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骨料对工业废渣陶粒混凝土性能的影响

文档作者：华夏1，张晓冬2，杨钱荣3，江盛禹2 文档来源： 1．上海众合检测应用技术研究所有限公司 2．上海同济建设工程质量检测站材料室 3．同济大学材料科学与工程学院，		点击数：	更新时间： 2025年04月20日
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粉煤灰综合利用FLY ASH COMPREHENSrvE UTILIZATION 2016 NO．5骨料对工业废渣陶粒混凝土性能的影响 Effect of Aggregate on Properties of Ceramic Concrete with Industrial Waste Residue as Cementitious Material华夏1，张晓冬2，杨钱荣3，江盛禹2(1．上海众合检测应用技术研究所有限公司，上海200065；2．上海同济建设工程质量检测站材料室，上海200092；3．同济大学材料科学与工程学院，上海201804)摘要：研究了不同等级陶粒骨料及砂率对陶粒混凝土性能的影响。结果表明：采用800级，600级陶粒为骨料制备工业废渣陶粒混凝土，随骨料用量增加，容重降低有限，但会导致强度和比强度大幅度降低。采用较高等级骨料制备轻混凝土时，通过增加骨料用量降低容重不可取。以400级陶粒为骨料，随骨料用量增加容重有明显降低趋势，但强度变化不大。与骨料等级和用量相比，砂率对不同等级废渣陶粒混凝土的强度和容重的影响要小得多。骨料用量及砂率对废渣陶粒混凝土的软化系数影响不明显，但骨料等级的影响显著，骨料越轻、陶粒混凝土容重越小，软化系数越大。关键词：轻骨料；陶粒；工业废渣；强度；容重中图分类号：TU528．2 文献标识码：A 文章编号：1005—8249(2016)05-0025-05Hua Xial，Zhang Xiaodon92，Yang Qianron93，Jiang Shengyu2(1．Shanghai Zhonghe Institute of Application Technology of Inspection，Shanghai 200065，China；2．Shanghai Tongji Institution of Inspection on Construction Quality，Shanghai 200092，China；3．School of Materials Science and Engineering，Tongji University，Shanghai 201804)Abstract：The effects of different grades of ceramic aggregate and sand coarse aggregate ratio on the properties of ceramic aggregate concrete(CAC)were studied．The results showed that：by use of grade 800，600 ceramic aggregate for the preparation of industrial waste residue ceramicaggregate concrete(IWRCAC)，with the increase in the amount of aggregate，bulk density reduction Was not large，but the strength Was reducedsignificantly．It Was not desirable to reduce bulk density by increasing the aggregate amount of lightweight concrete with high grade aggregate．By useof grade 400 ceramic aggregate，with the increase of the aggregate amount，bulk density had a significant reduction，but the strength changed little．The effect of sand coarse aggregate ratio on strength and bulk density of 1WRCAC was much smaller than that of aggregate grade and amount．