粉煤灰陶?；炷恋难芯?

祁會軍，張慧愛，李彥崗，蔣瑞斌

（1.山西職業(yè)技術學院，山西 太原 030006；2.山西中旺偉業(yè)建材科技有限公司，山西 太原 030031）

隨著社會的發(fā)展，越來越多的建筑對混凝土提出了新的要求，混凝土不僅強度要高，耐久性要好，質量還要輕。采用高強輕骨料混凝土建設超高層建筑、大跨度橋梁等工程在上海、天津、南京、湖北、珠海、北京、昆明等地成功應用，技術和經(jīng)濟指標較佳[1]。輕質高強混凝土（HSLC）已成為了當今世界混凝土技術的發(fā)展方向之一。粉煤灰陶粒具有質輕、利廢、環(huán)保等特點，用粉煤灰陶粒配制的混凝土稱為粉煤灰陶粒混凝土，其特點是重量輕，耐久性和保溫隔熱性好，更難能可貴的是抗震性好，體現(xiàn)出明顯的經(jīng)濟、社會效益[2]。

本試驗以粉煤灰陶粒作為混凝土用輕骨料，以水泥、粉煤灰、?；郀t礦渣粉、硅灰作為膠凝材料，采用聚羧酸高性能減水劑來配制LC80輕質高強大流動性混凝土，以利于工程施工。

1 試驗

1.1 原材料

（1）水泥：考慮實用性，目前混凝土攪拌站大多數(shù)采用P·O42.5普通硅酸鹽水泥進行生產(chǎn)，因此本實驗采用的是山西吉港水泥有限公司生成的P·O42.5普通硅酸鹽水泥，其主要物理性能指標見表1。

表1 水泥的主要物理性能指標

（2）?；郀t礦渣粉：太原鋼鐵集團公司生產(chǎn)的S95級粒化高爐礦渣粉，其物理性能指標見表2。

表2 ?；郀t礦渣粉物理性能指標

（3）粉煤灰：太原第二熱電廠生產(chǎn)的I級粉煤灰，其物理性能指標見表3。

表3 粉煤灰物理性能指標

（4）硅灰：外購，其平均粒徑為0.1 μm，比表面積為1.5×104m2/kg，體積質量為 2.26 g/cm3。

（5）減水劑：山西華凱偉業(yè)科技有限公司生產(chǎn)的聚羧酸高性能減水劑，其物理性能指標見表4。

表4 聚羧酸高性能減水劑物理性能指標

（6）粉煤灰陶粒：外購，粉煤灰陶粒有3～5 mm和5～10 mm兩種，其物理性能指標見表5，6。

表5 5～10 mm粉煤灰陶粒物理性能指標

2 實驗方法

本實驗采用粉煤灰陶粒全部作為輕骨料來進行輕質高強大流動性混凝土LC80的配制。擬采取粉煤灰陶粒骨料作為填充和強度的補充，膠凝材料作為強度的主要來源進行混凝土的配合比設計。

表6 3～50mm粉煤灰陶粒物理性能指標

2.1 設計要求

考慮到混凝土泵送的需要，故和易性要求拌合的混凝土的坍落度在160 mm以上，質量均勻，無骨料上浮現(xiàn)象和泌水、離析現(xiàn)象；表觀密度：達到輕質混凝土的要求，表觀密度不超過1 900 kg/m3；抗壓強度：考慮到施工性能，28 d混凝土立方體抗壓強度配合比試配強度94.0 MPa。

2.2 配合比設計

為保證混凝土的強度和耐久性，在配合比設計過程中，部分內(nèi)容參考了JGJ/T 12—2019《輕骨料混凝土應用技術規(guī)程》、JGJ55—2011《普通混凝土配合比設計規(guī)程》和JGJ/T 281—2012《高強混凝土應用技術規(guī)程》等標準，共選取水膠比0.18、0.20、0.22、0.24、0.26、0.28來進行混凝土的配合比設計，根據(jù)不同水膠比和陶粒摻量共設計18組配合比。在進行配合比設計過程中考慮到輕質高強大流動性混凝土的水泥石結構密實性，降低混凝土漿體的表觀密度，提高膠凝材料強度。由于硅灰對強度有更好的促進作用[6]，根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)，向曉峰[7]等配制高強輕骨料混凝土硅灰摻量一般在10%左右，本試驗采取硅灰摻量為10%，粉煤灰摻量為20%，?；郀t礦渣粉摻量為20%。設計配合比見表7。

表7 混凝土試驗配合比 kg/m3

2.3 混凝土拌制

本試驗考慮到粉煤灰陶粒屬于多孔結構，具有吸水性，可以降低集料周圍漿體的水膠比，會在拌合過程中造成混凝土拌合物的流動性減小，而且粉煤灰陶粒密度較小，容易在混凝土拌合物中出現(xiàn)上浮的現(xiàn)象。故預先對粉煤灰陶粒進行了預濕處理，拌合過程中采用強制式混凝土攪拌機，先進行漿體的拌制，再將預濕處理后的陶粒加入混凝土中進行攪拌1～2 min，直至拌合均勻。

2.4 最佳配合比

2.4.1 混凝土工作性

和易性又稱工作性，是指混凝土拌合物在一定的施工條件下，便于各種施工工序的操作，以保證獲得均勻密實的混凝土性能。和易性是一項綜合技術指標，包括流動性（稠度）、粘聚性和保水性三個主要方面。從混凝土出機狀態(tài)來看，混凝土拌合物的和易性良好，流動性大，骨料包裹性好，沒有出現(xiàn)骨料上浮、離析、泌水現(xiàn)象，能滿足施工操作要求。

