中密度級輕珠商品混凝土在填充工程中的應用

   摘要：闡述了輕珠混凝土的發(fā)展意義、分類、用途、技術性能及特性。以發(fā)泡倍率160 倍左右，顆粒直徑為3～8mm，密度為6～7 kg/m3，不吸水，導熱系數(shù)約為0.04 W/（m•K）的超輕EPS 圓形白色彈性泡沫珠（簡稱輕珠）為輕集料，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 的輕質EPS 泡沫珠混凝土（簡稱輕珠混凝土），應用在混凝土填充工程。研究表明，輕珠混凝土是一種有發(fā)展前景的輕質、節(jié)能、節(jié)省資源、使用方便、價格適宜的商品混凝土新品種。 

    關鍵詞：輕珠；輕質混凝土；商品混凝土；填充工程 

    0 前言
 
    我國是一個商品混凝土大國，但輕質商品混凝土欠發(fā)達。隨著經濟建設迅猛發(fā)展，輕質商品混凝土市場需求日益增長，輕質商品混凝土的開發(fā)和應用意味著節(jié)能、節(jié)省資源、降低建筑造價。因此，發(fā)展高性能輕質商品混凝土意義重大。 

    20 世紀50 年代，法國、德國就開發(fā)了EPS 泡沫珠混凝土，用于保溫隔熱工程、道路保溫養(yǎng)護等領域。80 年代，澳大利亞開發(fā)了BST 專利技術，將膨脹聚苯乙烯泡沫珠進行表面化學處理，獲得均質、性能較好的輕質混凝土，用于建筑工程。香港地區(qū)采用過BST 技術生產輕質混凝土；北京、深圳、上海、廣州等地均有采用經粉碎加工成粒后的廢舊聚苯乙烯泡沫塑料（或EPS 泡沫珠）配制成的輕質砂漿或混凝土，試用于屋面保溫隔熱、外墻外保溫工程、墻體芯材等。但由于EPS 泡沫珠成本高或技術不夠成熟或未形成商品混凝土等因素，上述技術未獲普遍推廣，而其中價格是重要的影響因素之一。經檢索數(shù)據(jù)說明，過去采用的EPS 泡沫珠密度在18～24 kg/m3，當可發(fā)性EPS 樹脂單價為10 元/kg，EPS 泡沫珠的材料成本為180～240 元/m3，作為混凝土的輕集料這種價格市場難以接受；如果將EPS 泡沫珠的價格降至70 元/m3 以下，泡沫珠的密度則應降至6～7 kg/m3，這種混凝土將具有普遍推廣的競爭力。經過分析，EPS 泡沫珠的密度在一定范圍內變化，對輕質混凝土性能沒有影響，如果提高發(fā)泡倍率，降低EPS 泡沫珠的密度就可以降低成本，使輕質混凝土具有價格優(yōu)勢。很明顯，只有在解決超輕EPS 泡沫珠（6～7 kg/m3）生產的前提下，對輕珠商品混凝土的配制、生產、性能、應用進行深入研究，才有發(fā)展前景。 

    廣州大學工程材料研究所、廣州市散裝水泥辦公室和廣州市民用建筑研究設計院和多家商品混凝土生產企業(yè)，針對上述問題，經過3 年多的系統(tǒng)試驗研究，于2004 年共同研發(fā)了一種輕質商品混凝土，它以采用專用設備生產的發(fā)泡倍率在160 倍左右，直徑為3～8 mm，密度為6～7 kg/m3，不吸水，導熱系數(shù)約為0.04 W/（m•K）的超輕EPS 圓形白色彈性泡沫珠（簡稱輕珠）為輕集料，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 的輕質EPS 泡沫珠混凝土（命名為輕珠混凝土）。它有預拌混凝土和混凝土干混料兩種商品混凝土形式供應市場。經過1 年多的推廣，現(xiàn)已應用于廠房、商品房、辦公樓、學生宿舍、別墅等的屋面隔熱工程，舊房改造工程，以及工業(yè)構筑物輕質混凝土填充工程等。本文重點介紹中密度級輕珠混凝土在填充工程中的應用。 

