低成本大流动度轻质高强页岩陶粒混凝土研究.pdf

斩癯 建巍 全 国 中 文 核 心 期 刊 低成本大流动度轻质离强页岩陶粒混凝土研究 黄昱霖， 严云， 李三霞 ( 四川省非金属复合 功能材料 重点实验 室一 省部共建国家重点实验室培育基地， 西南科技大学， 四川 绵阳6 2 1 0 1 0 ) 摘要 ： 基 页岩轻质陶粒与普通混凝 材料， 采用体积法设计配合比， 以低成本为目 标配制大流动度、 轻质高强混凝土。 利用水 胶比， 陶粒、 砂 及浆体 三者 比例调控 试体坍落度 、 表观密度与强度 。可筛选 出满足大流动度 的轻质 高强混凝 土， 通过对 比实验 ， 得到 2 8 d抗 压强度超过 6 0 MP a ， 表观 密度 为 2 0 2 5 k g m 的陶粒混凝 ： 。 关键词： 页岩陶粒； 轻质高强混凝： ； 低成奉： 大流动度 中图分类号 ： T u 5 2 8 2 文献标识码 ： A 文章编号： 1 0 0 1 7 0 2 X( 2 0 1 1 ) 0 1 0 0 1 9 - 0 3 S t u d y o n s h a l e c e r a mi s i t e c o n c r e t e o f l i g h t d e n s i t y a n d h i g h s t r e n g t h h a v i n g l o w c o s t a n d l a r g e fl u i d i t y HUANG Yu l i n YAN Yu n， l I Sa n x i a ( S t a t e Ke y l ,a b o r a t o ry Cu h i v a t i o n Ba s e f o r No n me t a l Co mp o s i t e s a n d F u n c t i o n a l Ma t e r i a l s ， S o u t h we s t Un i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， Mi a n y a n g 6 2 1 01 0， S i c h u a n， Ch i n a ) Ab s t r a c t ： A c c o r d i n g t o t h e v o l u me t h e o r y t o d e s i g n s c h e me ， a n d o b j e c t i o n o f l o w c o s t ， c o n c r e t e o f l a r g e fl u i d i t y ， l i g h t d e n s i t y a n d h i g h s t r e n g t h wa s p r e p a r e d b y u s i n g s h a l e c e r a mi s i t e a n d o r d i n a r y c o n c r e t e ma k i n g ma t e r i a l s L i g h t d e n s i t y a n d h i g h s t r e n g t h c o n c r e t e m e e t i n g t h e r e q u i r e me n t o f l a r g e fl u i d i t y c a n b e s e l e c t e d b y c o n t r o l l i n g t h e s l u mp ， d e n s i t y a n d s t r e n g t h t h r o u g h a d j u s t i n g t h e r a t i o o f wa t e r a n d p a s t e， a n d t h e p r o p o r t i o n o f e e r a mi s i t e ， s a n d a n d p a s t e Th r o u g h c o n t r a s