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骨料對工業(yè)廢渣陶粒混凝土性能的影響

文檔作者：華夏1，張曉冬2，楊錢榮3，江盛禹2 文檔來源： 1．上海眾合檢測應(yīng)用技術(shù)研究所有限公司 2．上海同濟建設(shè)工程質(zhì)量檢測站材料室 3．同濟大學材料科學與工程學院，		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年04月20日
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粉煤灰綜合利用FLY ASH COMPREHENSrvE UTILIZATION 2016 NO．5骨料對工業(yè)廢渣陶粒混凝土性能的影響 Effect of Aggregate on Properties of Ceramic Concrete with Industrial Waste Residue as Cementitious Material華夏1，張曉冬2，楊錢榮3，江盛禹2(1．上海眾合檢測應(yīng)用技術(shù)研究所有限公司，上海200065；2．上海同濟建設(shè)工程質(zhì)量檢測站材料室，上海200092；3．同濟大學材料科學與工程學院，上海201804)摘要：研究了不同等級陶粒骨料及砂率對陶粒混凝土性能的影響。結(jié)果表明：采用800級，600級陶粒為骨料制備工業(yè)廢渣陶粒混凝土，隨骨料用量增加，容重降低有限，但會導致強度和比強度大幅度降低。采用較高等級骨料制備輕混凝土時，通過增加骨料用量降低容重不可取。以400級陶粒為骨料，隨骨料用量增加容重有明顯降低趨勢，但強度變化不大。與骨料等級和用量相比，砂率對不同等級廢渣陶粒混凝土的強度和容重的影響要小得多。骨料用量及砂率對廢渣陶粒混凝土的軟化系數(shù)影響不明顯，但骨料等級的影響顯著，骨料越輕、陶粒混凝土容重越小，軟化系數(shù)越大。關(guān)鍵詞：輕骨料；陶粒；工業(yè)廢渣；強度；容重中圖分類號：TU528．2 文獻標識碼：A 文章編號：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則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陶粒混凝土具有輕質(zhì)、造價低、高抗震性、高抗裂性、高耐久性、高耐火性、保溫隔熱等特點。陶粒混凝土應(yīng)用于建筑工程中在滿足強度及其它性能要求的同‘基金項目：“+二五”國家科技支撐計劃項目(2012BAJ20802)第一作者：華夏(1966-)，女，工程師，主要從事建筑材料科研與檢測工作。通訊作者：楊錢榮(1965～l男，工學博士，副研究員，博導。主要從事工業(yè)廢渣資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時可大幅度減輕結(jié)構(gòu)物的自重，這一特性使輕骨料混凝土有非常重要的應(yīng)用價值。近年來，工業(yè)廢渣的綜合利用技術(shù)得到了長足的進步，粉煤灰、礦渣粉在建設(shè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，但鋼渣的利用率還很低，鋼渣的化學成分與水泥熟料相似，化學成分以CaO和SiO：為主，但其礦物結(jié)晶致密、晶粒較大，水化速度緩慢，是一種具有潛在活性的膠結(jié)材料，通過膠凝材料組成、激發(fā)劑和養(yǎng)護制度的優(yōu)化可制備出全廢渣膠凝材料…。以工業(yè)廢渣作為膠·25·萬方數(shù)據(jù)2016 NO．5粉煤灰綜合利用FLY ASH COM【PREHENSI、，】E 17TⅡ．IZATIoN凝材料、陶粒作為輕骨料，采用引氣和保塑技術(shù)，使之具有較好的流動性、粘聚性和保水性，得到自重輕、保溫隔熱性能好、強度較高的陶粒混凝土也是可行的‘2l。