高铁站候车大厅保温层中陶粒混凝土的应用

李翔 王晓龙

(云南建投绿色高性能混凝土股份有限公司，云南 昆明 650000)

中国的高速铁路正处在快速发展阶段，到2020年末，我国的高铁运营里程已突破4万km。人们的出行也越来越倾向于选择高铁。高铁站在建设过程中也越来越重视舒适性、节能环保等性能。陶粒属于高性能集料，在重量上比普通混凝土轻1/5以上，在耐久性上也较普通混凝土更好，陶粒主要利用工业废渣作为原材料，能够有效减少碎石的消耗，最大建筑耗能减少40%～60%。在环境保护方面，能够满足当前建筑及环境要求。因陶粒混凝土在保温、隔音、抗震等方面的优势，所以无论建筑结构是否承重，都可选用陶粒混凝土。陶粒混凝土与普通混凝土相比具有高强轻质、耐火、自保温性、防潮隔音性、体积稳定性和耐久安全性等，在工程应用中越来越受到关注和认可；同时陶粒混凝土还可以减轻结构自重、节约材料用量、资源综合利用及改善建筑物功能方面有良好的经济效益和社会效益。

然而，陶粒混凝土属于多孔结构，陶粒混凝土工作性比普通混凝土差，因其多孔的表面，在拌制时需要更多的水泥来弥补和易性差这一缺点，从而增加了施工成本；且陶粒表观密度比水小，易浮于混凝土上部，导致混凝土不均匀，使力学性能下降，在浇筑过程中容易出现分层离析、成型困难、陶粒上浮的现象，进而影响浇筑构件的质量。由于陶粒具有较大的吸水率，在运输过程中会持续吸收混凝土中的水，导致坍落度损失过快，影响施工等问题；陶粒混凝土在泵送过程中，在泵压作用下，陶粒会继续从混凝土中吸水而极易容易导致堵泵，泵损较大还会影响振捣成型等问题。因此，研究陶粒混凝土的应用，必须解决以上问题，才能发挥出陶粒混凝土的优势。

该项目位于云南省某新建高铁站站房。站房总建筑面积约28350.13m，其中包含地下建筑面积181.45m，地上建筑面积28086.56m。地上两层，局部两层夹层，地下局部一层。站房总长214.2m，进深61.5m，总建筑高度33.1m。该项目陶粒混凝土浇筑部位位于二楼候车大厅底部保温层，设计混凝土等级为LC7.5，干密度≤1900kg/m，浇筑厚度为130mm，施工方式为泵送，竖直泵送高度为10m，水平最大泵送长度为200m。

1 陶粒混凝土的原材料和试配

由于本工程浇筑的陶粒混凝土施工方式为泵送施工，且泵送距离较长，导致该工程泵送工作具有一定的难度，因此要求工程所采用的陶粒混凝土具备较好的黏聚性，本工程所采购的陶粒为黏土陶粒，其自身密度较小，所制成的混凝土拌合物极易出现上浮现象，不利于陶粒混凝土的泵送施工。通过科学的配合比设计以及大量的试配验证，保证陶粒混凝土有足够的黏聚性以及包裹性，才能满足具体施工的需求。因此本工程采用的细骨料为中砂程度的机制砂，水泥使用P.O42.5水泥，同时加入粉煤灰、高性能聚羧酸减水剂提升混凝土的工作性能，同时严格控制用水量。

1.1 原材料

1）陶粒：选用易门亿顺陶粒制品有限公司的黏土陶粒，堆积密度267kg/m，24h吸水率24%，筒压强度1.9MPa，颗粒级配为5～20mm的连续级配；2）细骨料：选用蒙自永进石场机制砂，细度模数为2.8，表观密度为2600kg/m，孔隙率为42%，MB值0.5；3）水泥：选用华新P.O42.5水泥，标准稠度26.4，初凝时间248min，终凝时间318min，比表面积360m，细度8.0%，28d强度51MPa；4）粉煤灰：选用开远美创环保科技有限公司Ⅱ级粉煤灰，需水比98%，细度20.2%，密度2.5g/cm，28d活性70%；5）外加剂：采用云南建投高分子有限公司聚羧酸减水剂，固含10%，1h净浆适应性变化+30mm。

