大摻量粉煤灰陶粒混凝土試驗(yàn)研究

【摘要】以粉煤灰、陶粒、水泥為基本配料， 適當(dāng)加入石膏、石灰等激發(fā)劑來激發(fā)粉煤灰的活性， 采用正交配合比實(shí)驗(yàn)方案，澆注成型自然養(yǎng)護(hù)的方法制成大摻量粉煤灰陶?；炷亮⒎襟w試塊，測定出不同配合比的抗壓強(qiáng)度和容重，旨在找出各種材料摻量與粉煤灰試塊抗壓強(qiáng)度、容重的關(guān)系， 為配制出適合于新疆村鎮(zhèn)建筑的新型粉煤灰陶?；炷?，用于生產(chǎn)輕質(zhì)保溫墻體材料提供理論依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】粉煤灰；陶?；炷?；正交設(shè)計(jì)；抗壓強(qiáng)度

0前言

隨著世界能源危機(jī)的深入，和減少溫室氣體排放的呼吁日益增大。世界各國均投入大量的人力、物力進(jìn)行節(jié)能研究。全世界建筑能耗占到了總能耗的30～40%，故各國都把建筑節(jié)能列為節(jié)能工作的重點(diǎn)。在建筑中墻體材料用量位居所有建筑材料之首，達(dá)到70%，同時(shí)也是消耗原料、能源的一類重要建筑制品。墻體材料的優(yōu)劣對于建筑節(jié)能起著舉足輕重的作用。目前新疆粘土磚的比例仍占到整個(gè)墻材的83%[1～6]，村鎮(zhèn)建筑所占比例更大，粘土磚的生產(chǎn)不但浪費(fèi)寶貴的土地資源而且耗費(fèi)能源、污染環(huán)境，同時(shí)保溫效果差，隨著能源與土地消耗日益嚴(yán)峻，開發(fā)新型墻材勢在必行。本文以建筑節(jié)能為目的，通過試驗(yàn)研究，探索出適合于新疆村鎮(zhèn)建筑的新型粉煤灰陶?；炷?，用于生產(chǎn)輕質(zhì)保溫墻體材料。

1 原材料組成

1.1 組成成分的確定

通過查閱相關(guān)資料了解到，組成粉煤灰陶?；炷列枰心z凝材料，水泥是一種很好的膠凝材料，水泥的加入會增加粉煤灰陶?；炷恋目箟簭?qiáng)度，但是增大水泥用量會使粉煤灰陶?；炷恋某杀炯哟?。在原料中摻入石灰和石膏同樣會增加粉煤灰的活性，加速水化作用，提高強(qiáng)度，這樣不僅能節(jié)約成本，而且能更好地滿足力學(xué)性能要求。在骨料的選擇上，選擇用陶粒取代同體積的砂石粗細(xì)骨料，考慮一方面減輕材料的質(zhì)量，另外是陶粒表面有很多孔洞，可以提高粉煤灰陶?；炷恋谋匦阅?。確定原料主要為水泥、粉煤灰、石灰、建筑石膏、陶粒和水。

1.2 原材料選用

（1） 粉煤灰：新疆石河子市越隆達(dá)建材有限公司生產(chǎn)的一級粉煤灰。其成分含量如表1所示。

（2） 水泥：新疆石河子天辰水泥有限公司生產(chǎn)的天業(yè)牌P·O 32.5級水泥。

（3） 骨料：粗骨料選用粒徑為（5.0-10.0）mm的頁巖陶粒；細(xì)骨料選用粒徑為（0.16-5）mm的頁巖陶粒。

（4）石灰和石膏：建筑中常采用的普通石灰和建筑石膏。

（5）水：普通飲用自來水。

1.3 試驗(yàn)儀器

主要的實(shí)驗(yàn)儀器包括鋼制搗棒、150mm×150mm ×150mm試模、萬能壓力實(shí)驗(yàn)機(jī)等。

2 試驗(yàn)方案及方法

2.1 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)采用正交實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行，以粉煤灰、水泥、石灰、石膏四種材料用量作為此試驗(yàn)中影響粉煤灰陶?；炷量箟簭?qiáng)度的四個(gè)主要因素，每個(gè)因素取3個(gè)水平。Lg（34）正交方案設(shè)計(jì)，具體正交實(shí)驗(yàn)方案見表2。

2）各材料用量均按質(zhì)量計(jì)算。

2.2 試件的制作及養(yǎng)護(hù)

以JGJ-51—2002《輕骨料混凝土技術(shù)規(guī)程》[7]，GB/T50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》[8]為依據(jù)，制作試塊。試驗(yàn)前先將陶粒進(jìn)行篩分，然后將篩分好的陶粒裝袋在水中泡24小時(shí)，實(shí)驗(yàn)前提前從水中取出，晾干，待無水流出后方可用于實(shí)驗(yàn)；試驗(yàn)時(shí)按比例準(zhǔn)確稱量好各種材料，拌合均勻后加水，邊加水邊攪拌，直至拌合均勻，骨料拌合采用人工；把拌合均勻的粉煤灰混凝土骨料裝進(jìn)150mm×150mm×150mm的鋼試模中，人工用鋼制搗棒振搗密實(shí)；試件的養(yǎng)護(hù)按照《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法》（GB50081）的要求進(jìn)行，在實(shí)驗(yàn)室自然養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)2天后拆模，在自然條件下養(yǎng)護(hù)到28天，測定其抗壓強(qiáng)度。做抗壓強(qiáng)度前，測量試件的尺寸、稱量試件的重量并做好記錄。

