低吸水率页岩陶粒预湿处理对高强轻集料混凝土性能的影响

1、2009年4月低吸水率页岩陶粒预湿处理对高强轻集料混凝土性能的影响李北星1,张国志2,李进辉2,崔巩1,高鹤1(1.武汉理工大学硅酸盐材料工程教育部重点实验室，湖北武汉430070；2.中交武汉港湾工程设计研究院，湖北武汉430071)摘要：研究了低吸水率高强页岩陶粒经预湿处理后对高强轻集料混凝土(HSLC)的工作性、力学性能、收缩变形和耐久性的影响。研究结果表明：预湿处理改善了HSLC的抗分层离析性能和可泵性，提高了HSLC的力学强度，降低了HSLC的干燥收缩与自收缩，对抗氯离子渗透性和抗冻性有不利影响，但对HSLC抗硫酸盐侵蚀性能影响不大。低吸水率高强页岩陶粒配制HSLC的最佳预湿处理时间

2、为0.5h。关键词：页岩陶粒；预湿处理；吸水率；高强轻集料混凝土；性能中图分类号：TU528.2文献标志码：A文章编号：1002-4972(2009)04-0064-05Effectofpre-wettedshaleceramsitewithlowwaterabsorptiononperformancesofhigh-strengthlightweightaggregateconcreteLIBei-xing1,ZHANGGuo-zhi2,LIJin-hui2,CUIGong1,GAOHe1(1.KeyLaboratoryforSilicateMaterialsScienceandEngine

3、eringofMinistryofEducation,WuhanUniversityofTechnology,Wuhan430070,China;2.CCCCWuhanHarborEngineeringDesignandResearchInstitute,Wuhan430071,China)Abstract:Theeffectsofpre-wettingtreatmentontheworkability,mechanicalproperties,shrinkagedeformation,aswellasdurabilityofhigh-strengthlightweightaggregatec

4、oncrete(HSLC)madefromshaleceramsitewithlowwaterabsorptionandhighstrengthareinvestigated.Theresultsshowthatthepre-wettingoftheshaleceramsitecanimprovethesegregationcapabilityandincreasethemechanicalstrengthandelasticmodulusofHSLC,anddecreasethedryandautogenousshrinkages.Moreover,thepre-wettingofthesh

5、aleceramsitedecreasestheresistancestochlorideionspermeabilityandfreezing,butdoesnotobviouslyaffecttheresistancetosulfateattackofHSLC.Itisfoundthatthebestpre-wettingtimeis0.5hourwhentheshaleceramsitewithlowwaterabsorptionisusedforpreparingHSLC.Keywords:shaleceramsite;pre-wettingtreatment;waterabsorpt

6、ion;high-strengthlightweightconcrete(HSLC);performances高强轻集料混凝土(HSLC)具有轻质、高强、耐久、高抗震性等一系列优良性能，越来越多地被应用于大跨度桥梁、海洋结构物和高层建筑等大型工程中。HSLC一般采用低吸水率的高强陶粒1h吸水率低于5），以克服普通轻集料吸水率（较高，混凝土拌和物坍落度损失严重的弊端，以便于泵送施工1。但在HLSC施工过程中，仍会出收稿日期：2008-10-02现因轻集料吸水而造成坍落度损失，从而影响泵送和浇筑的情况。所以，在实际工程应用中，常采用对轻集料进行预湿处理的方法来改善轻集料混凝土的工作性能。该方法能较

7、好地降低轻集料混凝土的坍落度经时损失并补偿混凝土的收缩2-3，但却可能对轻集料混凝土力学性能和耐久性造成不利影响4。对于低吸水率高强陶粒而言，预湿处作者简介：李北星(1970)，男，博士，教授，从事道桥与水工混凝土材料科研与教学。第4期李北星，等：低吸水率页岩陶粒预湿处理对高强轻集料混凝土性能的影响·65·理对HSLC性能的影响如何，相关报道较少。本文选用国内较为常用的宜昌宝珠产的低吸水率高强页岩陶粒(1h吸水率低于5)，研究了其经不同预湿时间处理对HSLC混凝土工作性、强度、弹性模量、收缩和耐久性等性能的影响，以期为工程应用提供参考。11.1实验原材料实验采用湖北黄石华新

8、水泥总厂堡垒牌P·O42.5级水泥，表观密度3.15g/cm3，fc，3d=19.5MPa，fc，28d=58.2MPa。粉煤灰为武汉阳逻电厂级粉煤灰，表观密度2342kg/m3，比表面积620m2/kg；外加剂为BASFSP-CR缓凝型聚羧酸盐高效减水剂（固含量20%）和改性甲基纤维素增粘剂复合而成的泵送剂。细集料为岳阳产普通河砂，细度模数2.6，表观密度2620kg/m3，含泥量0.5%。轻集料为湖北宜昌宝珠陶粒开发有限责任公司生产的破碎型页岩陶粒，性能参数见表1。表1页岩陶粒的性能最大粒表观密度/堆积密度/筒压强2014618506.03.4径/mm（kg·m-3）（

