中密度级轻珠商品混凝土在填充工程中的应用

混凝土 2006-11-02

   摘要：阐述了轻珠混凝土的发展意义、分类、用途、技术性能及特性。以发泡倍率160 倍左右，颗粒直径为3～8mm，密度为6～7 kg/m3，不吸水，导热系数约为0.04 W/（m•K）的超轻EPS 圆形白色弹性泡沫珠（简称轻珠）为轻集料，取代普通混凝土中的部分或全部砂、石集料配制成密度低于1 800 kg/m3 的轻质EPS 泡沫珠混凝土（简称轻珠混凝土），应用在混凝土填充工程。研究表明，轻珠混凝土是一种有发展前景的轻质、节能、节省资源、使用方便、价格适宜的商品混凝土新品种。

    关键词：轻珠；轻质混凝土；商品混凝土；填充工程

    0 前言

    我国是一个商品混凝土大国，但轻质商品混凝土欠发达。随着经济建设迅猛发展，轻质商品混凝土市场需求日益增长，轻质商品混凝土的开发和应用意味着节能、节省资源、降低建筑造价。因此，发展高性能轻质商品混凝土意义重大。

    20 世纪50 年代，法国、德国就开发了EPS 泡沫珠混凝土，用于保温隔热工程、道路保温养护等领域。80 年代，澳大利亚开发了BST 专利技术，将膨胀聚苯乙烯泡沫珠进行表面化学处理，获得均质、性能较好的轻质混凝土，用于建筑工程。香港地区采用过BST 技术生产轻质混凝土；北京、深圳、上海、广州等地均有采用经粉碎加工成粒后的废旧聚苯乙烯泡沫塑料（或EPS 泡沫珠）配制成的轻质砂浆或混凝土，试用于屋面保温隔热、外墙外保温工程、墙体芯材等。但由于EPS 泡沫珠成本高或技术不够成熟或未形成商品混凝土等因素，上述技术未获普遍推广，而其中价格是重要的影响因素之一。经检索数据说明，过去采用的EPS 泡沫珠密度在18～24 kg/m3，当可发性EPS 树脂单价为10 元/kg，EPS 泡沫珠的材料成本为180～240 元/m3，作为混凝土的轻集料这种价格市场难以接受；如果将EPS 泡沫珠的价格降至70 元/m3 以下，泡沫珠的密度则应降至6～7 kg/m3，这种混凝土将具有普遍推广的竞争力。经过分析，EPS 泡沫珠的密度在一定范围内变化，对轻质混凝土性能没有影响，如果提高发泡倍率，降低EPS 泡沫珠的密度就可以降低成本，使轻质混凝土具有价格优势。很明显，只有在解决超轻EPS 泡沫珠（6～7 kg/m3）生产的前提下，对轻珠商品混凝土的配制、生产、性能、应用进行深入研究，才有发展前景。

    广州大学工程材料研究所、广州市散装水泥办公室和广州市民用建筑研究设计院和多家商品混凝土生产企业，针对上述问题，经过3 年多的系统试验研究，于2004 年共同研发了一种轻质商品混凝土，它以采用专用设备生产的发泡倍率在160 倍左右，直径为3～8 mm，密度为6～7 kg/m3，不吸水，导热系数约为0.04 W/（m•K）的超轻EPS 圆形白色弹性泡沫珠（简称轻珠）为轻集料，取代普通混凝土中的部分或全部砂、石集料配制而成密度低于1 800 kg/m3 的轻质EPS 泡沫珠混凝土（命名为轻珠混凝土）。它有预拌混凝土和混凝土干混料两种商品混凝土形式供应市场。经过1 年多的推广，现已应用于厂房、商品房、办公楼、学生宿舍、别墅等的屋面隔热工程，旧房改造工程，以及工业构筑物轻质混凝土填充工程等。本文重点介绍中密度级轻珠混凝土在填充工程中的应用。

