大孔碎石、陶粒混凝土的配合比设计及性能研究.pdf

文 章编 号 ：1 0 0 7 0 4 6 X ( 2 0 1 1 ) 0 1 0 0 4 0 0 4 生态建材 大孔碎石、陶粒混凝土的配合比设计及性能研究 S t u d y o f Mi x P r o p o r t i o n D e s i g n o f L a r g e - Ho l e Cr u s h e d S t o n e C e r a mi c C o n c r e t e a n d I t s P e r f o r ma n c e 徐峰 ，董金道 2 0 0 4 3 6 2 ： I 海 市建筑 科学 究院 ( 集闭 j订限公刊， 2 0 0 0 3 2 ) 摘 要 ： 通过 对大孔 陶粒 , a 4i与 大孔砰 石混凝 土的 配合 比及性 能研 究 ，采 用 实验 手段 研 制开发 出一种 新型框 架墙体 用建 筑材 料 ，它的优 异糟 征为 高层住 宅楼施 工成功 实践 所证 实 关键 词 ： 大孔 陶粒混凝 土 ；大孔砰 石混凝 土；水灰 比 ；试 配强度 ：墙 体材料 功能 中图 分 类 号 ：T U 5 2 8 2 文献 标 识 码 ：A Abs t r a c t ：Th e d e s i g n o f】 a r g e h ol e C e l a m s i t c c o n c r e t e a n d l a r g e h o l e c r us h e d s t on e c o n c r e t e a s we l l a s t h e i r pe r f or l na n c e s a r e s t ud i e d A n e w b ui l di n g ma t e r i a l f o r f r a me wa l l i s d e v e l o pe d b y u s i ng e x pe r i m e nt me t h o d，who s e e x c e l l e n t c h a r a c t e r i s t i c s h a v e be e n p r ov e d t hr o u gh s uc e e s s fll 】p r a c t i c e i n t h e c o ns t r u c t i o n o f hg h r i s r e s i d e nt i a l bu i l di n g Ke y wor d：l a r g e ho l e c e ! a m s i t e C O D C I e t e l a r g e ho l e c r us h e d s t e rne c on c r e t e ；wa l e r c eme n l r a t i o ；p r e pa r i n g s l r e n gt h；t he f un c t i o n o f w a l 1 一 m a t e r i a 1 0前 言 大孑 L 陶粒混凝土与大孔本 凝 儿有容重轻 、 尢 巴 细管渗透作用、隔热保温防火防震性 、收缩值， j 、 优 _ ， 墙体施1 二 时靠 自重挤密成 作简 、 饭轻巧 故 =l 内外 已用它建造了许多建筑物。如 济夫学 拳q 一 高层宿 舍楼成功地用现浇大孔混凝士忤缸 坦充墙 为逊步城 轻 自重，又用陶粒代替碎石制成犬孔陶 凝 作填觅墒 材料。 1配合比设计 1 1设计原则 根据已知原材料性能及所需 嘲 级 密度 ，狂确 保混凝土和易性的前提下，以采用最 J 、 的水泥州 为 ， 进行配合 比设计 。大孔混凝 _ 卜 的单传体积的帚 应为 1 n 紧密状态的集料堆积密度和单 J 水泥用-髓 3 迓 水泥水化水 量之总和。