耐高温轻质陶粒混凝土的配合比设计及应用.pdf

2 0 1 5年 第 1 1期 (总 第 3 1 3 期 ) Nu mb e r 1 1 i n 2 0 1 5 ( T o t a l No 3 1 3 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 实用技术 PRACTI CAL TECHN0LOGY d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 5 1 1 0 4 2 耐高温轻质陶粒混凝土的配合比设计及应用 刘本刚 ( 临沂天元混凝土工程有限公司，山东 临沂 2 7 6 0 0 0 ) 摘要 ： 以具体工程为例对耐高温轻质陶粒混凝土的配合 比设计及应用进行研究 ， 通过大量试验积累数据进行分析 ， 根据陶粒 本身的物理力学性质和作为骨料成为混凝土的力学性能达到工程设计要求， 满足工程中对建筑物本身的功能性要求。 关键词 ： 耐高温混凝土；陶粒混凝土 ； 配合 比设计； 试验分析 中图分类号 ： T U 5 2 8 0 6 2 文献标志码： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 5 ) 1 卜0 1 5 7 0 3 Mi x d e s i g n a n d a p p l i c a t i on o f h i g h t e mp e r a t u r e r e s i s t a n t l i g h t we i g h t a g g r e g a t e c o n c r e t e L U Be n g a n g ( L i n y i T i a n y u a n C o n c r e t e E n g i n e e ri n g C o ， L t d ， L i n y i 2 7 6 0 0 0 ， C h i n a ) Abs t r ac t ： Ta k i ng t h e e n gi n e e rin g o f t he mi x d e s i g n a nd a pp l i c a ti o n c a s e s o f hi g h t e mpe r a t u r e r e s i s t a n t l i g ht we i g ht a g g r e g a t e c o nc r e t e， t h r o u g h a l o t o f e x p e rime n t s t o a c c u mul a t e d a t a f o r an a l ys i s， a c c o r d i n g t o t h e p h y s i c a l a n d me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f c e r a mi c i t s e l f a n d t h e me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f c on c r e t e a s a g g r e g a t e b e c o me me e t t h e e n g i n e e rin g d e s i g n r e q u i r e me n t s ， me e t t h e e n gi n e e rin g o f f u n c ti o na l r e q u i r e me n t s o f the b ui l d i n g i t s e l f Key wor ds： h i g h t e mp e r a t u r e r e s i s t a n t c o n c r e t e； c e r a ms i t e t e mpe r a t u r e c o n c r e t e； d e s i g n o f mi x p r o p o r tio n； t e s t a n a l y s i s 0 引 言 目前 ， 对陶粒混凝土的研究不像 普通混凝 土研究那么 系统和深入 ， 实际工程应用量也无 法与普通混凝 土相 比， 对其基本性能的规律性认识非常有限 ， 尤其是 陶粒混凝土 的耐高温性能 ， 是混凝土研究领域 的一个 “ 冷门” ， 也是该 研究领域一个相对薄弱的交叉点。目 前 国内轻质陶粒混凝 土应用较少 ， 但其减轻结构 自重 ， 增大其跨度能力 ； 减少裂 缝 ， 提高抗渗能力； 耐高温性能好 ； 提高 其耐久性 ， 延 长使 用寿命 ； 抗震能力好 ； 降低工程造价等一 系列 的特点 ， 使得 轻质 陶粒混凝土在各工程 中施工有 明显优势 ， 本技术配制 的陶粒混凝土不仅具有以上优点， 还在高温环境中以其良 好的耐久性能起到 了重要作用。 1 工 程 概 况 随着当前人们对混凝土的深入研究和技术水平的不断 提高 ， 为了减轻结构 自 重 、 解决普通混凝土质量大、 在高温中 易发生形变且物理性能大幅变化的缺点 ， 在很多工程中如工 业厂房、 景观平台通过设计 验算 ， 都要求应用轻质混凝土来 完成施工。 本工程是电厂粉煤灰仓 内设备隔热层施工 ， 首先 应满足混凝土强度和耐高温方面的要求 ， 并且密度设计规定 不得超过 1 5 0 0 k g m 。 因此， 研发一种既能满足轻质高强性 能在高温环境 中保持良好体积稳定性 的新 型轻质耐高温混 凝土， 成为一种解决 此类 问题的有效途径。 随着试验 的深 入， 终于成功的配制出了设计密度为1 4 5 0 k g m ， 强度等级 在 L C 2 0的轻质耐高温陶粒混凝土， 并成功应用于该工程。 