陶粒預處理方式對混凝土性能的影響研究

□□ 王翠萍，韓 濤

(山西工學院，山西 朔州 036000)

引言

陶粒混凝土由膠凝材料和輕骨料陶粒配制而成，屬于高性能輕集料混凝土的一種。它具有保溫隔熱、耐火性好、抗堿集料反應性能優異等特點，并具有“內養護”功能[1-2]，廣泛應用于高層建筑、大跨度建筑、建筑保溫、綠色屋面、大跨度橋梁主體結構、舊橋面改造等工程。陶粒內部多孔，吸水性較大，在混凝土拌合過程中影響混凝土的水灰比，使混凝土的可泵性受到影響。目前降低陶粒吸水性對混凝土拌合物性能的影響主要采用預濕、添加不同憎水劑等處理手段[3]。研究將通過對陶粒進行預處理，改善陶粒的吸水性能，使陶粒混凝土的可泵性得到保證。

1 試驗原材料及試驗方法

1.1 原材料

水泥：選擇質量穩定、活性較高的智海P·O 42.5水泥。

摻合料：太鋼二電廠的2級粉煤灰。

陶粒：來自晉中某陶粒廠，為粉煤灰燒結陶粒，表面較致密，密度見表1，顆粒級配見表2。

表1 陶粒密度 kg/m3

表2 陶粒的顆粒級配

砂子：來自忻州斗羅的河沙，含泥率為2.4%，堆積密度為1 486 kg/m3，含水率為3.2%，粒徑為中砂，顆粒分布見表3。

表3 砂的顆粒級配

憎水溶液：a.質量百分比為10%的水玻璃溶液；b.質量百分數為10%的液體石蠟。

減水劑：山西華凱偉業科技有限公司生產的聚羧酸高效減水劑。

水：自來水。

1.2 試驗方法

1.2.1 陶粒預處理

陶粒的飽水處理：取一定量的陶粒分成7份，在水中分別浸泡5 min、30 min、60 min、2 h、6 h和24 h，然后撈出晾干待用，樣品代號及對應的浸泡時間見表4。

表4 陶粒浸泡時間

陶粒的憎水處理：取一定量的陶粒分成兩份，采用浸漬處理的方法將兩份陶粒分別置于質量分數為10%的液體石蠟溶液和質量分數為10%的水玻璃溶液中浸漬10 min，取出后靜濾30 min，然后在室內自然狀態下鋪開干燥48 h即可。

1.2.2 混凝土拌合

混凝土的拌合采用機械拌合法，混凝土配合比以1 m3混凝土中各種材料的用量來表示[4-7]，見表5。

表5 C30混凝土配合比

按以上配合比備料，每次拌料10 L。

(1)預拌：拌前先對混凝土攪拌機掛漿，即用按配合比要求的水泥、水、砂、粉煤灰、陶粒，在攪拌機中攪拌，然后倒出多余砂漿。其目的是防止正式拌合時水泥漿損失影響到混凝土的配比。

(2)拌合：向攪拌機中依次加入陶粒、砂子、水泥、水、粉煤灰，開動攪拌機攪拌2～3 min。

(3)將拌合物從攪拌機中倒出，倒在拌合鋼板上，人工拌合1～2 min。

1.2.3 陶粒吸水率測定

陶粒的吸水率依據GB/T 17431.1—2010《輕集料及其試驗方法》進行測定。取干陶粒五份編號1～7，取編號2～7的陶粒分別在自來水中浸泡，浸泡時間分別為5 min、30 min、60 min、2 h、6 h、24 h，將浸泡后的陶粒取出，置于篩孔孔徑為5.0 mm的篩子上濾水1～2 min，再將其倒在擰干的濕毛巾上，用手握住毛巾兩端，使其成為槽形，讓陶粒在毛巾上來回滾動8～10次，各試樣分別稱取400 g，記為m1；然后將各組陶粒一起放入同一個烘箱中烘干至質量不再變化，取出烘干的陶粒冷卻到室溫，然后稱出各組分的質量，記為m2。陶粒的吸水率按式(1)[8]計算。

(1)

將1.2.1中采用液體石蠟和水玻璃溶液進行憎水處理后的陶粒也按照上述方法進行吸水率測定。

1.2.4 坍落度、經時坍落度和強度測定

坍落度、經時坍落度和強度測定按照GB/T 50107—2019《混凝土強度檢驗評定標準》進行。

2 結果與分析

2.1 陶粒預處理方式對陶粒吸水性的影響

將未處理陶粒、用質量分數為10%液體石蠟溶液處理過的陶粒、用質量分數10%水玻璃溶液處理過的陶粒的吸水率進行對比，結果如圖1所示。

圖1 陶粒的吸水率對比圖

由圖1可知，陶粒的吸水速率由快到慢，開始吸水速度較快，1 h吸水率有所變緩，2 h時逐漸趨于飽和，浸水時間達到6 h時陶粒吸水達到飽和狀態，之后隨著浸水時間的增加，陶粒不再吸收水分。通過普通陶粒、液體石蠟溶液處理過的陶粒以及水玻璃溶液處理過的陶粒的對比可以看出：未處理過的陶粒吸水率相對較大，水玻璃溶液處理過的陶粒吸水率有所降低，而用液體石蠟溶液處理過的陶粒吸水率為最小，與王向陽等[9]研究有機硅、表面改性預處理陶粒的吸水性能相似。