就大孔混凝土而言，对 科料除 冻怀准规定 一 般要求外 ，其特殊要求包括 3个力 ： ( 1 ) 水泥 ：为配制 C I 7 5级 久孔混凝 ”5 2 5 v了 i 水泥 ，配制 C L 5 C L 7 5 级大孔混凝土， 自 ： 用 4 2 5 号或 5 2 5 号水泥 ； ( 2 ) 粗集料：要求为单一粒级，如 1 0 2 0 I ll I 1 或 1 0 3 0 m m，不允许用4 0 m m的集料，碎石型粗集 4 0 COAEASH 1 2 0l 1 料 中钊 片状颊粉总 量 1 5 ，含 I三 量 l _ 0 0 ，人造轻 集料中未燃烧煤的含艟 不超过 5 0 0 1 5 ( 3 )通常不宜采川外加制 冬季施 可酌用硫酸钠 ( N a s ( ) ) 等早强剂 抗冻剂 以加速混凝土的硬化。 1 2设计步骤及计算公式 大_彳 L 混凝十的 合比设计披如下步骤进行。 ( 1 )计算大孔混凝 L 试配强度 = j j 一( ) 式巾 一 斌 娅度 ( MP a )； 一 设汁搬发杯 f M； ， d ) ； 随施 管 水 岛低谢变动的离散系数 ，可在 1 0 2 5 范丽内取值， 一 般水平町取 1 5 。 ( 2 ) 估算每 ： 水大孔混凝土昕需的水泥用量 根拟栅集料砷 町选刚如 F的统计公式 ： 碎 ： l( 孔混凝0 ： I1 l l ： 6 9 3 6 + 7 8 4 9 3 ( 2) 式中 m 一 立方米混凝上的水泥用量 ( k g m ) ( 用 4 2 5 号水泥 )； 厂一 水泥活性 ( k g e m 一 ) ( 如无实测值 ，可按 1 1 3 倍水泥标 号取用 ) ( 注：此式由贵州四局建筑科研院提供，若遇水泥、集料变动较大，可按 每立方米混凝土水泥用量差值为 2 O k g ，通过强度测定结果加 以调整。) 陶粒大孔混凝土 f c = O 3 2 9 m 一 3 4( 用4 2 5 号矿渣硅酸盐水泥 ) ( 3 ) _， o = 0 3 1 4 m f + 8 8 4( 用5 2 5 号普通硅酸盐水泥 ) ( 4) ( 注：此式由上海市建筑科学研究院提供 。) ( 3 ) 确定合理水灰 比及用水量： 可采用下列统计式 ： 碎石大孔混凝土 =0 5 8 0 0 0 0 7 1 5 m ( 人工全捣法 ) ( 5 ) W =0 5 3 7 2 0 0 0 0 7 9 1 4 m ( 锤击板法 ) ( 6 ) 设 = K，一般可选用三个水灰比值，即 K 一 0 0 5 ；K ； K + 0 0 5以拌合物稠度适中者选作试验用水灰比值，亦可 以水泥标准稠度 1 1 3 倍定为水灰比值。用水量则为： w= m ( k g)。 陶粒大孔混凝土 最佳水灰比应该是指施工拌和时水泥浆体能均匀地黏 附在陶粒表面而不产生流淌且呈金属光泽为准。上海市建 筑科学研究院选用 5 m m砂样筛以一分钟内拌和物不漏浆 但留沉点为适宜稠度，操作使用简便，其合理稠度取值为： 5 2 5号普硅水泥 ：0 3 0 0 3 7 4 2 5号矿渣水泥：0 3 4 0 4 2 大孔陶粒混凝土水灰比与抗压强度的关系见图 1 。 8 O 泥 水 灰 比 W， C 图 1 大孔混凝土水灰比与抗压强度的关系 ( 4) 确定每立方米大孔混凝土的粗集料用量 每立方米大孔混凝土的粗集料用量可取为：每立方米 紧密状态的碎石重量或每立方米紧密状态的陶粒重量 0 9 8 折减系数。 大孑 L 混凝土的制成系数分别为： 全捣法成型碎石大孑 L 混凝土一 O 9 4 0 9 6 ； 半捣法成型陶粒大孔混凝土一 0 9 6 0 9 8 ； ( 5) 试拌并制作试件以验证试配强度的可靠性 2性 能 2 1力学性能 大孔混凝土的基本力学性能汇总于表 1 中。 表 l 大孔混凝土基本力学性能汇总表 抗压强度是评定和控制大孔混凝土质量的主要指标。 大孑 L 混凝土的抗压强度与其水泥用量、水灰比、集料本身 的强度 、集料级配及混凝土的成型及养护条件等有直接 关系。大孑 L 混凝土的强度增长速度 比普通混凝土要小 ，一 年后强度基本稳定 ，约为 2 8 d强度的 1 2 0 1 6 0 ，详见 表 2 。 