高摻量粉煤灰陶粒混凝土抗壓性能研究

鄭旭，趙慶雙

（聊城大學，山東 聊城 252000）

0 引 言

隨著我國墻改政策的不斷深入和高層建筑的發展，以及加快推進住宅產業現代化，提高住宅和公共建筑質量，促使各種新型墻體材料得到了空前的發展，國家已經推廣使用節約用地、節約能源、保護環境、非粘土類型建筑材料。由于陶粒具有容重小、強度高、保溫隔熱、耐火、耐腐蝕、抗凍、抗震、節能節地、物理性能優異、施工適應性強等諸多優良性能，因而它成為了最佳的替代品。陶粒是由頁巖、粘土、泥巖、粉煤灰等為主要原料，經加工成粒或者粉磨成球，再經燒脹而成的人造輕集料。為此我們對高摻量粉煤灰陶粒混凝土進行抗壓性能研究和探討。

1 混凝土的配合比試驗

輕骨料混凝土配合比的設計較為復雜，很大程度上依賴于試驗試配和經驗積累，本次試驗參考了國內外相關書籍、文獻和我國《輕骨料混凝土技術規程》，采用松散體積法用4種輕骨料進行配合比設計，成功配制出強度等級LC15-LC55的輕骨料混凝土。

1.1 試驗材料

1.1.1 水泥

本試驗選用普通硅酸鹽水泥，其物理力學性能指標如表1所示。

普通硅酸鹽水泥的物理力學性能 表1

I級粉煤灰、II級粉煤灰的物理性能及力學性能 表2

陶粒的物理力學性能 表3

碎石篩分結果 表4

砂子的篩分結果 表5

1.1.2 粉煤灰

本試驗選用I級粉煤灰、II級粉煤灰，其基本物理性能及力學性能如表2。

1.1.3 陶粒

普通混凝土配合比 表6

A類頁巖陶粒混凝土配合比 表7

B類頁巖陶粒混凝土配合比 表8

C類粉煤灰陶粒混凝土配合比 表9

D類粉煤灰陶粒混凝土配合比 表10

本試驗的陶粒選用四種輕骨料，其物理力學性能如表3。

1.1.4 碎石

本試驗選用普通碎石，其表觀密度為2700 kg/m3，碎石的級配如表4。

1.1.5 細骨料

本試驗的細骨料選用河砂,表觀密度為2650 kg/m3，堆積密度為1500 kg/m3，細度模數2.6，篩分結果如表5。

1.1.6 拌合水

本試驗的拌合水選用試驗室自來水。

1.2 試驗設計

1.2.1 輕骨料混凝土的配合比設計

通過廣泛的查閱國內外相關書籍、文獻和我國《輕骨料混凝土技術規程》得知，輕骨料混凝土配合比設計中，水泥強度等級和用量、砂率、水灰比是三個最為重要的設計參數。

我國的輕骨料混凝土設計主要采用絕對體積法和松散體積法。本文選用松散體積法來計算輕骨料混凝土的配合比，其具體的數據信息如下。

1.2.2 普通混凝土配合比

圖1 C類粉煤灰陶粒混凝土立方體抗壓強度

圖2 D類粉煤灰陶粒混凝土立方體抗壓強度

普通混凝土的配合比設計參照《普通混凝土配合比設計規程》。其中：C30、C40混凝土配制采用32.5R水泥，II級粉煤灰；C50混凝土配制采用42.5R水泥，I級粉煤灰,其配合比如表6。

1.2.3 輕骨料混凝土配合比

按本文所選用的方法進行輕骨料混凝土配合比設計，設計均采用42.5.R水泥，I級粉煤灰。表7～10中的用水量為凈用水量，附加用水量通過陶粒的1h吸水率計算，在試驗前陶粒預濕時添加。

采用4種輕骨料配制的輕骨料混凝土配合比，如表7～表10。

1.2.4 試驗數據分析

根據現有文獻中的理論數據研究可知，輕骨料混凝土干表觀密度的大小主要取決于輕骨料的摻量(體積砂率)及輕骨料自身的表觀密度。本次試驗輕骨料混凝土的配制均取42%的體積砂率，忽略輕骨料摻量對輕骨料混凝土干表觀密度的影響。

從表7～表10可以發現，不同輕骨料配制的輕骨料混凝土，其干表觀密度有較大的差別。表8中B3的干表觀密度最大，可達1940kg/m3，其余各組輕骨料混凝土的干表觀密度均小于1900kg/m3。其中，表7中A1的干表觀密度最小，僅為1531kg/m3。

以同強度等級40MPa的混凝土來看，表6中02普通混凝土干表觀密度為2196 kg/m3，表8中B1的輕骨料混凝土干表觀密度為1777 kg/m3，相較之下，同強度等級的輕骨料混凝土比普通混凝土減重約20%。輕骨料混凝土的強度等級主要與混凝土水膠比和輕骨料自身強度有關。從表6～表10可以看出，與普通混凝土類似，輕骨料混凝土隨著水膠比的增大，強度值逐漸降低。當輕骨料的筒壓強度一定時，在一定范圍內，輕骨料混凝土的強度隨著水膠比的降低而提高，當達到一定的強度后，再降低水膠比，輕骨料混凝土的強度未有明顯增加，這是受到輕骨料自身強度的限制。所以，具有一定筒壓強度的輕骨料只適宜配制一定強度等級的輕骨料混凝土。

