陶粒預(yù)處理對(duì)輕骨料混凝土性能的影響

杜曉方，張龍輝，霍浩羽，董振楠，張藝萌

(鄭州科技學(xué)院，河南 鄭州 450064)

0 前 言

隨著我國(guó)建筑行業(yè)的興盛與發(fā)展，對(duì)建筑材料也提出了更高的要求，輕質(zhì)、高強(qiáng)、環(huán)保、復(fù)合性能好等。輕骨料混凝土是滿(mǎn)足新材料多方面性能要求的材料之一。因此，國(guó)內(nèi)外對(duì)它的研究從未間斷，成果頗多，主要集中在配合比計(jì)算、高強(qiáng)度等方面。近兩年有研究人員為提高輕骨料混凝土強(qiáng)度而對(duì)輕骨料做預(yù)處理，很有成效，但研究者尚少。本文以鄭州市周邊企業(yè)生產(chǎn)的陶粒為對(duì)象，分別采取不同的預(yù)處理方法，研究其性能的差異。鑒于楊霄云、劉軍等[1-2]的研究成果,本文采取5種預(yù)處理方式，在其他材料及配比均不變的條件下對(duì)這五種不同處理方式下的陶?；炷吝M(jìn)行性能分析，對(duì)比出哪一種處理方式得到的陶?；炷列阅芨鼉?yōu)、強(qiáng)度更高。

1 實(shí)驗(yàn)基本情況

1.1 原材料及性能

水泥：采自江西的海螺牌42.5普通硅酸鹽水泥，凝結(jié)時(shí)間、強(qiáng)度均符合標(biāo)準(zhǔn)《通用硅酸鹽水泥》(GB175—2007)。

粉煤灰：二級(jí)粉煤灰，摻量符合國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《粉煤灰在混凝土和砂漿中應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》(JGJ 28—86)的3.2.2條。

減水劑：聚羧酸減水劑粉劑，實(shí)測(cè)最大減水率25%。

陶粒：鞏義市友邦供水材料公司生產(chǎn)的頁(yè)巖陶粒，碎石型，實(shí)測(cè)密度等級(jí)700級(jí)。粒徑：5～15 mm，其中，5～10 mm分計(jì)篩余占75%。

砂：普通人工砂，級(jí)配良好，細(xì)度模數(shù)2.43，堆積密度1 513 kg/m3。

水：自來(lái)水。

1.2 陶粒預(yù)處理及處理前后性能對(duì)比

對(duì)陶粒的預(yù)處理方式有：預(yù)濕和造殼。預(yù)濕是將陶粒浸泡在水中一定時(shí)間，撈出后擦干表面水分。造殼分水泥粉包裹造殼和水泥漿包裹造殼，水泥粉包裹造殼是將陶粒先浸泡一定時(shí)間，撈出瀝干多余水分，顆粒表面保持濕潤(rùn)，撒水泥粉拌勻，保鮮膜覆蓋養(yǎng)護(hù)7天而得，水泥漿包裹造殼是將陶粒預(yù)濕一定時(shí)間，撈出后擦干表面水分，以飽和面干狀態(tài)放入0.4水灰比的水泥漿中，拌和均勻并每隔20 min翻拌1次，保證顆粒不相互粘連，直至表層漿體硬化完成。造殼前后陶粒性能對(duì)比如表1所示。

表1 陶粒造殼前后性能對(duì)比

1.3 設(shè)計(jì)方案

本文設(shè)計(jì)五種方案：普通陶粒不預(yù)濕(P)，普通陶粒預(yù)濕1 h(P1)，普通陶粒預(yù)濕24 h(P24)，水泥粉包裹陶粒并預(yù)濕24 h(F24)，水泥漿包裹陶粒并預(yù)濕24 h(J24)。

1.4 配合比設(shè)計(jì)

根據(jù)輕粗骨料的密度等級(jí)，配置LC30的陶粒混凝土，采用松散體積法設(shè)計(jì)配合比，膠凝材料總用量取480，粗細(xì)骨料總體積取1.1 m3，砂率取45%，用水量按凈用水量計(jì)。算得配合比見(jiàn)表2。

表2 不同方案配合比計(jì)算結(jié)果 單位：kg

1.5 實(shí)驗(yàn)實(shí)施

根據(jù)以上配合比設(shè)計(jì)，按五種方案逐一進(jìn)行材料配備和攪拌，攪拌采用機(jī)械攪拌，投料順序和攪拌時(shí)間按照《輕骨料混凝土技術(shù)規(guī)程》(JGJ51—2002)6.2.4條執(zhí)行，攪拌完成后出料并測(cè)拌和物的坍落度、觀察粘聚性和保水性，而后試塊成型，每種方案各成型3組，9塊，試塊采用邊長(zhǎng)100 mm的立方體， 便于后期分別測(cè)其3、7、28 d強(qiáng)度和干表觀密度。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)分析

2.1 拌和物性能測(cè)試結(jié)果及分析

五種方案拌制的混凝土拌和物坍落度測(cè)值如圖1所示。如圖1所示，五種陶?；炷恋奶涠戎稻?0～25 cm，流動(dòng)性較大，觀察其粘聚性和保水性一般，其中，水泥粉包裹造殼的陶?；炷罠24整體和易性最好，原因可能是水泥粉包裹造殼的陶粒雖然經(jīng)2.36 mm篩篩除過(guò)細(xì)粉，但顆粒表面仍附有一層，該細(xì)粉在拌和時(shí)能更好地改善拌和物的和易性， 在高流動(dòng)性時(shí)能保證較好的粘聚性和保水性。而普通陶粒預(yù)濕1 h的P1型拌和時(shí)粘聚性和保水性特別差，出現(xiàn)了較明顯的流漿現(xiàn)象。

