陶粒混凝土制备及强度性能试验研究.pdf

4 低温建筑技术 2 0 1 4年第 1 1期( 总第 1 9 7期 ) 陶粒 混凝土制备及 强度性能试验研究 耿飞 ， 尹万云 ， 刘晓军 ， 【 1 东南大学土木工程学院 南京2 1 0 0 9 6； 3 中国十七冶集 团有 限公司 。 陈松和 ， 雷 团结。 ， 刘守成 2 南京航空航天大学 。 南京2 1 0 0 1 6 安徽马鞍山2 4 3 0 0 0 ) 【 摘要】 通过试验研究了陶粒所占体积 、 水灰比、 粉煤灰掺量和纤维用量对陶粒混凝土抗压强度的影响， 试验结果表明： 随着陶粒掺量的增加 ， 陶粒混凝土强度逐渐降低， 综合成本考虑， 陶粒的最佳掺量为 4 8 ； 水灰比 增加会降低陶粒混凝土的强度， 综合工作性能考虑， 最佳水灰比为 0 3 ； 适量粉煤灰会增加陶粒混凝土的 2 8 d强 度， 但粉煤灰掺量过大反而降低陶粒混凝土强度， 粉煤灰的最优掺量为 2 0 ； 聚丙烯纤维会有效的遏制轻质陶粒 上浮， 增加陶粒混凝土匀质性， 但是纤维掺量过大会降低基体强度， 纤维的最佳掺量为 1 5 。 【 关键词】 轻集料混凝土； 陶粒 ； 抗压强度； 聚丙烯纤维 【 中图分类号】 T U 5 2 8 2 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4( 2 0 1 4) 1 1 0 0 0 4 0 3 用轻粗骨料、 轻砂( 普通砂) 、 水泥和水配制而成 千表观密度不 大于 1 9 5 0 k g m 的混凝 土称 为轻集料 混 凝土 。轻集 料 得 以发 展 因为他 与普通 混凝 土相 比 有很多的优点 ： 陶粒混凝土容重比普通混凝土轻了 很多 ， 因此其大大降低了生产浇筑过程中的人力和物 力 ， 还能减少基础荷载 ， 大大增加了建筑的安全性； 陶粒混凝土导热系数较低， 一般为 o 3 0 8 W ( m k ) ， 比普通混凝土低了将近 2 倍。在 目前建筑节能要求提 高到了 6 5 的形式下 ， 必然极大 的促进 轻骨料混凝 土 的发展 ； 陶粒混凝土抗震性较好。陶粒混凝 土自重 轻， 弹性模量较低， 因此允许变化较大， 所以抗震性能 较好。有研究陶粒混 凝 土的抗震 系数为 1 1 0左 右 ， 而 普通混凝土在 8 5 左右； 陶粒混凝土抗渗性好。陶粒 的吸水和“ 微泵” 作用使得陶粒与基体界面强度较高， 这就导致陶粒 混凝 土具有 优异 的抗 渗性 能 和耐 久性 能； 陶粒混凝土耐火性好。一般来说陶粒混凝土的 耐火极 限温度 可达 3 h以上 。而普 通混凝 土 的耐火极 限温度一般为 1 52 h ； 陶粒混凝 土罕 有碱 骨料 反 应 。陶粒大都 是经过煅烧制 成 的， 因此 其几乎 不含 活 性 S i O ， 这就杜绝了碱骨料反应， 迄今为止， 国内外的 陶粒 混 凝 土 建 筑 ， 还 没 有 发 现 一 起 碱 集 料 反 应 的 事例 。 文中通过试验研究了陶粒混凝 土中陶粒体积变 化对 陶粒混凝 土 2 8 d强度 的影 响 ， 并 且对 比不 同水灰 比、 不同粉煤灰掺量 和不同纤维用量下陶粒混凝土 2 8 d强度 ， 综合强 度 和成本 因素 确定 陶粒混凝 土 基准 配 比。 1 试验原材料 与方法 1 1 试验原材料 1 1 1 胶 凝材料 ( 1 ) 水泥采用 P 1 1 4 2 5 级普通硅酸盐水泥， 比 表面积 3 0 0 m k g ， 符合 G B 1 7 5 2 0 0 7 ( 硅 酸盐水 泥、 普通硅酸盐水泥中硅酸盐水泥要求 ， 其主要化学成 分见表 1 。 ( 2 ) 粉煤灰采用江苏热电厂生产的I 级粉煤灰， 性能符合( G B T 1 5 9 6 2 0 0 5 ) 中 I 级粉煤灰要求 ， 其主 要化学成分见表 1 。 