表 2 大孔混凝土强度增长速率 2 2 变形性能 收缩与徐变。由于大孔混凝土集料用量多，水泥用量 少，因此在恒温恒湿条件下的收缩变形及在持荷情况下的 徐变变形均小于普通混凝土，而且完成得相当快。1 4 d龄 期，收缩已完成了一大半，三个月的收缩值已基本趋于稳 定 ( 见图 2、表 3 )。1 8 0 d的收缩值：碎石大孔混凝土 1 2 0 1 1 粉 煤灰 4 1 B d 黑 p 8 N 理1 为 0 2 6 m m m；陶粒大孔混凝 十为 0 4 3 m m m 。徐变加荷 间关系式如下： 应力为 0 4 R 。 时，碎石大孔混凝土为 0 4 m m m，这对墙 陶粒大孔混凝土的收缩 ： ： 0 2 0 9 1 。 g t 一 0 0 0 4 面粉刷提供了良好的基层。大孔混凝土收缩 、徐变与龄期 碎石大孑 L 混凝土的徐变 ： =( 1 9 5 + 1 7 0 9 1 o g t ) 表 3 大孔混凝土收缩随龄期增值表 l 一 陶 枉砂 魁 凝 J ；2 一 陶柯 _入扎 混墩 土 ；3 一 砰 1 大 扎 税凝 l 图 2 陶粒及碎石大孔混凝土、陶粒砂轻混凝土的收缩曲线 2 3 耐久性 能 2 3 1抗冻性 大孔混凝土的开孔特性使其降温速度 比普通混凝i块 ， 从 而使实际受冻时削1 = 刘 延 K，加 卜 浸水后渗透水增多， 结冰产牛的J 盘 ； 胀应力较大，从 导致体积变形和裂缝开展 比普通混凝 十耍严重些 尽管这样，醉石大孔混凝士抗冻 忡仍优于砖 ，能满足 D1 5 D 2 5的要求 ，陶 大孔混凝 土亦能满足 D 1 5的要求 抗椿试验结求 表 4 。 表 4 大孔混凝土抗冻试验结果 2 3 2 软化系数 无论l碎石逐是陶粒大孔混凝土，其软化系数均能满足 耐水性的要求 ，洋见表 5 。 表 5 大孔混凝土的软化系数试验结果 4 2 CoAL ASH 1 2 01 I “t：Kf j K 分 删 为 然 寸燥 状 悉 J 对卜 燥状 惫( 烘 稻 - 烘 全t 距 堕 ) 的软 化系数。1 2 3 3钢筋防锈 大孔混凝土空隙率大，对钢筋的保护性能较差。但一 股墙体内钢筋为构造筋 ，浇灌混凝土时一般水泥黏满钢筋， 且钢筋埋置在墙厚中部，具有一定的保护层厚度 ，在墙两 面抹灰后则可认为对钢筋有一定的保护作用。 2 4 用作墙体材料的功能 大孑 L 混凝士用作埔体材料的功能见表 6 。 表 6 大孔混凝土用作墙体材料的功能 3 高层墙体 中应用简况 国内外大孑 L 混凝土主要应用于大规模现浇 J 艺。1 9 8 3 年曾用带框大孑 L 混凝土墙的结构方案 ，建成高 l 3 层建筑 面积为 1 0 3 0 0 I n 2 的同济大学留学生高层公寓，其 部 自 重为 9 2 5 k g m ，比一般建筑轻 2 0 以上。使用后经受住 了 8 4年 5 月黄海 5 9 级地震的考验。8 7 年又建成 了带框 全陶粒大孔混凝土墙，墙厚 l 8 m，其主要物理力学性能 实测值列于表 7 。 表 7 陶粒大孔混凝土主要物理力学性能实测值 同济大学建筑设计院为带框陶粒大孔混凝土模型房屋 进行模拟地震动台试验 ，即研究此类结构在地震作用下的 弹塑性变形反映，破坏机理及破坏状态，按几何缩比为1 ： 5 制成八层高的模型房屋。根据我吲地震烈度 地震波加速 度峰值的相似关系，模型房隧初裂时，加速度峰值为 O 8 1 0 g ，f f 当于原八层房 承受 0 1 6 3 0 2 8 g 当地震烈度 ! ， ! ， ! ! (上接3 2页 ) 4 3煅烧时间对脱硫建筑石膏性能的影响 在景佳煅烧温度范 内，煅烧时问的K 7大定了建筑 石膏粉中无水栩 二 水相的含最，煅烧tt ， m】 过趣 导致其 中的二水卡 H 鲢偏商煅烧时问过K会 导致奠中的无水棚 含量偏离 ，这就需要一 一 定的陈化时 。