高摻量粉煤灰陶粒混凝土抗壓性能研究

鄭旭，趙慶雙

（聊城大學(xué)，山東 聊城 252000）

0 引 言

隨著我國(guó)墻改政策的不斷深入和高層建筑的發(fā)展，以及加快推進(jìn)住宅產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化，提高住宅和公共建筑質(zhì)量，促使各種新型墻體材料得到了空前的發(fā)展，國(guó)家已經(jīng)推廣使用節(jié)約用地、節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境、非粘土類型建筑材料。由于陶粒具有容重小、強(qiáng)度高、保溫隔熱、耐火、耐腐蝕、抗凍、抗震、節(jié)能節(jié)地、物理性能優(yōu)異、施工適應(yīng)性強(qiáng)等諸多優(yōu)良性能，因而它成為了最佳的替代品。陶粒是由頁(yè)巖、粘土、泥巖、粉煤灰等為主要原料，經(jīng)加工成?；蛘叻勰コ汕?，再經(jīng)燒脹而成的人造輕集料。為此我們對(duì)高摻量粉煤灰陶粒混凝土進(jìn)行抗壓性能研究和探討。

1 混凝土的配合比試驗(yàn)

輕骨料混凝土配合比的設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，很大程度上依賴于試驗(yàn)試配和經(jīng)驗(yàn)積累，本次試驗(yàn)參考了國(guó)內(nèi)外相關(guān)書籍、文獻(xiàn)和我國(guó)《輕骨料混凝土技術(shù)規(guī)程》，采用松散體積法用4種輕骨料進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，成功配制出強(qiáng)度等級(jí)LC15-LC55的輕骨料混凝土。

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 水泥

本試驗(yàn)選用普通硅酸鹽水泥，其物理力學(xué)性能指標(biāo)如表1所示。

普通硅酸鹽水泥的物理力學(xué)性能 表1

I級(jí)粉煤灰、II級(jí)粉煤灰的物理性能及力學(xué)性能 表2

陶粒的物理力學(xué)性能 表3

碎石篩分結(jié)果 表4

砂子的篩分結(jié)果 表5

1.1.2 粉煤灰

本試驗(yàn)選用I級(jí)粉煤灰、II級(jí)粉煤灰，其基本物理性能及力學(xué)性能如表2。

1.1.3 陶粒

普通混凝土配合比 表6

A類頁(yè)巖陶?；炷僚浜媳?表7

B類頁(yè)巖陶?；炷僚浜媳?表8

C類粉煤灰陶?；炷僚浜媳?表9

D類粉煤灰陶?；炷僚浜媳?表10

本試驗(yàn)的陶粒選用四種輕骨料，其物理力學(xué)性能如表3。

1.1.4 碎石

本試驗(yàn)選用普通碎石，其表觀密度為2700 kg/m3，碎石的級(jí)配如表4。

1.1.5 細(xì)骨料

本試驗(yàn)的細(xì)骨料選用河砂,表觀密度為2650 kg/m3，堆積密度為1500 kg/m3，細(xì)度模數(shù)2.6，篩分結(jié)果如表5。

1.1.6 拌合水

本試驗(yàn)的拌合水選用試驗(yàn)室自來水。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1 輕骨料混凝土的配合比設(shè)計(jì)

通過廣泛的查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)書籍、文獻(xiàn)和我國(guó)《輕骨料混凝土技術(shù)規(guī)程》得知，輕骨料混凝土配合比設(shè)計(jì)中，水泥強(qiáng)度等級(jí)和用量、砂率、水灰比是三個(gè)最為重要的設(shè)計(jì)參數(shù)。

我國(guó)的輕骨料混凝土設(shè)計(jì)主要采用絕對(duì)體積法和松散體積法。本文選用松散體積法來計(jì)算輕骨料混凝土的配合比，其具體的數(shù)據(jù)信息如下。

1.2.2 普通混凝土配合比

圖1 C類粉煤灰陶粒混凝土立方體抗壓強(qiáng)度

圖2 D類粉煤灰陶?；炷亮⒎襟w抗壓強(qiáng)度

普通混凝土的配合比設(shè)計(jì)參照《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》。其中：C30、C40混凝土配制采用32.5R水泥，II級(jí)粉煤灰；C50混凝土配制采用42.5R水泥，I級(jí)粉煤灰,其配合比如表6。

