新型建筑材料 粉煤灰陶粒混凝土.doc

粉煤灰陶粒混凝土及其抗震性能
引言：2009年，中国粉煤灰的产量达到了3.75亿吨，其体积可达到4.24亿立方米，相当于当年中国城市生活垃圾总量的两倍多。实践证明，在配制混凝土混合料时掺入一定数量和质量的粉煤灰，可达到改善混凝土性能、节约水泥、提高混凝土制品质量和工程质量、降低制品生产成本和工程造价的目的。粉煤灰陶粒混凝土表观密度轻相应强度高、弹性模量低、变形性能好、抗冲击性能优，因此粉煤灰陶粒混凝土建筑工程和桥梁工程的抗震性能好，实现粉煤灰变废为宝。
粉煤灰陶粒概述
粉煤灰陶粒是以粉煤灰为主要原料(85%)左右，掺入适量石灰(或电石渣)、石膏、外加剂等，经计量、配料、成型、水化和水热合成反应或自然水硬性反应而制成的一种人造轻骨料。陶粒具有优异的性能，如密度低、筒压强度高、孔隙率高，软化系数高、质量轻，弹性模量低，抗变形性能好、抗冻性良好、抗碱集料反应性优异等。特别由于陶粒密度小，内部多孔，形态、成分较均一，且具一定强度和坚固性，因而具有质轻，耐腐蚀，抗冻，抗震和良好的隔绝性（保温、隔热、隔音、隔潮）等多功能特点。
粉煤灰陶粒混凝土主要生产方法：
方法
堆积密度kg/m³
筒压强度MPa
吸水率
粒径Φmm
生产性能分析
回转窑法
800~1000
6~8
<10%
5~20
性能优，适应市场需求，生产能耗较大
烧结机法
750~900
6~9
15%~20%
4~14
产品性能优，生产热耗相对较低，适应市场需求稍差。电能消耗略大
自然养护法
700~900
>4
<22%
5~20
生产成本低，但产品密度大、生产线占地面积，大、机械化程度低、受气候影响大．难以建没规模化生产线
蒸汽养护法
450~600
2.0~3.5
15%~20%
5~20
吃、灰量大，能耗少，生产成本低

粉煤灰陶粒混凝土施工注意事项：
1）使用前应将陶粒过筛，除掉粉末和杂质
2）冬季施工时陶粒表面应无霜
3）施工前做陶粒吸水实验，求其1h吸水量并在陶粒混凝土配比用水量中加入陶粒1h的吸水数量，若采用预湿工艺应扣除此水分。
粉煤灰陶粒混凝土抗震性能分析

粉煤灰陶粒混凝土的物理力学性能分析：
实粉煤灰陶粒是一种轻质、表面坚硬内部多孔的球形骨料，粒径小于20mm。我们使用的粉煤灰陶粒混凝土是C25，是以粉煤灰陶粒为粗骨料、建筑砂为细骨料、水泥和水配制而成。使用建筑砂可以增加混凝土的强度，但也加大了混凝土的容重、陶粒骨料的容重一般小于750kg/m³，天津市第二建筑工程公司采用的陶粒实测中710kg/m³，陶粒混凝土的实测容重为1800kg/立方米，其容重约比普通混凝土降低20%~30%。 以粉煤灰陶粒为骨料的混凝土，由于陶粒骨料内部多孔，其强度低于碎石，但也由于其多孔及吸水率较高，造成混凝土的内骨料表面的水灰比偏小，而在骨料周围形成一个强度较高的硬壳，且受力均匀，使粉煤灰陶粒混凝土的强度有所提高，部分弥补了粉煤灰陶粒骨料筒压强度偏低的弱点。
陶粒一般按其松散容重的高低来区分其用途：
1）松散容重小于300kg/m³的陶粒只能配制非承重保温混凝土。
2）松散容重为300~500kg/m³的陶粒可配制C15以下的结构保温用轻混凝土。
3）结构用的高强轻骨料混凝土需采用松散容重500~750kg/m³的陶粒。
松散容重不仅能反映陶粒轻骨料的强度，而且能反映骨料的颗粒容重、粒形、级配粒径等的变化。该工程是18层高层建筑，采用的粉煤灰陶粒筒压强度大于5.5MPa，球形粒径小于15mm。陶粒的松散容重与筒压强度大于5.5MPa，球形粒径小于15mm。
陶粒的松散容重与筒压强度的相关分析如下：
R=0.48γ， 式中R——粗骨料的筒压强度（MPa）γ——粗骨料的松散容重（KN/m³）。而粉煤灰陶粒骨料的筒压强度与混凝土强度的关系按表2选用：
表2
陶粒筒压强度 MPa
混凝土强度
4
C20
5.5
C25
7.0
C30

粉煤灰陶粒混凝土的力学性能试验表明，按破坏形态的不同，其强度分别取决于粗骨料强度或包裹粗骨料的水泥砂浆的强度。当粗骨料强度高于水泥砂浆强度时，粗骨料同普通混凝土中的石子一样起骨架作用，应力主要通过粗骨料传递，水泥砂浆所传递的应力相对较少，但由于水泥砂浆相对较弱，破坏时裂缝首先在水泥砂浆中出现，破坏断面几乎全部发生在粗骨料和砂浆的粘结面上。而当水泥砂浆强度高于粗骨料强度时，水泥砂浆在混凝土中其骨架作用，应力主要通过水泥砂浆传递，粗骨料所传递的应力相对较小，由于粗骨料相对较弱，所以破坏时裂缝首先在粗骨料中出现，破坏断面几乎都发生在水泥砂浆与粗骨料同一断面上。当水泥砂浆强度和粗骨料强度比较接近时，破坏裂缝在水泥砂浆和粗骨料中同时痴线，破坏断面大部分发生在粗骨料与水泥砂浆粘结面上，小部分在砂浆与粗骨料同一断面上。

