陶?；炷列阅苡绊懸蛩匮芯?/h1>
2013-08-11 07:15:06長江大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院湖北荊州434023
長江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版) 2013年31期 關(guān)鍵詞：混凝土
龔 平 （長江大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院，湖北 荊州434023）
混凝土是當(dāng)今世界上用量最大、用途最廣的土木工程材料之一。普通水泥混凝土具有強(qiáng)度高、施工方便、耐久性好等諸多優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于各種土木工程中，然而隨著現(xiàn)代工程技術(shù)的發(fā)展，普通水泥混凝土自重大、保溫絕熱效果差等缺點(diǎn)也日益顯露。由于陶?；炷辆哂休p質(zhì)、保溫和抗震等特點(diǎn)，因而受到研究者的普遍關(guān)注。下面，筆者對(duì)陶?；炷列阅苡绊懸蛩剡M(jìn)行了研究。
1 試驗(yàn)材料與方法
1.1 試驗(yàn)材料
試驗(yàn)采用華新水泥股份有限公司生產(chǎn)的普通硅酸鹽水泥 （P.O42.5），表觀密度3100kg／m3。粗集料采用宜昌寶珠陶粒開發(fā)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的800級(jí)陶?；炷?（其中圓球形陶粒的表觀密度1400kg／m3，1h吸水率5.5%；碎石形陶粒的表觀密度1400kg／m3，1h吸水率9.8%），并采用普通卵石 （表觀密度2700kg／m3）作對(duì)比試驗(yàn)。細(xì)集料采用長江砂 （二區(qū)砂），細(xì)度模數(shù)2.6，表觀密度2600kg／m3。摻合料使用Ⅱ級(jí)粉煤灰及武漢新必達(dá)微硅粉有限公司生產(chǎn)的硅灰。外加劑使用荊州市恒利外加劑有限公司生產(chǎn)的HL－800聚羧酸高效減水劑 （摻量1%～2%，減水率25%～35%）。
1.2 試驗(yàn)方法
陶?；炷帘砻娑嗫祝瑸榉乐馆p骨料吸收新拌混凝土的水分，采用對(duì)輕骨料預(yù)濕處理的成型方法，即先將陶粒預(yù)濕處理，再去掉骨料表面明水，加砂、水泥、摻合料干拌1min，最后加入外加劑和凈用水量繼續(xù)拌合2min成型。試件尺寸為150mm×150mm×150mm。為了解骨料種類、粉煤灰摻量、硅灰摻量對(duì)混凝土的抗壓強(qiáng)度、表觀密度、比強(qiáng)度的影響，按松散體積法計(jì)算配合比［1］。粉煤灰取代水泥量按等量取代法計(jì)算，硅灰則按減量取代法 （即1份硅灰取代3份水泥）計(jì)算，其配合比如表1所示。
表1 陶?；炷僚浜媳缺?/p>
共進(jìn)行7組實(shí)驗(yàn)，其中A－0為圓球型陶?；炷?，B－0為碎石型陶粒混凝土，B－01、B－02、B－03為摻粉煤灰碎石型陶?；炷?（摻量分別為10%、15%、20%），B－11、B－12為摻硅灰碎石型陶粒混凝土（摻量分別為5%、10%）。
2 試驗(yàn)結(jié)果及討論
2.1 骨料種類對(duì)陶?；炷恋男阅苡绊?/h3>
