破碎处理对陶粒及其混凝土性能的影响.docx

破碎处理对陶粒及其混凝土性能的影响 *黄波，石从黎，宋开伟（重庆市建筑科学研究院，重庆 400015） 摘要 采用对比试验的方法研究了破碎处理对页岩陶粒及陶粒混凝土性能的影响，结果表明 ：通过破碎处理的方式可有效地改善陶粒的级配、减小颗粒粒径、提高筒压强度和堆积密度 ；使用破碎陶粒配制混凝土可显著提高混凝土的抗压强度，增强抗离析 能力，改善工作性能，但对混凝土的热工性能有一定程度的不利影响。 关键词 破碎处理 ；陶粒混凝土 ；性能 ；影响effect of crushing on performance of ceramisite and concretehuang bo,shi cong li, song kai wei(chongqing research institute of building science, chongqing 400015)abstract: this article investigated effect of crushing on performance of ceramisite and concrete by contrast test. the results indicatedthat crushing could effectively improve gradation, decrease particle size, increase cylindrical compress strength and bulk density of ceramisite. accordingly, by using broken ceramsite, compressive strength, workability and anti segregation ability of concrete were increased significantly. however, it has the adverse effect on thermal performance of concrete.keywords:crushing; ceramisite concrete; performance; effect1 引言陶粒混凝土因具 有比普通混凝土更高的比强度，是 未来 高层和大跨度建筑物的理想建筑材料，具有广阔的应用前景 1。 但是，现有陶粒混凝土拌和物工作性差，抗离析能力弱（陶粒 颗粒易上浮），硬化混凝土内部匀质性差，强度变异性大等缺 点 2 却制约了其发展与推广。现有陶粒混凝土缺点的成因一方面是由于我国现有陶粒厂 的规模小，设备和工艺落后，致使陶粒产品粒径偏大和级配不 良，从而影响陶粒混凝土的工作性能和力学性能 3 ；另一方面 陶粒表面较光滑且呈浑圆的轻集料虽有助于提高混凝土的流动 性，减小泵送阻力，但与水泥浆体的黏滞力较弱，造成所配制 的混凝土抗离析性较差。因此，本文采用对页岩陶粒 进行破碎处理的方法来改善 其级配和表面形貌，并研究破碎处理方法对陶粒及陶粒混凝 土各项性能的影响，以解决陶粒混凝土拌制过程中的种种缺点， 促进陶粒配制混凝土的应用技术水平的提高。2.1 试验原材料（1） 水泥 ：试 验使 用拉 法 基 po42.5r 水泥， 物理性能 见表 1。（2）粉煤灰 ：试验采用重庆华能珞璜电厂级粉煤灰，细 度 16%，表观密度 2.42g/cm3，堆积密度 1320kg/m3，需水量比99%。（3）河砂：河砂采用堆积密度 1540kg/m3，细度模数为 1.2， 含泥量 1.2% 的渠河砂。（4）陶粒 ：试验采用重庆地区生产的两种页岩陶粒（a 和 b），基本性能见表 2。（5）拌合水 ：拌合水使用自来水。2.2 试验方法（1）破碎 处理 ：利用颚式破碎机（型号 y90l-4）对完整 陶粒进行破碎，然后通过直径 4.75mm 的方孔筛，将小于 4.75mm 的颗粒作为细集料使用，大于 4.75mm 的颗粒作为粗集料使用。（2）陶粒的基本物理性能 ：陶粒的颗粒级配、堆积密度、 表观密度、空隙率、筒压 强度、软化系数等性能均按照 gb/t17431.1-1998轻集料及其试验方法进行测定。2 试验材料及方法表 1 水泥的物理性能凝结时间 (h:min)抗折强度 (mpa)抗压强度 (mpa)比表面积(m2/kg)密度(g/cm3)安定性初凝终凝3d28d3d28d2:403:45合格6.79.631.256.33803.10* 项目编号 ：cstc,2010ab4010，重庆市科学技术委员会资助项目35图 1 完整陶粒的颗粒级配图 2 破碎陶粒的颗粒级配商品混凝土beton chinese edition ready-mixed concrete研究探索2012 年第 04 期表 2 陶粒的性能指标吸水率 ( % )项目含水率( %)筒压强度(mpa)软化系数(%)表观密度(kg/m3)堆积密度(kg/m3)空隙率(%)种类1h2ha 陶粒b 陶粒3.02.63.72.70.30.13.063.5790.893.21255147072376142.448.2（3）陶粒混凝土的工作性能 ：参照 gb/t50080-2002普通混凝土拌合物性能测试方法进行测定。