高岭土尾矿-煤矸石-粉煤灰烧成陶粒配制轻质高强混凝土的试验研究.pdf

钎 建魄 中 国 科 技 核 心 期 刊 高岭士尾矿一 燥矸石一 粉 配制轻质高强混凝士 燥灰烧成陶粒 的试验研究 周 敏 ( 福建省建筑科学研究院， 福建省绿色建筑技术重点实验室， 福建 福州3 5 0 0 2 5 ) 摘要： 以高岭土尾矿一 煤矸石一 粉煤灰陶粒为骨料， 研究不同水胶比、 砂率等对陶粒混凝土性能的影响。结果表明， 胶凝材料用 量、 砂率等对陶粒混凝土的干表观密度和导热系数影响明显， 适当的胶凝材料用量和砂率是配制具有良好热工性能轻质高强陶粒 混凝土的关键。 关键词： 高岭土尾矿； 煤矸石； 热工性能； 轻质高强； 陶粒混凝土 中图分类号： T U1 1 1 1 9 + 5 文献标识码： A 文章编号： 1 0 0 1 7 0 2 X( 2 0 1 4 ) 0 9 0 0 6 7 0 3 E x p e r i m e n t a l s t u d y o n p r e p a r a ti o n o f l i g h t - w e i g h t a n d h i gh- s t r e n g t h c o n c r e t e m a d e b y k a o l i n t a i l i n g s - g a n g u e - fl y a s h h a y d i t e zHoU Mi 7 , ( F u j i a n A c a d e m y o f B u i l d i n g R e s e a r c h ， F u j i a n K e y L a b o r a t o r y o f Gr e e n B u i l d i n g T e c h n o l o g y ， F u z h o u 3 5 0 0 2 5 ， F u j i a n ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： T h e a r t i c l e d e s c r i b e d t h e e ff e c t o f w a t e r - b i n d e r r a t i o a n d s a n d r a t i o o n k a o l i n t a i l i n g s - g a n g u e - fl y a s h h a y d i t e c o n c r e t e b y t e s t i n g Th e r e s u l t s s h o wn t h a t wa t e r - b i n d e r r a t i o a n d s an d r a t i o h a d a n e ff e c t o n t h e d ry a p p are n t d e n s i t y an d t h e r ma l c o n d u c t i v i t y o f c o n c r e t e and t h a t t he r e a s o n a b l e c e me n t i n g ma t e r i a l c o n t e n t a n d s a n d r a t i o we r e t h e k e y t o p r e p a r e t h e l i g h t we i g h t an d hi g h -s t r e n g t h c o n c r e t e wi t h t h e b e t t e r t h e r a al p e r f o rm anc e Ke y wor ds ： k a o l i n t a i l i n g s ： g a n g u e ： t h e r ma l p e rfo r ma n c e： l i g h t we i g h t and h i g h - s t r e n g t h： h a y d i t e c o n c r e t e 陶粒是一种人造轻集料， 其内部具有蜂窝状多孔结构， 以 陶粒为骨料配制的混凝土具有导热系数低、 吸水率小、 良好的 保温、 隔热、 防潮、 隔音、 抗震等性能【l J 。传统普通混凝土其表 观密度一般为2 2 0 0 2 6 0 0 k g m ， 而陶粒混凝土的密度比普通 混凝土低很多，但其低密度并不意味着强度等性能也更低。 