表 1 水泥和粉煤灰的化学组成 化学组成 S iO 2 1 o 3 F e 2 0 3 M s O C a O K 2 0 lY a 2 0 S 0 3 【 水泥 2 0 5 8 4 9 7 3 6 5 0 5 2 6 4 9 3 0 7 1 0 1 0 2 2 2 2 3 2 粉煤灰5 0 5 6 2 6 8 7 l 0 2 5 1 5 2 4 2 1 0 9 5 0 4 3 n 5 6 4 6 5 1 1 2 外加剂 减水剂为由南京云泰节能科技有限公司生产的 J 2型聚羧酸减水剂 ， 减水率可达 3 5 。 表 2 河 砂及陶砂配掺后的级配 1 1 3砂 砂采用金 坛市 博 大 陶粒制 品 有 限公 司生产 的 陶 砂 和河砂按质 量比 1 ： 1 配掺 ， 河砂性 能符 合建筑材 料 检验标准 G B T 1 4 6 8 4 2 0 0 7 ( 建筑用砂 ， 其级配见表 2 ； 陶砂 的筛余 量和性能分 别见表 2和表 3 。配掺后 混 基金项 目 装配整体式桩架结 台综合 能提升及工程应用 新技术( 财企 ( 2 0 1 2 ) 1 7 1弓) 耿飞等 ： 陶粒混凝 土制备及强度性 能试验研究 5 合砂的级配满足 G B T 1 7 4 3 1 1 1 9 9 8 ( 轻集料及其试 验方法 ， 具体如表 2所示。 1 1 4陶粒 陶粒采用 金 坛市 博 大陶 粒制 品有 限公 司生产 的 淤泥基陶粒 ， 对陶粒进行筛分并调整， 调整后性能满 足 G B T 1 7 4 3 1 1 1 9 9 8 ( 轻集料及其试验方法 要求， 相关性能见表 3和表 4 。 表 3 淤泥基 陶粒性能 累计筛余量 4 7 1 9 4 4 8 7 9 3 6 9 9 2 1 1 5 纤维 采用南京某建材公司生产的单丝聚丙烯纤维， 其 性 能如表 5所示 ， 满足 。 表 5 聚丙烯纤维性能 1 2 陶粒混凝土配合 比设计及制备 本试验采用绝对体积法计算陶粒混凝土配合 比， 根据陶粒掺量 和砂 率计算 出陶粒及 砂用 量 ， 此时 可计 算出水泥净浆所 占体积 ， 再根据水灰比及其它胶凝材 料用量计算 出胶凝 材料、 水和外 加剂用 量。 根据松散体积法计算各用料用量， 文中所有试验 的砂率均为3 7 。制备时先将陶粒浸水预湿处理， 随 即用筛子晾晒 l O m i n后与胶凝材料、 混合砂和陶粒干 拌 1 2 m i n ， 再加入水和减水剂拌合 3 ra i n后制备成陶 粒混凝 土 ， 浇筑 6块 1 0 0 ra m1 0 0 m m x 1 0 0 m m 的试块 并放人标 准养 护箱 中养护 ， 到达相 应龄 期后 按 照 G B 5 0 0 8 1 普通混凝土力学性能试验方法 中抗压强度 试验方法 测试 。 2实验结果及分析 2 1 陶粒掺量对 陶粒混凝 土抗压强度 的影响 轻集料混凝土中骨料掺量增加对其性能有很大 的负而作用 ， 但是增大轻骨料却可以节约其它材料 、 降低 成 本 、 减 小混 凝 土容重 和降 低混 凝土 导 热系数 。 为研究 陶粒体 积对混凝 土强度 陋能 的影 响 ， 选择 陶粒 掺量为 3 8 、 4 0 、 4 2 、 4 5 、 4 8 、 5 0 和 5 2 ， 水 灰比为0 3 ， 试验结果如图 1 所示。 从图 1中可以看出， 随着陶粒掺量的增加 ， 混凝土 的强度逐渐降低 ， 陶粒掺量 3 8 4 2 时， 强度下降 较快， 分析原因是由于此时骨料用量较少， 陶粒之间 形成不 了骨架， 陶粒在浮力作用下上浮， 分层现象较 明显， 随着陶粒的增加 ， 陶粒混凝土上部陶粒增多， 减 薄了有效强度部分 ， 混凝土强度下降较快； 陶粒掺量 4 2 5 0 时， 强度下降的趋势明显减缓 ， 分析原因是 此时陶粒之间已能形成很好的骨架 ， 骨架作用抑制陶 粒上浮， 此时陶粒能较均匀的分布于混凝土之间， 即 使随着陶粒 的增 加强度下降， 但下降的幅度 已经减 缓 。当陶粒掺量大于 5 0 时 ， 混 凝土 的强度又急剧 下 降 ， 幅度 比 3 8 4 2 还要 大 ， 分 析 原 因是此 时 陶粒 掺量较大， 陶粒混凝土内部陶粒已经 占了绝大部分， 陶粒之间完全接触形成较致密的骨架， 这就导致陶粒 与基体之间的界面非常薄， 在受力时骨料之间点与点 互相挤压， 非常容易破碎， 此时随着陶粒的增加接触 点也迅 速增加 ， 所 以强度 下降幅度较大 。 