劉冰宇 顧開(kāi)旭 李金寶 李志遠(yuǎn)

（西安歐亞學(xué)院，陜西 西安 710065）

隨著社會(huì)的發(fā)展，科技發(fā)展日新月異。在建筑行業(yè)，逐漸出現(xiàn)了一些新型材料，如巖棉、防輻射玻璃、綠色水泥等，陶粒也是其中之一，陶粒形狀因工藝不同而各異，外形一般呈圓球或橢球形，也有一部分呈不規(guī)則碎石狀。其表面是一層堅(jiān)硬的外殼，這層外殼呈陶質(zhì)或釉質(zhì)，具有隔水保氣作用，并且賦予陶粒較高的強(qiáng)度，逐漸取代砂石在混凝土中骨料的支撐作用。

陶粒的生產(chǎn)原料很多，有黏土陶粒、頁(yè)巖陶粒以及垃圾陶粒。陶粒自身的堆積密度小于1100kg/m3，一般為300kg/m3～900kg/m3。以陶粒為骨料制作的混凝土密度為1100kg/m3～1800kg/m3，相應(yīng)的混凝土抗壓強(qiáng)度為30.5MPa～40MPa。陶?；炷辆哂匈|(zhì)量輕、保溫性能好、抗?jié)B性能好、耐火性好、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。

在1976年唐山大地震中，天津建造的4棟陶?；炷链蟀褰ㄖ就旰茫⒛苷Ｊ褂?，而其周圍相當(dāng)數(shù)量的磚混建筑都不同程度地受到震害，這雖然與建筑結(jié)構(gòu)體系有關(guān)，但是陶?；炷辆哂袃?yōu)良的抗震性能也是一個(gè)重要原因。1976年意大利費(fèi)留利地區(qū)發(fā)生9級(jí)的強(qiáng)烈地震，統(tǒng)計(jì)資料表明，磚混建筑物損壞率達(dá)40%～60%，框架結(jié)構(gòu)黏土空心磚損壞率為33%，而陶?；炷两ㄖp壞率只有5%。

陶粒混凝土的耐酸堿腐蝕和抗凍性能也比一般混凝土要好很多。在1976年，有關(guān)部門(mén)對(duì)全國(guó)自1985年以來(lái)建成的混凝土工程進(jìn)行了實(shí)測(cè)，結(jié)果表明，無(wú)論是現(xiàn)澆還是預(yù)制的，室內(nèi)還是室外的，混凝土中的鋼筋都沒(méi)有發(fā)生銹蝕，測(cè)得碳化深度一般不大于30mm，后期的強(qiáng)度還可以持續(xù)地增加，從這些可以看出陶粒是一種優(yōu)異的建筑材料，應(yīng)該大力推廣使用。但是由于干燥陶粒在吸水后導(dǎo)致混凝土攪拌物坍落度下降，吸水率越大時(shí)，坍落度損失越大，而且，由于陶粒和水泥砂漿密度存在較大的差異，導(dǎo)致陶?；炷猎跀嚢柽^(guò)程中易出現(xiàn)分層離析的問(wèn)題，因此，陶?；炷烈追謱与x析、坍落度損失大，加之在壓力的作用下，輕集料易吸收混凝土中的水分，導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫，降低混凝土的強(qiáng)度。

為了探究陶粒混凝土的性能，計(jì)劃對(duì)陶粒進(jìn)行改良，并研究改良后陶粒對(duì)混凝土和易性及強(qiáng)度的影響。

1 試驗(yàn)原料及試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 試驗(yàn)原料

陶粒：陜西元豐寶節(jié)能建材有限公司，500級(jí)圓球形黏土陶粒，符合GB/T17431.1-2010《輕集料及其試驗(yàn)方法第1部分：輕集料》標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求，陶粒的主要性能指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 陶粒的主要性能指標(biāo)

水泥：上海海螺水泥有限公司，P·O42.5普通硅酸鹽水泥；

粉煤灰：河南省鞏義市元亨凈水材料廠，Ⅱ級(jí)粉煤灰；

?；郀t礦渣：河南省鞏義市元亨凈水材料廠，S95級(jí)礦渣粉；

砂：Ⅱ級(jí)級(jí)配天然河砂，堆積密度為1620kg/m3；

外加劑：陜西渤海化工有限公司，F(xiàn)SW-13型聚羧酸防凍泵送劑；

水：西安市自來(lái)水。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)均為C30，破碎陶粒取代率配料見(jiàn)表2。

表2 破碎陶粒取代率配料表/kg/m3

2 破碎陶粒的篩分級(jí)配

采用JGJ52－2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行破碎陶粒試驗(yàn)。利用顎式破碎機(jī)（型號(hào)Y90L-4）對(duì)完整陶粒進(jìn)行破碎，試驗(yàn)儀器包括實(shí)驗(yàn)篩、料桶、臺(tái)秤、搖篩機(jī)、烘箱、淺盤(pán)、軟毛、硬毛刷。試驗(yàn)儀器取用與保養(yǎng)均滿足規(guī)范要求，操作步驟標(biāo)準(zhǔn)，采用試驗(yàn)修正系數(shù)方法修正計(jì)算結(jié)果，修正系數(shù)的測(cè)定須按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法進(jìn)行。破碎陶粒的篩分級(jí)配試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3和圖1。