不同種類骨料配制的輕骨料混凝土性能測(cè)試結(jié)果如表2所示。由表2可知，使用碎石型陶粒為骨料配制的陶粒混凝土與使用圓球型陶粒為骨料配制的陶?；炷料啾?，其表觀密度略高，7d后強(qiáng)度提高38%，28d后強(qiáng)度提高30%，比強(qiáng)度由0.015提高至0.020，而同強(qiáng)度等級(jí)的普通混凝土比強(qiáng)度約為0.012）。因此，陶?；炷凛^之普通混凝土在輕質(zhì)高強(qiáng)性能上均有改善。
表2 不同種類骨料配制的陶?；炷列阅軠y(cè)試結(jié)果表
由于陶粒表面多孔，陶粒經(jīng)預(yù)濕處理后加入水泥干拌，其孔隙內(nèi)將會(huì)吸附部分水泥形成低水灰比的水泥漿，硬化后與包裹在骨料外表面的水泥石形成堅(jiān)硬整體，使硬化后的水泥石不僅緊密包裹在骨料的外部，還通過骨料的孔隙嵌入陶粒內(nèi)部形成 “嵌鎖結(jié)構(gòu)”，既使陶粒結(jié)構(gòu)變得更為致密從而增強(qiáng)了骨料自身的強(qiáng)度，同時(shí)也大幅度提高了骨料與水泥石的界面粘結(jié)強(qiáng)度。此外，陶粒強(qiáng)度較之普通混凝土所用粗骨料強(qiáng)度低，而陶粒與水泥石界面粘結(jié)力高，觀察陶?；炷疗茐奶卣?，發(fā)現(xiàn)陶粒混凝土試件受壓破壞時(shí)多產(chǎn)生縱向貫穿性裂縫，陶粒破壞斷面清晰，很多裂縫貫穿陶粒和水泥石，碎石型陶粒混凝土較少出現(xiàn)陶粒從水泥石中脫落的現(xiàn)象，而圓球型陶?；炷羷t有少部分完整圓球從水泥石中脫出的現(xiàn)象。普通混凝土破壞時(shí)以界面破壞為主要形式，骨料較少發(fā)生破壞。由此可見，陶粒與水泥石由于嵌鎖效應(yīng)的影響［2］，能更好地形成堅(jiān)固整體，在受壓破壞時(shí)，兩者協(xié)同作戰(zhàn)，共同承受外加荷載，大幅度提升強(qiáng)度。而陶粒的表觀密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于普通混凝土所用集料，因而在獲得與普通混凝土相同強(qiáng)度時(shí)可以大幅度提高其比強(qiáng)度。圓球型陶粒表面光滑呈較規(guī)則圓球狀 （見圖1（a）），碎石型陶粒表面粗糙多棱 （見圖1（b）），因而碎石型陶粒與水泥石的界面粘結(jié)更強(qiáng)，破壞時(shí)不出現(xiàn)陶粒從水泥石中脫落的現(xiàn)象，因而用碎石型陶粒配制的陶?；炷帘葓A球型陶粒配制的陶?；炷翉?qiáng)度更高，比強(qiáng)度也更大。
圖1 不同類型陶粒表面特征圖
2.2 粉煤灰對(duì)陶粒混凝土的性能影響
不同粉煤灰摻量配制的輕骨料混凝土性能測(cè)試結(jié)果表如表3所示。由表3可知，摻粉煤灰的陶?；炷帘碛^密度略高，隨著粉煤灰摻量的增大，陶?；炷恋膹?qiáng)度和比強(qiáng)度逐漸下降，在摻量超過15%后，強(qiáng)度下降明顯。
表3 不同粉煤灰摻量配制的輕骨料混凝土性能測(cè)試結(jié)果表
粉煤灰的主要礦物組成是玻璃體，這些球形玻璃體表面光滑、粒度細(xì)、質(zhì)地致密、內(nèi)比表面積小、對(duì)水的吸附力小，因此，粉煤灰的加入使混凝土制備需水量減小，降低了混凝土早期干燥收縮，使混凝土密實(shí)性得到很大提高；粉煤灰中的微細(xì)顆粒均勻分布在水泥顆粒之中，不僅能填充水泥顆粒間的空隙，而且能改善膠凝材料的顆粒級(jí)配，并增加水泥膠體的密實(shí)度。因此，摻粉煤灰的陶粒混凝土表觀密度略高于未摻粉煤灰的陶?；炷?（見圖2）。粉煤灰中主要含活性SiO2、Al2O3、Fe2O3，在水泥熟料水化生成的Ca（OH）2作用下激發(fā)活性發(fā)生水化反應(yīng)。采用等量取代法摻入粉煤灰，隨著粉煤灰摻量的增大，水泥用量減少，起激發(fā)作用的Ca（OH）2量減少，此外在初期粉煤灰中活性玻璃微珠吸附一層水膜，粉煤灰活性難以很快激發(fā)。因此，隨著粉煤灰的摻量增大陶?；炷恋?d和28d強(qiáng)度及比強(qiáng)度逐漸下降 （見圖3）。
