（材料学专业论文）高强页岩陶粒制备及其混凝土性能研究.pdf

重庆大学硕士学位论文中文摘要 摘要 高强轻集料具有高强度、低吸水率、良好的级配，用其配制的混凝土具有质 轻、比强度高、抗震性能好等特点，在高层建筑及大跨度桥梁中的应用具有显著 技术经济效益。重庆市作为西部大开发的重镇，大规模的桥梁、高层建筑建设为 高强轻集料混凝土应用提供了广阔市场，但由于缺乏对高强轻集料及其混凝土的 研究，其生产和应用仍停滞不前，市场需要与高强轻集料及其混凝土的生产、供 应和相关配套技术之间的矛盾日益突出。 本论文的目的在于利用重庆地区页岩资源，研究适合焙烧高强陶粒的原料配 方、高强陶粒焙烧工艺参数以及辅助原料对陶粒焙烧制度的影响，并研究所得高 强陶粒的吸水特性及其混凝土的基本力学性能。 研究结果表明： 重庆江津页岩和云阳复兴页岩均适合生产高强页岩陶粒。 采取较长时间预热( 预热时间延长为1 5 2 0 m i n ) 以及在焙烧时选取低温 快烧即取膨胀温度范围的下限值、焙烧时间缩短为1 0 m i n 1 5 m i n 的 方式可以提高陶粒的强度。 在页岩中掺加5 1 5 的粉煤灰可以降低页岩陶粒的膨胀温度、提高陶粒 的强度，但应该根据粉煤灰掺量选择适当的焙烧制度。 采用云阳复兴页岩生产的页岩陶粒符合轻集料及其试验方法g b t 1 7 4 3 1 1 - 1 9 9 8 要求的高强页岩陶粒：堆积密度为8 3 5 妇m 3 、筒压强度可 以达到8 1m p a 、强度标号达到4 0 、常压下1 小时吸水率为4 8 。 页岩陶粒的吸水率与压力大小、受压时间、混凝土水灰比、陶粒的含水率 等因素有关。 通过合理选择水泥用量、水灰比、砂率、掺加适量的高效减水剂，用自制 页岩陶粒配制出了表观密度为1 7 6 0 堙m 3 1 9 2 0 堙m 3 ，2 8 天抗压强度 5 0 6 0 m p a ，初始塌落度1 6 0 2 1 0 m m ，工作性能良好的轻集料混凝土。 关键词：高强页岩陶粒，烧制工艺，吸水率，轻集料混凝土 重盎奎兰堡主堂垡鲨奎苎茎i ! ! 生 a b s t r a c t t h em a i nc h a r a c t e r i s t i co f h i g h - s t r e n g t ha g g r e g a t ei sh i g l ls t r e n g t h ，l o wa b s o r b i n g w a t e rr a t ea n dg o o dg r a d em i x t h ec o n c r e t em a d ef r o mh i g h - s t r e n g l l aa g g r e g a t eh a s l i g h t e rw e i g h t , h i g h e rs p e c i f i cs t r e n g t ha n db e a e rs h o c kr e s i s t a n c ee r e i th a st h e r e m a r k a b l et e c h n o l o g i c a le c o n o m i cb e n e f i t si nt h el a r g es p a nb r i d g ea n dt h es k y s c r a p e r a st h ei m p o r t a n ts t r a t e g i cp l a c ei nt h ed e v e l o p m e n to fw e s t e r nr e g i o n s ，t h el a r g e - s c a l e b r i d g ea n ds k y s c r a p e rp r o v i d et h eb r o a dm a r k e ti n t h el i g h ta g g r e g a t ec o n c r e t e a p p l i c a t i o n a tc h o n g q i n g b a tt h ep r o d u c em a dt h ea p p l i c a t i o no fh i g h - s t r e n g t h a g g r e g a t ea n dh i g h - s t r e n g t ha g g r e g a t e c o n c r e t ea r es t i l ll a c ka tc h o n g q i n g t h i st h e s i s sm a i np u r p o s ei s t ou t i l i z es h a l er e s o u r c eo fc h o n g q i n gt os t u d y s u i t a b l er a wm a t e r i a l sp r e s c r i p t i o no i lr o a s tt h eh i g h p e r f o r m a n c ea g g r e g a t ea n dt