3 8 4 0 4 2 45 4 8 5 0 5 2 陶粒掺量， 图1 晦粒掺量对混凝土 抗压强度 的影响 0 3 o0 3 50 4 00 _4 5悯 水灰 比 图2 水灰比对混凝土 抗压强度的影响 综上所述 ， 要想获得较高的强度， 陶粒掺量不宜 过多， 但是若是节约成本 ， 增加陶粒混凝土性能， 就应 该适当的增加陶粒掺量 ， 以获得较高的性价比， 综合 以上因素考虑陶粒掺量为 4 8 时 ， 性价较优 。 2 2 水灰比对陶粒混凝土抗压强度的影响 水灰比对于混凝土是一个非常重要的参数， 水灰 比过低会影响水泥水化及混凝土工作性能 ， 过高则会 影响 混 凝 土 性 能 。文 中 选 定 水 灰 比 为 0 2 5 、 0 3 、 0 3 5 、 0 4 、 0 4 5和 0 5 ， 陶粒掺 量 4 8 ， 研 究水 灰 比对 陶粒混凝土强度的影响， 0 2 5水灰比时掺人 1 的聚 羧酸减水剂 ， 试验结果见 图 2 。 从图2可以看出， 随着水灰比增大， 陶粒混凝土的 强度逐渐 降低 。水灰 比对 混 凝 土的影 响 主要 是 因为 水泥水化剩余的水存在于基体内， 随着水的蒸发会在 基体内形成毛细管 ， 水灰 比越大毛细管越多， 这些毛 细管不仅影响着混凝土的耐久性能 ， 同样也降低混凝 土基体强 度。水 灰 比对 于 陶粒混 凝 土的影 响 不止 如 此 ， 从图 2中我们还可 以看 出当水灰 比小于 0 3时 ， 强 善 觳出搭 曹 t I 善 毯孵避 6 低温建筑技术 2 0 1 4年第 l 1 期( 总第 1 9 7 期) 度下降较快 ， 水灰比大于 0 3时这种趋势减缓， 但是 0 3 5后趋势 又逐 渐增 大。文 中 2 1的研究表 明陶粒 掺量 4 5 左右已经可以形成骨架， 遏制陶粒上浮， 但 是上浮力并没有消除， 水灰比为0 2 5时浆体较黏 ， 黏 制力消除了上浮力 ， 陶粒上浮现象已经基本消除了； 随着水灰 比的增大 ， 浆体流动性变大， 浆体对陶粒的 黏制力 变 小 ， 陶粒 又开始 逐渐 上浮 ， 因此强度 降低 较 快 ， 当水灰 比大于 0 3时 ， 浆体对 陶粒 的遏制力已经较 小， 水分蒸发 的毛细管成为影响它们强度的主要 因 素， 因此随着水灰 比的增加， 混凝土强度降低的趋势 逐渐增加 ” 。 虽然水灰 比越 小 ， 陶粒 混凝 土 的强 度越 大 ， 但是 却影响混凝土的工作性能， 综合混凝土的力学性能和 工作性能 ， 水灰 比为 0 3时最佳。 2 3 粉煤灰掺量对 陶粒 混凝 土抗压强度的影 响 在混凝土中掺人一定量的粉煤灰不仅可以提高 陶粒混凝 土的后期力 学性能 ， 同时还节 能利废 。文 中 研究粉煤灰掺量为 0 、 1 0 、 2 0 和3 0 时陶粒混凝土 的抗压强度， 选择最优的粉煤灰掺量。试验 中陶粒掺 量 4 8 ， 水灰 比 0 3 ， 试验结果如图 3 所示 。 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 粉煤灰掺t t 图3 粉煤灰掺量对混凝 土抗压强度的影响 一 2 60 嘎 j s O 5 l _0 1 5 2 0 25 纤维掺量， 图4 纤维掺量对混凝土 抗压强度的影响 从 图 3中可以看 出， 随着粉煤 灰掺量 的增加 ， 陶粒 混凝土2 8 d强度先增加后减小， 当掺量为 2 0 时混凝 土强度达到最 大 2 6 4 MP a 。粉煤灰 颗粒较 水泥 小 ， 能 很好 的填 补水 泥 间的 空隙 ， 优 化胶 凝材料 级配 ， 并且 其特有的“ 火山灰效应” 使得水化后的基体更加紧密 ， 因此 混凝 土的强 度增 加 ； 但 是粉煤 灰掺 量过 大 ， 水泥 水化凝胶就少， 因此混凝土2 8 d强度就降低 。 2 4纤维掺量对陶粒混凝土抗压强度的影响 为了进一 步遏制 陶粒上 浮 ， 通过 掺加 聚丙烯纤 维 来增强 浆体对 陶粒 的阻滞 力， 文 中研究 纤维掺 量 0 5 、 1 、 1 5 、 2 、 2 5 对陶粒混凝土抗压强度 的影响。