    1 輕珠混凝土的分類和用途 

    根據(jù)現(xiàn)有研究成果和應用狀況，我們將輕珠混凝土進行如下分類：按密度不同，分低密度、普通密度和中密度級輕珠混凝土3 類；按用途和功能不同，分保溫隔熱用輕珠混凝土、圍護結構用輕珠混凝土、回填用輕珠混凝土、憎水性輕珠混凝土以及觸變性輕珠混凝土等；按材料組成不同，分無砂、石輕珠混凝土，有砂輕珠混凝土，有砂、石輕珠混凝土；按供應狀態(tài)不同，分預拌輕珠混凝土、干混料輕珠混凝土等。 

    一般說，低密度輕珠混凝土的密度為300～600 kg/m3，抗壓強度0.3～3 MPa，導熱系數(shù)為0.08～0.140 W/（m•K），主要用于保溫隔熱和輕質回填、墻體填充工程等；普通密度輕珠混凝土:密度在600～1 200 kg/m3，抗壓強度在2～8 MPa，導熱系數(shù)在0.140 W/（m•K）以上，主要用于保溫隔熱、填充，不返潮室內地面混凝土，通道和地面墊層、房屋內隔墻、輕質墻板等；中密度輕珠混凝土：以EPS 輕珠取代部分砂、石集料配制而成，密度1 200～1 800 kg/m3，抗壓強度5～30 MPa。主要用于輕質內外墻體、地面、回填、屋面、墊層、裝飾混凝土制品、輕質墻板、外墻掛板、舊房改造、加層屋蓋梁、板結構、非承重預制構件等。 

    2 中密度級輕珠混凝土的性能 

    2.1 密度與抗壓強度及導熱系數(shù)關系 
    中密度級輕珠混凝土的密度為1 200～1 800 kg/m3，導熱系數(shù)較大，用作保溫隔熱材料，效果不理想，因此多用于要求減輕混凝土體積質量而對強度要求不高的場合。輕珠混凝土的密度、強度和導熱系數(shù)的關系如表1、表2 所示。 

    2.2 吸水率 
    由于EPS 輕珠不吸水，混凝土拌合時有滾珠潤滑作用，可降低混凝土用水量。一般說，輕珠混凝土的吸水率較其它輕質混凝土低，在相同條件下（密度為700 kg/m3）輕珠混凝土吸水率約為5%，而加氣混凝土可達40%，陶?；炷量蛇_20%以上。為了減少輕珠混凝土吸水率，在配制保溫隔熱用輕珠混凝土時加入0.2%的憎水劑即可獲得滿意效果，中密級輕質混凝土的吸水率約為5%，當加入憎水劑時吸水率可降低至2%左右。 

    2.3 勻質性 
    輕珠混凝土組成的勻質性是其性能均勻穩(wěn)定的保證，因此，在混凝土拌合和施工過程中，應加以控制。由于輕珠混凝土中輕集料的密度為7 kg/m3，水泥、砂、石基料的密度為2 000 kg/m3 左右，在拌制混凝土和施工的過程中，易發(fā)生輕珠上浮，基料下沉的分層現(xiàn)象。為了解決這一問題，在拌制混凝土和施工過程中應采用摻入增粘劑、調整配合比、減少強力振動等措施保證輕珠混凝土的勻質性。 

    2.4 輕珠混凝土拌合物性能要求 
    拌合物應有較好的施工性能和穩(wěn)定性能，其中包括坍落度、流動性、粘聚性、可泵送性、不分層、不離析、不泌水，不得產生白色輕珠裸露現(xiàn)象。以上要求是通過原材料的選擇，合理的配合比，有效的改性劑的選擇而實現(xiàn)的，其技術經濟效果優(yōu)于BST 表面處理技術。由于輕珠表面圓滑，不吸水，與水泥漿的粘附力小，容易分離，如加入適當?shù)母男詣?，增加水泥漿和輕珠的粘附性，同時輕珠在水泥漿的包裹下起到滾珠的作用，賦予拌合物優(yōu)良的流動性。 

    3 中密度級輕珠混凝土填充工程應用實例 

    密度為1 400 kg/m3、強度為10 MPa 的中密度級輕珠混凝土在廣東臺泥（英德） 水泥有限公司2 臺5 000 t/d 熟料水泥生產線輕質混凝土填充工程中應用實例介紹如下。 