h e h i g h - p e r f o r m a n c ea g g r e g a t e r o a s tt e c h n o l o g yp a r a m e t e ra n dd i f f e r e n ta d m i x t u r ei m p a c t o np e r f o r m a n c eo ft h ea g g r e g a t e t h i st h e s i ss t u d yt h ea b s o r b i n gw a t e rr a t eo ft h e h i g h s t r e n g t ha g g r e g a t ea n dt h eh i g h s t r e n g t hl i g h t w e i g h ta g g r e g a t ec o n c r e t ea l s o t h er e s u l to f t h es t u d ys h o w s ： n es h a l ef r o mj i n g i i nc o n g q i n ga n df u x i n gy u n g y a ns u i tt h ep r o d u c t i o no f h i g h s t r e n g t ha g g r e g a t e w h e nc a r r yo nt h eh o tp r o c e s s i n gt e c h n o l o g yo ft h ea g g r e g a t e ，l e n g t h e n i n gt h e t i m eo fp r e h e a t i n ga n da d o p tf a s tl o w - t e m p e r a t u r ec a l c i n a t i o n sm a yr a i s et h ei n t e n s i t y o f t h ea g g r e g a t e - i ti sv e r yh e l p f u lt op r o d u c i n gt h eh i g h - p e r f o r m a n c es h a l ea g g r e g a t eb ya d d i n gt h e r i # ta m o u n tf l ya s hi nt h es h a l em a t e r i a l s - a tc h o n g q i n gy u n y a n gc h u a n g x i nb u i l d i n gm a t e r i a l sf a c t o r y ，t h es h a l ea g g r e g a t e c h a r a c t e r i s t i cw i t ht l i g h p e r f o r m a n c ea g g r e g a t ei sp r o d u c e do u tb yt h ea u t h o r t h e p a c k i n gd e n s i t yi s8 3 5 姆m 3 ；t u b ep r e s ss t r e n g t hi s8 1 m p a ；s t r e n g t hg r a d ei s 4 0 m p a ：w a t e ra b s o r p t i o nr a t ei na t m o s p h e r i cp r e s s u r ei s4 8 t h ep r e s s u r es i z e ，p r e s st i m e ，w cr a t i oa n dt h em o i s t u r ec o n t e n to ft h ea g g r e g a t e a f f e c tt h ew a t e ra b s o r p t i o nr a t eo f t h es h a l ea g g r e g a t e b yt h ew a yo fc o n t r o l l i n gc e m e n tc o n t e n t , w er a t i o ，s a n dr a t i oc o r r e c t l ya n d a d d i n gs u p e r p l a s t i c i z e ra d m i x t u r e ，w eh a v eb e e np r o d u c e dl i g h t w e i g h ta g g r e g a t e c o n c r e t ew h i c ha p p a r e n td e n s i t yi s1 7 6 0 堙m 3 1 9 2 0k g m 3 ，2 8 dc o m p r e s s i v e s t r e n g t hi s5 0 6 0 m p a ，i n i t i a ls l u m pd e g r e ei s 1 6 0 2 1 0 m ma n dh a st h eb e t 【e rj o b i i 重庆大学硕士学位论文英文摘要 p e r f o r m a n c eb yu s i n gt h es h a l ea g g r e g a t em a d eb yo u r s e l v e s k e y w o r d s ：h i g h s t r e n g t hs h a l ea g g r e g a t e 。