漂珠級(jí)配對(duì)保溫混凝土性能的影響試驗(yàn)研究

王利東，李珠，趙林，王振明

（太原理工大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院，山西 太原 030024）

漂珠級(jí)配對(duì)保溫混凝土性能的影響試驗(yàn)研究

王利東，李珠，趙林，王振明

（太原理工大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院，山西 太原 030024）

在C35玻化微珠保溫混凝土基準(zhǔn)配合比的基礎(chǔ)上，制備了摻加漂珠的保溫混凝土，分別對(duì)其工作性能、力學(xué)性能和熱工性能進(jìn)行了測(cè)試與分析。結(jié)果表明：當(dāng)漂珠的級(jí)配為0.01～0.15 mm時(shí)，保溫混凝土28 d的抗壓強(qiáng)度最高，為43.4 MPa。當(dāng)漂珠的級(jí)配為0.3～0.6 mm時(shí)，保溫混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)最小，為0.35 W/（m·K）。選取級(jí)配為0.3～2.36 mm的漂珠可使保溫混凝土的綜合性能最優(yōu)。

漂珠級(jí)配；玻化微珠；坍落度；抗壓強(qiáng)度；導(dǎo)熱系數(shù)

0 引言

目前在建筑節(jié)能方面應(yīng)用的保溫材料主要分為無(wú)機(jī)和有機(jī)2種，如聚苯乙烯泡沫塑料、聚氨酯泡沫塑料、膨脹珍珠巖、巖棉、礦渣棉、玻璃棉、泡沫玻璃等，由于有些保溫材料具有自身的局限性，不能夠滿足建筑在不同氣候條件下的耐久、耐候、變形等要求[1]。為了進(jìn)一步滿足建筑能夠適應(yīng)不同的氣候條件，需要尋找一種新型的材料。漂珠是一種綜合性能優(yōu)良的材料，其本身導(dǎo)熱系數(shù)非常小、質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、可以承受高溫等[2]，將漂珠添加到保溫混凝土中，代替保溫混凝土中的部分細(xì)骨料，改善混凝土的保溫性能。

本文以漂珠為原料，代替?；⒅楸鼗炷林械牟糠旨?xì)骨料，制成摻加漂珠的保溫混凝土。試驗(yàn)設(shè)計(jì)了6組不同顆粒級(jí)配的保溫混凝土，研究了漂珠顆粒級(jí)配對(duì)保溫混凝土拌合物工作性能、抗壓強(qiáng)度和導(dǎo)熱系數(shù)的影響。通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析，確定了既滿足保溫混凝土拌合物工作性能，同時(shí)又滿足力學(xué)性能和保溫性能的最佳漂珠的顆粒級(jí)配，為后續(xù)試驗(yàn)的進(jìn)行提供了一定的支持。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料

（1）石子：山西省呂梁地區(qū)碎石，級(jí)配為5～25 mm，堆積密度1530 kg/m3，含泥量0.76%，壓碎指標(biāo)9.4%，吸水率0.46%，表觀密度2650 kg/m3。

（2）砂：山西省某砂石廠家生產(chǎn)的中砂，細(xì)度模數(shù)2.5，堆積密度1620 kg/m3，表觀密度2670 kg/m3，含泥量0.82%，含水率1.53%。

（3）水泥：山西省忻州地區(qū)某水泥公司生產(chǎn)的42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，比表面積346 m2/kg。

（4）硅灰：成都某公司生產(chǎn)。

（5）減水劑：自制的高效減水劑。

（6）水：自來(lái)水。

（7）玻化微珠：河南信陽(yáng)華豫礦業(yè)有限公司提供，其物理性能指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 ?；⒅榈奈锢硇阅苤笜?biāo)

（8）漂珠：河北省某廠家提供。外觀呈灰色、球狀、質(zhì)輕、隔熱、不透明，其主要物理性質(zhì)見(jiàn)表2[3]。化學(xué)性能穩(wěn)定，耐酸、耐堿，其化學(xué)組成見(jiàn)表3，主要成分為SiO2和Al2O3，礦物成分主要為非結(jié)晶的玻璃相，結(jié)晶的礦物次之，結(jié)晶成分為莫來(lái)石、方石英和尖晶石鐵酸鹽等[4]。