Theeffect of aggregate consumption and sand coarse aggregate ratio on the softening coefficient of IWRCAC Was not obvious，but the influence ofaggregate grade Was si则eant．The lighter the aggregate Was and the smaler the bulk density of aggregate concrete，the greater the softeningcoefflcient was．Key Words：lightweight aggregate；ceramic aggregate concrete；industrial waste residue；strength；bulk density陶粒混凝土具有轻质、造价低、高抗震性、高抗裂性、高耐久性、高耐火性、保温隔热等特点。陶粒混凝土应用于建筑工程中在满足强度及其它性能要求的同‘基金项目：“+二五”国家科技支撑计划项目(2012BAJ20802)第一作者：华夏(1966-)，女，工程师，主要从事建筑材料科研与检测工作。通讯作者：杨钱荣(1965～l男，工学博士，副研究员，博导。主要从事工业废渣资源化利用及新型建材研究工作。E—mail：qryang@tongji．edU。ca收稿13期：2016—03—17时可大幅度减轻结构物的自重，这一特性使轻骨料混凝土有非常重要的应用价值。近年来，工业废渣的综合利用技术得到了长足的进步，粉煤灰、矿渣粉在建设领域得到了广泛的应用，但钢渣的利用率还很低，钢渣的化学成分与水泥熟料相似，化学成分以CaO和SiO：为主，但其矿物结晶致密、晶粒较大，水化速度缓慢，是一种具有潜在活性的胶结材料，通过胶凝材料组成、激发剂和养护制度的优化可制备出全废渣胶凝材料…。以工业废渣作为胶·25·万方数据2016 NO．5粉煤灰综合利用FLY ASH COM【PREHENSI、，】E 17TⅡ．IZATIoN凝材料、陶粒作为轻骨料，采用引气和保塑技术，使之具有较好的流动性、粘聚性和保水性，得到自重轻、保温隔热性能好、强度较高的陶粒混凝土也是可行的‘2l。在轻骨料混凝土中，骨料是混凝土的重要组分之一，通常占混凝土质量的75％左右，因此骨料的性质对混凝土的力学行为具有较大的影响。在轻骨料混凝土中浆体与骨料之间性能存在很大差别，导致采用不同品种骨料的轻混凝土的性能差异很大。由于陶粒品种不同，对配制的轻骨料混凝土力学性能和耐久陛能将会产生影响，其影响规律如何尚不清楚。对于普通混凝土，骨料强度通常大于水泥石强度，骨料与水泥石的界面区是普通混凝土中的最薄弱环节。而对于轻骨料混凝土，由于骨料强度较低，因此轻骨料混凝土往往产生骨料破坏，即骨料强度是混凝土强度的决定因素"1。本文采用工业废渣为胶凝材料，研究不同密度等级陶粒对轻骨料混凝土性能的影响，以明确不同等级的陶粒骨料及砂率对轻骨料混凝土性能的影响，可为轻骨料混凝土的设计和应用提供参考。1原材料及测试方法1．1原材料(1)钢渣粉：比表面积394m2／kg，密度为4．5309／em3；钢渣的化学成分和活性指标见表1、表2。表1钢渣的化学成分 ／％Si02 CaO A1203 MsO F％03 MnO Ti02 K20 Na20 f-CaO∑13．43 42．68 2．78 7．08 25．50 2．01 0．88 0．05 0．05 5．62 94．5表2钢渣粉的活性指标(2)矿粉：比表面积400m2／kg，密度为4．1399／cm3；矿粉化学成分和活性指数见表3、表4。表3矿粉的化学成分Si02 CaO A1203 MsO Fe203 MnO Ti02 K20 Na20 f-CaO∑33．76 36．75 15．69 10．18 0．48 0．58 1．23 0．40 0．32 —99．4表4矿粉的活性指数·26·(3)细骨料：粒径0～3ram，由800级粉煤灰陶粒破碎筛分得到；(4)粗骨料：400级、600级及800级粉煤灰陶粒；400级、600级及800级陶粒的堆积密度分别为350kg／m3，535kg／m3，852kg／in3；(5)水玻璃：硅酸钠，模数2．03；(6)引气剂：SJ-2三萜皂甙引气剂；(7)水：自来水。1．2配合比与试验方法1．2．1配合比选用800，600及400级的陶粒测试工业废渣陶粒混凝土的性能，其中矿粉、钢渣粉、水玻璃及引气剂掺量由前期优化试验得到，配合比见表4，在50℃下蒸养2d后测试性能。表5工业废渣陶粒混凝土配合比1．2．2试验方法钢渣、矿粉比表面积按GB／T18046-2000(用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》进行；比重按普通方法使用比重瓶进行，比表面积采用DBT-127型勃氏透气仪测量。