    3.1 工程概況 
    2006 年1 月期間，廣東臺泥（英德）水泥有限公司的2臺5 000 t/d 熟料水泥生產線輕質混凝土工程（11 座直徑18 m，高60 m 的筒倉），需使用密度小于1 400 kg/m3、強度不小于10 MPa，并具有良好泵送性能的輕質混凝土3 500 m3、施工期限緊迫。據(jù)現(xiàn)場情況，我們放棄了干混料輕珠混凝土現(xiàn)場攪拌的方案，采用了利用現(xiàn)場原有混凝土攪拌站配料、拌合、運輸、泵送設備，就地取材以及EPS 輕珠現(xiàn)場發(fā)泡的方案。其目的是利用本地的水泥、砂石資源，并減少輕珠的運輸時間和費用，降低生產成本。 

    3.2 輕珠混凝土的生產工藝流程（見圖1） 

    3.3 預拌輕珠混凝土泵送施工 
    按設計要求的密度和強度在混凝土攪拌站配制好輕珠混凝土，坍落度120 mm左右，用混凝土攪拌車運送至工地，采用混凝土泵將輕珠混凝土泵送至鋪設處，適當壓實、刮平即可。由于輕珠混凝土密度小、流動性好、施工輕便、勞動強度低，因此施工效率高。施工澆筑過程中應防止日曬雨淋。 

    3.4 輕珠混凝土質量控制 
    現(xiàn)場輕珠混凝土的質量控制通過在混凝土攪拌機出口處抽取混凝土基料，成型4 cm×4 cm×16 cm 的試件進行后期強度檢測，同時用1 L 鐵量筒進行濕密度測試；在混凝土泵機前抽取輕珠混凝土拌合物，成型10 cm×10 cm×10 cm 的試件進行后期強度和濕密度檢測，并觀測混凝土拌合物的均質性等。當發(fā)現(xiàn)濕密度有波動時，應立即檢查原因，加以調整控制（例如輕珠易產生靜電，影響體積計量的準確性）。 

    4 技術分析 

    通過輕珠混凝土在該項工程中的應用，說明采用上述方案和生產工藝流程生產的輕珠混凝土質量良好，輕珠混凝土滿足現(xiàn)場攪拌設備狀況及泵送施工要求。同時，混凝土的性能滿足各項技術要求，特別是混凝土工作性好，泵送性優(yōu)良，現(xiàn)場施工輕便、簡捷，克服了陶?；炷痢⒌V渣混凝土吸水率大，泵送施工性較差等缺點。此外，本工程中采用就地發(fā)泡，減少了輕珠的運輸費用，節(jié)省了時間，降低了輕珠混凝土成本30%。與普通混凝土相比，采用的輕珠混凝土實際密度1 240kg/m3，約降低混凝土自重47%，節(jié)省了砂、石資源，比原預算成本降低30%。 

    通過本工程應用表明輕珠混凝土是一種性能可以調整，施工性能優(yōu)良，特別適用于要求減輕質量的輕質混凝土填充工程。它是一種優(yōu)于膨脹珍珠巖混凝土、陶粒混凝土的新型輕集料混凝土，有很好的應用前景。幾種陶?；炷?、礦渣混凝土比較見表3。 

    5 結語 

    輕珠混凝土具有以下特點：減輕混凝土自重25%～75%，節(jié)省資源，降低工程造價；密度低、吸水率小的輕珠混凝土有優(yōu)良的絕熱性能；混凝土可塑性好，可澆注成型為任意形狀，施工方便，可以泵送，工期短；輕珠商品混凝土性能是可設計控制的，工業(yè)化生產能保證混凝土的質量穩(wěn)定，密度由300～1 800 kg/m3，強度為0.3～30 MPa，用途廣泛（但不用于主要承重結構和構件）；輕珠原料易得，密度小，價格適宜（EPS 輕珠材料成本約80 元/m3），有較強的市場競爭力。 

    在建設工程中混凝土（砂漿）用量巨大，其中一部分工程需采用強度不高，但具有質量輕、保溫隔熱、防水等功能的混凝土，如采用普通混凝土不僅達不到要求還會造成浪費，如采用輕珠商品混凝土取代普通混凝土，既減輕結構自重，降低荷載，又可降低建筑物基礎、承重結構等的造價，節(jié)省資源；如采用輕珠混凝土取代黏土陶?；炷?，可保護耕地和環(huán)境；如采用低密質級輕珠商品混凝土作為保溫隔熱材料，有利于建筑節(jié)能，提高節(jié)能效率，且施工方便，保證質量，降低造價。因此，開發(fā)多功能的輕珠混凝土對實施建筑節(jié)能，節(jié)省資源，推行商品混凝土和墻材改革等均有實際意義。