1.2 陶粒混凝土的配合比

依据本项目对陶粒混凝土的技术要求，干密度为1900kg/m，坍落度180±20mm，表1为LC7.5陶粒混凝土的配合比。

表1 LC7.5陶粒混凝土的配合比

1.3 陶粒混凝土的试配

在生产前采用上述原材料和配合比进行第一次试配，陶粒在试配前在水中充分浸泡24h，使用前捞出沥干水分，使陶粒表面处于饱和面干状态。试配混凝土的工作性和试块标养强度情况如表2所示。

表2 陶粒混凝土第一次试配结果

从表2可以看出，混凝土的初始坍落度在220mm左右，扩展度在540mm左右，能满足泵送施工的要求，但是1h经时损失较大，坍落度只有170mm左右，扩展度只有410mm，无法满足泵送要求，主要原因除了受环境温度影响之外，陶粒在混凝土中会继续吸水，导致工作性能损失较大。从表2中可以看出，陶粒混凝土的抗压强度均能满足设计要求，且富裕系数较高，28d强度富裕系数高达246%。主要原因是由于陶粒属于多孔结构，为了弥补和易性差的问题，增加水泥用量来满足和易性的要求。

分析第一次试配的结果，要想解决陶粒混凝土泵送施工的问题，必须提高混凝土的保坍性能，通过对使用的聚羧酸外加剂中聚羧酸超塑化剂、缓凝剂、引气剂、消泡剂等主要成分进行调整，配制出高性能聚羧酸外加剂，来解决保坍性能差的问题。通过试验对比，得到以下外加剂配方，如表3所示，能有效延长混凝土的保坍性能。

表3 外加剂配方

采用上述外加剂配方，在使用配合比和原材料不变的情况下，再次对陶粒混凝土进行试配，得到如下试配结果。

表4 陶粒混凝土第二次试配结果

从表4中可以看出，采用复配后的外加剂配方进行试配，明显提高了陶粒混凝土的保坍性能，1h坍落度损失在20mm左右，2h坍落度损失在40mm左右，2h后的混凝土仍能满足泵送施工要求。

主要原因是聚羧酸超塑化剂加入到水泥中，能显著改善拌合物的流动性，聚羧酸超塑化剂的吸附改变了水泥-水分散体系固液界面的性质，使水泥颗粒之间的作用力发生变化，从而影响水泥-水分散体系的分散性、水化动力学以及水化产物的形态。在混凝土中适当加入缓凝剂，延长凝结时间，使混凝土可以在较长的时间内保持良好的塑性。在混凝土中适当引入细小而稳定的气泡，可以改善混凝土的工作性，另外引入消泡剂可以降低气泡的表面张力，使混凝土中的气泡不能稳定存在。

1.4 陶粒混凝土的试生产和试泵

在正式生产之前，对陶粒混凝土进行试生产和试泵，对在实际生产过程中可能发生的问题，进行提前排查解决，以免影响施工。

对陶粒混凝土进行试生产，并对工作性能进行检测，并结合当天浇筑环境温度、浇筑时间段、运输距离及时间合理调整混凝土出厂坍落度，生产时对陶粒混凝土出厂工作性、入泵工作性、出泵工作性进行检测，检测结果如表5所示。

表5 陶粒混凝土生产过程中工作性检测

从表5可以看出，采用复配后的外加剂进行试生产，陶粒混凝土在运输过程中工作性损失较小，工作性的损失主要取决于陶粒混凝土在生产前陶粒是否充分吸水，以及运输距离的长短和当天的气温等因素。但经过泵送后，陶粒混凝土的工作性有明显损失，主要是因为在泵压作用下，陶粒的多孔疏松结构会再次吸收混凝土中的水分，使工作性损失。因此在生产时一定要严格控制工作性，以入泵时陶粒不上浮为宜，出泵后能正常满足浇筑施工。

