利用黏土陶粒制備1000～1400 級(jí)輕集料混凝土的試驗(yàn)研究

孟剛，張凱峰，歐陽(yáng)孟學(xué)，吳雄，令建，李逸飛，伍勇華

（1. 中建商品混凝土西安有限公司，陜西 西安 710116；2. 西安建筑科技大學(xué)，陜西 西安 710055）

0 引言

輕集料表面粗糙多孔，有一定的吸水能力，配制成輕集料混凝土有助于水泥后期水化進(jìn)行，使得混凝土重量減小，減少了結(jié)構(gòu)自重，此外還具有抗震性能好、抗裂性好、耐久性良好及綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)，被越來(lái)越多地應(yīng)用在土建工程領(lǐng)域[1-3]。本次試驗(yàn)研究，利用西安地區(qū)生產(chǎn)的粘土陶粒，結(jié)合本地建材制備了干表觀密度在 1000～1400kg/m3的輕集料混凝土。

1 試驗(yàn)材料及試驗(yàn)方法

1.1 原材料

試驗(yàn)研究采用冀東水泥公司生產(chǎn)的冀東 P·O42.5 級(jí)普通硅酸鹽水泥，密度是 3.1g/cm3；粉煤灰為陜西省韓城市大唐第二發(fā)電廠干排 Ⅱ 級(jí)粉煤灰；砂為渭河中砂，細(xì)度模數(shù)為2.48；外加劑為大連西卡建筑材料有限公司生產(chǎn)的高效聚羧酸減水劑，固含量為 18.1%，減水率為 25%；輕集料分別由西安恒陽(yáng)陶粒節(jié)能建材有限公司和陜西大秦建材有限公司提供。

1.2 試驗(yàn)方案

檢測(cè)輕集料相關(guān)性能，依據(jù) JGJ 51—2002《輕集料混凝土技術(shù)規(guī)程》設(shè)計(jì)密度等級(jí)符合要求的輕集料混凝土配合比如表1 所示，新拌混凝土坍落度保持在 (220±20)mm 范圍為準(zhǔn)。試驗(yàn)不同品質(zhì)陶粒、體積砂率及粉煤灰摻量對(duì)輕集料混凝土工作性能及物理力學(xué)性能的影響，最終制備出性能良好的輕集料混凝土。

表1 基準(zhǔn)配合比 kg/m3

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 輕集料性能檢測(cè)與分析

輕集料各項(xiàng)相關(guān)性能檢測(cè)結(jié)果如表2 所示。從表2 可以看出，試驗(yàn)用黏土陶粒各項(xiàng)性能相差不大，密度等級(jí)為 700級(jí)；吸水率均在 8.0% 以上；筒壓強(qiáng)度與軟化系數(shù)均屬于較低水平，其中 a 種黏土陶粒略低。因其筒壓強(qiáng)度較低，試驗(yàn)選擇低強(qiáng)度等級(jí)的輕集料混凝土。黏土陶粒的顆粒級(jí)配均滿足5～20mm 連續(xù)級(jí)配，性狀為圓球形或類似圓球形。建材有限公司生產(chǎn)的陶粒。

表2 黏土陶粒各項(xiàng)性能檢測(cè)結(jié)果

2.2 輕集料混凝土性能研究

2.2.1 不同集料對(duì)輕集料混凝土性能的影響

考察了不同品種輕集料對(duì)輕集料混凝土性能的影響，檢測(cè)結(jié)果如表3 所示。

表3 不同集料的輕集料混凝土性能結(jié)果

從表3 可以看出，在相同體積砂率及粉煤灰摻量的條件下，a1 制備的輕集料混凝土中輕集料存在略微上浮現(xiàn)象，其新拌混凝土表現(xiàn)出較好的勻質(zhì)性，和易性良好。b1 黏土陶粒因其表面略顯粗糙且部門顆粒呈膠囊狀，相互之間能夠咬合在一起且能與漿體很好地結(jié)合，制備的輕集料混凝土基本沒(méi)有出現(xiàn)上浮現(xiàn)象，但其工作性略差。通過(guò)對(duì)比觀察 a1 和 b1的輕集料混凝土強(qiáng)度值可以發(fā)現(xiàn)，b1 的輕集料混凝土的 7d 和28d 強(qiáng)度高于 a1 的輕集料混凝土。分析原因，這可能與輕集料的筒壓強(qiáng)度及顆粒粒型相關(guān)。綜合考慮， a1 與 b1 制備的輕集料混凝土工作性能與力學(xué)性能，選擇 a 種黏土陶粒作為制備輕集料混凝土的集料。

