爐渣摻量對頁巖陶粒混凝土性能的影響

陳傳明，吳啟一，姚華彥，代義磊，劉玉亭

（1.安徽省高迪環保股份有限公司，安徽 六安 237000；2.合肥工業大學，安徽 合肥 230000；）

0 前言

隨著人類社會的高速發展，混凝土制備技術也在不斷提高。陶粒作為一種輕質材料，具有保溫隔熱性能好、隔音效果良好、抗震性能優越、耐久性好等特點成為了輕骨料混凝土的主要成分，進而減輕了混凝土自重，提高混凝土的工作性能。因此在大跨度建筑結構和超高層建筑的建設中有這較好的應用前景。

爐渣作為電廠燃燒后的廢棄物，火電廠發電產生后就堆放到規劃的堆灰場中堆放。據了解六安電廠每年產生的爐渣達5萬噸之多，堆灰場的電廠爐渣占用大量土地，揚起的灰塵還嚴重污染空氣，造成環境污染，耗費維護成本，不利于環保。爐渣具有一定的活性成分，粒徑較小，顆粒形狀呈由球形和不規則塊狀顆粒，可以很好的填充到混凝土的間隙中去。將礦渣運用到陶粒混凝土中，可以減少在混凝土制備中天然砂石的使用，從而減少對自然資源的破壞，還可以緩解工業固廢對土地資源的占用，具有很高的社會經濟價值。

本文以爐渣作為混凝土中的輕骨料，代替一部分的砂石摻入到頁巖陶粒混凝土中，摻量分別為10%、30%和50%，同時制備未摻入爐渣的頁巖陶粒混凝土作對比，通過對比3d、7d兩個齡期的性能，研究不同爐渣摻量對不同齡期的頁巖陶粒混凝土試件立方體抗壓強度和表觀密度的影響。

1 試驗原材料

水泥：銅陵海螺P.||52.5級普通硅酸鹽水泥，性能指標如表1。

水泥性能指標 表1

粉煤灰：六安電廠，細度：25%，需水量比：101%、燒失量：1.8～2.0%；

爐渣：六安電廠爐底尾渣，堆積密度：835kg/m3，粒徑小于5mm。

細骨料：天然河砂，細度模數：1.7～1.8、含泥量3%，堆積密度：1500kg/m3；

粗骨料：頁巖陶粒，碎石型，密度等級600級，粒徑 5～10mm，堆積密度 570kg/m3。

外加劑：合肥眾興ZX-||型聚羧酸減水劑（無緩凝無保坍），固含量：9.2%。

2 試驗方案設計

頁巖陶粒混凝土配合比依照《輕骨料混凝土技術規程》（JGJ 51-2002）進行配合比設計，采用松散體積法，即以給定的每立方米混凝土的粗細骨料松散總體積為基礎進行計算，經過前期大量試驗選擇合適的配合比。通過控制水膠比、粉煤灰摻量、砂率、用水量不變，保持相同體積的細骨料用量，用爐渣分別替換10%、30%和50%體積的河砂進行試驗。

由于陶粒是一種多孔結構的材料，在混凝土制備中會快速吸收水分，同時頁巖陶粒的表面與普通石子不同，會影響骨料與水泥顆粒水化后的粘結性能，因此試驗前對頁巖陶粒進行24h的吸水預處理后靜置到面干狀態再使用。按實際生產的投料順序，將細骨料、粗骨料和膠凝材料投入攪拌機均勻，再加入水和外加劑攪拌均勻。依據《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》（GB/T50080-2002）進行混凝土工作性能的測定。依據《普通混凝土力學性能試驗方法標準》（GB/T 50081-2002）采用100mm×100mm×100mm立方體試件進行混凝土立方體抗壓強度試驗。

3 試驗結果與分析

3.1 試驗結果

不同爐渣取摻量、不同齡期條件下頁巖陶粒混凝土的抗壓強度和表觀密度結果如表2。

性能測試結果 表2

3.2 表觀密度影響分析

不同礦渣摻量下頁巖陶粒混凝土表觀密度變化如圖1所示。

圖1 各礦渣摻量下頁巖陶粒混凝土的表觀密度變化

可以看出摻入了礦渣的頁巖陶粒混凝土的表觀密度比不摻入礦渣的頁巖陶粒混凝土的表觀密度要大。對比不同礦渣摻量的試件可知，礦渣的摻入可以改變頁巖陶粒混凝土的表觀密度，且摻入的礦渣越多，表觀密度越小。這主要是因為摻入了礦渣后混凝土材料的流動性得到了改善，通過人工鼓搗的混凝土試件密實度上升，從而導致摻入了礦渣的頁巖陶粒混凝土的表觀密度比不摻入的大。由于礦渣的表觀密度比河砂小，因此混凝土的表觀隨著礦渣摻量的增大有逐漸下降的趨勢。

3.3 抗壓強度影響分析

不同礦渣摻量下頁巖陶粒混凝土抗壓強度變化如圖2所示。

圖2 各礦渣摻量下頁巖陶粒混凝土的抗壓強度變化

由圖2可以看出，在礦渣摻量不大于30%的條件下，試件在3d和7d齡期下的抗壓強度呈上升的趨勢；試件齡期達到7d時，礦渣摻量為30%的試件抗壓強度比沒有摻入礦渣的試件抗壓強度提升了15%。而礦渣摻量為50%的試件抗壓強度下降了5.6%。摻入適量的礦渣對頁巖陶粒混凝土的抗壓強度有一定的提升，但當礦渣摻量超過50%時，混凝土抗壓強度呈下降趨勢。由于礦渣的摻入增強了混凝土的流動性，礦渣細小的顆粒可以填充到混凝土的孔隙之中，使得混凝土變得更加密實，試件的含氣量降低，提升了頁巖陶粒混凝土的抗壓強度。當爐渣摻量過多時，爐渣起到支撐骨架的作用，但是爐渣桶壓強度較低，所以導致混凝土強度低。

4 結論與展望

用單一變量試驗設計方法，研究了爐渣摻量對頁巖陶粒混凝土性能的影響，試驗結果表明陶粒混凝土立方體試件抗壓強度隨爐渣摻量的增多先提高后降低；陶粒混凝土土表觀密度隨爐渣摻量的增加而逐漸降低。其中礦渣摻量為30%頁巖陶粒混凝土的表觀密度為1728kg/m3，7d抗壓強度為29MPa，滿足了建筑工程上隔墻板的性能要求。若將其用于實際生產中，可有效緩解固廢堆積的問題，推進綠色生態建設，為綠色建筑的發展提供動力。