表3 破碎陶粒的篩分級(jí)配

圖1 破碎陶粒的篩分級(jí)配

從表3和圖1中可以看出，破碎陶粒的級(jí)配符合GB/T14685-2011《建設(shè)用卵石、碎石》規(guī)范中對(duì)連續(xù)級(jí)配的要求。連續(xù)級(jí)配的混凝土和易性較好，不容易發(fā)生離析現(xiàn)象。

3 兩種陶粒不同時(shí)間的吸水率

通過(guò)吸水率試驗(yàn)了解兩種不同陶粒相同時(shí)吸水率的差異。本試驗(yàn)取相同質(zhì)量的試驗(yàn)品6份置于容器中，使陶粒完全沉于水中，充分浸泡1h～7d。所用到的儀器有容器、量筒、天平、毛巾。在陶粒充分浸泡后，用濕毛巾把陶粒表面水漬擦拭干凈后稱量。兩種陶粒不同時(shí)間的吸水率結(jié)果見(jiàn)表4和圖2。

表4 兩種陶粒不同時(shí)間的吸水率/%

從圖2可以看出，在同一時(shí)間內(nèi)破碎陶粒的吸水率高于完整陶粒。原因主要包括：①相同質(zhì)量下破碎陶粒表面積高于完整陶粒，吸水表面積大，吸水率高；②相同質(zhì)量破碎陶粒的孔隙率大于完整陶粒的，完整陶?？准?xì)且不易吸水，破碎陶粒孔大易吸水。

圖2 兩種陶粒不同時(shí)間的吸水率

因?yàn)槠扑樘樟Ｎ蔬^(guò)大，所以破碎陶粒在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中需用水浸泡，以防止混凝土坍落度過(guò)低，流動(dòng)性不足。通過(guò)表4和圖2可知破碎陶粒浸泡6h，每小時(shí)平均吸水率為2.2%，而6h～7d的每小時(shí)平均吸水率為0.01%，所以破碎陶粒浸泡時(shí)間最好為6h。

4 不同破碎陶粒取代率的和易性

通過(guò)測(cè)試不同取代率的坍落度和泌水率來(lái)反映陶粒混凝土的和易性，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 混凝土和易性

通過(guò)表5可以得出，隨著破碎陶粒在混凝土中取代率的提高，坍落度也穩(wěn)定在規(guī)定范圍內(nèi)。泌水率的降低，說(shuō)明混凝土保水性能提高。反映混凝土和易性的兩個(gè)指標(biāo)，坍落度和泌水率均優(yōu)良，所以可以得出陶粒混凝土中破碎陶粒的取代率越高，其和易性越好。

5 不同取代率下陶?；炷粮鼾g期抗壓強(qiáng)度值

試驗(yàn)采用的標(biāo)準(zhǔn)為GB/T50081-2019《混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》，取破碎陶粒取代率分別為0%、25%、50%、75%、100%的各三組測(cè)試其3d、7d、28d的強(qiáng)度，最后計(jì)算得出強(qiáng)度代表值，見(jiàn)表6。

表6 不同取代率下陶粒混凝土各齡期抗壓強(qiáng)度代表值/MPa

從表6和圖3可以得出，不同取代率在養(yǎng)護(hù)3d～28d之后，取代率為100%的破碎陶?；炷?，從3d~28d抗壓強(qiáng)度一直高于其他取代率。破碎陶粒表面粗糙，粘結(jié)力比較大，完整陶粒表面光滑，粘結(jié)力比較小，所以隨著破碎陶粒取代率的增加，混凝土的強(qiáng)度也增大。因此，在實(shí)際工程中，使用100%破碎陶粒取代率最為合適。

圖3 不同取代率下陶?；炷粮鼾g期抗壓強(qiáng)度代表值/MPa

6 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于完整陶粒混凝土出現(xiàn)坍落度損失大、易分層離析等問(wèn)題，現(xiàn)用破碎陶粒取代完整陶粒的方法來(lái)改善混凝土性能。破碎陶粒與完整陶粒各種性能相比得出以下結(jié)論：①破碎陶粒的級(jí)配符合GB/T14685-2011《建設(shè)用卵石、碎石》中對(duì)連續(xù)級(jí)配的要求，能夠使混凝土和易性變得更好，使用破碎陶粒不容易發(fā)生離析現(xiàn)象；②因陶粒吸水率高，可通過(guò)對(duì)陶粒提前浸泡水，混凝土攪拌時(shí)減少陶粒吸水來(lái)降低離析發(fā)生的概率。浸泡6h破碎陶粒的每小時(shí)吸水率為2.2%，在6h～7d，每小時(shí)吸水率降低到0.01%，因此，為滿足工程應(yīng)用陶粒應(yīng)預(yù)先浸泡6h后再使用；③當(dāng)破碎陶粒的取代率為100%并且浸泡水中6h之后，破碎陶?；炷列阅芎蛷?qiáng)度均比完整陶?；炷恋膬?yōu)異；④通過(guò)研究不同取代率破碎陶粒對(duì)混凝土和易性的影響，當(dāng)取代率為100%時(shí)，混凝土坍落度及保水性優(yōu)良；取代率為100%時(shí)，混凝土3d～7d的強(qiáng)度均高于其他取代率的強(qiáng)度；因此，破碎陶粒取代率為100%時(shí)，可使混凝土的綜合性能最優(yōu)；⑤陶粒吸水率比較高，生產(chǎn)時(shí)可對(duì)其進(jìn)行憎水處理，可有效降低陶粒的吸水率，在工程施工時(shí)可以直接使用，降低人力及物力的成本。