c a l c i n a t i o n ss y s t e m ，w a t e ra b s o r p t i o nr a t e , l i g h t w e i 班ta g g r e g a t ec o n c r e t e 重庆大学硕士学位论文1 绪论 1 绪论 1 1 轻集料的定义与分类 1 1 1 轻集料的定义【1 1 轻集料是堆积密度小于1 2 0 0 k g m 3 的多孔轻质骨料的总称。用它可以配制出 密度等级为2 0 0 1 9 0 0 k g m 3 、强度等级为l c 5 0 - l c 5 0 的轻集料混凝土。 1 1 2 轻集料的分类 1 j 轻集料按照其粒径可以分为轻粗集料( 粒径耋5 m m ) 及轻细集料( 粒径 m g o c a o n a 2 0 k 2 0 这些氧化物所以能有助熔作用，是因为它们能在较低温度下，有与其它组分形 成共晶混合物的能力，它们直接影响料球的耐火度及软化温度范围，部分金属氧 化物及其共晶混合物的熔融温度见表4 1 。 表4 ，i 某些金属氧化物及其共品混合物的熔融温度 t a b l e 4 tt h em e l tt e m p e r a t u r eo f s o m em e t a lo x i d ea n dm i xc r y s t a l 名称熔融温度( )名称熔融湿度( ) s i 0 2 1 7 1 3f e o s t o 、 1 1 0 0 4 乞d 3 2 0 5 0 f e o + f e o 一f 2d 3 1 3 0 5 c a 02 5 7 0 c a o a 1 2 0 3 2 s i 0 2 + c a o s i 0 2 + s i 0 2 1 1 7 0 m g o 2 8 0 0 n a 2 0 2 8 i 2 0 8 7 4 f e 2 0 ， 1 5 4 8 彭2 0 4 s i 2 0 7 7 0 f e o1 3 8 0 茁2 d 瓯0 9 7 6 4 f e s i 0 3 + c a s i 0 3 1 0 3 0 从表4 1 可以看出：这些氧化物在料球中的助熔作用是十分显著的。它们都能 与。钳d ，或彳，：0 ，等生成结晶状态存在。这些结晶物质熔点较低，如熔点为1 7 1 3 。c 的s i o ，在高温下与f e o 生成f e o s i o ，共晶化合物时，其熔点只有1 1 0 0 。这 样便大大降低了料球的熔融温度。但是上述几种熔剂，对料球的软化范围有不同 的作用。如：在低于液相线时，c a o 是增加粘度的；而温度升高时，它又会起强 烈的助熔作用，同时对生成液相起稀释作用。这样，显然它的作用是缩短了软化 范围。所以过量的c a o 是非常有害的。相反，k ，0 、 饥0 则可以扩大软化范围。 至于氧化亚铁，它对调节气态物质和造成适当粘度都起着良好的作用。 4 3 化学外加剂对页岩陶粒膨胀的影响 本次试验研究妣7 c 、国c t 、n a 2 c 0 3 和n a l i c 0 3 对页岩陶粒膨胀性能的影响， 试验的配比见表4 2 。 用0 来反应相同焙烧工艺下，掺加化学外加剂对页岩陶粒膨胀的影响程度。0 值等于相同焙烧工艺下，掺加不同化学外加剂所得陶粒的膨胀倍数和1 0 0 页岩料 重庆大学硕士学位论文4 页岩陶粒膨胀机理探讨 球膨胀倍数的差值。 即：0 = 盯一a式4 1 口相同焙烧工艺下掺加了化学外加剂的页岩料球膨胀倍数 a 相同焙烧工艺下页岩料球的膨胀倍数 0 为正数表示相同焙烧工艺下，掺加了化学外加剂的页岩料球膨胀度大于页岩 料球的膨胀度；0 为负数表示掺加了化学外加剂的页岩料球膨胀度小于页岩料球的 膨胀度。 表4 ，2 页岩中掺加不同剂量化学外加剂的配比 t a b l e4 2m i xp r o p o r t i o n so f a d d i n gd i f f e r e n td o s a g eo f c h e m i s t r ya d m i x t u r ei ns h a l e 页岩化学外加剂 水( ) n a a c a c i ，n a 2 c d 3n a h c o s ( ) 的剂量( ) 试验序号 试验序号试验序号试验序号 1 0 00 12 2c 1d 1e 1 f l l o o 0 52 2 c 2 d 2e 2f 2 1 0 012 2c 3d 3e 3f 3 1 0 01 52 2c 4d 4e 4f 4 1 0 0 2 2 2c 5 d 5 e 5 f 5 试验时化学外加剂通过溶解在水里掺加到页岩中；料球采取手工成球的方式； 将料球在5 5 0 下预热2 0 分钟，不同的焙烧温度下焙烧1 5 分钟，所烧得c 1 c 5 组的p 变化曲线见图4 1 ，d 1 d 5 组的0 变化曲线见图4 2 ，e 1 e 5 组的臼变化曲 线见图4 3 ，f 1 f 5 组的口变化曲线见图4 4 。 