圖2 粉煤灰對(duì)陶?；炷列阅艿挠绊?/p>
圖3 粉煤灰對(duì)陶?；炷帘葟?qiáng)度的影響
2.3 硅灰對(duì)陶?；炷恋男阅苡绊?/h3>
圖4 硅灰對(duì)陶?；炷列阅艿挠绊?/p>
圖5 硅灰對(duì)陶?；炷帘葟?qiáng)度的影響
摻入硅灰后，陶?；炷恋膹?qiáng)度和比強(qiáng)度均得到大幅度提高，尤其是在硅灰摻量由0%增長至5%時(shí)，其28d強(qiáng)度提高了43%，比強(qiáng)度提高了40%；硅灰摻量由5%增長到10%，強(qiáng)度和比強(qiáng)度僅有微小增幅，變化平緩 （見圖4和圖5）。
3 結(jié) 論
（1）無論是碎石型陶?；炷吝€是卵石型陶粒混凝土其比強(qiáng)度均遠(yuǎn)高于普通混凝土，碎石型陶?；炷凛^同配比的卵石型陶?；炷恋谋葟?qiáng)度要高。
（2）隨著粉煤灰摻量的增加，陶粒混凝土的比強(qiáng)度逐漸降低，在粉煤灰摻量超過15%后，比強(qiáng)度下降較快。故粉煤灰摻量不宜超過15%。
（3）摻入硅灰后，陶?；炷恋膹?qiáng)度和比強(qiáng)度均得到大幅度提高。
［1］JGJ51－2002，輕集料混凝土技術(shù)規(guī)程 ［S］.
［2］張林春，張愛蓮；鄧宏衛(wèi) .礦物摻合料對(duì)粉煤灰陶?；炷量箟簭?qiáng)度的影響 ［J］.混凝土，2010（6）：83－85.
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表2 不同種類骨料配制的陶?；炷列阅軠y(cè)試結(jié)果表
由于陶粒表面多孔，陶粒經(jīng)預(yù)濕處理后加入水泥干拌，其孔隙內(nèi)將會(huì)吸附部分水泥形成低水灰比的水泥漿，硬化后與包裹在骨料外表面的水泥石形成堅(jiān)硬整體，使硬化后的水泥石不僅緊密包裹在骨料的外部，還通過骨料的孔隙嵌入陶粒內(nèi)部形成 “嵌鎖結(jié)構(gòu)”，既使陶粒結(jié)構(gòu)變得更為致密從而增強(qiáng)了骨料自身的強(qiáng)度，同時(shí)也大幅度提高了骨料與水泥石的界面粘結(jié)強(qiáng)度。此外，陶粒強(qiáng)度較之普通混凝土所用粗骨料強(qiáng)度低，而陶粒與水泥石界面粘結(jié)力高，觀察陶?；炷疗茐奶卣?，發(fā)現(xiàn)陶粒混凝土試件受壓破壞時(shí)多產(chǎn)生縱向貫穿性裂縫，陶粒破壞斷面清晰，很多裂縫貫穿陶粒和水泥石，碎石型陶粒混凝土較少出現(xiàn)陶粒從水泥石中脫落的現(xiàn)象，而圓球型陶?；炷羷t有少部分完整圓球從水泥石中脫出的現(xiàn)象。普通混凝土破壞時(shí)以界面破壞為主要形式，骨料較少發(fā)生破壞。由此可見，陶粒與水泥石由于嵌鎖效應(yīng)的影響［2］，能更好地形成堅(jiān)固整體，在受壓破壞時(shí)，兩者協(xié)同作戰(zhàn)，共同承受外加荷載，大幅度提升強(qiáng)度。而陶粒的表觀密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于普通混凝土所用集料，因而在獲得與普通混凝土相同強(qiáng)度時(shí)可以大幅度提高其比強(qiáng)度。圓球型陶粒表面光滑呈較規(guī)則圓球狀 （見圖1（a）），碎石型陶粒表面粗糙多棱 （見圖1（b）），因而碎石型陶粒與水泥石的界面粘結(jié)更強(qiáng)，破壞時(shí)不出現(xiàn)陶粒從水泥石中脫落的現(xiàn)象，因而用碎石型陶粒配制的陶?；炷帘葓A球型陶粒配制的陶?；炷翉?qiáng)度更高，比強(qiáng)度也更大。
