬衔镄阅苤笜说臏y試結果見表13，混凝土試件的抗壓破壞形態(tài)如圖5所示。由表13和圖5可知，本次試驗成功試配出了表觀密度為1810kg/m3，28d抗壓強度達到121.3MPa的輕質高強混凝土，滿足設計大賽的要求。表12

輕質高強混凝土配合比kg/m3表13

混凝土拌合物性能測試結果圖5混凝土試件抗壓破壞形態(tài)結論

根據(jù)第十屆設計大賽的要求，本研究采用雙因素的試驗思路進行配合比計算，降低表觀密度、提升整體強度是配合比設計的兩條主線。采用漿體相為承重體系來提高輕質高強混凝土強度；摻入空心玻璃微珠來降低漿體項的密度；綜合添加粉煤灰陶粒和頁巖砂降低輕質高強混凝土表觀密度；利用空心玻璃微珠和筒壓強度高的粉煤灰陶粒；采用低水膠比、摻入硅灰和S105級礦渣粉取代部分水泥，降