    1 轻珠混凝土的分类和用途

    根据现有研究成果和应用状况，我们将轻珠混凝土进行如下分类：按密度不同，分低密度、普通密度和中密度级轻珠混凝土3 类；按用途和功能不同，分保温隔热用轻珠混凝土、围护结构用轻珠混凝土、回填用轻珠混凝土、憎水性轻珠混凝土以及触变性轻珠混凝土等；按材料组成不同，分无砂、石轻珠混凝土，有砂轻珠混凝土，有砂、石轻珠混凝土；按供应状态不同，分预拌轻珠混凝土、干混料轻珠混凝土等。

    一般说，低密度轻珠混凝土的密度为300～600 kg/m3，抗压强度0.3～3 MPa，导热系数为0.08～0.140 W/（m•K），主要用于保温隔热和轻质回填、墙体填充工程等；普通密度轻珠混凝土:密度在600～1 200 kg/m3，抗压强度在2～8 MPa，导热系数在0.140 W/（m•K）以上，主要用于保温隔热、填充，不返潮室内地面混凝土，通道和地面垫层、房屋内隔墙、轻质墙板等；中密度轻珠混凝土：以EPS 轻珠取代部分砂、石集料配制而成，密度1 200～1 800 kg/m3，抗压强度5～30 MPa。主要用于轻质内外墙体、地面、回填、屋面、垫层、装饰混凝土制品、轻质墙板、外墙挂板、旧房改造、加层屋盖梁、板结构、非承重预制构件等。

    2 中密度级轻珠混凝土的性能

    2.1 密度与抗压强度及导热系数关系
    中密度级轻珠混凝土的密度为1 200～1 800 kg/m3，导热系数较大，用作保温隔热材料，效果不理想，因此多用于要求减轻混凝土体积质量而对强度要求不高的场合。轻珠混凝土的密度、强度和导热系数的关系如表1、表2 所示。

    2.2 吸水率
    由于EPS 轻珠不吸水，混凝土拌合时有滚珠润滑作用，可降低混凝土用水量。一般说，轻珠混凝土的吸水率较其它轻质混凝土低，在相同条件下（密度为700 kg/m3）轻珠混凝土吸水率约为5%，而加气混凝土可达40%，陶粒混凝土可达20%以上。为了减少轻珠混凝土吸水率，在配制保温隔热用轻珠混凝土时加入0.2%的憎水剂即可获得满意效果，中密级轻质混凝土的吸水率约为5%，当加入憎水剂时吸水率可降低至2%左右。

    2.3 匀质性
    轻珠混凝土组成的匀质性是其性能均匀稳定的保证，因此，在混凝土拌合和施工过程中，应加以控制。由于轻珠混凝土中轻集料的密度为7 kg/m3，水泥、砂、石基料的密度为2 000 kg/m3 左右，在拌制混凝土和施工的过程中，易发生轻珠上浮，基料下沉的分层现象。为了解决这一问题，在拌制混凝土和施工过程中应采用掺入增粘剂、调整配合比、减少强力振动等措施保证轻珠混凝土的匀质性。

    2.4 轻珠混凝土拌合物性能要求
    拌合物应有较好的施工性能和稳定性能，其中包括坍落度、流动性、粘聚性、可泵送性、不分层、不离析、不泌水，不得产生白色轻珠裸露现象。以上要求是通过原材料的选择，合理的配合比，有效的改性剂的选择而实现的，其技术经济效果优于BST 表面处理技术。由于轻珠表面圆滑，不吸水，与水泥浆的粘附力小，容易分离，如加入适当的改性剂，增加水泥浆和轻珠的粘附性，同时轻珠在水泥浆的包裹下起到滚珠的作用，赋予拌合物优良的流动性。

    3 中密度级轻珠混凝土填充工程应用实例

    密度为1 400 kg/m3、强度为10 MPa 的中密度级轻珠混凝土在广东台泥（英德）水泥有限公司2 台5 000 t/d 熟料水泥生产线轻质混凝土填充工程中应用实例介绍如下。

