中密度級輕珠商品混凝土在填充工程中的應(yīng)用

   摘要：闡述了輕珠混凝土的發(fā)展意義、分類、用途、技術(shù)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(dǎo)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(zhì)EPS 泡沫珠混凝土（簡稱輕珠混凝土），應(yīng)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(zhì)、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(guān)鍵詞：輕珠；輕質(zhì)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(zhì)商品混凝土欠發(fā)達。隨著經(jīng)濟建設(shè)迅猛發(fā)展，輕質(zhì)商品混凝土市場需求日益增長，輕質(zhì)商品混凝土的開發(fā)和應(yīng)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(zhì)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(lǐng)域。80 年代，澳大利亞開發(fā)了BST 專利技術(shù)，將膨脹聚苯乙烯泡沫珠進行表面化學(xué)處理，獲得均質(zhì)、性能較好的輕質(zhì)混凝土，用于建筑工程。香港地區(qū)采用過BST 技術(shù)生產(chǎn)輕質(zhì)混凝土；北京、深圳、上海、廣州等地均有采用經(jīng)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(zhì)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(shù)不夠成熟或未形成商品混凝土等因素，上述技術(shù)未獲普遍推廣，而其中價格是重要的影響因素之一。經(jīng)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(yīng)降至6～7 kg/m3，這種混凝土將具有普遍推廣的競爭力。經(jīng)過分析，EPS 泡沫珠的密度在一定范圍內(nèi)變化，對輕質(zhì)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(zhì)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(chǎn)的前提下，對輕珠商品混凝土的配制、生產(chǎn)、性能、應(yīng)用進行深入研究，才有發(fā)展前景。 

    廣州大學(xué)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(shè)計院和多家商品混凝土生產(chǎn)企業(yè)，針對上述問題，經(jīng)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(zhì)商品混凝土，它以采用專用設(shè)備生產(chǎn)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(dǎo)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(zhì)EPS 泡沫珠混凝土（命名為輕珠混凝土）。它有預(yù)拌混凝土和混凝土干混料兩種商品混凝土形式供應(yīng)市場。經(jīng)過1 年多的推廣，現(xiàn)已應(yīng)用于廠房、商品房、辦公樓、學(xué)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(gòu)筑物輕質(zhì)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(yīng)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(yīng)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(jié)構(gòu)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(yīng)狀態(tài)不同，分預(yù)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(dǎo)熱系數(shù)為0.08～0.140 W/（m•K），主要用于保溫隔熱和輕質(zhì)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(dǎo)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(nèi)地面混凝土，通道和地面墊層、房屋內(nèi)隔墻、輕質(zhì)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(zhì)內(nèi)外墻體、地面、回填、屋面、墊層、裝飾混凝土制品、輕質(zhì)墻板、外墻掛板、舊房改造、加層屋蓋梁、板結(jié)構(gòu)、非承重預(yù)制構(gòu)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(dǎo)熱系數(shù)關(guān)系 
    中密度級輕珠混凝土的密度為1 200～1 800 kg/m3，導(dǎo)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(zhì)量而對強度要求不高的場合。輕珠混凝土的密度、強度和導(dǎo)熱系數(shù)的關(guān)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(zhì)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?xí)r加入0.2%的憎水劑即可獲得滿意效果，中密級輕質(zhì)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(zhì)性 
    輕珠混凝土組成的勻質(zhì)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(yīng)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(yīng)采用摻入增粘劑、調(diào)整配合比、減少強力振動等措施保證輕珠混凝土的勻質(zhì)性。 

    2.4 輕珠混凝土拌合物性能要求 
    拌合物應(yīng)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(chǎn)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(shù)經(jīng)濟效果優(yōu)于BST 表面處理技術(shù)。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黾铀酀{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(yīng)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(chǎn)線輕質(zhì)混凝土填充工程中應(yīng)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(chǎn)線輕質(zhì)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(zhì)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(shè)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(chǎn)成本。 

    3.2 輕珠混凝土的生產(chǎn)工藝流程（見圖1） 

    3.3 預(yù)拌輕珠混凝土泵送施工 
    按設(shè)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(shè)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(yīng)防止日曬雨淋。 

    3.4 輕珠混凝土質(zhì)量控制 
    現(xiàn)場輕珠混凝土的質(zhì)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(zhì)性等。當發(fā)現(xiàn)濕密度有波動時，應(yīng)立即檢查原因，加以調(diào)整控制（例如輕珠易產(chǎn)生靜電，影響體積計量的準確性）。 

    4 技術(shù)分析 

    通過輕珠混凝土在該項工程中的應(yīng)用，說明采用上述方案和生產(chǎn)工藝流程生產(chǎn)的輕珠混凝土質(zhì)量良好，輕珠混凝土滿足現(xiàn)場攪拌設(shè)備狀況及泵送施工要求。同時，混凝土的性能滿足各項技術(shù)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，克服了陶粒混凝土、礦渣混凝土吸水率大，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(yù)算成本降低30%。 

    通過本工程應(yīng)用表明輕珠混凝土是一種性能可以調(diào)整，施工性能優(yōu)良，特別適用于要求減輕質(zhì)量的輕質(zhì)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(yīng)用前景。幾種陶粒混凝土、礦渣混凝土比較見表3。 

    5 結(jié)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(shè)計控制的，工業(yè)化生產(chǎn)能保證混凝土的質(zhì)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(jié)構(gòu)和構(gòu)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(shè)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(zhì)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(jié)構(gòu)自重，降低荷載，又可降低建筑物基礎(chǔ)、承重結(jié)構(gòu)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(zhì)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(zhì)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。