在輕骨料混凝土中，骨料是混凝土的重要組分之一，通常占混凝土質(zhì)量的75％左右，因此骨料的性質(zhì)對混凝土的力學行為具有較大的影響。在輕骨料混凝土中漿體與骨料之間性能存在很大差別，導致采用不同品種骨料的輕混凝土的性能差異很大。由于陶粒品種不同，對配制的輕骨料混凝土力學性能和耐久陛能將會產(chǎn)生影響，其影響規(guī)律如何尚不清楚。對于普通混凝土，骨料強度通常大于水泥石強度，骨料與水泥石的界面區(qū)是普通混凝土中的最薄弱環(huán)節(jié)。而對于輕骨料混凝土，由于骨料強度較低，因此輕骨料混凝土往往產(chǎn)生骨料破壞，即骨料強度是混凝土強度的決定因素"1。本文采用工業(yè)廢渣為膠凝材料，研究不同密度等級陶粒對輕骨料混凝土性能的影響，以明確不同等級的陶粒骨料及砂率對輕骨料混凝土性能的影響，可為輕骨料混凝土的設(shè)計和應(yīng)用提供參考。1原材料及測試方法1．1原材料(1)鋼渣粉：比表面積394m2／kg，密度為4．5309／em3；鋼渣的化學成分和活性指標見表1、表2。表1鋼渣的化學成分 ／％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鋼渣粉的活性指標(2)礦粉：比表面積400m2／kg，密度為4．1399／cm3；礦粉化學成分和活性指數(shù)見表3、表4。表3礦粉的化學成分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礦粉的活性指數(shù)·26·(3)細骨料：粒徑0～3ram，由800級粉煤灰陶粒破碎篩分得到；(4)粗骨料：400級、600級及800級粉煤灰陶粒；400級、600級及800級陶粒的堆積密度分別為350kg／m3，535kg／m3，852kg／in3；(5)水玻璃：硅酸鈉，模數(shù)2．03；(6)引氣劑：SJ-2三萜皂甙引氣劑；(7)水：自來水。1．2配合比與試驗方法1．2．1配合比選用800，600及400級的陶粒測試工業(yè)廢渣陶粒混凝土的性能，其中礦粉、鋼渣粉、水玻璃及引氣劑摻量由前期優(yōu)化試驗得到，配合比見表4，在50℃下蒸養(yǎng)2d后測試性能。表5工業(yè)廢渣陶粒混凝土配合比1．2．2試驗方法鋼渣、礦粉比表面積按GB／T18046-2000(用于水泥和混凝土中的粒化高爐礦渣粉》進行；比重按普通方法使用比重瓶進行，比表面積采用DBT-127型勃氏透氣儀測量。鋼渣、礦粉活性指數(shù)參照GBl956-2005((用于水泥和混凝土中的粉煤灰》中活性指數(shù)測試方法進行。混凝土力學性能：抗壓強度參照GB／T50081-2002{普通混凝土力學性能試驗方法》進行。試件尺寸為70mmx70mmx70mm。軟化系數(shù)測試按JGJ51—2002《輕骨料混凝土技術(shù)規(guī)程》進行。2試驗結(jié)果及討論2．1 800級陶粒測試了以不同骨膠比和砂率，以800級陶粒為粗骨料的混凝土的強度．干容重和軟化系數(shù)測試結(jié)果見圖1、圖2。}；}llOO0OO一0O0OOmmmmm—mmmm礬礬礬礬仉一盯盯酊酊卯 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l2222萬方數(shù)據(jù)粉煤灰綜合利用FLY ASH COM【PREHENSI、咂I，TⅡJZA．110N 2016 N0．52．1．1骨膠比(a)強度l們"們蓮心nlO(b)容重(c)比強度 (d)軟化系數(shù)圖1骨膠比對工業(yè)廢渣陶粒混凝土性能的影響(800級陶粒)由圖1可看出，隨骨膠比增大，陶粒混凝土的抗壓強度呈降低趨勢。當骨膠比較小時，混凝土中漿體含量較高，與骨料之間的粘結(jié)作用增強，使得骨料被充分包裹，因而試塊的強度較大，當骨膠比為1．5時，強度可達12．5MPa，隨骨料用量增加，漿體含量減少，漿體與骨料界面數(shù)量增加，在骨料強度不太低的情況下，以廢渣為膠凝材料的漿體與骨料界面可能是最薄弱的環(huán)節(jié)，尤其當混凝土拌合物勻質(zhì)性較差時，漿體與骨料的粘結(jié)性能較差，導致混凝土的強度降低，從圖1可知，當骨膠比增加至2．