圖1 五種陶?；炷撂涠戎抵鶢?/p>

2.2 強(qiáng)度測(cè)定結(jié)果及分析

制成的試塊強(qiáng)度分3次測(cè)定，依次測(cè)定五種方案陶粒混凝土的3、7、28 d強(qiáng)度值。測(cè)值如表3及圖2所示。

表3 不同齡期混凝土強(qiáng)度測(cè)值表 單位：MPa

圖2 五種陶?；炷敛煌g期強(qiáng)度測(cè)值柱狀圖

1)五種方案的陶?；炷?8 d強(qiáng)度都達(dá)到了30 MPa，均能滿(mǎn)足強(qiáng)度要求，28 d的增長(zhǎng)趨勢(shì)也較為明顯，P1強(qiáng)度稍顯偏低，28 d強(qiáng)度值增長(zhǎng)較少，可能與混凝土拌和時(shí)保水性不好，出現(xiàn)流漿現(xiàn)象有關(guān)，試塊成型后有個(gè)別出現(xiàn)蜂窩麻面現(xiàn)象，強(qiáng)度測(cè)值低，影響整體強(qiáng)度值。

2)P、P1、P24三種類(lèi)型相比，前7 d強(qiáng)度測(cè)值接近，28 d強(qiáng)度P24型的發(fā)展較好，原因可能是骨料內(nèi)部水分充足，不吸收水泥漿中的水分，水泥漿中充足的水分利于拌和合物中未水化的水泥不斷水化增加強(qiáng)度、密實(shí)度。

3)P24型和F24型混凝土3、7、28 d強(qiáng)度測(cè)值均比較接近，說(shuō)明對(duì)于高密度級(jí)別的陶粒(堆積密度≥600 kg/m3)，水泥粉包裹造殼增加強(qiáng)度的效果不明顯。

4)P24、F24、J24三種類(lèi)型對(duì)比，J24的3 d和7 d強(qiáng)度明顯高于P24和J24，但28 d強(qiáng)度相差不多。原因可能是前7 d水泥石強(qiáng)度增長(zhǎng)不夠，混凝土強(qiáng)度取決于骨料強(qiáng)度，骨料本身強(qiáng)度高，筒壓強(qiáng)度測(cè)值大則測(cè)出來(lái)的試塊強(qiáng)度高，28 d水泥石強(qiáng)度增長(zhǎng)足夠，對(duì)于輕骨料混凝土而言，強(qiáng)度主要還是取決于水泥石強(qiáng)度，水泥石中水灰比不變，因此后期強(qiáng)度相當(dāng)。由此可見(jiàn)，在相同配比情況下，對(duì)于高密度級(jí)別的陶粒進(jìn)行造殼可提高混凝土的早期強(qiáng)度，但對(duì)后期強(qiáng)度影響不大。

2.3 干表觀密度測(cè)定

干表觀密度測(cè)定采用破碎試件烘干法，將做完抗壓強(qiáng)度的試件破碎成粒徑為20～30 mm以下的小塊，把3塊試件的破碎試料混勻，取樣1 000 g，然后將試樣放在烘箱中烘至恒重。按照《輕骨料混凝土技術(shù)規(guī)程》(JGJ51—2002)7.3.3中的4個(gè)步驟依次測(cè)出五種類(lèi)型的陶?；炷敛煌g期時(shí)的干表觀密度值，最終測(cè)值如圖3所示。

圖3 五種陶?；炷敛煌g期干表觀密度值

由圖3可見(jiàn)：五種類(lèi)型的陶?；炷粮杀碛^密度都沒(méi)有超過(guò)1 950 kg/m3，符合輕骨料混凝土的定義。

3 結(jié)論與展望

1)本文所選陶粒為高密度陶粒，不同于中低密度級(jí)別的陶粒[1],中低密度級(jí)別的陶粒本身強(qiáng)度低，造殼后可提高自身強(qiáng)度，從而提高陶粒混凝土的強(qiáng)度。對(duì)于高密度級(jí)別的陶粒，由以上論述可以看出，不管造殼或不造殼，水泥粉包裹造殼或水泥漿包裹造殼，當(dāng)預(yù)先浸泡24 h時(shí)，28 d后的強(qiáng)度值和干表觀密度值幾乎相當(dāng)，且強(qiáng)度明顯高于預(yù)設(shè)強(qiáng)度等級(jí)LC30，因此，高密度級(jí)別的陶粒無(wú)需造殼就可以獲得想要的高強(qiáng)度。這也為工程應(yīng)用提供了便利又保證了高強(qiáng)度。

2)強(qiáng)度測(cè)定過(guò)程中，F(xiàn)24和J24的28 d強(qiáng)度測(cè)值中均出現(xiàn)了一個(gè)極高值49.1 MPa和51.2 MPa，雖然根據(jù)混凝土強(qiáng)度取值規(guī)則舍去了該值，但仍說(shuō)明造殼后的混凝土有做出更高強(qiáng)度的可能性，有待進(jìn)一步研究。

3)輕骨料混凝土用于制作砌塊、做填充墻、圍護(hù)墻的較多，但用于承重部位的較少，如何將輕骨料混凝土廣泛用于結(jié)構(gòu)承重部位是需要深入研究的問(wèn)題。

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