试验中陶粒掺量4 8 ， 水灰 比0 3 ， 粉煤灰掺 量2 0 ， 试验结果如图4所示。 从图 4可 以看 出， 随着纤维掺量的增 加 ， 陶粒混凝 土的强度先增加后减小 ， 最 佳掺量 为 1 5 ， 当纤维 掺 量小于 1 5 时 ， 纤维在混凝 土 中有效 的束缚住 陶粒 ， 防止陶粒上浮 ， 同时填补了一些空隙， 因此强度上升； 当掺量大于 1 5 时， 过多的纤维降低了基体强度， 从 而导致 陶粒混凝土强度降低 。 3结语 ( 1 ) 随着陶粒掺量的增加， 陶粒混凝土强度逐 渐降低 ， 综合成本因素考虑 ， 陶粒最佳掺量为4 8 。 ( 2 ) 水灰 比增加会降低陶粒混凝土强度， 但是 过低的水灰比又影响陶粒混凝土的工作性能， 综合考 虑陶粒混凝 土的最 优水灰 比为 0 3 。 ( 3 ) 陶粒混凝土中粉煤灰的最优掺量为 2 0 。 ( 4 ) 纤维可以有效的束缚住陶粒混凝土中的陶 粒， 防止其上浮， 增加混凝土的匀质性 ， 进而增加混凝 土抗压强度， 但是纤维掺量过大会降低陶粒混凝土强 度 ， 纤维 的最优掺量为 1 5 。 参考文献 1 龚洛书， 柳春圃轻集料混凝土一混凝土现代技术丛书 M 北京 ：中国铁道出版社 ，l 9 9 6 2 胡曙光， 王发洲轻集料混凝土 M 北京： 化学工业出版 社 ， 2 0 0 6 【 3 J o a o A R o s s i g n o l o ，M a r e o s V C A g n e s i n i a n d J e ms a A M o r a l s P r o p e r t i e s o f h i gh P e r f o r ma n c e L WA Cf o r P r e c a s t s I =r I tl I I e s w i t h B r a z i l i an l i g h t w e i g h t a g g r e g a t e s J C e m e n t a n d C o n c r e t e C o m p o s i t e s ， 2 0 0 3 ，( 2 5 ) ： 7 78 2 4 M N H a g u e ，H A 1 一K h a i a t ， O K a y a l i S t r e n g t h a n d d u r a b i l i t y of l i ghtwe i ght c o n c re t e J C e m e n t and C o n c r e t e C o m p o s i t e s ， 2 0 0 4， 2 6 ( 4 )： 3 0 7 3 1 4 5 王发洲高性能轻集料混凝土的研究与应用 D 武汉： 武 汉理工大学 ， 2 0 0 3 【 6 宋宏伟， 曹永民， 卞利军， 等高性能轻集料混凝土力学性能 和抗渗性研究【 J 混凝土， 2 0 0 3 ， ( 1 ) ： 2 5 2 7 7 3 刘娟红 ， 宋少 民粉煤灰 和磨细 矿渣 对高强 轻骨料混凝 土抗 渗及抗冻性能 的影 响 】 硅 酸盐 学 报 ， 2 O O 5 ，3 3 ( 4) ：5 2 8 5 3 2 8 张维波 谈粉煤灰的综合利用 J 辽宁建材， 2 0 0 6 ， ( 1 ) ： 4 6 4 8 9 王发洲，胡曙光 ， 丁庆军 ， 等大流动性高强轻集 料混凝土 的 研究 J 武汉理工 大学学报 ， 2 0 0 4， 2 6 ( 3 ) ： 3 0-3 2 1 O 丁庆 军，王涛 ， 张锋 ，等混 掺纤维增强 轻集料 混凝土研 究 J 武汉理工大学学报， 2 0 0 4 ， 2 6 ( 1 ) ： 4 2- 4 5 收稿 日期 2 0 1 40 7 0 9 作者简介 】 耿飞( 1 9 9一) ， 男 ， 南 京人 ， 助理研究员 ， 博士 ， 研究方向 ： 土木工程材料及废弃物 资源化利用。 B d 要毯搿坦辖