在混凝土中加入硅灰、粉煤灰等摻合料：①由于硅灰具有很高的無定形SiO2成分，其顆粒致密而極其微小，在拌和過程中，硅灰顆粒能夠對混凝土內(nèi)部大量自由水進行約束，減少了混凝土拌合物的泌水，改善了混凝土內(nèi)部的級配，使得混凝土的粘聚性，粘滯性增強，有效防止了拌合物出現(xiàn)離析、泌水，抑制了粉煤灰陶粒出現(xiàn)上浮現(xiàn)象。②粉煤灰顆粒大部分是球形的玻璃微珠，粒徑較細，可以有效改善膠凝材料的顆粒級配，使得水泥顆粒均勻分散，釋放出空隙中的水，降低混凝土用水量，使混凝土具有較好的流動性和較大黏度。

按照GB/T50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗方法》標準中坍落度試驗方法來進行混凝土拌合物坍落度的測定，擴展度試驗方法來進行混凝土拌合物擴展度的測定，測定結果見圖3。從圖中可以看出，隨著水膠比的增大混凝土坍落度及坍落擴展度均出現(xiàn)增大，這是由于隨著水膠比增大，水的用量增加，膠凝材料用量減少，使得混凝土拌合物的漿體變稀，流動性增大，但流動性的增加會逐漸減小。從本次試驗的6組18小組配合比中，每組選取最佳效果的一個混凝土X*來進行比較。從圖3中可以看到選出的6個配合比的流動性均能滿足混凝土拌合物性能要求，達到泵送的施工條件要求。

圖3 混凝土坍落度及坍落擴展度

2.4.2 混凝土的強度

按照GB/T50081—2019《混凝土物理力學性能試驗方法標準》規(guī)定，采用100 mm×100 mm×100 mm的立方體試模，成型混凝土試件，靜置24 h脫模，在標準養(yǎng)護箱內(nèi)標養(yǎng)28 d后，采用標準規(guī)定的抗壓強度試驗方法進行混凝土抗壓強度檢測。試驗過程中，粉煤灰陶?；炷猎趬毫C的荷載作用下，隨著壓力的增大，混凝土試件會發(fā)出細小的開裂聲，直至在混凝土的側面出現(xiàn)豎向的裂縫，最終達到混凝土的極限抗壓強度。從圖2混凝土破型后情況來看，可以看到混凝土中水泥石結構致密，水泥石和陶粒緊密連接在一起，陶粒內(nèi)部破碎，結合相關資料分析主要是由于陶粒表面粗糙，陶粒內(nèi)的水分具有一定的養(yǎng)護作用，隨著水泥水化的進行，當漿體中水分不足時，陶粒中所吸收的水分釋放出來，對界面層水泥石進行養(yǎng)護，因而形成加強的界面[8]。

從圖4中可以看出，混凝土試件隨著表觀密度的增大，輕骨料混凝土的強度也在不斷上升，抗壓強度與表觀密度基本是線性關系。這是由于隨著水膠比的逐漸減小，膠凝材料的增加，粉煤灰陶粒用量的降低，在一定范圍內(nèi)作為降低混凝土輕質來源的陶粒的數(shù)量在減少，而作為承重體系的漿體相數(shù)量在增大。均有利于提高混凝土的強度，但其表觀密度也會增大。

圖4 混凝土表觀密度和28 d抗壓強度的關系

從圖5中可以看出，本試驗輕質高強大流動性混凝土在早期強度增長最快，7 d到28 d增長趨勢逐漸變緩，28 d后增長緩慢，表觀密度為1 730 kg/m3的輕骨料混凝土立方體抗壓強度7 d能夠達到28 d強度的80%左右，但表觀密度為1 960 kg/m3的輕骨料混凝土7 d到28 d立方體抗壓強度增加更為明顯。由此可見，隨著齡期的增加混凝土的立方體抗壓強度也在逐漸變大，但其趨勢會逐漸變緩。這是由于隨著膠凝材料的增加，混凝土的表觀密度增大，水泥水化產(chǎn)物增多，膠凝材料中的粒化高爐礦渣粉、粉煤灰、硅灰中的SiO2、Al2O3與水泥水化產(chǎn)物Ca（OH）2作用，生成具有膠凝性質的二次產(chǎn)物，逐漸填充水泥石內(nèi)部的空隙，增強了骨料界面之間的粘結力，隨著養(yǎng)護齡期的延長，混凝土的內(nèi)部結構愈發(fā)密實，混凝土的立方體抗壓強度也逐漸變大。從圖5中可以看出編號為1和2的兩組混凝土28 d抗壓立方體強度均達到了LC80混凝土的設計強度。

圖5 混凝土齡期和立方體抗壓強度的關系

綜合分析可以得出，水膠比為0.20的混凝土配合比，其坍落度為180 mm，表觀密度為1 860 kg/m3，28 d的混凝土強度為95.2 MPa，滿足設計強度，此混凝土配合比為最佳配比。

3 結論

（1）采用粉煤灰陶粒作為骨料，可制備出表觀密度不大于1900kg/m3、強度為LC80的高強輕質大流動性混凝土。

（2）增加膠凝材料用量、降低水膠比、降低粉煤灰陶粒的摻量均有利于提高粉煤灰陶?；炷恋膹姸?，但表觀密度會有一定的影響。