图4 1 相同焙烧工艺下c 1 - - c 5 的0 值变化 f i g4 1t h ec h a n g eo f0b e t w e e nc 1 c 5a t t h es a m ec a l c i n a t i o n ss y s t e m 3 2 重庆大学硕士学位论文 4 页岩陶粒膨胀机理搽讨 0 8r+ d l - - - i - - - d 2 + d ： 。八一。t 一。s 。0 i 2 兰龛妄叁萋叁 - 0 2 1 2 3 吵1 2 2 0 1 2 1 0 1 2 0 0 1 1 9 0 c1 1 8 0 1 1 7 0 植i ndl 一 图4 2 相同焙烧工艺下d i d 5 的目值变化 阳3 臼( 倍) ；幺全三圣i 套。乞历羞军毫5 j l 书：l 三一￥迨- f i g4 。3t h ec h a n g eo f 臼b e t w e e ne l s e 5a tt h es a m ec a l c i n a t i o n ss y s t e m 。：f 入= = 凳一r 。 ：；b 拿蒹享薹凳 “ 图4 4 相同焙烧工艺下f l f 5 的目值变化 焙烧温度 2 1 8 6 4 2 0 2 4 l o o o 0 0 0 重庆大学硕士学位论文4 页岩陶粒膨胀机理探讨 低的温度下烧制陶粒，这就可以节约燃料，降低生产成本。四种化学外加剂对降 低页岩料球最低膨胀温度的效果是：n a ，c 0 3 n a t t c 0 3 c a c l 2 口c f 。 另外由图4 1 还可以看到在相同的焙烧温度下，掺加n a c l 后( c 组) 的料球 膨胀度除了c 2 、c 5 两组在1 2 3 0 ( 2 时低于页岩料球的膨胀度，其余各组的膨胀度 均大于页岩料球的膨胀度。 由图4 2 可以看到在相同的焙烧温度下，掺加c a c l 2 后( d 组) 的料球膨胀度 除了d 2 组在1 2 3 0 时低于页岩料球的膨胀度，其余各组的膨胀度均大于页岩料 球的膨胀度，且差值较大 由图4 3 可以看到在相同的焙烧温度下，掺加n a ，c 0 3 后( e 组) 的料球膨胀 度除了e 1 组在1 2 3 0 c 时低于页岩料球的膨胀度，其余各组的膨胀度均大于页岩料 球的膨胀度，尤其是e 2 组的差值幅度较大。 由图4 4 可以看到在相同的焙烧温度下，掺加n a h c 0 3 后( f 组) 的料球膨胀 度除了e 3 组在1 2 3 0 ( 2 、1 2 1 0 ( 2 、1 2 0 0 。c 时低于页岩料球的膨胀度，其余各组的膨 胀度均大于页岩料球的膨胀度，且各组的差值幅度都较大。 通过前面的分析表明，在页岩中掺加了以上四种化学外加剂后，在相同焙烧 温度时，可以增大页岩料球的膨胀度。而对于我们研制的高强陶粒来说，其实并 不需要陶粒的膨胀度很大，那么当实际生产陶粒时，在页岩原料中掺加以上四种 化学外加剂，缩短焙烧时间就能达到高强陶粒所需要的微胀效果，这可以起到节 约燃料和成本的作用。 四种化学外加剂对页岩料球膨胀度的影响效果是：n a h c 0 3 c a c i ， n a 2 c 0 3 n a c i 。 4 4 本章小结 陶粒加热过程中可能参与料球膨胀的气体有：矿物及水化物的结合水、有 机质干馏产物、氧化铁的气体分解产物等。 陶粒的膨胀主要取决于在料球软化并形成适宜粘度的同时，料球内部有适 量的气体产生。 在页岩中掺加n a c i 、c a c i ，、n a ，( 2 0 3 和n a h c 0 3 可以降低页岩陶粒的最低 膨胀温度，增大料球的膨胀度。 重庆大学硕士学位论文5 高强页岩陶粒生产试验 5 高强页岩陶粒生产试验 5 1 高强页岩陶粒生产试验基本思路 依据3 、4 章对高强页岩制各的研究，可以得出：在高强页岩陶粒生产时，首 先应该对原料进行细磨处理：成球时通过调节成球盘的倾角、转速、喷水量来保 证生料球的密实度和颗粒大小；选择合理的辅助原料或化学外加剂来提高页岩陶 粒的强度、降低焙烧温度和改善页岩陶粒的烧成性能。 根据上述思路，在重庆云阳创新建材厂里进行高强陶粒生产试验。该厂位于 重庆云阳复兴县，成立于1 9 9 9 年，主要是生产超轻陶粒，日产量可以达到1 0 0 方。 厂内的窖为承插式双筒回转奢，由一个直径较小的干燥窖和一个直径较大的焙烧 窖组成。干燥窖长2 4 米，焙烧窖长1 6 米，两窖的转速可以独立的调节。回转窖 内没有温度监控的设备，窖内温度的控制是通过有经验的师傅在焙烧窖的端口通 过肉眼观察火焰的情况，再调节燃烧器( 即喷头) 的火焰来控制。为了适应高强 陶粒生产的要求，该厂在原有设备的基础上添置了一个直径为2 8 米的成球盘。 