輕質(zhì)隔墻板用超輕大粒徑陶粒混凝土的試驗研究

林宗浩，石從黎，李城，向川，趙海紅

（1重慶建工建材物流有限公司，重慶 401122；2重慶市建筑材料與制品工程技術(shù)研究中心，重慶 401335）

0 引言

輕質(zhì)隔墻板具有重量輕、保溫隔熱效果好、抗震性能好、安裝方便、造價適中，以及施工效率高、現(xiàn)場干作業(yè)、文明施工水平高、能降低勞動強度等優(yōu)勢，因此得到廣泛應(yīng)用[1-2]。目前使用的輕質(zhì)隔墻板主要有空心板、復(fù)合板、實心板，其中空心板和復(fù)合板生產(chǎn)工藝較復(fù)雜，需要多步驟處理，而實心板只需一次性成型，生產(chǎn)步驟簡單，但是其材料的自身重量相對較大，導(dǎo)致隔墻板的面密度大，因此降低實心板的材料自身重量是其重要發(fā)展方向。

陶?；炷辆哂袕姸雀?、表觀密度小、保溫隔熱、抗震性能好、耐腐蝕、耐火、環(huán)保等優(yōu)點，現(xiàn)已成為用量僅次于傳統(tǒng)混凝土的新型建材，在大跨度橋梁、高層建筑及處于嚴酷環(huán)境下的海洋結(jié)構(gòu)物等大型工程中廣泛應(yīng)用[3-4]，如將陶?；炷恋膬?yōu)點用于輕質(zhì)隔墻板，生產(chǎn)實心板勢必將對輕質(zhì)隔墻板的生產(chǎn)帶來極大便利[5]，同時其生產(chǎn)過程不需要燃料，只消耗水電。

使用大粒徑超輕陶?；炷辽a(chǎn)輕質(zhì)隔墻板能夠從材料本身有效降低輕質(zhì)隔墻板的面密度，同時保證隔墻板的保溫隔熱和抗震性能。但目前同時利用大粒徑陶粒、陶砂配制超輕混凝土技術(shù)難度高，鮮有報道，因此，本文根據(jù)重慶地區(qū)現(xiàn)有的大粒徑陶粒，對輕質(zhì)隔墻板用超輕陶?；炷恋淖罴雅浜媳冗M行探索性研究，得到干表觀密度小于850kg/m3強度大于5MPa，滿足輕質(zhì)隔墻板各方面性能的超輕陶?；炷?。

1 試驗原材料

該試驗所采用的水泥為重慶小南海水泥廠生產(chǎn)的42.5R級普通硅酸鹽水泥，水泥的性能見表1。

粉煤灰選用珞電二級煤灰，其細度為18%，燒失量為6.7%，需水量比為102%。

表1 水泥的性能指標

陶粒、陶砂選用重慶當?shù)貜S家生產(chǎn)的圓形頁巖陶粒、陶砂（其粒徑均較大，見圖1），其技術(shù)指標見表2、表3。

圖1 陶粒、陶砂

可再分散乳膠粉 (北京天維寶宸化學(xué)產(chǎn)品有限公司生產(chǎn))為白色固體粉末，主要活性成分是乙烯-醋酸乙烯共聚物；纖維素醚(羥丙基甲基纖維素醚，HPMC)購自山東赫達股份有限公司，白色粉末，其粘度為20萬Pa·s。

表2 陶粒性能指標

表3 陶砂性能指標

2 試驗設(shè)計

由于陶粒、陶砂顆粒粒徑均較大，且表觀密度較小，用于配制混凝土將面臨三大難題：第一，陶粒在燒制過程中其內(nèi)部產(chǎn)生大量的微小孔導(dǎo)致其堆積密度較小，而水泥漿體的密度較大，根據(jù)斯托克斯沉降公式可知，密度差越大陶粒在混凝土體系中越容易上浮，混凝土勻質(zhì)性不佳；第二，陶砂中粒徑大于5mm部分占31%，導(dǎo)致混凝土的所需砂率極高，從而混凝土的容重不易降低；第三，大粒徑陶粒在混凝土中做骨架支撐作用，加之陶砂較粗需要較多的水泥漿才能保證混凝土的良好工作性能。