钢渣、矿粉活性指数参照GBl956-2005((用于水泥和混凝土中的粉煤灰》中活性指数测试方法进行。混凝土力学性能：抗压强度参照GB／T50081-2002{普通混凝土力学性能试验方法》进行。试件尺寸为70mmx70mmx70mm。软化系数测试按JGJ51—2002《轻骨料混凝土技术规程》进行。2试验结果及讨论2．1 800级陶粒测试了以不同骨胶比和砂率，以800级陶粒为粗骨料的混凝土的强度．干容重和软化系数测试结果见图1、图2。}；}llOO0OO一0O0OOmmmmm—mmmm矾矾矾矾仉一盯盯酊酊卯 加加∞加加一加加加加加 如如如如如一如如如∞如 mOOOOO一0OOO∞∞∞弱稻一∞∞∞撕筋 0OOO0O一0O0O如∞如∞∞～如∞如∞∞ Ol2222一l2222万方数据粉煤灰综合利用FLY ASH COM【PREHENSI、咂I，TⅡJZA．110N 2016 N0．52．1．1骨胶比(a)强度l们"们莲心nlO(b)容重(c)比强度 (d)软化系数图1骨胶比对工业废渣陶粒混凝土性能的影响(800级陶粒)由图1可看出，随骨胶比增大，陶粒混凝土的抗压强度呈降低趋势。当骨胶比较小时，混凝土中浆体含量较高，与骨料之间的粘结作用增强，使得骨料被充分包裹，因而试块的强度较大，当骨胶比为1．5时，强度可达12．5MPa，随骨料用量增加，浆体含量减少，浆体与骨料界面数量增加，在骨料强度不太低的情况下，以废渣为胶凝材料的浆体与骨料界面可能是最薄弱的环节，尤其当混凝土拌合物匀质性较差时，浆体与骨料的粘结性能较差，导致混凝土的强度降低，从图1可知，当骨胶比增加至2．0和2．5时，陶粒混凝土的强度分别为8．3MPa、7．9MPa，较骨胶比为1．5时分别降低了33．6％和36．8％。随着陶粒掺量增加，容重有所降低，但不显著。骨胶比为1．5、2．0和2．5时，比强度分别为938m，631m和608m，因而随骨料用量的增加，相对于容重的降低，强度下降更为明显。同样的，随骨胶比增大，陶粒混凝土的软化系数有所降低，骨胶比从1．5增加至2．5时，软化系数从0．64降低至0．54。因此，对于工业废渣的陶粒混凝土，采用800级陶粒骨料时，通过增加骨料用量降低容重并不可取，可能会导致其力学性能和物理性能较大幅度的降低。2．1．2砂率从图2可看到，随砂率增大，陶粒混凝土的强度、容重以及比强度都呈现先增后减的趋势，当砂率为0．4时，强度和比强度较高，随砂率增大，陶粒混凝土的软化系数有所提高。与图1相比较，砂率对陶粒混凝土力学性能及容重的影响比骨胶比的影响要小得多。(a)强度 (b)容重(C)比强度 (d)软化系数图2砂率对工业废渣陶粒混凝土性能的影响(800级陶粒)2．2 600级陶粒测试了以不同骨胶比和砂率、以600级陶粒为粗骨料的混凝土的强度、干容重和软化系数，测试结果见图3、图4。2．2．1骨胶比(a)强度 (b)容重(c)比强度 (d)软化系数图3骨胶比对工业废渣陶粒混凝土性能的影响(600级陶粒)从图3可看到，随骨胶比增大，陶粒混凝土的强度大幅度降低，当骨胶比从1．5增加至2．0和2．5时，强度从9．7MPa，分别降低至5．4MPa和3．9MPa，而容重·27·¨n式、宅：。硼蛐姗蛐蛐蛐姗蛳釉，．，I，I，■■ ¨n∞虱矾‰：。ii瑚茹嚣嚣。 粕蛳嘲瑚啪跏枷那拼蛳o点越■蓝蛐蛐姗蚺蛐蛐蛐蛳m—I．穹■■。∞¨们—}’l}—弘¨毗u。Mn∞。．6．：o蛳啪舶啪啪mm抛蛳。置_I，誓■III，薯■蓝万方数据2016 No．5粉煤灰综合利用FLY ASH COM呼’REHENSⅣE UTⅡ，IZA’nON降低很有限，因而比强度也呈大幅降低的趋势。此规律与采用800级陶粒为骨料的轻混凝土相似。采用600级陶粒的轻混凝土的软化系数相对较大，均大于0．8，且随骨料用量增加，陶粒混凝土的软化系数还有所增加。2．2．2砂率(a)强度1∞¨蓑∞毗O(b)容重(c)比强厦 (d)软化系数图4砂率对工业废渣陶粒混凝土性能的影响(600级陶粒J从图4可看到，随砂率增大，陶粒混凝土的强度变化不大，容重有所增加，因而比强度有所降低，软化系数可保持在0．8以上。2．3 400级陶粒测试了以不同骨胶比和砂率以400级陶粒为粗骨料的混凝土的强度，干容重和软化系数测试结果见图5、图6。2．3．1骨胶比从图5可看出，采用400级陶粒为粗骨料的轻混凝土强度较低，为5．3MPa左右，骨料对强度的影响与采用800级和600级陶粒的混凝土有明显不同，随骨胶比增加，陶粒混凝土的强度变化很小，容重则呈降低趋势，因而比强度呈增加趋势。相对于浆体的强度，400级陶粒强度要低得多，因此此时陶粒混凝土中最薄弱的环节是骨料本身，试验中也发现陶粒混凝土受压破坏也主要出现在骨料中。