9、kg·m-3）度/MPa5min0.5h1h24h72h剂及剩余用水量拌和2.5min成型。1.3实验方法1）工作性测试。拌和物坍落度、扩展度和压力泌水试验分别按JGJ512002轻集料混凝土技术规程、GB/T500802002普通混凝土拌合物性能测试方法标准和JC47392混凝土泵送剂进行。抗离析性能试验是根据拌和物经过一定时间振动后，分层度筒内上、下层拌和物的密度差、轻集料质量差和抗压强度差分别计算的分层度值作为抗分层离析性能指标。分层度筒规格为：直径200mm，分上、中、下3层，高度200mm，且上中下3层相互连通。2）力学性能测试。抗压强度、劈拉强度与弹性模量试验按GB/T5

10、00812002普通混凝土力学性能试验方进行。法标准3）收缩。试件尺寸为100mm×100mm×515mm，试件两端预埋铜测头，测长仪器为外径千分尺。干燥收缩试件成型后用湿布覆盖1d拆模，随后置于20±2，相对湿度为60%±5%的干燥养护室中，分别测定试件在1，3，7，14，28，60，90d龄期时的干燥收缩值。自收缩试件成型后用聚乙烯塑料薄膜包裹1d后拆模，用石蜡密封试样，然后将其置于20±2，相对湿度为60%±5%的养护室中养护，分别测定试件在1，3，7，14，21，28d龄期时的自收缩值。4）耐久性测试。混凝土氯离子扩散系数依据

11、CECS012004混凝土结构耐久性设计与施工指南附录B的氯离子扩散系数快速检测的NEL法5进行，试件尺寸100mm×100mm×50mm，试验龄期为56d。混凝土抗冻性试验按DL/T51502001水工混凝土试验规程的快冻法进行，试件尺寸100mm×100mm×400mm，试验龄期为56d，用相对动弹性模量来评价抗冻性。混凝土抗硫酸盐腐蚀性采用干湿循环快速试验方法。浸烘循环制度为：将成型混凝土试件(尺寸为100mm×100mm×100mm)在潮湿环境中静1.2混凝土配合比及成型实验用LC50等级混凝土配合比为：水泥400kg/m3，

12、粉煤灰100kg/m3，陶粒579.3kg/m3，砂662.9kg/m3，净水胶比0.29，外加剂掺量以控制各组混凝土的坍落度达到220mm±20mm为宜。对干陶粒按不同预湿时间进行预处理备用，预湿程度分为干陶粒，0.5h吸水，1h吸水，24h吸水，对应含水率为0%,3.5%，4.0%,4.0%，混凝土试样编号分别为LA0，LA0.5，LA1，LA24。预湿采用直接浸水方式，达到规定预湿时间后，滤去陶粒表面挂水，然后进行混凝土拌制。预湿陶粒混凝土拌制时，先将砂、预湿陶粒、水泥、粉煤灰干拌30s，然后加入外加剂及净用水量拌和2.5min成型。采用干陶粒的配合比，其拌和总用水量为在净用水

13、量基础上增加陶粒1h的吸水量（为干陶粒的4%），将干陶粒、砂、粉煤灰、1/2总用水量拌和1.5min，然后加入水泥、外加·66·水运工程2009年停1d拆模，移入标准养护室养护至28d，然后开始浸烘循环。试件在浓度5的Na2SO4溶液中室温下浸泡16h，取出晾干1h，然后放入80烘箱中烘干6h，再冷却1h，即完成1次周期为24h的循环，如此反复进行。每10次循环测试试件的抗压强度损失率，当抗压强度损失率达到25%时停止试验，此时的循环次数即为抗硫酸盐侵蚀等级。22.1实验结果与讨论工作性轻集料混凝土，在振捣过程中，轻集料的上浮是制约其工程应用的主要问题之一，尤其是泵送施工的

14、轻集料混凝土，流动性大，在振捣过程中更易发生分层离析。混凝土拌和物中集料分层实际上是浆体内集料的相对运动造成的，集料移动速度近似与砂浆塑性黏度成反比，与集料半径的平方和集料与浆体的密度差成正比。由图1的HSLC分层度试验结果可知，拌和物的密度分层度、轻集料质量分层度和强度分层度3个指标均随页岩陶粒预湿时间的延长而减小，即页岩陶粒的预湿处理提高了HSLC的抗离析性能。但当预湿时间超过1h后，由于选用的页岩陶粒预湿1h后基本达到其饱和吸水状态，继续延长预湿时间对抗离析性能改善并不明显，因此该页岩陶粒从分层度考虑的最佳预湿处理时间为1h。预湿处理对分层离析性能的改善主要是轻集料预湿后减小了砂浆与轻集