圖1 不同類型陶粒表面特征圖
2.2 粉煤灰對(duì)陶粒混凝土的性能影響
不同粉煤灰摻量配制的輕骨料混凝土性能測(cè)試結(jié)果表如表3所示。由表3可知，摻粉煤灰的陶?；炷帘碛^密度略高，隨著粉煤灰摻量的增大，陶?；炷恋膹?qiáng)度和比強(qiáng)度逐漸下降，在摻量超過15%后，強(qiáng)度下降明顯。
表3 不同粉煤灰摻量配制的輕骨料混凝土性能測(cè)試結(jié)果表
粉煤灰的主要礦物組成是玻璃體，這些球形玻璃體表面光滑、粒度細(xì)、質(zhì)地致密、內(nèi)比表面積小、對(duì)水的吸附力小，因此，粉煤灰的加入使混凝土制備需水量減小，降低了混凝土早期干燥收縮，使混凝土密實(shí)性得到很大提高；粉煤灰中的微細(xì)顆粒均勻分布在水泥顆粒之中，不僅能填充水泥顆粒間的空隙，而且能改善膠凝材料的顆粒級(jí)配，并增加水泥膠體的密實(shí)度。因此，摻粉煤灰的陶粒混凝土表觀密度略高于未摻粉煤灰的陶?；炷?（見圖2）。粉煤灰中主要含活性SiO2、Al2O3、Fe2O3，在水泥熟料水化生成的Ca（OH）2作用下激發(fā)活性發(fā)生水化反應(yīng)。采用等量取代法摻入粉煤灰，隨著粉煤灰摻量的增大，水泥用量減少，起激發(fā)作用的Ca（OH）2量減少，此外在初期粉煤灰中活性玻璃微珠吸附一層水膜，粉煤灰活性難以很快激發(fā)。因此，隨著粉煤灰的摻量增大陶?；炷恋?d和28d強(qiáng)度及比強(qiáng)度逐漸下降 （見圖3）。
圖2 粉煤灰對(duì)陶?；炷列阅艿挠绊?/p>
圖3 粉煤灰對(duì)陶?；炷帘葟?qiáng)度的影響
2.3 硅灰對(duì)陶?；炷恋男阅苡绊?/h3>
圖4 硅灰對(duì)陶?；炷列阅艿挠绊?/p>
圖5 硅灰對(duì)陶?；炷帘葟?qiáng)度的影響
摻入硅灰后，陶?；炷恋膹?qiáng)度和比強(qiáng)度均得到大幅度提高，尤其是在硅灰摻量由0%增長至5%時(shí)，其28d強(qiáng)度提高了43%，比強(qiáng)度提高了40%；硅灰摻量由5%增長到10%，強(qiáng)度和比強(qiáng)度僅有微小增幅，變化平緩 （見圖4和圖5）。
3 結(jié) 論
（1）無論是碎石型陶?；炷吝€是卵石型陶粒混凝土其比強(qiáng)度均遠(yuǎn)高于普通混凝土，碎石型陶?；炷凛^同配比的卵石型陶?；炷恋谋葟?qiáng)度要高。
（2）隨著粉煤灰摻量的增加，陶粒混凝土的比強(qiáng)度逐漸降低，在粉煤灰摻量超過15%后，比強(qiáng)度下降較快。故粉煤灰摻量不宜超過15%。
（3）摻入硅灰后，陶?；炷恋膹?qiáng)度和比強(qiáng)度均得到大幅度提高。
［1］JGJ51－2002，輕集料混凝土技術(shù)規(guī)程 ［S］.
［2］張林春，張愛蓮；鄧宏衛(wèi) .礦物摻合料對(duì)粉煤灰陶?；炷量箟簭?qiáng)度的影響 ［J］.混凝土，2010（6）：83－85.
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