该厂的基本工艺流程见图5 1 图5 1 高强陶粒生产基本工艺流程 f i g5 1t h eb a s l et e c h n i q u ep r o c e d u r eo f h i g h - s t r e n g t hn g g r e g a t ep r o d u c e 3 5 重庆大学硕士学位论文5 高强页岩陶粒生产试验 5 2 硫酸渣一页岩陶粒和粉煤灰一页岩陶粒生产试验 因为增加s i 0 2 的含量将导致陶粒强度降低，增加4 ，0 ，和( n ，d 、+ 凡0 ) 的 含量可以使陶粒的强度提高【2 9 。所以在陶粒厂里进行高强陶粒的研制时，选用在 页岩中掺加硫酸渣和粉煤灰两种掺合料。对硫酸渣进行成分分析( 见前面第二章 的表2 3 ) ，可以看到它的凡，d ，含量较高，达到了5 1 5 7 ：对粉煤灰进行成分分 析( 见前面第二章的表2 2 ) ，可以看到它的s i 0 2 和a l 2 0 3 含量较高。在陶粒厂里 对分别掺加两种不同辅助原料在页岩中进行了一系列不同掺量的焙烧试验，试验 的配比见表5 1 。 表5 1 硫酸渣一页岩陶粒和粉煤灰一页岩陶粒烧制试验配比 试验序号 g 1 1g 2 1g 3 1 试验序号 h 1 1h 2 1h 3 1 h 4 1 页岩( ) 9 0 8 58 0页岩( )9 08 58 07 5 粉煤灰( ) 1 01 5 2 0硫酸渣( ) 1 01 5 2 02 5 采取表5 1 配比所烧得陶粒的堆积密度、筒压强度见表5 2 。堆积密度变化曲 线见图5 3 ；筒压强度变化曲线见图5 4 。 表5 2 陶粒的堆积密度和筒压强度 试验序号 堆积密度k m ，) 密度等级 筒压强度( 脱p 缸) g l 一1 8 6 09 0 05 6 g 2 19 2 51 0 0 08 2 g 3 11 0 0 01 0 0 08 6 h 卜i9 0 5 9 0 08 1 h 2 一l8 5 59 0 08 3 h 3 18 1 08 0 06 1 h 4 18 4 59 0 07 6 对于掺加粉煤灰的系列，由图5 3 和图5 4 可以看到在页岩中掺加粉煤灰后所 烧得陶粒的堆积密度及筒压强度随着粉煤灰掺量的增加而增大。其中粉煤灰的掺 量为1 5 ( g 2 1 ) 和2 0 ( g 3 1 ) 时，筒压强度较高，由表5 2 可以看到两者分 别达到了8 2 m p a 和8 6 m p a 。但是堆积密度较大，达到了1 0 0 0 级，这和资料【1 1 】 里所指出的4 ，n 含量增加后，会导致陶粒的密度增加相符合。 对于掺加硫酸渣的系列，由图5 3 和图5 4 可以看到在掺量为2 0 ( h 3 1 ) 时 重庆大学硕士学位论文 5 高强页岩陶粒生产试验 堆积密度最低，筒压强度也最低，由表5 2 可知其堆积密度为8 1 0 k g m 3 ，筒压强 度为6 1 砌。但是各组掺量所烧得陶粒都达到了高强陶粒对该等级陶粒的要求 ( 见表5 _ 2 中h 1 1 、h 2 1 、h 3 1 、h 4 1 四组的性能指标) 。 堆积密度 ( 堙菥) 1 0 5 0 1 0 0 0 9 5 0 9 0 0 8 5 0 8 0 0 7 5 0 l o 1 5 2 0 2 5 掺量 图5 3 陶粒的堆积密度变化对比图 f i 9 5 3t h ec o n t r a s t t o p a c k i n gd e n s i t yo f a g g r e g a t e 筒压强度 ( 坳口) + 粉煤灰系列 系列 1 0 1 5 2 0 2 5 掺量 图5 4 陶粒的筒压强度变化对比图 f i g5 4t h ec o n t r a s tt ot u b ep r e s ss t r e n g t ho f a g g r e g a t e 在掺量相同的情况下，对比掺加了两种掺合料后所烧得的陶粒，发现掺加硫 酸渣后所烧得陶粒的膨胀程度要大于掺加粉煤灰后所烧得的陶粒，剖开内部可以 看到前者内部有较多较大的气孔，而后者内部的气孔要少些、小些：就外观来说 前者的裂纹比后者的多：前者的颜色大多为红褐色，后者为灰黑色。 5 3 n a h c 0 3 对页岩陶粒生产及性能的影响 由第四章4 3 节的试验知道，掺加少量化学外加剂后可以使页岩陶粒的焙烧温 度下降、膨胀度增大和堆积密度下降，结合到当地实际情况，本次试验做了在页 岩中掺加n a h c o ，的试验。 本次试验的配比见表5 3 。其中n a h c o ，是先溶解在水中，再通过成球盘成球 时混合到原料中。掺加n a h c 0 3 和不掺加n a h c 0 3 的粉煤灰和硫酸渣系列的堆积密 度和筒压强度见表5 4 。 在进行试验时发现本批陶粒在焙烧时，熔融度较大，为了防止粘结，将焙烧 窖的温度调低了大约7 0 左右。这说明掺加n a h c q 可以起助熔，降低焙烧温度 的作用，对于工业化生产来说可以节约燃煤，降低成本。 