陶粒鋼渣輕質(zhì)混凝土空心砌塊性能試驗(yàn)研究

徐長春 ，孔德輔 ，陳北全 ，鄧志恒

（1.廣西大學(xué) 土木建筑工程學(xué)院，廣西 南寧 530004；2.廣西大學(xué) 廣西防災(zāi)減災(zāi)與工程安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 南寧 530004）

0 引言

陶粒作為常用的輕集料之一，用其作為粗骨料可配制成陶粒輕質(zhì)混凝土。近年來，一些學(xué)者對陶粒輕質(zhì)混凝土進(jìn)行了研究[1-5]，結(jié)果表明，陶粒輕質(zhì)混凝土具有輕質(zhì)、保溫、隔熱等優(yōu)點(diǎn)，用其制作的空心砌塊具有較好的節(jié)能效果。

我國每年有大量的工業(yè)廢料——鋼渣、水渣的產(chǎn)生，依據(jù)綠色建材的要求，本文利用陶粒、鋼渣、水渣配制陶粒鋼渣輕質(zhì)混凝土空心砌塊。通過試驗(yàn)，研究不同摻量的陶粒、鋼渣對空心砌塊密度、吸水率、軟化系數(shù)、抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、折壓比等性能指標(biāo)的影響；并制成標(biāo)準(zhǔn)保溫板試件，測試其導(dǎo)熱系數(shù)、熱阻、傳熱系數(shù)和熱惰性指標(biāo)，分析陶粒、鋼渣、水渣對輕質(zhì)混凝土保溫隔熱性能的影響。將砌塊砌筑成墻體進(jìn)行砌體軸心抗壓試驗(yàn)，分析砌體抗壓強(qiáng)度和破壞特征，為陶粒鋼渣輕質(zhì)混凝土空心砌塊在實(shí)際工程中的應(yīng)用提供參考。

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

水泥：海螺牌P·O42.5R水泥；天然砂：邕江河砂；水渣：使用碾壓、破碎及篩網(wǎng)篩選處理后的柳鋼高爐水渣；陶粒：廣西華桂陶粒制品有限公司，400級圓球形礦渣陶粒，粒徑范圍為5～12mm；鋼渣：采用經(jīng)破碎機(jī)破碎并篩分處理過的柳鋼鋼渣，粒徑范圍為5～26.5mm。陶粒、鋼渣、水渣、天然砂的基本性能指標(biāo)見表1、表2。

表1 陶粒的基本性能指標(biāo)

表2 鋼渣、水渣、天然砂的基本性能指標(biāo)

1.2 試驗(yàn)配比

本試驗(yàn)利用陶粒、鋼渣替代普通粗骨料，水渣替代部分普通細(xì)骨料；陶粒采用預(yù)濕處理，以保證有效水灰比。本試驗(yàn)混凝土的配合比參考JGJ55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》和JGJ 51—2002《輕骨料混凝土技術(shù)規(guī)程》進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用松散體積法來確定骨料的用量。陶粒鋼渣輕質(zhì)混凝土空心砌塊的基本配合比見表3。

表3 陶粒鋼渣輕質(zhì)混凝土空心砌塊的基本配合比 kg

1.3 試件制作

陶粒鋼渣輕質(zhì)混凝土空心砌塊的尺寸為390 mm×190 mm×190 mm，中間肋厚為40 mm，周圍外壁厚為30 mm，空心率為52%，空心砌塊的尺寸見圖1。砌塊在廣西大學(xué)建材實(shí)驗(yàn)室制作，分3組；采用常用的壓振成型機(jī)，成型壓力為3 kN，壓振結(jié)合,以振為主、以壓為輔，提高陶粒、鋼渣及水渣之間的密實(shí)度，保證空心砌塊的成型質(zhì)量。

圖1 空心砌塊的尺寸

保溫板的配合比與砌塊一致，根據(jù)GB/T 10294—2008《絕熱材料穩(wěn)態(tài)熱阻及有關(guān)特性的測定防護(hù)熱板法》建議的標(biāo)準(zhǔn)尺寸和本試驗(yàn)裝置的特點(diǎn)，采用的試件尺寸為300 mm×300 mm×30 mm。砌塊與保溫板試件采用相同的方式制備：（1）將陶粒在水中浸泡1 h后撈出晾干至表面無積水，對陶粒進(jìn)行預(yù)濕處理；（2）先將粗骨料與細(xì)骨料進(jìn)行混合攪拌30 s，然后加入水泥與粗細(xì)骨料攪拌30 s，最后加水?dāng)嚢? min；（3）裝模、壓振成型。