t e x p e rime n t ， e e r a mi s i t e c o n c r e t e wi t h c o mp r e s s i v e s t r e n g t h e x c e e d i n g 6 0 MP a a n d d e n s i t y o f 2 02 5 k g m wa s o b t a i n e d Ke y wo r ds ： s h a l e c e r a mi s i t e； c o n c r e t e o f l i g h t d e n s i t y a n d h i g h s t r e n gth； l o w c o s t ； l a r g e flu i d i t y 基于页岩陶粒配制的轻质高强混凝士， 具有低成本、 低表 观密度、 高强度、 吸声以及保温隔热等优异性能， 其在日常的 建筑土工设计中应用广泛， 可用于预制保温墙板， 大大提高混 凝土保温隔热性能； 也可浇制非承重隔墙、 防护围栏， 起到隔 声、 隔热与降低结构体自 重的作用。 作为轻质高强的混凝土还 可用于浇制高层建筑楼板， 具有叮节约钢筋用量等优点l 】 1 。刘 强等l I 针对页岩粉煤灰陶粒的结构用轻质高强混凝十配合比 进行了初步研究。 为了便于建筑泵送施工， 并且考虑经济性因 素， 结合陶粒混凝土研究现状， 进一步研究低成本大流动度13 1 轻质高强混凝： = 。 本实验以页岩陶粒为粗骨料， 中砂为细骨料， 水泥和 I 级粉煤灰为胶凝材料， 添加减水剂、 引气剂等配制轻质高强 混凝土。 通过体积法设计配合比， 利用水胶比， 粗、 细骨料与浆 体三者比例调控坍落度、 表观密度及强度。并与目前常用的 陶粒混凝土对比，研究低成本大流动度轻质高强陶粒混凝 士。 收稿 日期 ： 2 0 1 0 0 7 1 2 作者 简介： 黄 昱霖 ， 男， 1 9 8 5年生 ， 四川 I 绵 阳人， 硕 士研究生 。 电话 1 3 7 7 81 6 41 3 8， E n mi l ： WO l i uy i f e i 1 6 3 c o n l 。 1 实验 1 1 原材料 水泥： 重庆拉法基水泥有限公司生产的拉法基4 2 5 R普 通硅酸盐水泥； 粉煤灰： 绵阳市坤辉建材有限责任公司生产 的I 级粉煤灰， 水泥与粉煤灰的化学成分见表 1 。 表 1 水泥与粉煤灰 的主要化 学成 分 陶粒： 系在 1 0 0 0 c c 左右高温作用下， 黏士类矿物排出气 体而产生膨胀，形成的内部具有灰黑色多孔疏松结构、 质 轻、 表面具有坚硬外壳的圆形或椭圆形颗粒l4 l c实验所用陶 粒的颗粒级配为单粒级， 最大粒径 1 5 m m ， 粒型系数 1 5 ， 其 技术指标见表 2 。 表 2 陶粒的技术 指标 中砂： 细度模数2 5 ， 表观密度2 6 0 0 k g m 3 ， 含水率3 。 减水剂： 四川柯帅外加剂有限责任公司生产的K S 一 2 0 型 粉质萘系减水剂。 N E W BUI L DI NG M ATE R l AL S 1 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 黄昱霖 ， 等： 低成本 大流动度轻质 高强页岩 陶粒混凝土研究 引气剂： 四川柯帅外加剂有限责任公司生产的三萜皂甙粉 质引气剂。 1 2 原材料的前期处理 由于溶液较粉体具备较好的拌合均一性，故将引气剂配 制成固含量为 l 的溶液；再将粉质减水剂加入到引气剂溶 液中， 将计算的总用水除去润湿用水、 砂中含水及引气剂溶液 中用水量后的水与外加剂溶液拌合均匀。 1 3 实验配合 比设计 1 3 1 确定陶粒用量 轻骨料陶粒为本体系中降低表观密度的最主要材料， 应 最大量使用。 根据所用陶粒堆积后空隙率为4 3 ， 结合混凝 土大流动度与高强目 标， 确定陶粒最大体积掺量为3 5 。 1 3 2 确定减水剂及弓 I 气剂用量 加入减水剂能够减小需水量， 降低水灰比。 为保证混凝土 大流动度和高强的特征， 根据该减水剂的建议掺量， 并结合本 体系低成本等特点， 确定用量为胶凝材料的0 8 。 