重庆大学硕士学位论文 5 高强页岩陶粒生产试验 表5 3 掺加n a h c 0 3 的试验配比 t a b l e 5 3m i x p r o p o r t i o n so f a d d i n gn a h c 0 3 试验序号g 2 之g 3 2试验序号h l 一2h 2 2 页岩( ) 8 58 0 页岩( )9 08 5 硫酸渣( ) 1 52 0 粉煤灰( ) 1 01 5 n a h c 0 3 ( ) 1 51 5 n a h c 0 3 ( ) 1 51 5 表5 , 4 掺加1 5 n a h c 0 3 前后陶粒的性能 掺合料 n a h c o a ( ) 试验序号 堆积密度( k g m 3 )密度等级筒压强度( m p a ) 粉煤灰oh 1 19 0 59 0 08 1 1 0 1 5h 1 - 28 6 09 0 06 8 粉煤灰 0h 2 18 5 59 0 08 3 2 0 1 5h 2 2 8 9 09 0 07 1 硫酸渣 0g 2 一l 9 2 51 0 0 07 2 1 5 1 5g 2 2 8 6 6 9 0 0 0 6 4 硫酸渣 og 3 11 0 0 01 0 0 08 6 2 0 1 5g 3 28 6 09 0 0 05 6 从表5 4 可以看到：掺加n a h c o ，后堆积密度均有所下降，各系列的密度等级 都在9 0 0 级：但是筒压强度也在下降。对于硫酸渣系列筒压强度已经下降到轻 集料及其试验方法( g b t 1 7 4 3 1 1 - 1 9 9 8 ) 要求的9 0 0 级陶粒的筒压强度 6 5 m p a ，所以不符合高强陶粒的要求；而对于粉煤灰系列来说其筒压强度高 于规范的要求。 5 4 粉煤灰一硫酸渣一页岩陶粒生产试验 本次试验研究了在页岩中同时掺加粉煤灰和硫酸渣对陶粒性能的影响。因为 掺加硫酸渣后所得陶粒膨胀较大，开口较多，考虑到这样的陶粒吸水率较大，所 以本次试验以粉煤灰为主要掺合料，硫酸渣为辅助掺合料，试验的配比见表5 5 。 试验所得陶粒的性能见表5 6 。 重庆大学硕士学位论文5 高强页岩陶粒生产试验 表5 5 在页岩中同时掺加粉煤灰和硫酸渣的试验配比 试验序号页岩( )粉煤灰( )硫酸渣( ) k l 8 01 0 5 k 28 91 0l k 38 01 55 k 4 8 41 5l 表5 6在页岩中同时掺加粉煤灰和硫酸渣的陶粒性能 t a b l e 5 ，6t h ep r o p e r t yo f a g g r e g a t ew h i e ha d d i n gf l ya s ha n ds u l p h u r i ca c i dd r e gi ns h a l e 试验序号 堆积密度k m 3 ) 密度等级 筒压强度( 坳口) k 17 9 08 0 04 5 k 28 0 58 0 05 9 k 37 5 58 0 04 1 k 48 1 39 0 05 8 由表5 6 可以看到陶粒的密度等级除了k 4 这一组为9 0 0 级，其它三组都为8 0 0 级。对比前面的表5 2 可以看到，掺加了硫酸渣的粉煤灰系列比只掺加粉煤灰的系 列的密度等级要低一个等级。但是筒压强度下降较大，均低于8 0 0 级的高强陶粒 所要求的筒压强度6 o m p a ，已经不符合规范对高强陶粒的要求。 此外，几次焙烧试验时都有不少破碎的小颗粒产生，分析原因可能是料球不 够密实，烘干程度也不够，进入焙烧窖后由于温度升高，造成爆裂产生，所以应 该改善成球盘成球时的成球工艺，增大料球的密实度；在料球进入回转窖后，调 慢回转窖的两个窖的转速，使陶粒在小窖时尽量能够烘干陶粒中的水分。 5 5 高强页岩陶粒试生产 考虑到成本、实际生产工艺等方面的因素，选择掺加粉煤灰1 5 为最后批量 生产的配比，小窖的转速为2 r m i n ，大窖的转速为2 5 ，r a i n 。按上述条件烧得 的陶粒的基本性能和国标轻集料及其试验方法( g b t 1 7 4 3 1 1 1 9 9 8 ) 以及 宜昌宝珠陶粒的基本性能指标的对比见表5 7 。 由表5 7 可以看到，所烧得陶粒的各项性能指标都符合国标轻集料及其 试验方法( g b t 1 7 4 3 1 1 - 1 9 9 8 ) 中规定的高强陶粒的要求。对比宜昌宝珠陶粒厂 的高强陶粒，可以看到我们研制的陶粒的密度等级要高于宜昌宝珠陶粒一个等级； 筒压强度高于其1 5 m p a ；但是一小时吸水率宜昌宝珠陶粒较小只有2 o ，而我们 重庆大学硕士学位论文5 高强页岩陶粒生产试验 研制的陶粒有4 8 ，分析原因可能与该厂在成球盘成球时料球相对不够密实有关， 所以该厂对于成球盘的成球工艺还有待改善。总的来说可以认为自制陶粒的主要 性能指标都达到并超过了规范中对高强陶粒的要求。 表5 7 自制陶粒的基本性能 t a b l e 5 7t h eb a s l ep r o p e r t yo f t h es e l f - p r o d u c ea g g r e g a t e 堆积密度筒压强度1 小时吸表观密度粒型软化 强度 项目 ( k g m 3 ) ( n a ) 水率( )( k g m 3 )系数系数标号 国标 8 1 0 9 0 06 58三1 2 0 74 0 自制陶粒 8 3 58 14 81 3 9 0 1 2 1 4 0 性能指标 宜昌宝珠 7 7 06 62 01 3 6 01 10 9 74 0 性能指标 5 6 本章小结 1 在页岩中掺加硫酸渣有利于陶粒的膨胀，但是所得陶粒表面裂纹较多。 