表2 漂珠的主要性能

表3 漂珠的化學(xué)組成%

1.2 試驗(yàn)過(guò)程

漂珠是一種輕集料，按照GB/T 17431.2—2010《輕集料及其試驗(yàn)方法第2部分：輕集料試驗(yàn)方法》進(jìn)行篩分試驗(yàn)，得到2.36～4.75、1.18～2.36、0.6～1.18、0.3～0.6、0.15～0.3、0.01～0.15 mm 6種級(jí)配的漂珠顆粒，按級(jí)配從大到小編號(hào)為P1、P2、P3、P4、P5、P6。在同一外界條件下，分別用6種不同顆粒級(jí)配的漂珠替代細(xì)骨料，將試塊分成6組，分別測(cè)試6組混凝土的工作性能、抗壓強(qiáng)度和導(dǎo)熱系數(shù)，分析漂珠級(jí)配對(duì)混凝土性能的影響，進(jìn)而得出漂珠的最佳級(jí)配。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室配合比（見(jiàn)表4），水膠比為0.54。

表4 1 m3保溫混凝土實(shí)驗(yàn)室配合比

1.2.1 試樣制備

按照保溫混凝土實(shí)驗(yàn)室配合比設(shè)計(jì)方案，先將漂珠和玻化微珠進(jìn)行預(yù)濕，接著加入剩余材料進(jìn)行攪拌。攪拌好的材料進(jìn)行拌合物工作性能測(cè)試，然后分別放入150 mm×150 mm× 150 mm和300 mm×300 mm×30 mm的試模進(jìn)行震動(dòng)成型，立方體試塊每組成型3塊，板狀試件每組成型2塊。室內(nèi)自然條件養(yǎng)護(hù)1.5 d后拆模，將拆模后的混凝土試件按照規(guī)范要求進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)。

用于測(cè)試導(dǎo)熱系數(shù)的試件在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)完成后放入烘干箱內(nèi)烘干至恒重，烘干箱溫度控制為110℃，取出試件將其表面打磨光滑。采用電子秤稱取試件質(zhì)量，計(jì)算其干密度

1.2.2 混凝土拌合物工作性能測(cè)試

按GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》測(cè)試混凝土拌合物的工作性能。采用坍落度筒測(cè)試坍落度，在已坍落的混凝土錐體側(cè)面用搗棒輕微擊打，根據(jù)錐體是否下沉、倒坍或者崩裂來(lái)判斷其粘聚性是否良好，根據(jù)混凝土拌合物稀漿析出的程度來(lái)評(píng)定其保水性[5-6]。

1.2.3 混凝土試塊抗壓強(qiáng)度測(cè)試

養(yǎng)護(hù)成型后的立方體試塊采用STYE-3000C型電腦全自動(dòng)混凝土壓力機(jī)，按GB/T 50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》測(cè)試抗壓強(qiáng)度。

1.2.4 混凝土試件導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試

采用DRCD-3030智能化導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定儀測(cè)試導(dǎo)熱系數(shù)，試件尺寸為300 mm×300 mm×30 mm。

2 結(jié)果與討論

2.1 試驗(yàn)結(jié)果

6組不同級(jí)配的漂珠保溫混凝土的工作性能、抗壓強(qiáng)度干密度和導(dǎo)熱系數(shù)見(jiàn)表5。

表5 保溫混凝土和性能測(cè)試結(jié)果

2.2 漂珠顆粒級(jí)配對(duì)混凝土干密度的影響

從表5可以看出，當(dāng)漂珠的級(jí)配為2.36～4.75 mm時(shí)，混凝土干密度最小，為372 kg/m3。當(dāng)漂珠的級(jí)配為0.01～0.15 mm時(shí)，混凝土干密度最大，為421 kg/m3。隨著漂珠粒徑的減小，混凝土干密度不斷增大。6組試塊中漂珠的摻量一樣，所以相同體積的漂珠，其顆粒數(shù)量隨著級(jí)配的減小而增多，同時(shí)其顆粒之間的空隙也減小，進(jìn)而混凝土干密度變大。