引气剂的加入能改善混凝土的和易性， 减小泌水和离析， 还能进一步降低混凝土的表观密度。本实验体系设计引气量 为5 ，通过实验确定当引气剂掺量为胶凝材料的0 0 1 时， 混凝土的含气量为设计值。 1 3 3 粉煤灰掺量 为降低成本， 提高混凝土的流动性， 减小混凝土密度， 提 高混凝土后期强度， 采用 I 级粉煤灰等量取代 1 5 水泥。 1 3 4 配合 比设计 本实验采用体积法设计配合比( 见表 3 ) ， 基本设计原理 见式( 1 ) 、 式( 2 ) 、 式( 3 ) ： 表 3 混凝土的配合 比设计 浆体体积 = I ， + + + 。 集料体积 + V g = l V 2 0 新型建筑材料 2 0 1 1 1 ( 1 ) ( 2 ) 式中： V 、 V w , V 。 、 、 V 、 V 、 V 分别为浆体、 水、 水泥、 矿物外加 剂、 空气、 细集料及粗集料的体积， m 。 浆体密度= ( 1 - _V o ) x ( 1 +_ W jB i ) ( 3 ) P w P f P c 式中： 8 水胶比； p w , p 、 P 分别为水、 矿物外加剂和水泥的密度， k g m 。 通过各组分体积含量、 密度和浆体密度计算相应含量。 1 4 实验工艺 首先把陶粒倒入混凝土搅拌机中， 将3 5 的拌合水预润 湿陶粒， 再加入砂、 水泥、 粉煤灰与配制好的外加剂进行搅拌。 拌合好后按G B 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 中 稠度试验方法测试坍落度， 然后在1 0 0 m m x l O 0 m in x 1 0 0 m m的立方体模具中成型， 而后在振动台上振实， 静置 2 4 h 脱模， 在( 2 0 2 ) q C 的水中标养2 8 d 。 到达养护龄期后， 按 G B 5 0 0 8 1 -2 0 0 2 普通混凝土力学 性能试验方法标准 进行强度测试。 2 实验结果与分析 按表3 配合比配制的混凝土性能测试结果见表4 。 表 4 混凝土性能测试 结果 坍落度 理 论表观 实际表观 浆体密度2 8 d抗压强度 钢 mm 密度 ( k g m3 )密度 ( k g m _j ) ( k m 3 ) MP a 注 ： A 5与 A 6组成型效果不佳， 没有进行进 一步研究 。 2 1 水胶 比对混凝土表观密度与强度的影响 水胶比是本体系控制抗压强度与表观密度的主要手段之 一 。由表4 可见： ( 1 ) A 、 B两组试件的抗压强度均与水胶比呈反比关系。 A 、 B两组比较分析可知， 水胶比相同时， 砂含量增加会提高 体系强度。这是因为砂含量的增加， 会加大对水泥浆中水分 的吸收， 使得浆体体系的水灰比降低， 以致强度增加。对于 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 黄昱霖 ， 等： 低成本大流动度 轻质 高强页岩 陶粒混凝土研究 轻质混凝土， 主要抗压损坏为轻质骨料断裂， 而使得界面过 渡区的影响变弱。 砂含量的增加降低了水泥浆体的用量， 降 低了成本， 但使工作性变差， 以至水胶比降低后难以较好成 型。 ( 2 ) 试件的水胶比与实际表观密度呈反比。 这是因为用水 量的增加导致了试块中水蒸发后的孔隙率增加，而使表观密 度降低。在水胶比相同时， 由于B组试件的砂含量较少， 使其 表观密度小于A组试件。 2 2 陶粒掺量对混凝土表观密度与强度 的影响 陶粒是本实验降低表观密度所用的主要轻质粗骨料， 其 技术指标尤其是筒压强度对试件强度等方面有较大的影响。 为对比本体系所用3 5 陶粒的性能，设计T2 5 陶粒的对比 组， 砂掺量为2 0 ； 由表4数据及分析可知， 水胶比小时成型 困难， 水胶比大时强度又低， 因此， 本实验组取水胶比为0 4 5 和0 4 0 进行实验。 陶粒体积掺量为2 5 、 砂掺量为2 0 时， 轻 集料混凝土的表观密度和强度见表5 。 