2 在页岩中掺加粉煤灰后所得陶粒是微胀类型，陶粒较密实，表面有裂纹的陶粒 不多，筒压强度也较高。 3 在页岩中掺加n a l - i c 0 3 可以降低其焙烧的温度，有利于节约燃煤，降低成本， 但是会增加一道溶解n a h c 0 3 在水里的工序，且对于现有生产设备，要实现在 连续成球时控制n a h c 0 3 的掺量较难处理。 4 硫酸渣的成本较高，为￥9 0 元，顿，粉煤灰的成本为￥5 0 元顿，在生产中从经 济角度出发选择掺加粉煤灰为高强页岩陶粒实际生产的辅助原料。 重庆大学硕士学位论文6 高强页岩陶粒吸水性能及其混凝土性能研究 6 高强页岩陶粒吸水性能及其混凝土性能研究 轻集料的吸水性能直接影响到用其配制的混凝土的各项性能，它会在一定程 度上影响混凝土的强度，还会对混凝土拌合物的塌落度损失产生影响以及影响混 凝土的泵送性能等。本章主要研究自制陶粒的吸水特性及其混凝土基本力学性能。 6 1 自制页岩陶粒吸水性畿 6 1 1 页岩陶粒在常压下的吸水性能 经过人工煅烧的页岩陶粒，其内部的孔隙由开口的大孔、毛细孑l 和封闭孔组 成本，虽然外表面有一层较为致密的外壳，但是表砬仍然有大量的开口孔( 含毛 细孔) 。当陶粒浸泡在水中时，这些开口孔就开始吸水。 本次试验将自制的陶粒在常压下浸泡一定时间，得到陶粒吸水率随时间变化 的试验结果见表6 1 。 表6 1 陶粒常压吸水率 t a b 6 1w a t e ra b s o r p t i o no f t h eu g h t w e i g h ta g 孕e g a t e si na t m o s p h e r i cp r e s s u r e 浸泡时间 时间 l h3 h1 2 h2 4 h 自制陶粒吸水率( )4 85 ，36 16 6 由表6 1 可以看到自制陶粒在常压下的吸水率随着浸泡时间的延长两增加，2 4 小时的增长幅度有2 2 。 经过观察和分析陶粒在水中的吸水趋势，可以认为陶粒浸入水中后，陶粒的 开口孔开始吸水( 即所谓的微泵和自真空作用) 。在吸水过程中，部分孔隙和毛细 孔内的气体排除体外，部分孔隙内的气体并末随着吸水时间的延长而排除体夕卜， 而是由于在水的表面张力形成的毛细管力作用下挤压在陶粒内部相互贯通的孔隙 中。这部分的气体因为受到毛细管力的挤压而产生一定的微压，随着孔隙内气 体压力的增加，陶粒吸水的过程将逐步变缓慢而趋于平衡，但是在毛细管力和被 挤压的气体的微泵没有达到平衡前，陶粒将继续缓慢的吸水。 6 1 2 页岩陶粒在压力条件下的吸水性能 当处于压力状况下，陶粒的吸水特性将和在常压下的吸水情况不同，这会导 致用其配制的轻集料混凝土的泵送性能受到影响。本次试验研究陶粒在压力条件 下的吸水率变化，这将有利于了解自制陶粒在经受泵压后吸水性能改变的情况。 4 1 重庆大学硕士学位论文6 高强页岩陶粒吸水性能及其混凝土性能研究 本次实验将自制陶粒放在压力装置中( 装置构造如图2 1 和图2 2 ) 承受一定 的水压并保持一定的时间，然后测定陶粒相应的压力吸水率。 试验时将一定量的干陶粒到入压力筒中，加水、盖上顶盖，分别在4 m p a 、6 m p a 、 i o m p a 、2 0 m p a 、3 0 m p a 压力下，连续保持1 0 分钟、2 0 分钟、3 0 分钟、6 0 分钟， 其压力吸水变化曲线见图6 1 。 吸水率 46l o2 03 0 压力( m p a ) 图6 1 压力和时间与陶粒吸水率的关系 f i g 6 1r e l a t i o n s h i p sb e t w e e np r e s s u r e t i m ea n dw a t e ra b s o r p t i o nr a t eo f t h el i g h t w e i g h ta g g r e g a t e 由图6 1 可以看到，陶粒在压力状态下吸水率有较大的增加，如不同压力下受 压一小时的吸水率都在1 3 以上，远远大于其在常压下的一小时吸水率4 。8 。其 主要原因一是因为陶粒的吸水属于毛细吸水现象，常压下吸入一定量的水以后， 短时间内，毛细压力与大气压已达到平衡状态。但是当外界压力增大时，这种平 衡被打破，使得水被进一步压入陶粒的孔隙中，直到达到新的平衡。二是因为陶 粒始终是多孔的材料，具有脆弱的本质，尽管其孔结构良好、表面致密，但压力 很可能造成其致密表面的破坏，形成开口孔隙，让水进入陶粒内部【1 2 】。 由图6 1 可以看到，陶粒在水中的吸水率在压力较小时( 4 m p a 、6 m p a 、1 0 m p a ) 随着压力的提高；而当压力较大( 2 0 m p a 、3 0m p a ) 后，陶粒的吸水率除了在受 压时间较短时吸水率有增长，其余各组的吸水率均有所下降。分析其原因主要与 陶粒的“自放水”特性有关，即是压力较大、受压时间较长，陶粒孔隙内残余空气所 受压力也大，在外界压力消失后，由于陶粒孔隙里的气压高于外界气压，导致吸 入陶粒孔隙里的水在压力作用下被挤出陶粒孔隙的作用也相对较大，因而造成了 大压力下吸水率下降。 