由于本文试验中采用质量比制备陶粒混凝土，在相同骨胶比下，当采用400级陶粒的混凝土中骨料的所占体积相对采用800级、600级陶粒骨料的混凝土要大得多，使得混凝土的整体容-28．重较小，强度较低，且在此情况下陶粒混凝土的强度更多地受控于骨料本身强度，对骨料的用量并不敏感。(a)强度l0．9¨n7嚣∞¨O(b)容重(c)比强度 (d)软化系数图5骨胶比对工业废渣陶粒混凝土性能的影响1400级陶粒)2．3．2砂率(a)强度l"”毖岫姒O(b)容重(c)比强度 (d)软化系数图6砂率对工业废渣陶粒混凝土性能的影响(400级陶粒)从图6砂率对400级陶粒为骨料的混凝土性能的影响来看，砂率对陶粒混凝土强度的影响甚微，而容重的影响也不大，当砂率为0．40时容重略大，有可能在此砂率下胶凝材料浆体较好地填充陶粒空隙中，形成的结构较密实。从软化系数的来看，随砂率增大，陶粒混凝土的软化系数有所增加，软化系数均大于0．85。蛳舯姗舯姗姗姗蛳蛳一‘．，|{一■Mn舢86．：o哪蛳哪瑚啪啪棚mm枷。置生意■●点毯纂譬帅蛳蛳种鳓蛳舢m抛mo●-．-，村一：H=椭嚣毪：Mn∞垂‰_．：。鼢蛳蛳瑚啪蛳枷狮mmo，I-．，蕾■譬万方数据粉煤灰综合利用FLY ASH COM咿REHENSIVE UTⅡ。IZATION 2016 NO．53结论(1)采用800级，600级陶粒为骨料制备工业废渣轻混凝土，随骨料用量增加，容重降低有限，但会导致强度和比强度大幅度降低。采用较高等级骨料制备轻混凝土时，通过增加骨料用量降低容重不可取。以400级陶粒为骨料，随骨料用量增加容重有明显降低趋势，但强度变化不大。(2)骨料等级及用量应与配制的废渣陶粒混凝土设计强度和容重相匹配，强度较高的废渣陶粒轻混凝土应选用较高等级的骨料且骨料用量不宜过大，强度较低的轻混凝土则可通过增大低密度陶粒用量降低容重来提高其比强度。(3)与骨料等级和用量相比，砂率对不同等级废渣陶粒混凝土的强度和容重的影响要小得多。(4)骨料用量及砂率对废渣陶粒混凝土的软化系数影响不明显，但骨料等级对轻混凝土的软化系数影响显著，骨料越轻、陶粒混凝土容重越小，软化系数越大。参考文献[1]吴伟伟，利用碳化改性处理制备低收缩钢渣混凝土制品[D]，同济大学，2010．[2]绿色自保温陶粒混凝土研究[R]，同济大学研究报告，2012．[3] 叶列平，孙海林，陆新征等．高强轻骨料混凝土结构一性能、分析与计算[M]．北京：科学技术出版社，2009．(上接第24页)表1l 新拌胶砂气泡结构与流动度关系定量模型预测最小值最大值平均值0．478．424．373结论通过大量的胶砂试验，测得掺加不同引气剂的胶砂流动度和分级含气量，基于多元线性回归分析，我们得到胶砂3d气泡结构与其流动度的定量关系模型如下：L=Lo。(1．1+0．9P叭600“。+1．1P600～1200pm--7．7P1200～1600“。)其中，L表示流动度，L。表示基准流动度，即未掺加外加剂的胶砂流动度，Pa-b。表示孔径范围为a—b斗m的含气量，模型的回归系数为R=O．930。F检验显示胶砂气泡结构与其流动度存在显著的线性关系。模型预测数据误差平均值仅为8．2mm，模型精确度很高。参考文献[1] 赵铁军．混凝土渗透性．科学出版社，2006：29-31．[2]T．S．Nagaj，B．Zahida．Generalization ofAbrmas’law，C．C．R，1996，6：933—942．[3] 周志朝等．无机材料显微结构分析．杭州：浙江大学出版社．1993．323—325．[4] 代明，柯国军，张春雨．浅谈引气剂在混凝土中的应用．工程建设，2007，39(2)：22-25．[5] 周志朝等．无机材料显微结构分析．杭州：浙江大学出版社．1993．323—325．[6] 吴中伟，混凝土科学技术近期发展方向的探讨．硅酸盐学报，1979，3，pp262—270．[7]刘娟，吴科如，张东．图像分析技术在混凝土断裂面研究中的应用，混凝土与水泥制品[J]，1999．4．2：6-9．[8] Md．A．I．Laska．et．Some aspect of evaluation of coneretet throughmercury intrusion porosimetry．Cement and Conerete Rsearch，P一93／105，V01．27，1997．[9] K．Newman．Concrete systems，in：L．Holliday(Ed．)，CompositeMaterials，Elsevier，USA，1966，336—452．[10] 郁可，张永胜．基于定量体视学的颗粒群特征分析．中国粉体技术，1999，5(4)：19—22．·29·

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