目 前， 国外已有关于陶粒混凝土应用于普通混凝土结构和预 应力混凝土结构的研究 2 1 ，这类陶粒混凝土的密度一般为 1 4 0 0 2 0 0 0 k g m 。 。国内 通常认为高强高性能轻集料混凝土是 指密度等级为1 6 0 0 1 9 5 0 k g m 、 强 度等级在L C 3 0 以上、 具有 良 好耐久性和工作性的轻集料混凝土。 本研究以龙岩地区高岭土尾矿和煤矸石为原材料烧成轻 质高强陶粒 ， 并配制出具有良好保温隔热性能的轻质高强 基金项目： 福建省科技计划重点项目( 2 0 1 l Y o 0 1 7 ) 收稿 日期 ： 2 0 1 3 1 2 0 9 作者简介： 周敏， 男， 1 9 7 8 年生， 福建福卅 f人， 硕士， 高级工程师。地址： 福州市杨 桥中路 1 6 2号福建省建筑科 学研 究院建材检测所 ， E - ma i h z mi n f j j k y c o rn。 混凝土。 本文主要在前期对烧成陶粒性能研究的基础上， 以高 岭土尾矿一 煤矸石一 粉煤灰烧成陶粒为骨料，通过不同水胶 比、 不同胶凝材料用量、 不同砂率等方面对陶粒混凝土的工作 性能、 力学性能、 热工性能等的影响进行试验研究， 配制出具 有良好保温性能的轻质高强混凝土。 1 试验 1 1 原材料 陶粒： 以龙岩地区高岭土尾矿、 煤矸石、 粉煤灰为原料， 并 掺入新型外加剂烧制而成， 具有轻质、 高强、 低吸水性等特点。 其性能见表 1 。 表 1 陶粒的物理 力学性能 公称粒径颗粒级配堆积密度 1 h吸水率筒压强度表观密度 ra m mm ( k g m 3 ) MP a ( k g ms ) 2 0 5 - 2 0 7 8 2 2 8 64 】 2 9 0 水泥： 选用红狮牌P O 4 2 5 R水泥， 标准稠度用水量2 8 6 ； 初凝时间1 7 1 m i n ， 终凝时间2 3 3 ra i n ； 3 d 、 2 8 d 抗折强度分别 为5 4 、 8 2 M P a ， 3 d 、 2 8 d 抗压强度分别为2 6 6 、 4 9 8 M P a 。 NE W BUI L DI NG MATE RI AL S 6 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 周敏 ： 高岭土尾矿一 煤矸石一 粉煤灰烧成 陶粒配制轻质 高强混凝土的试验研究 粉煤灰： 采用石狮热电厂的 级粉煤灰， 细度( O 0 4 5 m m 筛筛余) 1 2 3 ，烧失量 2 0 2 , 2 8 d 抗折强度比8 6 6 ， 2 8 d 抗压强度比8 2 5 。 细骨料： 河砂， 细度模数2 6 ， 堆积密度 1 5 2 0 k g m 。 外加剂：福建建工建材科技开发有限公司生产的T w P s 聚羧酸高效减水剂，减水率2 6 ，泌水率比3 3 ，含气量 2 6 ， 1 h 坍落度保留值 1 7 5 m m ， 2 8 d抗压强度比 1 4 2 。 1 2 配合 比设计 试验研究不同水胶比、 砂率对陶粒混凝土性能的影响， 目 的是设计抗压强度C 3 0 以上， 传热系数K为1 0 1 5 W ( m K ) 的陶粒混凝土。根据 D B J 1 3 6 2 -2 0 0 4 福建省居住建筑节 能设计标准实施细则 ， 设定墙体厚度 3 2 0 m m， 则传热系数 为 1 5 W ( m 2 o K ) 时的导热系数A约为0 6 5 V ( ( m K ) ， 即当 导热系数 A小于0 6 5 W ( m K ) 时， 墙体厚度 3 2 0 m m时传 热系数才会小于 1 5 W ( m z K ) 。根据文献 5 】 研究给出的轻 集料混凝土在干燥条件下导热系数与表观密度关系( 见图1 ) 可知， 导热系数j I 为0 6 5 W ( m K ) 时对应的表观密度约为 1 7 0 0k g m。 。 图 1 轻集料混凝土在干燥条件下导热系数 A与 表观密度的关系 通过参考相关文献资料及J G J 5 1 2 0 0 2 轻骨料混凝土 技术规程进行配合比设计，采用松散体积法设计系列配合 比， 进行试拌， 其中用水量和外加剂掺量以控制拌合物坍落度 为 1 8 0 2 2 0 m m为准，粉煤灰掺量固定为胶凝材料用量的 2 0 ， 陶粒样品均经过预湿处理， 为饱和面干状态。陶粒混凝 土配合比如表2 所示。 