2.3 漂珠顆粒級(jí)配對(duì)混凝土工作性能的影響

由表5可以看出，當(dāng)漂珠的級(jí)配為2.36～4.75 mm時(shí)，混凝土坍落度最大，為218 mm。當(dāng)漂珠的級(jí)配為0.01～0.15 mm時(shí)，混凝土坍落度最小，為160 mm。保溫混凝土的坍落度隨著漂珠粒徑的減小而降低。

保溫混凝土實(shí)驗(yàn)室配合比設(shè)計(jì)中漂珠摻量相同。對(duì)于相同體積的漂珠，隨著其粒徑的減小，漂珠數(shù)量越來(lái)越多，其比表面積也越來(lái)越大，漂珠的吸水率也隨之增大，這樣保溫混凝土中的游離水就會(huì)減少，混凝土的坍落度減小。

由表5可知，當(dāng)漂珠級(jí)配為2.36～4.75 mm時(shí)，保溫混凝土的離析和泌水現(xiàn)象較嚴(yán)重，當(dāng)漂珠級(jí)配為0.01～0.15 mm時(shí)，保溫混凝土基本無(wú)離析和泌水現(xiàn)象。保溫混凝土隨著漂珠級(jí)配的減小，其離析和泌水現(xiàn)象從嚴(yán)重到無(wú)，其粘聚性和保水性也越來(lái)越好。

漂珠粒徑的減小可以補(bǔ)充混凝土中的細(xì)顆粒，從而很好地改善混凝土的級(jí)配，使固體表面積與水體積的比例增大，進(jìn)而減少離析和泌水，這樣保溫混凝土中在振搗密實(shí)過(guò)程中，漂珠不易上浮，所以保溫混凝土的粘聚性和保水性也逐漸變好。

2.4 漂珠顆粒級(jí)配對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

從表5可知，當(dāng)漂珠級(jí)配為2.36～4.75 mm時(shí)，保溫混凝土的28 d抗壓強(qiáng)度最小，為28 MPa，當(dāng)漂珠的級(jí)配為0.01～0.15 mm時(shí)，保溫混凝土的28 d抗壓強(qiáng)度最大，為43.4 MPa。

保溫混凝土的抗壓強(qiáng)度隨著漂珠級(jí)配的減小而提高，分析其原因有2點(diǎn)：（1）相同摻量下，隨著漂珠級(jí)配的減小，其數(shù)量越來(lái)越多，比表面積也越來(lái)越大，吸水率也隨之增大，保溫混凝土的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量減小，其內(nèi)部游離的水分減少，相當(dāng)于保溫混凝土的水膠比減小，進(jìn)而其抗壓強(qiáng)度提高。（2）由于微集料效應(yīng)，漂珠的級(jí)配越小，其細(xì)小顆粒一方面會(huì)填充于砂子和水泥顆粒之間，很好地改善混凝土的級(jí)配；另一方面，細(xì)小的漂珠顆粒填充于界面的空隙之中，使混凝土的空隙減小，其結(jié)構(gòu)和界面更加密實(shí)，從而提高了混凝土的抗壓強(qiáng)度。

2.5 漂珠顆粒級(jí)配對(duì)混凝土導(dǎo)熱系數(shù)的影響

從表5可以看出，當(dāng)漂珠級(jí)配為0.3～0.6 mm時(shí)，保溫混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)最小，為0.35 W/（m·K），當(dāng)漂珠級(jí)配為0.01～0.15 mm時(shí)，保溫混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)最大，為0.45 W/（m·K）。P1～P6號(hào)保溫混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)隨著漂珠級(jí)配的減小呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì)。