2 陶粒混凝土的生产应用措施

2.1 陶粒的进场检验和堆放管理

陶粒在进入搅拌站后要对材料的质量情况做严格检查，检查合格后方可进入料场堆放，检查时依据相应国家标准《轻集料及试验方法》 （GB/T17431-2010），检验项目包括堆积密度、吸水率、颗粒级配等指标。检查时发现任何一个不合格项，严禁材料进场。在料仓中对陶粒单独堆放，堆放高度不宜超过2m，并应防止树叶、泥土和其他有害物质混入，堆场应采取能排水的硬质地面，并应采取遮雨防尘措施。装载机在上料过程中要严格控制上料数量，防止在上料过程中洒落，防止陶粒混入其他骨料中。严格控制待料仓的上料高度，防止串料，当天生产完后，待料仓中陶粒尽量用完。当陶粒混凝土和普通混凝土交替生产时，每次生产完陶粒混凝土要对搅拌机进行彻底清洗，清洗完毕后再进行普通混凝土生产，防止陶粒混入普通混凝土中。

2.2 陶粒混凝土生产拌合前及过程中的控制措施

生产前对陶粒采取直接加水预湿，并保证预湿时间在24h以上，在生产前对预湿的陶粒充分沥水，并采取表面覆盖措施。混凝土拌制时采用外掺方式保证轻质陶粒保质保量的加入到搅拌机内。由于陶粒质量过轻，将陶粒加入待料仓内，调节仓门大小，来控制陶粒下落速度，防止陶粒洒落。通过斜皮带运送至搅拌楼，投料时，陶粒应和细集料同时投料，防止陶粒在运送过程中洒落。生产时严格控制搅拌时间，LC7.5混凝土每盘拌合时间不少于60s，主要原因是通过长时间搅拌，让陶粒在搅拌过程中充分吸水，避免运输过程中继续吸水，导致坍落度损失过大。同时对每天生产的混凝土进行容重试验，容重合格后方可出厂。运输车装料前要求驾驶员排净罐体内杂物及残留水。计量搅拌严格控制各种原材料在计量误差范围以内。误差控制如表6所示。

表6 计量误差允许偏差

对陶粒混凝土进行坍落度检测，并结合当天浇筑环境温度、浇筑时间段、运输距离及时间合理调整混凝土出厂坍落度，生产时对陶粒混凝土出厂工作性、入泵工作性、出泵工作性进行检测。出厂检测时，对发现有陶粒上浮、离析的混凝土禁止出厂，对坍落度较小的混凝土禁止私自加水。

2.3 陶粒混凝土运输过程控制

1）运输车辆装料前必须排空罐体内积水，正确摆放等级标识，运输过程罐体转速控制在2～4r/min，保证混凝土的匀质性，运输过程中禁止向混凝土中加水。到达施工现场，卸料前应快档旋转搅拌罐体不少于20s。必要时可掺入适量外加剂进行调整，但外加剂的掺量因由试验确定，由试验人员准确计量后掺入调整。

2）加强现场和搅拌站对车辆的管理和调度，保证混凝土连续供应，在运输过程中出现交通管制、堵车、车辆故障等情况时，调度加强故障车辆、堵车情况的监控，同时通知技术人员确认混凝土的工作性，不满足要求的严禁浇筑。