表 5 轻集料混凝土的表观密度与强度 C 1 、 C 2 分别与相同水胶比的A 3 、 A 4 试件对比可见， 在陶 粒体积掺量减小到2 5 时，混凝土的表观密度和强度增大， 并且增加率较高。这是因为轻骨料含量降低，水泥浆体积增 加， 表观密度增加( 表观密度超过了轻质混凝土规定的范围， 但超量不多) 。而由于轻骨料含量降低， 低强度骨料量有所改 善， 水泥浆体的体积增加， 密实度增大， 在水胶比相同条件下 可以较大的提高强度。 2 3 混凝土密度与强度的关系( 见图1 、 图2 ) E 铀 餐 图 1 A组试件表观密度与抗压强度的关系 从图1 、 图2 均可看出， 2 组试件的2 8 d 抗压强度与表观 密度呈正增长关系， 即随着试件表观密度的增加， 2 8 d 抗压强 度逐步增大。不管是针对单一A组还是B组来说， 骨料的量 都是固定的，本体系是通过水胶比或者可以说是浆体密度来 调节混凝土的表观密度。水胶比越小， 浆体密度增加， 浆体中 水含量降低， 胶凝材料用量增加， 由试件中水分蒸发而导致的 空隙降低， 密实度加大， 表观密度和强度也随着增大。 因此， 必 须权衡轻质与高强的矛盾。 4 - - 阳 饔 图 2 B组试件表观 密度 与抗压 强度 的关系 由于A组试件砂用量是B组的2 倍， 故在水胶比相同条 件下， A组试件的表观密度大于 B组。A 、 B两组试件的浆体 体积分别是 4 5 和5 5 ， 但二者浆体密度是不变的， 此时B 组试件的水含量和胶凝材料用量相对A组试件有所增加， 这 是为了填充更大的空隙。这样， B组试件的和易性增加， 使得 B组试件的水胶比降到0 I 3 还能成型。而A组由于胶凝浆体 的缺少， 使得水胶比减小到0 4时就不能成型。 2 4 混凝土坍落度与抗压强度的关系( 见图3 、 图4 ) 坍 落度 m m 图 3 A组试件坍落度 与抗压 强度 的关 系 图 4 B组 试件 坍落度与抗压 强度 的关 系 根据坍落度测试， 再结合相应的抗压强度， 选择坍落度不 小于 1 6 0 m m ， 满足轻质( 表观密度小于1 9 5 0 k g m 。 ) 高强混凝 土的最佳组为A 3 组， 即2 8 d 抗压强度达4 2 5 M P a ， 表观密度 为1 9 3 2 k g m ， 坍落度为 1 6 2 m m。 2 5 成本分析 ( 下转第3 3 页) N E W BUl L Dl NG M ATE RI AL S 21 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 杨三可， 等： 工艺参数对高掺量耐水型磷石膏蒸压砖性能的影响 加完整， 溶解速度更加缓慢， 从而提高了制品的抗压强度及软 化系数。 当蒸压温度超过2 0 0 c c ， 磷石膏砖的强度及软化系数 增幅平缓， 这表明制品中物料间水化硬化进入稳定期。因此， 本研究中适宜的蒸压温度为2 0 0 。 3 结论 ( 1 ) 随着混合物料水灰比的增大， 高掺量耐水型磷石膏蒸 压砖的强度与软化系数先增大后下降， 水灰比以O 2 3 为宜。 ( 2 ) 随着成型压力、 预养护时问及蒸压温度的增大， 耐水 型磷石膏蒸压砖的强度与软化系数增加。 成型压力为 1 5 M P a 时， 耐水型磷石膏蒸压砖的综合性能最佳。 ( 3 ) 制品的X R D以及S E M分析结果表明， 高掺量耐水型 磷石膏蒸压砖的矿物组成主要是 C a S O 、 C s H凝胶及托勃 莫来石， 其中水硬性矿物c s H凝胶及托勃莫来石与磷石膏 经蒸压后所生成的无水硫酸钙晶体相互错生在一起，这种特 殊的结构使得耐水型磷石膏蒸压砖不仅具有强度好、软化系 数高， 而且磷石膏掺量大的优点。 + ”+”- 4-” 卜 ”- 4 -” -4 -n+“ 卜 -4 -”十”+*+一+一+” +” 一”- 4 - 4 -一- 4-n+“+“+*+ ( 上接第 2 1页) 以A 3 试件为例， 与轻质高强混凝土( 坍落度为 1 6 5 m m ， 2 8 d 抗压强度为4 1 2 M P a ) l 5 j的成本进行大致比较， 其中部分 因产地等而造成的差别没有统计。结果见表6 。 