1 3 试验方法 混凝土坍落度参照 G B T 5 0 0 8 0 - - 2 0 0 2 ( 普通混凝土拌合 物性能试验方法标准进行测试， 2 8 d抗压强度参照G B T 5 0 0 8 1 -2 0 0 2 普通混凝土力学性能试验方法标准 进行测试， 干表观密度试验参照J G J 5 1 2 0 0 2 进行测试， 导热系数参照 G B T 1 0 2 9 4 -2 0 0 8 绝热材料稳态热阻及有关特性的测定 防 护热板渤 进行测试。 6 8 新型建筑材料 2 0 1 4 9 表 2 陶粒混凝土配合比 2 试验结果与分析 2 1 试验结果 ( 见表3 ) 表 3 混凝土性能试验结果 2 2 结果分析 水胶比对陶粒混凝土抗压强度、干表观密度及导热系数 的影响见图2 。砂率对陶粒混凝土抗压强度、 干表观密度及导 热系数的影响见图3 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 周敏 ： 高岭土尾矿一 煤矸石 一 粉煤灰烧成 陶粒配制轻质 高强混凝土的试验研究 水胶 比 ( b ) 千表观密度 图 2 水胶比对陶粒混凝土抗压强度干表观密度及导热系数的影响 从图2 ( a ) 可以看出， 在保证坍落度大致相同的情况下， 陶粒混凝土的抗压强度随水胶比的增大而降低，这与普通混 凝土规律一致。从图2 ( b ) 、 图2 ( c ) 可以看出， 相同胶凝材料 时，陶粒混凝土干表观密度和导热系数则随着水胶比的增大 而降低， 这是由 于在相同砂率 和坍落 度大致相同 的情况下， 应 用松散体积法设计配合比时，由于粗细骨料总体积固定， 因 ( a ) 抗 压强度 粕 露 样 85 0 8 0 0 7 5 0 7 0 0 65 0 6 0 0 5 5 0 5 0 0 此， 水胶比越大， 胶凝材料用量越少， 导致陶粒混凝土具有更 低的干表观密度和导热系数， 但同时也使抗压强度降低。 由 表3 可知， 1 # 6 配方制备的陶粒混凝土抗压强度均在 3 0 M P a以上， 导热系数均在 0 6 5 W ( m K ) 以下， 其中6 配方 抗压强度达到4 0 M P a ， 1 配方的导热系数达到0 5 6 W ( n 1 K ) 。 胶凝材料4 0 0 k g m 3 胶凝材料4 0 0 k g m 3 胶凝材料4 5 0 k g m 3 图 3 砂率对陶粒混凝土抗压 强度 、 干表观密度及导 热系数 的影响 从图3 ( a ) 可以看出， 胶凝材料用量相同时， 砂率对于抗 压强 度的 影响 规律并不明显， 说明 砂率在2 9 一 3 8 时 对于陶 粒混凝土的抗压强度影响不大。 从图3 ( b ) 、 图3 ( c ) 可知， 胶凝 材料用量相同的情况下， 随着砂率的降低， 陶粒混凝土的干表 观密度和导热系数随之降低，这是由于在固定粗细骨料体积 时， 砂率越低， 拌合物中陶粒的含量相对增加， 陶粒的堆积密 度大大低于砂子， 且具有良好的保温隔热效果， 因此， 随着砂 率降低或陶粒的增加，陶粒混凝土的干表观密度和导热系数 减小， 保温隔热效果改善。 但偏低的砂率不利于陶粒混凝土的 工作性， 从 1 配方可以看出， 虽然该配方配制的混凝土具有 良 好的 干表观密度和导热系数， 但是 在拌制试验过程中， 由 于 胶凝材料总量和细集料的量偏少， 无法很好包裹陶粒， 且前期 试验烧成的高岭土尾矿一 煤矸石一 粉煤灰陶粒的表面不够粗 糙， 与 水泥 浆的 粘结不是很好， 因 此， 需 适当 地增加砂率或胶 凝材料用量。 3 结语 ( c ) 导热系数 ( 1 ) 使用高岭土尾矿一 煤矸石一 粉煤灰烧成的陶粒可以配 制出具有良好性能的陶粒混凝土， 1 一 6 配方配制的陶粒混凝 土抗压强度均在3 0 M P a 以上，导热系数均在0 6 5 W ( m 以下， 其中6 # 配方抗压强度达到4 0 M P a ， 1 配方的导热系数 达到0 5 6 W ( m K ) 。 ( 2 ) 在相同胶凝材料用量的情况下， 砂率在2 9 一 3 8 时 对混凝土抗压强度的影响不大，且应用松散体积法设计配合 比时，较低的砂率有利于改善陶粒混凝土的表观密度和导热 系数， 但偏低的砂率对于高岭土尾矿一 煤矸石一 粉煤灰烧成陶 粒配制混凝土的工作性 不利， 应适当增 加胶凝材料用量或提 高砂率。 ( 3 ) 将进一步试验研究分析其它因素， 如水泥强度等级、 陶粒预湿时间、 用水量等对高岭土尾矿一 煤矸石一 粉煤灰烧成 ( 下转第 8 6页) NE W BUl L DI NG M ATE R I AL S 6 9 咖湖珊瑚咖 垂 ； 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m