2.2 陶粒預處理對陶粒混凝土坍落度影響

坍落度是混凝土拌合物的重要性能之一[10]。陶粒輕質混凝土的經時坍落度及其損失見表6。

表6 經時坍落度及坍落度損失 mm

表6中編號1表示干陶粒混凝土；編號2表示飽水時間1 h的陶粒混凝土；編號3表示用質量分數為10%的液體石蠟溶液處理的陶粒混凝土；編號4表示用質量分數為10%的水玻璃溶液處理的陶粒的混凝土。經過憎水處理的陶粒拌合混凝土的坍落度比干陶粒拌合混凝土的高，處于可泵性良好的混凝土坍落度120～180 mm的范圍內[11]。經過液體石蠟溶液處理的陶粒拌合混凝土坍落度最高，表明液體石蠟處理效果最好。隨著靜置時間的延長，混凝土的坍落度降低非常明顯。經過液體石蠟溶液處理的陶粒拌合混凝土在靜置60 min后坍落度達到了120 mm，這表明經過處理的陶粒拌合混凝土仍具有良好的可泵性，便于建筑泵送。編號1干陶粒混凝土坍落度明顯低于其他混凝土的坍落度，干陶粒吸水率較高使混凝土的流動性大大降低，從而使混凝土的坍落度降低。

經時坍落度損失值是檢驗泵送混凝土可泵性的重要指標之一。由于陶粒在浸泡1 h左右吸水達到飽和，選取飽水1 h的組分測定經時坍落度為佳。編號1干陶粒配制混凝土坍落度損失較大，1 h坍落度只有初始坍落度的1/4，編號2飽水1 h的陶粒混凝土坍落度損失次之，而經液體石蠟和水玻璃處理過的憎水陶粒混凝土坍落度損失較小，1 h坍落度仍有初始坍落度的3/4左右。原因在于干陶粒吸水率較大，吸取水分使拌和物流動性變差，而憎水陶粒因表面孔隙被憎水劑堵塞，處于混凝土內部環境幾乎不吸水，所以坍落度損失降低。

2.3 混凝土抗壓強度

保持水灰比不變，調節混凝土的用水量使混凝土坍落度保持在220 mm，標準養護三種混凝土7 d、28 d，測其抗壓強度，結果見表7，抗壓強度的變化趨勢如圖2所示。編號1表示未處理干陶粒的混凝土；編號2～5表示飽水時間分別為5 min、30 min、1 h、24 h的陶粒的混凝土；編號6表示經水玻璃溶液處理的陶粒混凝土；編號7表示經液體石蠟溶液處理的陶粒混凝土。

圖2 抗壓強度圖

從圖2可知，憎水陶粒混凝土強度高于干陶粒混凝土，與預濕陶粒混凝土相比，憎水陶粒混凝土強度更高。雖然干陶粒吸水率較大，但它在混凝土中的吸水率變小，且只在混凝土內部局部吸水，造成混凝土水灰比偏大；預濕陶粒混凝土強度低于憎水陶粒混凝土的原因是由于陶粒的“微泵”作用[12]，原先吸附的水在混凝土成型養護過程中釋放出來，在集料與水泥漿基體間形成一層水膜，使得混凝土強度有所下降。隨著飽水時間增加，混凝土的強度降低，原因是隨著陶粒吸水時間的增加吸水量逐漸增多，吸收的水在混凝土中釋放出來，造成混凝土強度偏低。經過液體石蠟溶液處理的陶粒拌合混凝土強度比經過水玻璃溶液處理的陶粒拌合混凝土要大，可能是因為用液體石蠟溶液處理的陶粒吸水率小，所拌合混凝土強度因此增大。

3 結論

3.1 陶粒經質量分數為10%液體石蠟溶液處理和質量分數10%水玻璃溶液處理過后的陶粒吸水率較未處理的陶粒均小，且三種狀態的陶粒吸水速度由快到慢，在浸水2 h時趨于飽和，6 h時吸水達到飽和狀態。

3.2 陶粒預處理后，液體石蠟溶液處理的陶粒拌合混凝土坍落度最高，靜置60 min后坍落度可達120 mm，經時坍落度損失較小，表明液體石蠟陶粒拌合的混凝土可泵性良好，便于泵送。

3.3 采用經液體石蠟處理后的憎水陶粒和水玻璃處理后的預濕陶粒生產的混凝土，其7 d和28 d抗壓強度明顯高于干陶粒混凝土，憎水陶粒強度最大，且隨著養護時間增加，抗壓強度逐漸增加。