同時利用大粒徑的陶粒、陶砂配制基本目標性能為干表觀密度不大于850kg/m3，強度大于5MPa的混凝土，本文選擇了一種全新的超輕陶粒配合比設(shè)計思路。通過計算陶粒、陶砂的孔隙率計算出理論所需漿體體積，再根據(jù)適配時混凝土的工作狀態(tài)、干表觀密度以及強度進行骨料與漿體比例的調(diào)整。水泥漿體的性質(zhì)在整個混凝土體系中占有舉足輕重的地位，因此本文首先從水泥漿體的性能出發(fā)進行探索研究，再根據(jù)混凝土的性能反饋信息進行調(diào)整。

根據(jù)筆者前期的探索試驗經(jīng)驗，使用大粒徑、低筒壓強度的陶粒配制出強度大于5MPa的超輕混凝土水泥漿體強度不應(yīng)小于15MPa。另外，超輕陶?；炷恋母杀碛^密度不大于850kg/m3，陶粒堆積密度365 kg/m3，孔隙率41.6%，陶砂堆積密度505 kg/m3，孔隙率27.4%，則水泥漿體的理論干表觀密度不大于1250kg/m3。

3 試驗結(jié)果及分析

3.1 水膠比對漿體性能的影響

影響混凝土強度的主要因素是水灰比。根據(jù)鮑羅米混凝土強度公式 fc28=Afce(C/W-B)，水膠比愈大，混凝土強度愈低，同時水泥漿體中水泥與水的比例又決定了漿體的密度，因此水膠比是決定水泥凈漿的強度和密度的最重要因素，因此，根據(jù)目標值要求試驗研究不同水膠條件下，漿體的強度、干表觀密度的變化情況。其中選擇了W/C=0.5/0.65/0.75三個值進行試驗，為防止凈漿出現(xiàn)泌水現(xiàn)象，加入適量HPMC進行調(diào)整，保證漿體的勻質(zhì)性，其結(jié)果如圖2所示。

圖2 不同水膠比對漿體性能的影響

由圖2可知，凈漿強度隨水膠比的增加而減小，且降低幅度較大，這一方面是因為水泥除水化需水外，仍有大部分水分多余，這些水分會占據(jù)一定空間，經(jīng)一定齡期逐漸排出，水泥石內(nèi)部達到與外界環(huán)境相同的濕度，其內(nèi)部會留下大量的微小孔洞，這些孔洞屬于一種缺陷，同時孔洞的存在大幅度降低了漿體密度，圖中隨著水膠比的增加，漿體的干表觀密度降低；另一方面，因為選擇的水膠比對于凈漿來說相對較大，在試驗過程中出現(xiàn)漿體嚴重泌水現(xiàn)象，故加入了纖維素醚（HPMC）控制漿體的泌水現(xiàn)象，且水膠比越大，HPMC的摻量越高。HPMC屬于表面活性劑，在水泥漿體中除了增稠作用外，還有具有引氣的作用，進一步增加了上述孔洞缺陷，導(dǎo)致強度大幅度降低。

根據(jù)上述試驗結(jié)果及分析可知，水膠比為0.65時能滿足水泥漿體強度大于15MPa同時干表觀密度小于1250kg/m3，故本文后續(xù)部分以此漿體為基礎(chǔ)進行超輕陶?；炷恋难芯?。

3.2 骨料比例對混凝土的影響

由于試驗原材料陶粒、陶砂的粒徑均偏大，其中陶粒粒徑范圍在20～25mm，陶砂粒徑大于5mm的部分占31%，兩者組合形成的骨料級配極差，空隙率較大，只能根據(jù)材料的特性盡量選擇最緊密堆積，以減少填充所需的水泥漿體量。選擇了不同的骨料比例進行混合骨料堆積密度測試，其結(jié)果見表4。

從表4可以看出，隨著陶砂所占比例增加，混合骨料的堆積密度增加，骨料中的空隙率減少，其中1#混合骨料中陶粒/陶砂為0.5時空隙率最小。將上述5種不同比例的混合骨料進行混凝土試驗，其結(jié)果見表5、表6。