粉煤灰陶粒混凝土抗震性能：
实例分析一：1976年唐山大地震后，在地震灾区砖混结构建筑大都倒塌的情况下，几十栋轻骨料混凝土建筑几乎完好，由此可见轻骨混凝土材料抗震性能是很好的。
通过对震后调查发现，建筑物受地震水平力作用时，房屋摇动，纵横墙交接处必然产生较大拉力，四角尽端，纵横墙相连处刚度较大，吸收的地震力也较大，因此在这些部位容易出现裂纹。在地震水平力作用下各板间不会产生完全一致的摆动，特别是房屋上层搬动较大，在楼板之间的接缝灌浆比较薄弱部位产生裂纹。
墙板建筑自重一般为700—800公斤/米²，比砖混结构轻一半，因此吸收的地震力相应减小。另一方面墙板强度高，抗剪能力强结果在节点部位和墙板与基础、墙板与墙板的拉结可靠，销键强度保证。在地震烈度为7—8度地区建造墙板建筑是可行的。
保证墙板建筑抗震性能的关键之一在于节点的可靠性。1、2、3号楼（修建时未考虑抗震设防）的节点是墙板板身预埋钢板（与板内主筋焊接）通过钢筋或钢板焊接而成，4号楼（7度设防）是板内伸出环筋套在一起，内设四根竖向钢筋连结而成，震后表明这两种节点都比较好。
精心设计精心施工，才能保证墙板的强度。节点的连结，销键的强度都是关键因素，都要通过精心施工才能保证建筑物的质量。
为保证建筑物的整体刚度，墙板建筑的楼板要与墙板有可靠连结。为保证楼板和墙体组成的空间体系刚度，提高其抗震性能，墙板建筑采用大楼板为宜。

实例分析二：粉煤灰科学技术是一项综合性、边缘性科学技术。其技术的可持续发展，依赖于其它学科的最新进展。若能合理利用，则既能够用来化解粉煤灰所带来的环境问题，又能够将其作为一个新兴的资源以发展多种实用性产品。

表3
粉煤灰陶粒混凝土的配比
代号
1 m³混凝土中各种材料用量/kg
水泥
矿渣
硅灰
水
砂
陶粒
石子
P
330.0
0
0
181.5
765
0
1016
T
424.0
63.6
42.4
244.0
556
568
0
注：①表中P代表普通混凝土，T代表粉煤灰陶粒混凝土；②表中的水为纯水和陶粒混凝土中水的总和；ƒ 1 m³混凝土中减水剂的用量为5.3kg，引气剂的用量为0.053kg。

粉煤灰陶粒混凝土的性能（实测值）
代号
混凝土密度
/Kg·m-3
坍落度/mm
抗压强度/MPa
3d
7d
28d
P
2389
195
35.8
57.9
65.7
T
1835
180
25.9
41.2
52.8
表4

由表4可知，粉煤灰陶粒混凝土和普通混凝土的坍落度相差不大，但都能满足流动性要求。虽然粉煤灰陶粒混凝土的3d、7d和28d抗压强度都比普汤尼盖混凝土的小，但已经达到了建筑用混凝土的要求，且粉煤灰陶粒混凝土的后期强度增长势头好。 表5
粉煤灰陶粒混凝土和普通混凝土的抗震性能

普通混凝土
楼层
层间位移/mm
加速度/gal
1
7.6
192
3
12.8
273
5
15.9
362
7
18.5
469

陶粒混凝土框架
1
6.4（18.8%）
175（9.7%）
3
10.2（25.5%）
261（5.0%）
5
13.8（152%）
351（3.0%）
7
15.9（16.4%）
492（-4.9）
注：括号内数字为减震比例

结语：
在地震发生时，粉煤灰陶粒混凝土的轻质量和低弹性模量以及良好的变形性能使得地震波在其内的传递速度比较慢，而且可以比较快的吸收地震中的冲击能量，因此粉煤灰陶粒混凝土在同样的地震荷载作用下发生的破坏轻，并且粉煤灰陶粒混凝土的自振周期厂，利用粉煤灰陶粒作为骨料的减震效果比较显著。如果在承重结构和维护结构中都采用粉煤灰陶粒混凝土，那么它的减震效果会更加显著。
粉煤灰科学技术是一项综合性、边缘性科学技术。其技术的可持续发展，依赖于其它学科的最新进展。若能合理利用，则既能够用来化解粉煤灰所带来的环境问题，又能够将其作为一个新兴的资源以发展多种实用性产品。

【参考】
——《粉煤灰陶粒生产方法及主要性能》 （范锦忠 中国建筑东北设计研究院 《砖瓦》2007年第9期）
——《粉煤灰陶粒混凝土大型墙板建筑的抗震情况》建委建筑科学研究院建筑情报研究所《建筑情报》1976年第20、21期
——《粉煤灰陶粒混凝土的抗震性能》——张春林 《低温建筑技术》2012年第12期
——《粉煤灰陶粒混凝土在高层建筑中的应用》——韩日君 天津市第二建筑工程公司
——《浅述粉煤灰陶粒发展方略》——陈烈芳 李寿德 《砖瓦》2004年第12期