对 了不同的二水石 膏，其最佳煅烧温度各不相 存存一个最佳煅烧时间， 在此时间段内煅烧出来的 膏 ，其凝结时间较长 ，并可通 过掺入绥凝剂进一步诞缓石膏凝结时 。表 5为米闷不同 厂家脱硫石膏在 i 6 0 下烘制时间 与相组成之问的关系。 由此肴 ，不同烘制时问下的建筑 膏棚组成差异彳 大 目 | 两种二水 膏脱水程度 l卜烘制时问略有不同 如何准确 地控制煅烧温度 、煅烧时问及喂料鲢，是脱硫建筑行膏煅 烧 艺的戈键 。 表 5 不同脱硫石膏在 1 6 0 下烘制时间与凝结时间美鬃裘 烘 制时 州 样 品名 称 二 一 一 名 称一 ： 水相、 t 水相 水l村 i 无水相 半水栩 7 7 3 6 7 4 2 l 8 7 9 B l 6 0 6 2 2 2 4 5 6 4 5 0 8 9 0 8 7 5 8 7 O 6 3 1 4 2 5 7 4 6 6 5 3 7 B 9 l 3 7i O 6 4 6 9 5 441 9 51 l B 3 4 37 4 6 8l 8 8 0 5 2 8 0 3 71 B 8 6 36 4 26 8 8 9 2 3 5 5 1 8 6 B 8 4 78 6 1 3 8 5 5 6 6 9 8 2 5 2 B 7 9 68 l 2 3 2 8 6 70 5 5 3 4( 1 4 B 8 2 9 O 7 97 2 5 h 3 h 3 5 h 4 h 4 5 h 5 h 5 5 h 6 h 注：样品 A ， 洋 g l B分别为来自两个家的脱硫石膏 在 7 8 度 白 J ，顶点位移平均反映值为 H 1 7 0 0 ，它能 满足中困 “ 高层建筑规范”对剪力墙 A H一1 6 0 0的限值 要求 ，即可满足七度设 防要求。 同济大学建筑没计研究 院曾作了普通钢筋混凝土剪力 墙体系 ，石子和陶粒带框大孔混凝土结构体 系，取一标准 户分析 自重指标 ，比较结果表明，采用陶粒带框大孑 L 混凝 上墙，上部结构 白重为 9 4 0 9 k g m ，比石子的轻 1 6 5 ， 比剪力墒体系轻 2 7 5 ，因而可在基础结构不变的条件下 增建层数 ，效益显著。 4结 论 L j 普通碎石 、砂轻混凝土相 比，大孔陶粒混凝土及大 孔碎石混凝土在设计原则 、设计步骤、计算统 汁公式的配 合比设计和力学 、耐久性 、墙体材料功能等基本性能方面 有其独特的内在规律和优异性能。m于施 简便 ， 存高 层墙体中得到_ 成功应用。可以预料大孔混凝土必将受到 建筑业 的日益重视和发展。 收稿E I 期： 2 0 1 0年 9 I l 0 t ， j 1 5 小 结 ( 1 ) 脱硫建筑 膏的强发普遄较高 ，逆用于 制粉 刷石膏等粉体建材。 (2 ) 适用于制备粉刷石膏的脱硫建筑行膏内贱余 二 ， K 棚含量宜控制在 4 0 0 以下为宜，充水百膏 含链 控制 在1 ( ) 以下 。 ( 3 )为了使煅烧出的脱硫建筑 膏适川f粉体 膏 建材 ，应县有较好的相组成 ，宜采片 低温慢烧 没备，煅烧 温度应控制在 l 6 0 以下 ，应根据不同物料适 删整饿 烧温度、煅烧时嘲等 l 艺参数。 参考文献 1 】 燕 哦文海， 董若兰 石订建筑村利【 M】 北京： 中闭建筑 ： q k 出敝社， 2 0 0 3 2 】余红发0： 金忠， 裴跃 十水型粉刷石臀的生产一： 芭及l其控制条 金 矿 ， 1 9 9 9 ， 2 2 ( 5 ) ： 3 4 3 5 3 】刘红器， 施惠 建筑石膏的啦用技术 宄现状干 典型 f ： 艺矿治， 2 0 0 6 ， l 5 ( 4 ) ： 5 6 6 0 ， 4 肖涪 税硫硝倚干燥煅烧 j一 艺及 殴舒的优化 新型建筑材料， 2 0 0 7 1 0 ： 3 ： j 作者简介：淡晓青 ( 1 9 8 5 一 )，女，硕士研究生毕业，主要研究力向：石膏 建 。 E - ma i l ： t x cLt x q 1 6 3 t o m 收稿日期： 2 O 1 0年 1 0月 2 8日 】 2 0 1 1 粉 煤灰 4 3 m 如引 O 2