漂珠是一種薄壁中空的結(jié)構(gòu)，隨著漂珠級(jí)配的減小，相同體積下，其顆粒數(shù)量增加，中空結(jié)構(gòu)的表面積增大，導(dǎo)致保溫混凝土內(nèi)部孔隙率增大，進(jìn)而使其導(dǎo)熱系數(shù)減小，保溫性能提高。當(dāng)漂珠級(jí)配為0.3～0.6 mm時(shí)，其導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)到最低。當(dāng)漂珠粒徑進(jìn)一步減小時(shí)，雖然漂珠為中空結(jié)構(gòu)，但是其內(nèi)部空氣含量相比于粒徑較大的漂珠急劇減少，同時(shí)其顆粒粒徑的減小致使混凝土的級(jí)配改善，使混凝土更加密實(shí)，混凝土空隙率降低，故保溫混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)增大，保溫性能下降。P1和P6號(hào)保溫混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)分別為0.42和0.45 W/（m·K），相對(duì)于其它保溫混凝土偏高，分析其原因可能是P1號(hào)保溫混凝土中漂珠粒徑偏大，在攪拌過(guò)程中造成了部分顆粒的破碎。P6號(hào)保溫混凝土中漂珠由于其粒徑過(guò)小，其中摻雜微粒土較多，導(dǎo)致實(shí)際摻加入混凝土中漂珠量減少。綜合以上分析，選取級(jí)配為0.3～2.36 mm的漂珠時(shí)保溫混凝土的保溫性能最佳。

3 結(jié)論

（1）混凝土干密度隨漂珠粒徑的減小而增大。

（2）隨著漂珠粒徑的減小，保溫混凝土的坍落度降低，離析現(xiàn)象逐漸變好，粘聚性和保水性也越來(lái)越好。

（3）保溫混凝土的抗壓強(qiáng)度隨著漂珠粒徑的減小而提高。當(dāng)漂珠的粒徑為0.01～0.15 mm時(shí)，保溫混凝土的28 d抗壓強(qiáng)度最大，為43.4 MPa。

（4）保溫混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)隨著漂珠粒徑的減小呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì)。當(dāng)漂珠的級(jí)配為0.3～0.6 mm時(shí)，保溫混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)最小，為0.35 W/（m·K）。

（5）在滿足保溫混凝土拌合物工作性能、抗壓強(qiáng)度和導(dǎo)熱系數(shù)的前提下，選取級(jí)配為0.3～2.36 mm的漂珠可使保溫混凝土的綜合性能最優(yōu)。

[1]黃浩楠.無(wú)機(jī)保溫砂漿配制及性能研究[D].長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)，2009.

[2]王貴軍，樊洪斌，宋六九，等.玻璃微珠在復(fù)合材料中的應(yīng)用[J].纖維復(fù)合材料，2001（3）：11-12.

[3]徐風(fēng)廣.漂珠的物性研究及與原始粉煤灰的比較[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2002（9）：49-52.

[4]楊贊中，劉玉金，楊贊國(guó)，等.熱電廠粉煤灰漂珠的物化性能及應(yīng)用[J].建材技術(shù)與應(yīng)用，2002（6）：13-16.

[5]米文瑜．粉煤灰對(duì)高性能混凝土工作性的影響研究[J]．煤炭科學(xué)技術(shù)，2007（7）：77-79．

[6]Stark U，Mueller A.The influence of particle shape and particle size on the work-ability properties of SCC mortars[J].ZKG International，2007，60（6）：84-93.

Experimental study on the influence of gradation of floating bead on performance of insulation concrete

WANG Lidong，LI Zhu，ZHAO Lin，WANG Zhenming
（College of Architecture and Civil Engineering，Taiyuan University of Technology，Taiyuan 030024，China）

By floating bead as raw material，insulation concrete is prepared based on C35 insulation concrete benchmark mix ratio.Work performance，mechanical properties and thermal properties of the mixture are tested and analyzed respectively.The results show that，when the gradation of floating bead is 0.01～0.15 mm，28 d compressive strength of the insulation concrete is the maximum of 43.4 MPa.When the gradation is 0.3～0.6 mm，thermal conductivity of insulation concrete is the minimum 0.35 W/（m· K）.A selection of gradation of 0.3～2.36 mm floating bead can make the optimal comprehensive performance of the insulation concrete.

gradation of floating bead，glazed hollow beads，slump，compressive strength，thermal conductivity

TU528.2

A

1001-702X（2016）09-0102-03

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51308371）；山西省科技攻關(guān)項(xiàng)目（20150313014-1）

2016-03-21

王利東，男，1991年生，山西忻州人，碩士研究生。