（4）陶粒混凝土的力学性能 ：参照 gb/t50081-2002普 通混凝土力学性能试验方法进行。表 3 破碎陶粒的物理性质吸水率 (%)项目筒压强度 软化系数堆积密度(kg/m3)空隙率(%)种类(mpa)(%)1h2h破碎前破碎后 破碎前 破碎后3.06.22.64.03.76.82.74.63.063.473.574.2290.890.093.291.572374076178842.440.148.244.5a陶粒3 试验结果及讨论3.1 破碎处理对陶粒性能的影响3.1.1 破碎处理对陶粒颗粒级配的影响颗粒分析的结果（见图 1）表明，试验所用陶粒（516mm 的 a 陶粒和 b 陶粒）粒径偏大且分布集中，缺少中间颗粒分布， 级配很 差，级配曲线不符 合 gb/t 17431.1-1998轻 集料及其 实验方法中，公称粒径为 516mm 的粗集料连续粒级颗粒级 配范围要求。a 陶粒和 b 陶粒 经 过破碎 处理 后，结果见图 2，a、b 两 种陶粒的粒径都明显变小，级配曲线完全落入标准规定的级配 范围内。由此可见，破碎处理可以减小陶粒的粒径，明显改善 陶粒的颗粒级配。b陶粒到改善，使得陶粒的筒压强度明显增加，堆积密度增大，空隙率减小（见表 3），有利于陶粒在混凝土中使用。 而对于吸 水率（见表 3），经破碎 处理 后，陶粒的吸 水率显 著增 加。其中， 陶 粒 a 的 2h 吸 水 率由 3.7% 增加到 6.8%， 增加了 84% ；陶粒 b 由 2.7% 增加到 4.6%，增加了 70%。其原 因为 ：一方面陶粒破碎后表面的开口孔洞增加（见图 3 和图 4）， 由于表面张力的吸 水作用，在开口孔洞内会聚集大量的水分， 同时比表面积的增加，也会增大水分向内部毛细吸附扩散的强 度 ；另一方面是破碎时由于机械挤压会增加其孔隙和裂缝从而 增强了毛细吸水现象。图 3 完整陶粒的孔洞情况图 4 破碎陶粒的孔洞情况由于陶粒在混凝土拌合后的吸水作用，减少了水泥浆中的 润滑水数量，从而严重影响到混凝土拌和物的工作性。但是， 试验经验表明只要陶粒使用前进行充分预湿，便可消除陶粒吸 水率对陶粒混凝土工作性的影响。3.2 破碎处理对陶粒混凝土性能的影响3.2.1 破碎处理对陶粒混凝土抗压强度的影响为了解破碎处理陶粒在混凝土中的性能，采用破碎陶粒取 代完整陶粒，配制出强度等级为 lc30 的混凝土（试验配合比 见表 4）。3.1.2 破碎处理对陶粒物理性质的影响经破碎处理后，陶粒的粒径变小，堆积变得紧密，级配得36图 5 破碎陶粒对混凝土抗压强度的影响图 6 破碎处理对陶粒混凝土坍落度的影响图 7 破碎处理对陶粒混凝土干容重的影响商品混凝土beton chinese edition ready-mixed concrete研究探索2012 年第 04 期kg/m3表 4 试验配合比编号破碎陶粒取代率 (%)水泥粉煤灰特细砂陶砂完整陶粒破碎陶粒水1234030501004504504504505050505025125125125120120120120151135825500163272544153153153153由图 5 可知，用破碎陶粒取代完整陶粒，在其他实验条件一致的情况下，随取代量的增加，混凝土的抗压强度增加。当 全 部采用完整陶粒时，其混凝土 60d 的抗压强度是 40.2mpa， 当破碎陶粒完全取代完整陶粒后，其混凝土 60d 的抗压 强度 为 49.5mpa，抗压强度增幅达到 23%，说明破碎处理陶粒对混 凝土的强度有较大提高。这是因为破碎陶粒掺入后，改善了级 配，集料堆积更加紧密，混凝土更加密实 ；此外，破碎陶粒表 面为开孔结构，可以与水泥石有更大的接触面积和更复杂的内 嵌啮合结构 4，并且破碎后的陶粒能更均匀的分散到混凝土中， 相对于大粒径原状陶粒更有利于混凝土集料 - 水泥石两相之 间强度协调作用的发挥 5。3.2.2 破碎处理对陶粒混凝土工作性的影响破碎处理破坏了陶粒光滑、浑圆的表观形貌，一方面增加 了陶粒的粗糙度，提高了颗粒之间的摩擦阻力，另一方面陶粒 表面孔洞增加，提高了颗粒的吸水率，这些都会对陶粒混凝土 的工作性产生不利影响。