2.2.2 不同體積砂率對(duì)輕集料混凝土性能的影響

選擇輕集料為 a 種類集料，固定水膠比、粉煤灰摻量等指標(biāo)，考察不同體積砂率對(duì)輕集料混凝土的工作性能，檢測(cè)結(jié)果如表4 所示。

表4 不同體積砂率的輕集料混凝土性能結(jié)果

通過(guò)對(duì)比觀察編號(hào) a1、a2 和 a3 這三組輕集料混凝土，當(dāng)輕集料混凝土的體積砂率在 45% 時(shí)，所制備的輕集料混凝土包裹性較體積砂率在 48% 時(shí)的差，有少量的粗集料外露，其勻質(zhì)性一般，坍落度和擴(kuò)展度良好，能夠滿足設(shè)計(jì)要求；當(dāng)輕集料混凝土的體積砂率在 42% 時(shí)，輕集料混凝土的包裹性最差，其坍落度和擴(kuò)展度居中；當(dāng)體積砂率在 48% 時(shí)，坍落度不符合要求。從輕集料混凝土的力學(xué)性能結(jié)果可以看出，隨著體積砂率的變化，力學(xué)強(qiáng)度值略有變化，但是變化不大。綜合考慮，試驗(yàn)制備的輕集料混凝土體積砂率宜選為45%。

2.2.3 粉煤灰摻量對(duì)輕集料混凝土性能的影響

以不同粉煤灰摻量制備輕集料混凝土，其性能檢測(cè)結(jié)果如表5 所示。

對(duì)比 c1、c2 和 c3 這三組新拌輕集料混凝土工作狀態(tài)，當(dāng)輕集料混凝土中粉煤灰摻量為 50% 時(shí)，輕集料混凝土的坍落度和擴(kuò)展度都較高，滿足設(shè)計(jì)要求；當(dāng)粉煤灰摻量降低到40% 時(shí)，輕集料混凝土的坍落度沒(méi)有太大的改變，但其擴(kuò)展度明顯增大；當(dāng)粉煤灰的摻量增加到 60% 時(shí)，輕集料混凝土的坍落度無(wú)太大變化，但其擴(kuò)展度明顯降低。可見(jiàn)，在輕集料混凝土中摻入粉煤灰摻量在 40% 時(shí)，輕集料混凝土的流動(dòng)度最高，工作性能良好。對(duì)比分析三組輕集料混凝土力學(xué)性能可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)粉煤灰的摻量在 40% 的時(shí)候，輕集料混凝土的 7d 和 28d 抗壓強(qiáng)度均是最高的。

表5 不同粉煤灰摻量的輕集料混凝土性能結(jié)果

2.4 輕集料配合比的確定

根據(jù)對(duì)試驗(yàn)研究制備輕集料混凝土工作性能及力學(xué)性能的檢測(cè)分析，選擇 a 種類黏土陶粒作為輕集料，并最終確定了利用西安地區(qū)黏土陶粒制備輕集料混凝土的配合比，如表6所示。

表6 輕集料混凝土配合比 kg/m3

3 結(jié)語(yǔ)

（1）試驗(yàn)研究不同品質(zhì)的黏土陶粒、體積砂率、粉煤灰摻量等對(duì)輕集料混凝土工作性能及力學(xué)性能的影響，結(jié)果表明選用粒型級(jí)配良好的黏土陶粒，體積砂率控制在42%～45% 的范圍內(nèi)，粉煤灰摻量在 40%～50% 之間時(shí)，能夠制備出工作性能良好，同時(shí)滿足力學(xué)性能要求的輕集料混凝土。

（2）試驗(yàn)利用西安地區(qū)黏土陶粒制備了輕集料混凝土，其配合比為：水泥∶粉煤灰∶陶粒∶陶砂∶河砂＝240∶160∶363∶423∶200，水膠比為 0.45，密度等級(jí)在1000～1400kg/m3之間，性能良好。

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