輕骨料混凝土的強度等級除了與水膠比有關外，還與輕骨料的筒壓強度有關。隨著輕骨料筒壓強度的提高，輕骨料混凝土的強度等級提高較為顯著。表8所用輕骨料的筒壓強度為7.6MPa；表9所用的輕骨料筒壓強度為1.6MPa，在相同水膠比0.34下配制的輕骨料混凝土B2和C4，B2的28d強度為52.4MPa，C4的28d強度為21.1MPa，這說明在一定的水膠比下，輕骨料筒壓強度對輕骨料混凝土的強度起決定性因素。

由于輕骨料的多孔性即表面的粗糙性，同表面光滑的普通骨料相比，一般需要較多的水泥漿體包裹，這使得輕骨料混凝土的水泥用量一般較大。與同強度等級的普通混凝土相比，輕骨料混凝土的水泥用量較高，水膠比偏低.輕骨料的容重往往小于水泥漿的容重，因此多數情況下，一部分輕骨料在振搗時會上浮，導致輕骨料混凝土拌合物易分層離析。

不同品種的輕骨料配制的混凝土的最佳用水量是變化的，它取決于很多條件，一般都存在一個各自的最佳用水量，配合比的確定相對復雜，需要試驗和經驗相結合。

2 粉煤灰陶粒混凝土的抗壓性能試驗

粉煤灰陶粒是以粉煤灰為主要原料，加入一定量的膠凝材料和水，經機械混合成球、高溫煅燒而成的一種多孔輕骨料。粉煤灰陶粒混凝土是以粉煤灰陶粒代替普通石子作為輕骨料的混凝土，與普通混凝土相比較，它具有輕質、高強、隔熱、保溫、耐火、耐久、抗震性等優點，被廣泛應用于高層、大跨度建筑、橋梁等，是一種值得積極推廣應用的多功能環保新型建筑材料。

由于粉煤灰陶粒混凝土的優越性能，對其力學性能的研究就尤為重要。本章以第一章所配制的粉煤灰陶粒混凝土為主要研究對象，結合了相同強度等級的普通混凝土，進行抗壓性能的研究。

2.1 試驗過程

2.1.1 試件制備

試件尺寸和每組試件數量均按混凝土試驗規范制作并養護。

2.1.2 測試方法

采用SYE-2000型試驗機。將試件安放在試壓機的下板上，試件的承壓面與成型時的頂面垂直。試件的中心應與試驗機下壓板中心對準。開動試驗機，當上壓板與試件接近時，調整球座，使接觸均衡。

加壓時，應連續而均勻地加荷，加荷速度應為：當混凝土強度等級低于C30時，取每秒0.3MPa～0.5MPa；當混凝土強度等級不低于C30時，取每秒0.5MPa～0.8MPa。當試件接近破壞而開始迅速變形時，停止調整試驗機油門，直至試件破壞。

立方體抗壓強度按下式計算：

式中:fcu——混凝土立方體試件抗壓強度(MPa)

P——破壞荷載(N)

A——為試件承壓面積(mm2)

由于試驗選用的不是標準尺寸試件，應乘以尺寸轉換系數0.95。

2.2 試驗結果及分析

2.2.1 試驗結果

粉煤灰陶粒混凝土的立方體抗壓強度試驗結果見表9及表10。粉煤灰陶粒混凝土的立方體抗壓強度比對見圖1和圖2。

2.2.2 立方體抗壓強度分析

從表9及表10可以看出，不同組別的粉煤灰陶粒混凝土28d立方體抗壓強度在18.2MPa～42.7MPa之間，按《輕骨料混凝土技術規程》中根據用途對輕骨料混凝土的劃分可知，本次試驗所配制的粉煤灰陶粒混凝土可用做結構輕骨料混凝土。

由圖1和圖2可以看出，同種粉煤灰陶粒配制的粉煤灰陶粒混凝土的立方體抗壓強度隨混凝土水膠比的減小而增大，當到達一定程度后，繼續降低水膠比，粉煤灰陶粒混凝土的強度上升幅度很小，這說明水膠比是決定粉煤灰陶粒混凝土立方體抗壓強度的關鍵因素。

C類粉煤灰陶粒的筒壓強度為1.8MPa，D類粉煤灰陶粒的筒壓強度為4.0MPa，上述兩種陶粒，以相同的體積砂率配制的粉煤灰陶粒混凝土，在相同的水膠比0.36下，28d立方體抗壓強度分別為20.2MPa和38.2MPa，這是說明粉煤灰陶粒的筒壓強度是影響粉煤灰陶粒混凝土立方體抗壓強度的重要因素。

3 總 結

本文采用4種陶粒配制了LCl5-LC55的輕骨料混凝土，并以粉煤灰陶粒混凝土為主要研究對象，結合同強度等級普通混凝土進行抗壓試驗，通過試驗得出以下結論：輕骨料混凝土強度等級主要與混凝土的水膠比和輕骨料的強度有關；在輕骨料強度一定的條件下，輕骨料混凝土的強度隨水膠比的減小而增大；在一定水膠比下，輕骨料的強度對輕骨料混凝土的強度起決定性作用；因此，配制LC40以上的輕骨料混凝土，陶粒筒壓強度要達到4.0MPa以上。

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