2.3 正交試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.3.1 正交試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)表1和表2設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案，參照J(rèn)GJ-51-2002《輕骨料混凝土技術(shù)規(guī)程》[7]，通過實(shí)驗(yàn)得到不同參量下28d抗壓強(qiáng)度與28d表觀密度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果表3。

2.3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.3.2.1 試驗(yàn)結(jié)果的直觀分析

從表3可以看出，混凝土材料立方體28d抗壓強(qiáng)度變化范圍為12.8～21.5 Mpa，變化幅度很大，說明本次試驗(yàn)設(shè)計(jì)的原料摻量對材料抗壓強(qiáng)度影響較大；28d表觀密度變化范圍為13.236～15.206 kN /m3，變化幅度較小，變化規(guī)律與抗壓強(qiáng)度變化規(guī)律基本符合。本次試驗(yàn)可以配制出強(qiáng)度大于10 Mpa、表觀密度小于19kN /m3的輕骨料混凝土材料。

2.3.2.2 試驗(yàn)結(jié)果的極差分析

為進(jìn)一步研究各原料對混凝土材料抗壓強(qiáng)度和表觀密度的影響，對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行極差分析，結(jié)果見表3所示。

根據(jù)極差分析數(shù)據(jù)結(jié)果，繪制各因素與材料28d抗壓強(qiáng)度極差分析R值、材料28d表觀密度極差分析R值的關(guān)系圖，見圖1～圖2所示。

由圖1、圖2和表3可以看出，本次試驗(yàn)，對混凝土28d抗壓強(qiáng)度影響順序?yàn)锳>C>D>B，其中水泥是影響混凝土28d抗壓強(qiáng)度的關(guān)鍵因素；對混凝土28d表觀密度影響順序?yàn)锳>D>B>C，其中水泥是影響混凝土材料28d表觀密度影最顯著的因素。

各因素用量與混凝土28d抗壓強(qiáng)度和28d表觀密度二個(gè)指標(biāo)的K值關(guān)系曲線，如圖3-圖4所示。

4 容重與各因素水平的關(guān)系

由圖3可知，混凝土28d抗壓強(qiáng)度隨A的增加而顯著增大，對混凝土抗壓強(qiáng)度的影響最大，其抗壓強(qiáng)度變化范圍為12.8MPa ～21.5MPa；隨B摻量的增加而減小，接近線性關(guān)系，但變化幅度不大；強(qiáng)度隨摻量C的增加先降低后增加，水平2之后增幅較快，強(qiáng)度隨摻量D的增加二增加，水平2之前增幅平緩，水平2之后增幅較快。

由圖4可知，材料28d表觀密度隨A的增加而增大，水平2之前增幅較快，水平2之后增幅平緩，隨B、C摻量的增加呈現(xiàn)而先降低后增加的變化趨勢，表觀密度隨D的增加呈現(xiàn)線性增大的變化規(guī)律。本次設(shè)計(jì)的正交實(shí)驗(yàn)中水泥、石灰、石膏和粉煤灰摻量改變對混凝土容重影響不大，變化范圍為13.236 kN/m3 ～15.206 kN/m3。

3 結(jié)論

大摻量粉煤灰陶?；炷翆?shí)驗(yàn)研究表明，膠凝材料摻量對平均抗壓強(qiáng)度影響的顯著順序是水泥、石灰、石膏和粉煤灰。28d抗壓強(qiáng)度變化范圍為12.8MPa～21.5MPa，其抗壓強(qiáng)度都大于JC-239-2001粉煤灰混凝土多孔磚行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的Mu15，12MPa的要求，滿足強(qiáng)度指標(biāo)的前提下，可以根據(jù)當(dāng)?shù)毓こ虒?shí)際情況和經(jīng)濟(jì)性原則選擇所需的配合比。另外，在設(shè)計(jì)的正交實(shí)驗(yàn)中水泥、石灰、石膏和粉煤灰摻量改變對混凝土容重影響不大，變化范圍為13.236 kN/m3～15.206 kN/m3，其平均容重也符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

參考文獻(xiàn)

[1]阿肯江·托呼提，亓國慶，陳漢清.新疆南疆地區(qū)傳統(tǒng)土坯房屋震害及抗震技術(shù)措施[J]. 工程抗震與加固改造，2008，30（1）：82～86.

[2]葛學(xué)禮，王亞勇，申世元.村鎮(zhèn)建筑地震災(zāi)害與抗震減災(zāi)措施[J].工程質(zhì)量，2005，（12）：1～2.

[3]張帆.小城鎮(zhèn)住宅新型墻材結(jié)構(gòu)體系研究[D].天津：天津大學(xué)，2005

[4]黃麗華，周大偉.摻多種工業(yè)廢渣的陶粒混凝土輕質(zhì)隔墻板[J].新型建筑材.2006.2： 52～53.

[5]杜銳，張星魁粉煤灰陶?；炷僚浜媳鹊脑囼?yàn)研究[J].商品混凝土.2010.11：48～49

[6]邵永健， 殷志文.陶?；炷疗鰤K的配合比設(shè)計(jì)與抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)[J].混凝土.2007.10：107～108.

[7]丁威，龔洛書，沈玄，等.JGJ-51—2002《輕骨料混凝土技術(shù)規(guī)程》[J].中國建筑科學(xué)研究院.2002.

[8]陸建雯，姚燕，楊靜，等.GB/T50082 —2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》[J].中國建筑科學(xué)研究院.2009.