1.2.3 輕骨料混凝土配合比

按本文所選用的方法進(jìn)行輕骨料混凝土配合比設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)均采用42.5.R水泥，I級(jí)粉煤灰。表7～10中的用水量為凈用水量，附加用水量通過陶粒的1h吸水率計(jì)算，在試驗(yàn)前陶粒預(yù)濕時(shí)添加。

采用4種輕骨料配制的輕骨料混凝土配合比，如表7～表10。

1.2.4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

根據(jù)現(xiàn)有文獻(xiàn)中的理論數(shù)據(jù)研究可知，輕骨料混凝土干表觀密度的大小主要取決于輕骨料的摻量(體積砂率)及輕骨料自身的表觀密度。本次試驗(yàn)輕骨料混凝土的配制均取42%的體積砂率，忽略輕骨料摻量對(duì)輕骨料混凝土干表觀密度的影響。

從表7～表10可以發(fā)現(xiàn)，不同輕骨料配制的輕骨料混凝土，其干表觀密度有較大的差別。表8中B3的干表觀密度最大，可達(dá)1940kg/m3，其余各組輕骨料混凝土的干表觀密度均小于1900kg/m3。其中，表7中A1的干表觀密度最小，僅為1531kg/m3。

以同強(qiáng)度等級(jí)40MPa的混凝土來看，表6中02普通混凝土干表觀密度為2196 kg/m3，表8中B1的輕骨料混凝土干表觀密度為1777 kg/m3，相較之下，同強(qiáng)度等級(jí)的輕骨料混凝土比普通混凝土減重約20%。輕骨料混凝土的強(qiáng)度等級(jí)主要與混凝土水膠比和輕骨料自身強(qiáng)度有關(guān)。從表6～表10可以看出，與普通混凝土類似，輕骨料混凝土隨著水膠比的增大，強(qiáng)度值逐漸降低。當(dāng)輕骨料的筒壓強(qiáng)度一定時(shí)，在一定范圍內(nèi)，輕骨料混凝土的強(qiáng)度隨著水膠比的降低而提高，當(dāng)達(dá)到一定的強(qiáng)度后，再降低水膠比，輕骨料混凝土的強(qiáng)度未有明顯增加，這是受到輕骨料自身強(qiáng)度的限制。所以，具有一定筒壓強(qiáng)度的輕骨料只適宜配制一定強(qiáng)度等級(jí)的輕骨料混凝土。

輕骨料混凝土的強(qiáng)度等級(jí)除了與水膠比有關(guān)外，還與輕骨料的筒壓強(qiáng)度有關(guān)。隨著輕骨料筒壓強(qiáng)度的提高，輕骨料混凝土的強(qiáng)度等級(jí)提高較為顯著。表8所用輕骨料的筒壓強(qiáng)度為7.6MPa；表9所用的輕骨料筒壓強(qiáng)度為1.6MPa，在相同水膠比0.34下配制的輕骨料混凝土B2和C4，B2的28d強(qiáng)度為52.4MPa，C4的28d強(qiáng)度為21.1MPa，這說明在一定的水膠比下，輕骨料筒壓強(qiáng)度對(duì)輕骨料混凝土的強(qiáng)度起決定性因素。

由于輕骨料的多孔性即表面的粗糙性，同表面光滑的普通骨料相比，一般需要較多的水泥漿體包裹，這使得輕骨料混凝土的水泥用量一般較大。與同強(qiáng)度等級(jí)的普通混凝土相比，輕骨料混凝土的水泥用量較高，水膠比偏低.輕骨料的容重往往小于水泥漿的容重，因此多數(shù)情況下，一部分輕骨料在振搗時(shí)會(huì)上浮，導(dǎo)致輕骨料混凝土拌合物易分層離析。

不同品種的輕骨料配制的混凝土的最佳用水量是變化的，它取決于很多條件，一般都存在一個(gè)各自的最佳用水量，配合比的確定相對(duì)復(fù)雜，需要試驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合。

2 粉煤灰陶?；炷恋目箟盒阅茉囼?yàn)

粉煤灰陶粒是以粉煤灰為主要原料，加入一定量的膠凝材料和水，經(jīng)機(jī)械混合成球、高溫煅燒而成的一種多孔輕骨料。粉煤灰陶?；炷潦且苑勖夯姨樟４嫫胀ㄊ幼鳛檩p骨料的混凝土，與普通混凝土相比較，它具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、隔熱、保溫、耐火、耐久、抗震性等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于高層、大跨度建筑、橋梁等，是一種值得積極推廣應(yīng)用的多功能環(huán)保新型建筑材料。