但是，试验结果却表现为 ：破碎陶粒 混凝土的黏聚性明显增加，陶粒颗粒在混凝土中分布均匀，没 有明显的泌水、离析和集料上浮现象，克服了陶粒混凝土抗离 析性差的缺点 ；破碎陶粒混凝土的坍落度明显优于完整陶粒 混凝土（见图 6），说明破碎 处理能显著改变陶粒混凝土的工 作性。其主要原因有三个方面，第一，虽然破碎处理会导致陶 粒吸 水率的增加，但是陶粒在制备陶粒混凝土的过程均要进 行预湿，通过预湿，陶粒颗粒吸水饱和，不会再从水泥浆体中 吸收 水而减少润滑水的数量，吸 水率 增加对混凝土工作性的 影响得以消除 ；第二，破碎处理增加了陶粒颗粒的粗糙度，使 得陶粒混凝土的黏聚性增加，改善了陶粒混凝土的保水性和匀 质性 ；第三，破碎处理显著改善了陶粒的颗粒级配，陶粒颗粒 搭配合理，使得混凝土中润滑砂浆数量增加，从而提高了混凝 土的坍落度。3.2.3 破碎处理对陶粒混凝土干容重的影响陶粒混凝土的干容重大小与其热工性能密切相关，通过 对比不同砂率的陶粒混凝土（见图 7），发现破碎处理会一定程度增加陶粒混凝土的容重，当砂率一致时，破碎陶粒混凝土的容重相对原状陶粒混凝土增加了 80 100kg/m3，说明破碎 处 理会一定程度上提高陶粒混凝土的干容重，根据相关文献的 报道 1，混凝土的导热率主要取决于其容重和含湿量，随容重、 含湿量的提高而增加。因此，推断破碎 处理 对陶粒混凝土的 热工性能有一定程度影响。4 结论（1） 破 碎 处 理方 法能优化 级 配 不 理 想页岩陶粒 的性 质， 包括减小颗粒粒径、改善级配、提高筒压强度和堆积密度、减 少空隙率等，有利于陶粒在混凝土中应用。（2）选择破碎陶粒作集料能有效提高混凝土的综合性能， 包括提高抗压强度，增强抗离析能力，改善工作性能，但对陶 粒混凝土的热工性能有一定程度的不利影响。参考文献1胡曙光，王发洲轻集料混凝土 m北京 ：化学工业出版社，2005.（下转第 41 页）37商品混凝土beton chinese edition ready-mixed concrete研究探索2012 年第 04 期表 6 混凝土工作性能对比3no.mw/mbsand ratio(%)fa dosage(%)binder dosage( kg/m )wra dosage*(%)sl(mm)sf(mm)dtisc(s)isf(mm)120.3380.338555760654754750.50.42602707257103.73.2640650* 这里减水剂选用的是马贝 sx-c16。表 7 混凝土力学性能对比compressive strength( mpa)elastic modulus(mpa)sand ratio(%)fa dosage(%)binder dosage(kg/m3)wra dosage*(%)no.mw/mb7d28d60d28d2.871042.34104120.3380.338555760654754750.50.415.811.323.518.737.631.4* 这里减水剂选用的是马贝 sx-c16。超过设计要求，这主要因为优化配合比中增大了粉煤灰掺量，导致早期强度略有下降。1okamurah,ouchi m. self-compacting concrete. developmentpresent use and futurec. international rilem symposium on self-compacting concrete,stockholm,1999:3-14.efnarc specification and guidelines for self-compacting concrete.z.2001 佘 远程，杨鸿波贵州省公路桥梁创新技 术及成就 j 四川建筑，2009.08,29(4):114-117 张 朝 华 关 于 挡 土 墙 施 工 的 分 析 j 建 材 发 展 导 向，2011,2:75-76邹丽华，董东浅谈大体积混凝土质量控制 j混凝土，2010,7 ：145-146 方智恩，胡常福大体积混凝土施工温控措施和监测分 析 j建材发展导向，2011,2 ：112-1144 结论（1）超流态自密实混凝土是一种新型的具有超高流动性与 低粘度的混凝土。水胶比对 c20 超流态机制砂自密实混凝土 粘度影响很大 ；增大用水量可以改善混凝土的工作性，但同时 会降低强度 ；（2）不同的聚羧酸减 水剂对 c20 超流态机制砂自密实 混 凝土的工作性能和强度的影响不同，减水能力稍低而且固含量 低的减水剂易于调节，混凝土不易离析和泌水 ；（3）就 c20 超流态机制砂自密实混凝土而言，提高砂率， 混凝土流动性增大，工作性能得到改善，但是其强度会有所降 低 ；为了保证混凝土的强度和工作性，在砂率较大时，尽量降 低用水量 ；（4）提高粉煤灰的掺量和胶凝材料的总量，可以提