3）运输车辆在完成陶粒混凝土运输任务后，要对搅拌罐进行彻底清洗，防止罐壁上附着陶粒。

2.4 陶粒混凝土施工工艺控制要求

运输车辆到达现场后，由施工方、搅拌站和监理方，随机对混凝土进行抽样检测，检测混凝土的工作性（坍落度、扩展度）、混凝土容重，并按照要求留样。

1）浇筑：混凝土浇筑应满足整体连续性的要求，由施工方技术人员统一指挥布料，浇筑时应尽量缩短间隙时间。浇筑前要清除浇筑部位的积水，泵送浇筑前后，严禁将冲洗泵管的水泵入浇筑模板中。陶粒混凝土入模温度应控制在5～35℃范围内。应先泵送适量清水以润湿混凝土泵的料斗、活塞及输送管的内壁等直接与陶粒混凝土接触的部位，泵送完毕后应清除泵内积水。泵送陶粒混凝土前，宜先泵送水泥砂浆，对混凝土泵和输送管道进行润滑。且润管的水和砂浆不能泵到模板中。泵送陶粒混凝土时应先慢后快，逐步加速。陶粒混凝土拌合物从搅拌机卸出到浇筑入模的时间间隔不宜大于90min，如需延长时间，则应采取有效的技术措施，并通过试验验证，如增加外加剂的缓凝成分。拌合物的倾落自由高度不宜超过1.5m，当大于1.5m时宜加串筒或斜槽、溜管等辅助工具，避免拌合物离析。

2）振捣：由于骨料的特殊性，采用人工压实，表面振动成型，以拌合物表面泛浆为宜，且不宜过振。浇筑成型后，宜采用拍板、刮板或振动抹子等工具及时将浮在表层的陶粒压入混凝土内，若颗粒上浮面积较大，可采用平板振动器复振，使砂浆返上，然后再抹面。

3）收光及养护：混凝土浇筑依据顺序依次进行，并由专人统一指挥，责任到人，由于骨料的特殊性，采用人工压实，且不宜过振。振捣以表面水平为准，不再下降，不再出现气泡，表面泛出灰浆为准。应注意施工期间气候变化，为防止夜间混凝土表面温度下降以及混凝土表面风干、水分蒸发过大，浇筑要尤其注意养护措施。

养护主要是保持混凝土有适宜的温度和湿度条件。为避免养护水分蒸发、散失，在混凝土初凝后养护即收面后贴膜洒水养护，适当多补充部分水分。考虑到后期水分蒸发，导致混凝土表面失水，在养护初期就应过量充分浇水进行养护，后期每天适当补充水分即可，水温和混凝土表面温差不大于15℃，贴膜洒水养护时间至少7d。陶粒混凝土构件成型后，在强度达到1.2MPa以前，不得在构件上踩踏行走。

2.5 陶粒混凝土质量验收要求

1）混凝土强度等级符合强度设计要求，28d标准养护强度不小于设计强度的115%，实体检测强度达到设计要求。陶粒混凝土干表观密度检测结果的平均值不应超过配合比设计值的±3%；2）振捣收面后混凝土包裹性良好，陶粒颗粒不明显上浮分层；3）混凝土浇筑后外观质量良好，不发生开裂等现象。

2.6 陶粒混凝土质量控制要点

1）陶粒混凝土在生产前，要按照要求对陶粒进行充分润湿，经检测含水率符合要求后才能用于生产；2）陶粒在进场后单独堆放，避免将陶粒混入普通混凝土中；3）在生产时尽量单独使用一条生产线，如果和普通混凝土交替生产时，每次生产完陶粒混凝土后要彻底清洗搅拌机；4）陶粒混凝土在出厂时要严格控制坍落度，经检测合格后才能出厂；5）陶粒混凝土在泵送施工前要再次检测坍落度，并观察是否有陶粒上浮，经检测合格后才能开始泵送，避免堵管；6）陶粒混凝土在施工振捣过程中，应采取表面振动成型的方式，且应避免过振，防止陶粒上浮；7）陶粒混凝土要加强施工后的养护措施，保证养护过程中的温度湿度。

3 结语

综上所述，陶粒混凝土由于其骨料的特殊性，从原材料验收、生产过程、施工过程都要严格控制质量，采取相应的控制措施，才能提高施工效率，保证工程质量。