由于粉煤灰陶?；炷恋膬?yōu)越性能，對(duì)其力學(xué)性能的研究就尤為重要。本章以第一章所配制的粉煤灰陶粒混凝土為主要研究對(duì)象，結(jié)合了相同強(qiáng)度等級(jí)的普通混凝土，進(jìn)行抗壓性能的研究。

2.1 試驗(yàn)過程

2.1.1 試件制備

試件尺寸和每組試件數(shù)量均按混凝土試驗(yàn)規(guī)范制作并養(yǎng)護(hù)。

2.1.2 測(cè)試方法

采用SYE-2000型試驗(yàn)機(jī)。將試件安放在試壓機(jī)的下板上，試件的承壓面與成型時(shí)的頂面垂直。試件的中心應(yīng)與試驗(yàn)機(jī)下壓板中心對(duì)準(zhǔn)。開動(dòng)試驗(yàn)機(jī)，當(dāng)上壓板與試件接近時(shí)，調(diào)整球座，使接觸均衡。

加壓時(shí)，應(yīng)連續(xù)而均勻地加荷，加荷速度應(yīng)為：當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)低于C30時(shí)，取每秒0.3MPa～0.5MPa；當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)不低于C30時(shí)，取每秒0.5MPa～0.8MPa。當(dāng)試件接近破壞而開始迅速變形時(shí)，停止調(diào)整試驗(yàn)機(jī)油門，直至試件破壞。

立方體抗壓強(qiáng)度按下式計(jì)算：

式中:fcu——混凝土立方體試件抗壓強(qiáng)度(MPa)

P——破壞荷載(N)

A——為試件承壓面積(mm2)

由于試驗(yàn)選用的不是標(biāo)準(zhǔn)尺寸試件，應(yīng)乘以尺寸轉(zhuǎn)換系數(shù)0.95。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.2.1 試驗(yàn)結(jié)果

粉煤灰陶?；炷恋牧⒎襟w抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見表9及表10。粉煤灰陶?；炷恋牧⒎襟w抗壓強(qiáng)度比對(duì)見圖1和圖2。

2.2.2 立方體抗壓強(qiáng)度分析

從表9及表10可以看出，不同組別的粉煤灰陶?；炷?8d立方體抗壓強(qiáng)度在18.2MPa～42.7MPa之間，按《輕骨料混凝土技術(shù)規(guī)程》中根據(jù)用途對(duì)輕骨料混凝土的劃分可知，本次試驗(yàn)所配制的粉煤灰陶粒混凝土可用做結(jié)構(gòu)輕骨料混凝土。

由圖1和圖2可以看出，同種粉煤灰陶粒配制的粉煤灰陶粒混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度隨混凝土水膠比的減小而增大，當(dāng)?shù)竭_(dá)一定程度后，繼續(xù)降低水膠比，粉煤灰陶?；炷恋膹?qiáng)度上升幅度很小，這說明水膠比是決定粉煤灰陶?；炷亮⒎襟w抗壓強(qiáng)度的關(guān)鍵因素。

C類粉煤灰陶粒的筒壓強(qiáng)度為1.8MPa，D類粉煤灰陶粒的筒壓強(qiáng)度為4.0MPa，上述兩種陶粒，以相同的體積砂率配制的粉煤灰陶粒混凝土，在相同的水膠比0.36下，28d立方體抗壓強(qiáng)度分別為20.2MPa和38.2MPa，這是說明粉煤灰陶粒的筒壓強(qiáng)度是影響粉煤灰陶?；炷亮⒎襟w抗壓強(qiáng)度的重要因素。

3 總 結(jié)

本文采用4種陶粒配制了LCl5-LC55的輕骨料混凝土，并以粉煤灰陶粒混凝土為主要研究對(duì)象，結(jié)合同強(qiáng)度等級(jí)普通混凝土進(jìn)行抗壓試驗(yàn)，通過試驗(yàn)得出以下結(jié)論：輕骨料混凝土強(qiáng)度等級(jí)主要與混凝土的水膠比和輕骨料的強(qiáng)度有關(guān)；在輕骨料強(qiáng)度一定的條件下，輕骨料混凝土的強(qiáng)度隨水膠比的減小而增大；在一定水膠比下，輕骨料的強(qiáng)度對(duì)輕骨料混凝土的強(qiáng)度起決定性作用；因此，配制LC40以上的輕骨料混凝土，陶粒筒壓強(qiáng)度要達(dá)到4.0MPa以上。

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