陶粒鋼渣輕質(zhì)混凝土空心砌塊砌體的尺寸為590 mm×190 mm×1000 mm，具體尺寸見圖2。砌筑砂漿采用P·C32.5水泥，配合比為：m（水泥）∶m（砂）∶m（石灰）∶m（水）=205∶1700∶55∶380。立方體砂漿試件尺寸為70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm，與陶粒鋼渣輕質(zhì)混凝土空心砌塊砌體在混凝土標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室內(nèi)養(yǎng)護(hù)28 d，砂漿的抗壓強(qiáng)度為6.9 MPa，滿足Mb5.0等級要求。

圖2 空心砌塊砌體的尺寸

1.4 試驗(yàn)方法

每組隨機(jī)抽取5塊空心砌塊，按照GB/T 4111—2013《混凝土小型空心砌塊試驗(yàn)方法》的要求，進(jìn)行空心砌塊物理性能測試和抗壓、抗折試驗(yàn)?？箟涸囼?yàn)時(shí)，采用YZ200A200T型壓力試驗(yàn)機(jī)以20 kN/s勻速加載，直到空心砌塊破壞，以5個(gè)空心砌塊的平均值和單塊最小值確定空心砌塊的強(qiáng)度等級?？拐墼囼?yàn)采用三點(diǎn)加荷的方式，以200 N/s的勻速加載直至空心砌塊破壞。

根據(jù)GB 50176—2016《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》，通過測試保溫板試件的導(dǎo)熱系數(shù)，計(jì)算相應(yīng)的熱阻、傳熱系數(shù)、熱惰性指標(biāo)，評價(jià)空心砌塊的保溫隔熱性能。導(dǎo)熱系數(shù)按GB/T 10249—2008《絕熱材料穩(wěn)態(tài)熱阻及有關(guān)特性的測定 防護(hù)熱板法》進(jìn)行測試，試驗(yàn)儀器采用DRCD-3030混凝土智能化導(dǎo)熱系數(shù)測定儀。

根據(jù)建筑設(shè)計(jì)要求、生產(chǎn)工藝條件等方面綜合考慮，陶粒鋼渣輕質(zhì)混凝土空心砌塊砌體軸心抗壓強(qiáng)度按照GB/T 50129—2011《砌體基本力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行測試。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 陶粒鋼渣輕質(zhì)混凝土空心砌塊的基本物理性能（見表4）

表4 陶粒鋼渣輕質(zhì)混凝土空心砌塊的基本物理性能

由表4可以看出：隨著陶粒取代率的增大，陶粒鋼渣輕質(zhì)混凝土空心砌塊的含水率基本維持在4%左右，而24 h吸水率隨之增大，這是由于輕質(zhì)混凝土中的陶粒屬于多孔結(jié)構(gòu)，故吸水率變大；隨著陶粒取代率的增大，陶粒鋼渣輕質(zhì)混凝土空心砌塊的密度隨之變小，摻入陶粒對輕質(zhì)混凝土空心砌塊的密度降低效果較為明顯；隨著陶粒取代率的增大，陶粒鋼渣輕質(zhì)混凝土空心砌塊的軟化系數(shù)有所下降，但是仍能滿足GB/T 15229-2011《輕集料混凝土小型空心砌塊》規(guī)定的輕集料混凝土空心砌塊軟化系數(shù)K≥0.8的要求，說明陶粒鋼渣輕質(zhì)混凝土空心砌塊的耐水性良好。

2.2 陶粒鋼渣輕質(zhì)混凝土空心砌塊的強(qiáng)度（見表5）

表5 輕質(zhì)混凝土空心砌塊的抗壓、抗折強(qiáng)度

由表5可以看出：隨著陶粒取代率的增大，陶粒鋼渣輕質(zhì)混凝土空心砌塊的抗壓強(qiáng)度隨之降低；取代率從30%增加到50%，空心砌塊抗壓強(qiáng)度降低了19.67%；取代率從50%增加到70%時(shí)，空心砌塊抗壓強(qiáng)度降低22.94%，這是因?yàn)樘樟１旧淼目箟耗芰^弱，因而對混凝土砌塊的抗壓能力有影響；隨著陶粒取代率逐漸增大，陶粒鋼渣輕質(zhì)混凝土空心砌塊的抗折強(qiáng)度隨之逐漸降低，而空心砌塊的折壓比逐漸增大，說明空心砌塊的抗折性能較好。

本試驗(yàn)中陶粒鋼渣輕質(zhì)混凝土空心砌塊的最低強(qiáng)度評定為MU5.0，根據(jù)GB 50574—2010《墻體材料應(yīng)用統(tǒng)一技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定，可作為自承重墻體砌筑材料。當(dāng)陶粒摻量為30%和50%時(shí)，輕質(zhì)混凝土空心砌塊的強(qiáng)度等級為MU7.5，可作為抗壓結(jié)構(gòu)中自承重墻單排孔混凝土空心砌塊使用。