0和2．5時，陶粒混凝土的強度分別為8．3MPa、7．9MPa，較骨膠比為1．5時分別降低了33．6％和36．8％。隨著陶粒摻量增加，容重有所降低，但不顯著。骨膠比為1．5、2．0和2．5時，比強度分別為938m，631m和608m，因而隨骨料用量的增加，相對于容重的降低，強度下降更為明顯。同樣的，隨骨膠比增大，陶粒混凝土的軟化系數(shù)有所降低，骨膠比從1．5增加至2．5時，軟化系數(shù)從0．64降低至0．54。因此，對于工業(yè)廢渣的陶粒混凝土，采用800級陶粒骨料時，通過增加骨料用量降低容重并不可取，可能會導致其力學性能和物理性能較大幅度的降低。2．1．2砂率從圖2可看到，隨砂率增大，陶粒混凝土的強度、容重以及比強度都呈現(xiàn)先增后減的趨勢，當砂率為0．4時，強度和比強度較高，隨砂率增大，陶粒混凝土的軟化系數(shù)有所提高。與圖1相比較，砂率對陶粒混凝土力學性能及容重的影響比骨膠比的影響要小得多。(a)強度 (b)容重(C)比強度 (d)軟化系數(shù)圖2砂率對工業(yè)廢渣陶粒混凝土性能的影響(800級陶粒)2．2 600級陶粒測試了以不同骨膠比和砂率、以600級陶粒為粗骨料的混凝土的強度、干容重和軟化系數(shù)，測試結(jié)果見圖3、圖4。2．2．1骨膠比(a)強度 (b)容重(c)比強度 (d)軟化系數(shù)圖3骨膠比對工業(yè)廢渣陶粒混凝土性能的影響(600級陶粒)從圖3可看到，隨骨膠比增大，陶粒混凝土的強度大幅度降低，當骨膠比從1．5增加至2．0和2．5時，強度從9．7MPa，分別降低至5．4MPa和3．9MPa，而容重·27·¨n式、宅：。硼蛐姍蛐蛐蛐姍螄釉，．，I，I，■■ ¨n∞虱礬‰：。ii瑚茹囂囂。 粕螄嘲瑚啪跏枷那拼螄o點越■藍蛐蛐姍蚺蛐蛐蛐螄m—I．穹■■。∞¨們—}’l}—弘¨毗u。Mn∞。．6．：o螄啪舶啪啪mm拋螄。置_I，誓■III，薯■藍萬方數(shù)據(jù)2016 No．5粉煤灰綜合利用FLY ASH COM呼’REHENSⅣE UTⅡ，IZA’nON降低很有限，因而比強度也呈大幅降低的趨勢。此規(guī)律與采用800級陶粒為骨料的輕混凝土相似。采用600級陶粒的輕混凝土的軟化系數(shù)相對較大，均大于0．8，且隨骨料用量增加，陶粒混凝土的軟化系數(shù)還有所增加。2．2．2砂率(a)強度1∞¨蓑∞毗O(b)容重(c)比強廈 (d)軟化系數(shù)圖4砂率對工業(yè)廢渣陶粒混凝土性能的影響(600級陶粒J從圖4可看到，隨砂率增大，陶粒混凝土的強度變化不大，容重有所增加，因而比強度有所降低，軟化系數(shù)可保持在0．8以上。2．3 400級陶粒測試了以不同骨膠比和砂率以400級陶粒為粗骨料的混凝土的強度，干容重和軟化系數(shù)測試結(jié)果見圖5、圖6。2．3．1骨膠比從圖5可看出，采用400級陶粒為粗骨料的輕混凝土強度較低，為5．3MPa左右，骨料對強度的影響與采用800級和600級陶粒的混凝土有明顯不同，隨骨膠比增加，陶粒混凝土的強度變化很小，容重則呈降低趨勢，因而比強度呈增加趨勢。相對于漿體的強度，400級陶粒強度要低得多，因此此時陶粒混凝土中最薄弱的環(huán)節(jié)是骨料本身，試驗中也發(fā)現(xiàn)陶粒混凝土受壓破壞也主要出現(xiàn)在骨料中。由于本文試驗中采用質(zhì)量比制備陶粒混凝土，在相同骨膠比下，當采用400級陶粒的混凝土中骨料的所占體積相對采用800級、600級陶粒骨料的混凝土要大得多，使得混凝土的整體容-28．重較小，強度較低，且在此情況下陶粒混凝土的強度更多地受控于骨料本身強度，對骨料的用量并不敏感。(a)強度l0．9¨n7囂∞¨O(b)容重(c)比強度 (d)軟化系數(shù)圖5骨膠比對工業(yè)廢渣陶粒混凝土性能的影響1400級陶粒)2．3．2砂率(a)強度l"”毖岫姒O(b)容重(c)比強度 (d)軟化系數(shù)圖6砂率對工業(yè)廢渣陶粒混凝土性能的影響(400級陶粒)從圖6砂率對400級陶粒為骨料的混凝土性能的影響來看，砂率對陶粒混凝土強度的影響甚微，而容重的影響也不大，當砂率為0．