由图6 1 可以看到，受压时间对陶粒的吸水率也有影响：在压力较小4 m p a 、 6 m p a 、i o m p a 时，陶粒的吸水率随受压时间的延长而增大。而当压力较大( 2 0 m p a 、 4 2 重庆大学硕士学位论文6 高强页岩陶粒吸水性能及其混凝土性能研究 3 0m p a ) 后，其吸水率在受压1 0 m i n 、2 0r a i n 、3 0m i n 变化并不大，只是当受压时 间到6 0m i n 后才又有所提高。 6 1 3 页岩陶粒在混凝土中的压力吸水性能 轻集料的吸水性能引发的泵送问题 轻集料混凝土是由轻质多孔集料和水泥石胶结而成。它与普通混凝土不同之 处，是轻集料混凝土中存在两种毛细管系统，即水泥石中的毛细管系统和多孔轻 集料中的毛细管系统。后一种毛细管系统，在轻集料混凝土中随着周围条件的变 化，具有长时间的、缓慢的吸水和放水作用。 当轻集料混凝土用般方法施工，其成型后，在一定时间内，多孔的轻集料 会从水泥浆中吸收水分，使集料表面的水灰比降低，增加了集料表面水泥石的密 实性。而当轻集料混凝土逐渐硬化时，在硬化过程中，吸过水的多孔轻集料又将 所吸收水分的一部分缓慢排出，供水泥水化之用，并能减少或避免泌水。成型后 的新拌混凝土由于陶粒的放水自养护现象，更能改善陶粒与水泥降界面的结合强 度，提高混凝土的耐久性。轻集料这种吸水和放水的特性，称为轻集料的“自真空 作用”或微泵效应”，是轻集料混凝土强度提高的主要原因之一。但是，当轻集料 混凝土用混凝土泵进行泵送旋工时，轻集料这种缓慢吸水、放水特性，会给泵送 带来很大的困难。国外在轻集料混凝土泵送施工方面，开始是有很多失败教训的， 其主要原因就在于未能掌握轻集料吸、放水的规律。 人造轻集料的吸水速度主要与其生产工艺、内部气孔结构、表面状态有关。 内部气孔结构呈封闭状态或表面有致密的硬壳者，其吸水率就较低，吸水速度缓 慢。但是，在压力作用下，轻集料却急剧地吸水，吸水率一般都比常压的情况大。 轻集料在压力作用下的吸水量，与预吸水量、压力大小、压力作用时问长短等因 素有关。在压力消失后，它又会进行放水。 不同受压情况对自制陶粒在混凝土中的吸水性能的影响 本次试验采用4 2 5 r 普通硅酸盐水泥，固定水泥用量为4 6 0 k g m 3 ，水灰比为 o 3 6 ，砂率为3 5 ，砂为中砂，减水剂为奈系高效减水剂r h 一8 ，陶粒为于燥状态。 混凝土的配合比设计见表6 2 。 表6 2 轻集料混凝土配合比设计 水泥 净用水量中砂陶粒减水剂 项目水灰比 ( k g )( k g )( k g )( b ) ( ) 用量0 3 64 6 01 6 5 66 2 06 1 50 8 4 3 重庆大学硕士学位论文6 高强页岩陶粒吸水性能及其混凝土性能研究 将混凝土拌和物装入压力筒中( 压力装置为改装的压力泌水仪，构造如图2 1 和图2 2 ) ，加压到i o m p a 、2 0 m p a 、3 0 m p a ，保持5 分钟、1 0 分钟、1 5 分钟。 然后取出拌和物，洗去砂浆，淘出陶粒，漓干多余的水分，称取陶粒总量，得到 受压后陶粒在混凝土中的吸水变化曲线见图6 2 。 由图6 2 可以看到不同压力下受压5 分钟的陶粒吸水率相同，而延长受压时间 后陶粒在混凝土中的吸水率有所增加。 由图6 1 2 还可以看到吸水率与压力有关，在受压时间较长( 1 0 分钟、1 5 分钟) 时，压力大吸水率有较大的增加。 对比图6 4 和图6 2 可以发现，在压力状态下，自制陶粒在混凝土中的吸水率 小于在水中的吸水率。如都在1 0 m p a 的压力下受压十分钟，陶粒在水中的吸水率 为1 1 ，而在混凝土中的吸水率为6 9 ，即相同受压情况下陶粒在混凝土中的吸 水率约为其在水中的6 1 左右，分析其主要原因是由于水泥浆的粘度很大，陶粒 和水的自由接触也显然比在纯水中少而造成。 吸水率( ) 圈1 0 ，舻a 口2 0 n 伊a 啊3 0 咿a 51 01 5 受压时间( m i n ) 图6 2 不同受压情况对陶粒在混凝土中吸水率影响 f i g 6 2e f f e c to fd i f f e r e n tp r e s s u r es i t u a t i o no na g g r e g a t ei nc o n c r e t e 预湿处理对陶粒在混凝土中压力吸水性能的影响 本次试验主要研究预湿时间的不同对自制陶粒在混凝土中的吸水率的影响。 试验采用4 2 5 r 普通硅酸盐水泥，固定水泥用量为4 6 0 k g m 3 ，水灰比为o 3 6 ，砂 率为3 5 ，砂为中砂，减水剂为奈系高效减水剂r h 8 。混凝土的配合比见前面的 表6 2 。 本次试验选取一组陶粒采取快速预湿方：即将陶粒浸入水中后，待陶粒表面 湿润后立即取出( 时间不到l m i n ) ：其余三组分别采取在水中预湿3 0 r a i n 、l h 、2 4 h 的方式。 将混凝土拌和物装入压力筒中( 压力装置为改装的压力泌水仪，构造如图2 2 8 6 4 2 7 8 6 4 2 6 8 7 7 7 7 6 6 6 6 5 重庆大学硕士学位论文6 高强页岩陶粒吸水性能及其混凝土性能研