表4 不同比例的骨料搭配情況

表5 混凝土試驗配合比（單位kg）

表6 混凝土基本性能情況

從表6中混凝土的基本性能可以看出，2#和4#試驗28d強度高于5MPa的同時干表觀密度低于850kg/m3，滿足目標值，但成型后的2#混凝土不夠密實，表面有部分缺陷，3#和5#混凝土太干澀，成型困難，外觀有大量的孔洞缺陷存在。分析其原因，在水泥漿體一定的條件下，骨料體積決定了混凝土的工作性能以及整體勻質(zhì)程度，勻質(zhì)程度越高，漿體包裹骨料越好，混凝土狀態(tài)越佳，強度越有保證。1#試驗使用的骨料組合空隙率最低，所需水泥漿體相對較少，在相同骨料質(zhì)量的條件下，漿體富余過大，而在混凝土組分中水泥漿體的密度最大，進而導(dǎo)致了混凝土的干密度較大。因此針對該試驗所用大粒徑陶粒、粗陶砂的原材料特性，空隙率最低的骨料組合不一定為最佳組合，4#試驗為骨料最佳組合。

3.3 可再分散乳膠粉混凝土的影響

考慮到本文使用的陶粒粒徑偏大、陶砂較粗，為進一步增強水泥漿體對陶粒的浸潤效果，保證超輕大粒徑陶粒混凝土的良好施工性能，減少陶粒在成型過程中的上浮現(xiàn)象，筆者對可再分散乳膠粉對陶粒親水性能改善進行了研究。可再分散乳膠粉摻量對陶?；炷恋男阅苡绊懸妶D3。

圖3分別反映了可分散乳膠粉摻量質(zhì)量比對陶?；炷恋姆謱佣?、28d強度、干表觀密度的影響。從圖中可以看出，隨著可分散乳膠粉摻量的增加，陶粒混凝土的分層度、28d強度、干表觀密度均逐漸減少?？稍俜稚⑷槟z粉中包含的乳化劑具有引氣作用，摻量越多，引氣效果越顯著，干密度逐漸下降；伴隨著干密度的降低，抗壓強度降低。另外可分散乳膠粉在陶粒表面形成的聚合物膜的剛度較膠凝組分低進而導(dǎo)致強度降低。但是因為聚合物膜的存在，增加了陶粒與水泥漿體之間粘聚性，從而降低了混凝土的分層度，減少了陶粒上浮的情形。當可再分散乳膠粉本身的黏性很大摻量過高時又會導(dǎo)致混凝土的漿料黏性過大，流動性降低，和易性變差。綜合考慮，可再分散乳膠粉與膠材的質(zhì)量比為0.8%時為宜。

圖3 可分散乳膠粉對陶?；炷恋男阅苡绊懀▓D中摻量%，是否應(yīng)為摻量/%）

綜上，利用大粒徑陶粒、陶砂配制超輕陶?；炷恋奶剿髟囼?，得到最佳配合比為：

該試驗的膠凝材料只使用了水泥，還可以選擇部分摻和料替代水泥進行試驗，這有待下一步進行優(yōu)化。

3.4 超輕陶粒混凝土在輕質(zhì)隔墻中的應(yīng)用

利用該試驗配制陶?；炷脸尚蛯嵭妮p質(zhì)隔墻板 （厚度10cm），制作工藝簡單。對輕質(zhì)隔墻板進行了基本物理性能檢測，其結(jié)果見表7，所有檢測結(jié)果均滿足輕質(zhì)隔墻板的要求。對輕質(zhì)隔墻板進行剖開，觀察其內(nèi)部結(jié)構(gòu)情況，如圖4所示，其中陶粒、陶砂均勻地分布在混凝土板中，試驗成功。

表7 陶?；炷凛p質(zhì)板性能

圖4 陶?；炷凛p質(zhì)板剖面圖

4 結(jié)語

從水泥漿體性質(zhì)出發(fā)，輔以骨料最小孔隙率的基本技術(shù)路線，提出了一種新的超輕陶?；炷僚渲萍夹g(shù)。另外選擇了可再分散乳膠粉進行混凝土勻質(zhì)性能提升，最終得到了可用于輕質(zhì)隔墻板的超輕大粒徑陶?；炷?。試驗得到以下結(jié)論：

1）在同時保證混凝土的強度和干表觀密度要求時，水泥漿體的水膠比應(yīng)控制在0.65左右；

2）針對本試驗所用的陶粒、陶砂質(zhì)量比近似為2：3；

3）可再分散乳膠粉作為一種高分子聚合物能夠?qū)μ樟：退酀{體界面進行改性，增加兩者之間的粘聚性，利于減少混凝土的分層度，其摻量為膠凝材料的0.8%為宜；

4）利用配制好的超輕陶?；炷林谱鞯妮p質(zhì)隔墻板滿足標準JGT 169-2016《建筑隔墻用輕質(zhì)條板通用技術(shù)要求》的要求。