40時容重略大，有可能在此砂率下膠凝材料漿體較好地填充陶粒空隙中，形成的結(jié)構(gòu)較密實。從軟化系數(shù)的來看，隨砂率增大，陶粒混凝土的軟化系數(shù)有所增加，軟化系數(shù)均大于0．85。螄舯姍舯姍姍姍螄螄一‘．，|{一■Mn舢86．：o哪螄哪瑚啪啪棚mm枷。置生意■●點毯纂譬帥螄螄種鰳螄舢m拋mo●-．-，村一：H=橢囂毪：Mn∞垂‰_．：。鼢螄螄瑚啪螄枷獅mmo，I-．，蕾■譬萬方數(shù)據(jù)粉煤灰綜合利用FLY ASH COM咿REHENSIVE UTⅡ。IZATION 2016 NO．53結(jié)論(1)采用800級，600級陶粒為骨料制備工業(yè)廢渣輕混凝土，隨骨料用量增加，容重降低有限，但會導致強度和比強度大幅度降低。采用較高等級骨料制備輕混凝土時，通過增加骨料用量降低容重不可取。以400級陶粒為骨料，隨骨料用量增加容重有明顯降低趨勢，但強度變化不大。(2)骨料等級及用量應(yīng)與配制的廢渣陶粒混凝土設(shè)計強度和容重相匹配，強度較高的廢渣陶粒輕混凝土應(yīng)選用較高等級的骨料且骨料用量不宜過大，強度較低的輕混凝土則可通過增大低密度陶粒用量降低容重來提高其比強度。(3)與骨料等級和用量相比，砂率對不同等級廢渣陶粒混凝土的強度和容重的影響要小得多。(4)骨料用量及砂率對廢渣陶粒混凝土的軟化系數(shù)影響不明顯，但骨料等級對輕混凝土的軟化系數(shù)影響顯著，骨料越輕、陶粒混凝土容重越小，軟化系數(shù)越大。參考文獻[1]吳偉偉，利用碳化改性處理制備低收縮鋼渣混凝土制品[D]，同濟大學，2010．[2]綠色自保溫陶粒混凝土研究[R]，同濟大學研究報告，2012．[3] 葉列平，孫海林，陸新征等．高強輕骨料混凝土結(jié)構(gòu)一性能、分析與計算[M]．北京：科學技術(shù)出版社，2009．(上接第24頁)表1l 新拌膠砂氣泡結(jié)構(gòu)與流動度關(guān)系定量模型預測最小值最大值平均值0．478．424．373結(jié)論通過大量的膠砂試驗，測得摻加不同引氣劑的膠砂流動度和分級含氣量，基于多元線性回歸分析，我們得到膠砂3d氣泡結(jié)構(gòu)與其流動度的定量關(guān)系模型如下：L=Lo。(1．1+0．9P叭600“。+1．1P600～1200pm--7．7P1200～1600“。)其中，L表示流動度，L。表示基準流動度，即未摻加外加劑的膠砂流動度，Pa-b。表示孔徑范圍為a—b斗m的含氣量，模型的回歸系數(shù)為R=O．930。F檢驗顯示膠砂氣泡結(jié)構(gòu)與其流動度存在顯著的線性關(guān)系。模型預測數(shù)據(jù)誤差平均值僅為8．2mm，模型精確度很高。參考文獻[1] 趙鐵軍．混凝土滲透性．科學出版社，2006：29-31．[2]T．S．Nagaj，B．Zahida．Generalization ofAbrmas’law，C．C．R，1996，6：933—942．[3] 周志朝等．無機材料顯微結(jié)構(gòu)分析．杭州：浙江大學出版社．1993．323—325．[4] 代明，柯國軍，張春雨．淺談引氣劑在混凝土中的應(yīng)用．工程建設(shè)，2007，39(2)：22-25．[5] 周志朝等．無機材料顯微結(jié)構(gòu)分析．杭州：浙江大學出版社．1993．323—325．[6] 吳中偉，混凝土科學技術(shù)近期發(fā)展方向的探討．硅酸鹽學報，1979，3，pp262—270．[7]劉娟，吳科如，張東．圖像分析技術(shù)在混凝土斷裂面研究中的應(yīng)用，混凝土與水泥制品[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，張永勝．基于定量體視學的顆粒群特征分析．中國粉體技術(shù)，1999，5(4)：19—22．·29·

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