    3.1 工程概况
    2006 年1 月期间，广东台泥（英德）水泥有限公司的2台5 000 t/d 熟料水泥生产线轻质混凝土工程（11 座直径18 m，高60 m 的筒仓），需使用密度小于1 400 kg/m3、强度不小于10 MPa，并具有良好泵送性能的轻质混凝土3 500 m3、施工期限紧迫。据现场情况，我们放弃了干混料轻珠混凝土现场搅拌的方案，采用了利用现场原有混凝土搅拌站配料、拌合、运输、泵送设备，就地取材以及EPS 轻珠现场发泡的方案。其目的是利用本地的水泥、砂石资源，并减少轻珠的运输时间和费用，降低生产成本。

    3.2 轻珠混凝土的生产工艺流程（见图1）

    3.3 预拌轻珠混凝土泵送施工
    按设计要求的密度和强度在混凝土搅拌站配制好轻珠混凝土，坍落度120 mm左右，用混凝土搅拌车运送至工地，采用混凝土泵将轻珠混凝土泵送至铺设处，适当压实、刮平即可。由于轻珠混凝土密度小、流动性好、施工轻便、劳动强度低，因此施工效率高。施工浇筑过程中应防止日晒雨淋。

    3.4 轻珠混凝土质量控制
    现场轻珠混凝土的质量控制通过在混凝土搅拌机出口处抽取混凝土基料，成型4 cm×4 cm×16 cm 的试件进行后期强度检测，同时用1 L 铁量筒进行湿密度测试；在混凝土泵机前抽取轻珠混凝土拌合物，成型10 cm×10 cm×10 cm 的试件进行后期强度和湿密度检测，并观测混凝土拌合物的均质性等。当发现湿密度有波动时，应立即检查原因，加以调整控制（例如轻珠易产生静电，影响体积计量的准确性）。

    4 技术分析

    通过轻珠混凝土在该项工程中的应用，说明采用上述方案和生产工艺流程生产的轻珠混凝土质量良好，轻珠混凝土满足现场搅拌设备状况及泵送施工要求。同时，混凝土的性能满足各项技术要求，特别是混凝土工作性好，泵送性优良，现场施工轻便、简捷，克服了陶粒混凝土、矿渣混凝土吸水率大，泵送施工性较差等缺点。此外，本工程中采用就地发泡，减少了轻珠的运输费用，节省了时间，降低了轻珠混凝土成本30%。与普通混凝土相比，采用的轻珠混凝土实际密度1 240kg/m3，约降低混凝土自重47%，节省了砂、石资源，比原预算成本降低30%。

    通过本工程应用表明轻珠混凝土是一种性能可以调整，施工性能优良，特别适用于要求减轻质量的轻质混凝土填充工程。它是一种优于膨胀珍珠岩混凝土、陶粒混凝土的新型轻集料混凝土，有很好的应用前景。几种陶粒混凝土、矿渣混凝土比较见表3。

    5 结语

    轻珠混凝土具有以下特点：减轻混凝土自重25%～75%，节省资源，降低工程造价；密度低、吸水率小的轻珠混凝土有优良的绝热性能；混凝土可塑性好，可浇注成型为任意形状，施工方便，可以泵送，工期短；轻珠商品混凝土性能是可设计控制的，工业化生产能保证混凝土的质量稳定，密度由300～1 800 kg/m3，强度为0.3～30 MPa，用途广泛（但不用于主要承重结构和构件）；轻珠原料易得，密度小，价格适宜（EPS 轻珠材料成本约80 元/m3），有较强的市场竞争力。

    在建设工程中混凝土（砂浆）用量巨大，其中一部分工程需采用强度不高，但具有质量轻、保温隔热、防水等功能的混凝土，如采用普通混凝土不仅达不到要求还会造成浪费，如采用轻珠商品混凝土取代普通混凝土，既减轻结构自重，降低荷载，又可降低建筑物基础、承重结构等的造价，节省资源；如采用轻珠混凝土取代黏土陶粒混凝土，可保护耕地和环境；如采用低密质级轻珠商品混凝土作为保温隔热材料，有利于建筑节能，提高节能效率，且施工方便，保证质量，降低造价。因此，开发多功能的轻珠混凝土对实施建筑节能，节省资源，推行商品混凝土和墙材改革等均有实际意义。

原作者：甘伟张传镁徐诚坤熊东华曾聆和张量

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