表 6 原料成本分析 由表6 可见，本实验设计的大流动度轻质高强混凝土成 本为2 8 3 4 9 元 m ， 较轻质高强混凝土( 成本为3 4 4 4 1 元 m 3 ) 的成本降低1 7 6 9 。 3 结论 ( 1 ) 通过体积法设计配合比， 当陶粒体积掺量为3 5 ， 砂 为 1 O 时， 可制得实际表观密度为1 7 6 6 k g m 3 , 2 8 d 抗压强度 h3 3 6 M P a 的轻质高强混凝土； 调整水胶比为0 3 0 ， 当实际表 观密度为1 8 7 9 k g m 时， 2 8 d 抗压强度可达 5 1 1 M P a ； 陶粒体 参考文献 ： f 1 林倩， 吴红 ， 营建新 ， 等 浇注成型法制磷石膏轻质墙 体砖的研究 J I 贵州工 业大 学学报 ( 自然科学版) ， 2 0 0 6( 4 ) ： 4 2 - 4 5 2 刘代 俊， 刘玉琨 ， 钟本和 ， 等 高强度 磷 膏砌块的研制 J 1 磷肥与 复肥 ， 2 0 0 4( 1 ) ： 6 4 6 5 3 王雪梅 ， 刘代俊 ， 钟本和 磷石膏砖块 的研 S O J 化工矿物 与加工， 20 0 2( 1 )： 1 61 8 4 赵 建华 ， 杨玉 发， 王伟 磷石膏制 耐水型石 膏砌块 的研 究与应 用 J 1 _硫磷设计 与粉 体工程 ， 2 0 0 8 ( 1 ) ： 1 7 - 2 0 5 向才旺建 筑石膏及其制 M 北京： t fJ 嗣建材 工业 出版社 ， 1 9 9 8 6 杨林 ， 杨三可 ， 周永波， 等 高掺量磷石膏 耐水 蒸压 砖的研制f J 1 非 金属矿 ， 2 0 1 0( 2 ) ： 4 1 4 3 7 1 杨南如， 岳文海 无机非金属材料 图谱手册 M J _ 武汉 ： 武汉工业大 学 出版社 ， 2 0 0 0 ： 1 8 7 2 4 5 f 8 1 孙国匡， 赵宇平 C a O S i O： 一 A 1 2 0 ， 一 H 0系 统中和压蒸制 品有关 的 水化产物的研翘 J J 硅酸盐学报， 1 9 8 3 ， 1 1 ( 2 ) ： 1 4 9 1 5 8 A 积掺量不变， 砂为2 0 时， 水胶比降到0 3 5 ， 就难以成型。 ( 2 ) 通过对比实验， 调整陶粒体积掺量为2 5 ， 砂为2 0 ， 可制得表观密度为2 0 2 5 k g m 3 , 2 8 d 抗压强度超过6 0 M P a 的 高强混凝土。在水胶比为0 4 0 ，陶粒体积掺量从3 5 降到 2 5 时， 2 8 d 抗压强度增长率近 4 0 。 ( 3 ) 根据大流动度轻质高强混凝土要求得出最佳配比为 A 3 组，按此配比配制的高强混凝土2 8 d 抗压强度达到4 2 5 M P a ， 实际表观密度为 1 9 3 2 k g m ， 坍落度为 l 6 2 m m， 且成本 比轻质高强混凝土( 坍落度1 6 5 m m ， 2 8 d 抗压强度4 1 2 M P a ) 降低 1 7 6 9 。 ( 4 ) 水胶比与陶粒掺量对混凝土的表观密度和抗压强度 影响很大， 在其它材料用量固定的情况下， 水胶比越小， 表观 密度越大， 抗压强度越高。 参考文献 ： 1 】 张华英 陶粒 轻质高强混凝 土的试验研 究 J l _ 佛l U科学技术 学院 学报， 2 0 0 9 ， 2 7 ( 5 ) ： 4 3 4 6 2 刘 强 ， 赵传 文 高强页岩粉 煤灰 陶粒混 凝 t配 合比研究【 J f 粉煤 灰 ， 2 0 0 0 ( 5 ) ： 1 9 - 2 2 3 J G J 5 5 2 o 0 O ， 普通混凝土配 合比设计土 见 程【 S 1 4 】 郭宏云 陶粒 混凝 土配合比 没计f J 1 武汉人 学学报， 2 0 0 7 ， 4 0 ： 5 2 2 5 2 5 5 张爱莲 大 流动度粉 煤灰 陶粒 混凝土 的制备 与性能【 D J 哈尔滨 ： 哈尔滨工业大学 ， 2 0 0 7 ： 3 0 3 2 A N E W BUI L DI NG MAT E RI AL S 3 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m