15、料间的密度差，有利于抑制轻集料在砂浆中的上浮。图1陶粒预湿时间对分层度的影响混凝土的泵送性能与诸多因素有关，是一个综合性能，目前尚无确切的统一评价方法。在实际施工中，往往根据坍落度来判断：坍落度越小，泵送所需要的泵送压力越高。从表2可以看出，预湿陶粒混凝土LA1与干陶粒混凝土LA0的初始坍落度基本一致，但LA1扩展度更大，并且1h后有比较大的坍落度和扩展度保留值，说明预湿陶粒混凝土的可泵性较好。此外，混凝土的可泵性还与拌和物的泌水性能有很大关系。从表2可知，两者初始坍落度基本相同的情况下，由于干陶粒在压力情况下会吸收混凝土中的水分，使LA0的压力泌水量和泌水率值明显高于LA1，即保水性和黏聚性

16、较低，这进一步说明了陶粒的预湿处理可改善轻集料混凝土的可泵性能。表2陶粒预湿处理对混凝土拌和物坍落度损失和压力泌水性能的影响试样LA0LA1初始坍落度/扩展度/mm220/520225/6001h后坍落度/扩展度/mm190/350200/5503.5MPa压力下的泌水量V10/mL116V140/mL1814泌水率S10/%2.2力学性能表3是页岩陶粒预湿时间对HSLC物理力学性循序渐进且吸水率较大(72h吸水率14.1%)的页岩陶粒，试验发现随着页岩陶粒预湿程度的增加，轻集料混凝土早期强度明显降低，后期强度变化不大。对这一结果的解释是，陶粒预湿程度的增加，降低了陶粒在新拌混凝土中的吸水能力

17、，使集料与水泥石界面区早期的显微结构密实程度逐渐降低，但其在混凝土后期的“自养护”作用得到增强，使后期集料与水泥石界面区的显微结构的密实程度逐渐提高。能的影响试验结果。与干陶粒混凝土LA0相比，陶粒的预湿处理稍微增大了混凝土的干表观密度，提高了混凝土的力学强度，对弹性模量影响不大。造成干陶粒混凝土力学强度较低的主要原因可能是其拌和物分层度更大的缘故。这一试验结果与郑秀华、张宝生的结果有所不同4,6。郑秀华、张宝生采用了吸水速率第4期李北星，等：低吸水率页岩陶粒预湿处理对高强轻集料混凝土性能的影响·67·表3陶粒预湿处理对混凝土物理力学性能的影响试样LA0LA0.5LA1LA

18、2456d氯离子扩散系数DNEL/(×10-12m2·s-1)本试验由于所选用的页岩陶粒吸水率小且吸水速率快(5min和0.5h的吸水率达到了其饱和吸水率的85%左右)，当预湿时间延长至1h和24h时，吸水率增加并不大，因此该种陶粒预湿时间的延长对其抗压、劈拉强度和弹模影响不甚明显。2.3收缩度基本相同，因此延长预湿时间对混凝土收缩影响不大。2.4耐久性陶粒预湿处理对HSLC抗冻性的影响结果如图4所示。随预湿程度增加，抗冻性降低，特别是当页岩陶粒经24h预湿处理的试样LA24，相对动弹性模量下降明显，但经250次冻融循环时，图2轻集料预湿处理对混凝土干燥收缩的影响图3轻集料

19、预湿处理对混凝土自收缩的影响三个试样的相对动弹性模量均在84%以上，说明·68·水运工程2009年都具有良好的抗冻性。由于经预湿处理的轻集料内部的部分孔隙吸水，造成“储备孔”数量减少，预湿程度越高，则减少越多，从而使得轻集料在受冻时可用作释放冰胀压力的空间减少，在一定程度上影响混凝土的抗冻性。低了SO2-4侵入的能力，另一方面又会使得缓解结晶膨胀压力的空间减少，所以综合以上有利与不利因素，延长预处理时间后，其抗硫酸盐侵蚀性能变化不大。3结论研究了预湿处理对采用吸水率小于5%的低吸水率页岩陶粒配制的HSLC的工作性、力学性能、收缩变形和耐久性的影响，得到该陶粒的最佳预湿处理时

20、间为0.5h，主要结论如下：1)预湿处理提高了HSLC的抗分层离析性能，减小了坍落度损失和压力泌水，有助于混凝土可泵性的改善，并对其抗压和劈拉强度有一定的提高作用。延长预湿处理时间，对HSLC的工作性和抗压强度、劈拉强度和弹性模量影响甚微。2)预湿处理对HSLC的自收缩和干燥收缩变形仍有较为显著的抑制作用，延长预湿时间对HSLC的收缩影响甚微。3)预湿处理对HSLC的抗氯离子渗透性和抗冻性有一定程度的不利影响，但对抗硫酸盐侵蚀性能影响不大。参考文献：1SmadiM,MigdadyE.PropertiesofhighstrengthtufflightweightaggregateconcreteJ.CementandConcreteComposites,1991,13(2):129-135.2胡曙光,王发洲,丁庆军,等.轻集料的吸水率与预处理时间对混凝土工作性的影响J.华中科技大学学报:城市科学版J.2002,19(2):1-4.3BenturA,IgarashiS,KovlerK.Preventionofautogenousshrinkageinhigh-strengthconcreteb