2.3 陶粒鋼渣輕質(zhì)混凝土的保溫隔熱性能

對保溫板試件的密度進(jìn)行測試，測得LC-30-50、LC-30-50、LC-30-50 的密度分別為 2242、2075、1785 kg/m3。對標(biāo)準(zhǔn)保溫板試件進(jìn)行導(dǎo)熱系數(shù)測試，設(shè)定熱板溫度為50℃，冷板溫度為30℃，標(biāo)準(zhǔn)保溫板試件的導(dǎo)熱系數(shù)、熱阻、傳熱系數(shù)和熱惰性指標(biāo)見表6。

表6 保溫板試件的熱工性能

由表6可以看出：

（1）陶粒鋼渣輕質(zhì)混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)在0.2208～0.5079 W/（m·K）之間，說明陶粒鋼渣輕質(zhì)混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)較低，熱阻較大，保溫隔熱性能較好。

（2）隨著陶粒取代率增大，陶粒鋼渣輕質(zhì)混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)降低，熱阻隨之變大，保溫效果更好。原因在于陶粒表觀密度小、孔隙率較大，自身有許多封閉的孔洞，而孔洞中的空氣是一種很好的隔熱材料，所以其導(dǎo)熱系數(shù)低，熱阻大。這表明陶粒對保溫板試件的導(dǎo)熱系數(shù)有顯著影響。因此，在保證混凝土力學(xué)性能的條件下，應(yīng)盡量增大陶粒取代率，以改善陶粒鋼渣輕質(zhì)混凝土砌塊的保溫隔熱性能。

2.4 陶粒鋼渣輕質(zhì)混凝土空心砌塊砌體軸心抗壓強(qiáng)度（見表7）

表7 空心砌塊砌體的軸心抗壓強(qiáng)度

由表7可以看出：

（1）空心砌塊砌體試件的開裂荷載、軸心抗壓強(qiáng)度均隨陶粒取代率的增加而逐漸降低，陶粒的摻量是陶粒鋼渣輕質(zhì)混凝土空心砌塊砌體強(qiáng)度的重要影響因素。

（2）陶粒鋼渣輕質(zhì)混凝土空心砌塊砌體在砂漿強(qiáng)度等級、施工質(zhì)量、高厚比一致的條件下，砌體試件的軸心抗壓強(qiáng)度隨空心砌塊抗壓強(qiáng)度的提高而提高。這是因?yàn)榭招钠鰤K抗壓強(qiáng)度提高的同時(shí)也提高了抗拉強(qiáng)度，抗拉強(qiáng)度對砌體的抗彎和抗剪能力也有影響，這些都有利于砌體整體抗壓強(qiáng)度的提高。

（3）陶粒鋼渣輕質(zhì)混凝土空心砌塊的抗壓強(qiáng)度越高，其在砌體中的強(qiáng)度利用率越低。

3 結(jié)論

（1）隨著陶粒取代率的增大，陶粒鋼渣輕質(zhì)混凝土空心砌塊的軟化系數(shù)略有下降，密度下降較為明顯，說明陶粒鋼渣輕質(zhì)混凝土空心砌塊有利于減輕墻體自重。

（2）隨著陶粒取代率的增大，陶粒鋼渣輕質(zhì)混凝土空心砌塊的抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度均隨之降低，但其抗壓強(qiáng)度等級都在MU5.0以上，均能夠滿足自承重墻體砌塊的要求。

（3）隨著陶粒取代率的增大，陶粒鋼渣輕質(zhì)混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)逐漸降低，熱阻隨之越大，熱惰性指標(biāo)D逐漸增大，說明陶粒鋼渣輕質(zhì)混凝土空心砌塊的保溫隔熱性能越好。

（4）陶粒鋼渣輕質(zhì)混凝土空心砌塊具有輕質(zhì)、保溫、隔熱等特點(diǎn)，在建筑結(jié)構(gòu)中可以有效減輕自重，提高建筑墻體的保溫隔熱性能。

[1] 趙世冉，米鈺，張凱峰，等.綠色輕質(zhì)混凝土基本力學(xué)性能的試驗(yàn)研究[J].粉煤灰，2015（2）：44-45.

[2] 劉文斌，張曉青.輕質(zhì)高強(qiáng)陶?；炷恋男阅苎芯縖J].粉煤灰，2016（6）：42-44.

[3] 呂開清，夏多田，楊士玨，等.新型陶?；炷敛牧吓浜媳仍囼?yàn)研究[J].混凝土，2017（4）：147-150.

[4] 王海霞，朱遠(yuǎn)平，張邵峰.陶粒混凝土復(fù)合墻板保溫性能試驗(yàn)研究[J].江西建材，2017（14）：4-5.

[5] 蔣志平，張茂亮，陳闖，等.陶粒混凝土輕質(zhì)自保溫砌塊的研究[J].混凝土，2015（12）：123-126.