轻骨料混凝土预湿工作机理的研究

摘要： 阐明了预湿轻骨料的工作机理，归纳概述了轻骨料预湿后对混凝土各项性能指标的影响。从济南遥墙机场的实际应用及混凝土工作性、强度、抗冻性等指标出发，得出了轻骨料经过预湿后的强度较普通混凝土要高。此外，提出了建设性的预湿轻骨料混凝土抗冻措施，与其相关的抗冻融原理仍需深入探讨。

Abstract： This paper clarifies the working mechanism of pre-wetted lightweight aggregate， then sum up the influence of various mechanicals properties of concrete after lightweight aggregate pre-wetted. It started with concrete workability， strength and frost resistance， summarized that strength of lightweight aggregate after pre-wetted will be higher than common concrete. Besides， it puts forward few constructive antifreeze measures， but the relative antifreeze theory is still need to be explored.

关键词： 预湿；抗压强度；弹性模量；抗冻性；轻型骨料混凝土

Key words： pre-wetted；compressive strength；elastic modulus；frost restistance；lightweight aggregate concrete

中图分类号：TU528.041 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）36-0133-02

0 引言

轻骨料混凝土具有高强轻质、利于抗震、耐久性好、成本较低等优点[1]，能够弥补碎石、卵石等自重大的缺点，因此越来越多的应用于我们的高层结构建筑、大跨度连续梁等。国际上预处理的工艺有：加压预湿、真空预湿等，我国浸水预湿的方法[2-3]运用较广。本文阐述了预湿轻骨料的工作机理，总结了经过预湿处理后混凝土的各项力学性能指标的变化。

1 轻骨料预湿后的工作机理

A.A.巴依科夫[4]提出的水泥水化有三个阶段：溶解阶段―胶化阶段―结晶阶段，这三个阶段同样适用于预湿轻骨料混凝土中水泥水化的过程。以陶粒为轻骨料的典型代表，其内部多是多孔的爆发结构，表面结构多为与空气直接接触的断面孔隙。与轻骨料相比，普通骨料是憎水的，在骨料―浆体界面处形成一层水膜层，有利于Ca（OH）2晶体的形成与发展[5]。如此界面区的水胶比、孔隙比高于混凝土中流动的浆体，导致混凝土骨架的不密实。但轻骨料独特的显微结构使得吸水和供水这2大循环作用在混凝土内部共存，吸水使得轻骨料与水泥石接触面附近形成局部少水状态，减少由于骨料下部内分层作用产生的局部洼水[6]。预湿后的骨料存有做够的水，在对外供水作用下，骨料附近的水泥借助于反馈的水循环反应，增加了水泥水化产物的密实度，使混凝土内部的骨架更加密实。

2 预湿轻骨料混凝土力学性能

轻骨料经过预湿之后由于骨料性能以及水泥水化条件的改变，将主要对混凝土的强度、弹性模量、弯曲性能[7]和抗冻性能产生较大的影响。

2.1 混凝土的强度

将不同预湿时间的轻骨料混凝土在分别养护，养护龄期分成7d和28d，养护结束后分别对其进行抗压强度、劈拉强度、抗折强度等试验。将实验所测的数据描绘成曲线图形（如图1）[8]，从经过数据拟合的曲线图中可大致看出混凝土在养护龄期7d的各项强度指标随着预湿时间的增加呈下降趋势；而龄期28d的各项强度指标反而呈上升趋势。

2.2 其他指标

除了抗压强度之外表观密度、轻骨料的孔隙率等也是重要的因素。故本文建议预湿轻骨料混凝土的弹性模量计算采用如下公式：

此外，有关自收缩的文献[9]研究表明：轻骨料混凝土自收缩与预湿程度呈反相关关系，在养护龄期内轻骨料预湿吸收的水分会逐渐补给水泥浆干燥消耗的水分。如图3所示，2#代表预湿程度最低，9#代表预湿程度最高。

3 预湿轻骨料混凝土的应用实例

济南市遥墙国际机场航站楼建筑面积80000m2，南北长462m，东西宽66.7～145m之间变化，建筑总高14.7m，屋盖平面投影成飞鸟型。航站楼为四面玻璃幕墙的2层结构，该工程基础为钢筋混凝土桩基承台，主体结构为钢筋混凝土框架，屋架由双曲线倒三角形钢桁架组成，混凝土强度为C30～C50，其中基础部位混凝土骨料不作处理，而楼体部位混凝土骨料在楼体混凝土浇筑前全部做预湿处理，待航站楼体混凝土浇筑完成达到规定的养护龄期后，采取钻芯取样的方法分别测试样本构件的强度及弹性模量等，样本构件采用苏联规范规定的直径100mm的圆柱体。将测得的数据整理汇总成表2。

通过上述不同部位的取样试验后发现，混凝土骨料经过预湿处理后，初期强度上升并不明显，而后期在水泥水化作用的催化下，各项强度指标上升迅速，为结构的稳定性和实用性提供了强有力地保障。

4 轻骨料预湿后混凝土的抗冻性

从我国目前发表的文献来看，大多数学者认为轻骨料经过预湿会降低其抗冻性能[10]。从抗冻机理来看，轻骨料预湿后，其原有的孔隙会被水填充，减少了气体的存在降低混凝土初期的抗冻性，但以陶粒为代表的轻骨料除了表面有开口孔隙之外，内部骨架结构中还掺有许多紧密的小孔。虽经过预湿，但内部仍有空隙，如果将适量的空气加压引入混凝土中，可以改善轻骨料混凝土的抗冻性。

5 结语

本文通过研究预湿对轻骨料混凝土各项力学指标的影响，阐述了轻骨料混凝土在预湿前提下的工作机理，得出了采用预湿的方法在长期作用下能提高轻骨料混凝土的抗压、劈裂、抗折强度。此外在混凝土的弹性模量和自收缩方面也表现出良好的性能。预湿轻骨料在遥墙国际机场的航站楼的应用在充分体现了经济、可持续发展的理念，在使用相同强度等级的混凝土前提下，通过骨料预湿的前处理，使楼体部位的混凝土获得了更高的强度，大大节省了原材料使用，同时减少了建筑造价，值得推广运用。但我国在预湿轻骨料抗冻性能的理论和实践研究上还很欠缺，若想大范围的推广预湿轻骨料混凝土的工程应用，还需做更多与之相关的抗冻融循环研究。

参考文献：

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[4]李林香，谢永江，冯仲伟.水泥水化机理及其研究方法[J].混凝土，2011（6）：76-80.

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[6]郑秀华，张宝生.预湿程度对页岩陶粒混凝土显微结构及强度的影响[J].材料工程，2005（10）：3-6.

[7]张宝生，孔丽娟，袁杰，等.轻骨料预湿程度对混合骨料混凝土力学性能的影响[J].混凝土，2006（10）：24-30.

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[9]BENTU R A，IGARSH I S，KOVLER K.Prevention of autogenous shrinkage in high-strength concrete by intemal curing using wet lightweight aggregates[J].Cement and Concrete Research，2001，31（3）：1587-1591.

[10]孔丽娟，高礼雄，葛勇.轻骨料预湿程度对混合骨料抗冻性能的研究[J].硅酸盐学报，2011（1）：35-40.