2 重点难点 耐高温轻质 陶粒混凝 土在 配合 比设计 与施 工中较普 通混凝土 的难点主要有 ： ( 1 ) 陶粒混凝土的耐高温性能研究 ； ( 2 ) 陶粒混凝土的施工工艺 。 我们对陶粒混凝土在不同高温段中分别进行试验， 配 制出符合要求 的配合 比。 在陶粒施工工艺过程 中宜采用拍 板 、 刮板 、 辊子或振动抹子等 工具及时将浮在表层 的粗 陶 粒颗粒压入混凝土内。 3试 验 根据工程设计要求选用合适 的原材料 ， 研究合理 的耐 高温轻质陶粒混凝土配合 比， 并进行合理的验证试验。 3 1 材料 选用 3 1 1 陶粒 某公司产页岩陶粒 ， 技术指标见表 1 。 某公司产黏土陶粒 ， 技术指标见表 2 。 表 1 页岩陶粒的技术指标 收稿 日期： 2 0 1 5 0 2 0 5 1 57 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 2黏土陶粒的技术指标 3 1 2 细集料 选用 沂 河 中砂 ， 密 度 为 2 6 6 0 k g m ， 堆 积 密 度 为 1 4 9 0 k g m。 ，细度模数 2 8 ， 含泥量 0 6 。 3 1 3 水泥 某品牌高铝 P O 4 2 5级水泥 ， 技术指标见表 3 。 某 品牌 P O 4 2 5级水泥 ， 技术指标见表 4 。 表3水泥的技术指标 3 1 4 粉煤灰 选用邹县产优质 I 级粉煤灰 ， 密度 2 4 2 g c m ， 需水量 比 9 4 ， 烧失量为 3 2 ， 4 5 m方孔筛筛余 7 9 。 3 1 5 夕 力 口 齐 外加 剂采用某 品牌 F A C聚羧 酸盐 高效减水剂 ， 减水 率为 2 7 ， 掺量 2 0 3 0 。 如无特殊说明本方案所进行的试验均采用以上材料。 3 2试 验 试 配 为保证轻质陶粒 昆 凝土 的顺利施工 ， 本工程提出了如 下混凝土配制原则 ： ( 1 ) 昆 凝土力学性能必须满足设计要求 ， 该 条为基 本 原则须严格遵守 。 ( 2 ) 对陶粒 的耐高温性能进行试验 ， 选择合适陶粒 。 ( 3 ) 保证足够的胶凝 材料用量 ， 以确保 昆 凝 土的和易 性和黏聚性 ， 利于该混凝土的浇筑施工 。 ( 4 ) 在配合 比设计 中掺加优质高效减水剂 ， 使水胶 比 能够满足 G B T 5 0 4 7 6 ( 凝土结构耐久性设计规范 的规 定 ， 改善混凝土和易性 ， 提高混凝土流动性并且 降低坍落 度损失满足施工要求。 ( 5 ) 在试拌前 ， 将准备试拌混凝土 的每盘 陶粒材料 称 量后 ， 按 1 h吸水率计算出用水量 ， 并事先将陶粒预湿。 ( 6 ) 根据以上配制原则 ， 先对 陶粒进行耐 高温性能试 验 ， 选择合适的陶粒 ， 试验结果如表 5所示。 表 5各温度段残余简压强度 MP a 该工程设备隔热层所处的环境温度为 1 7 0 o C， 试 验数 据表面各陶粒在不同温度段 中的筒压强度值相差不大 ， 故 两种 陶粒都可选为合适材料 。 ( 7 ) 配合 比试验 陶粒确定后进行 陶粒混凝土的配合 比试验 ， 考虑到此 工程对该混凝土强度和高温性能方面有特殊要求 。 因此我 们以 P O 4 2 5 级水泥和高铝水泥及 5 3 5 to n i 页岩陶粒和 5 - 2 5 n l i n黏土陶粒进行正交试验 。 经过试验确定 ， 当陶粒粒 径为 5 - 2 5 n a n l 时砂率选取 5 0 ， 当陶粒粒径为 5 3 5 m m时 砂率选取 5 7 ， 在正交试验 中进行对比， 配合比见表 6 。 表 6 试验配合比 由以上配合 比成型的陶粒混凝土试 块在不 同温度 段 的耐高温性 能见表 7 。 试验数据表明各温度段对陶粒混凝 土的强度影响差 别不大 ， 对其工作环境温度都符合要求 。 其工作性能及其抗压强度见表 8 。 试验表明 ， 高铝 4 2 5水泥强度要优 于 P O 4 2 5级水 泥 ， 混凝土拌合物 的初始状态也能够满足要求 ， 但 高铝水 泥凝结时间快 ， 1 h后其工作性能显著变差 ， 不利于实际现 1 S 8 表 7 各 温度 段残余 强 度 MP a 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 8陶粒混凝土拌合物试验结果 场施工 ， 且高铝水泥价格高于 P 0 4 2 5级水泥 。 采用 5 2 5 m m的黏土 陶粒的混凝土抗压强度和黏聚性稍逊 于 5 3 5 m m的页岩 陶粒 ， 在 抗压强度 均能满 足要求 的条件下 ， 可优先选用 5 3 5 I n r n的页岩 陶粒。 综合以上试验结果 和经济效益方 面考 虑我们选用 配 合 比2 。 表 9选定的混凝土配合比 4施 工 工 艺 4 1 计量搅拌 陶粒 、 砂 、 水泥 、 粉煤灰 、 外加剂和水等按质量计算 ， 其 中陶粒和砂允许 计量偏差 为 2 ， 水泥 、 粉 煤灰 、 外加剂 和 水允许计量偏差为 1 。 采用强制式搅拌机 的加料顺序 ( 如图 1 ) ： 图 1加料顺 厚 4 2浇筑前 准备 ( 1 ) 轻质陶粒混凝土具有特殊 的应 用范 围， 应根据结 构形式 、 荷载大小 、 施工顺序 等相关的要求对作 业人员进 行技术交底 。 ( 2 ) 由于施工部位为 内部高低不一 ， 因此要 施工前表 好浇筑厚度 ， 以免造成层面厚度不一。 ( 3 ) 此工程为主体完 工后再 施工 ， 且 施工预 留口小 只 能采用溜槽进行混凝 土的浇筑 ， 大大增加 了施 工难度 ， 因 此要求 吊车 、 溜槽等设备 提前准备好 ， 保证浇筑 施工 的顺 利进行。 4 3混 凝 土 的 浇 筑 ( 1 ) 轻质陶粒混凝土拌合物 应采用 机械振捣成型。 振 捣时问应 以拌合物捣实和避免陶粒上浮为原则 ， 应根据拌 合物稠度 和振捣部位确定。 ( 2 ) 浇筑成型后 ， 宜采用拍板 、 刮板 、 辊子或 振动抹子 等工具及时将 浮在表层的粗陶粒颗粒压入混凝土内。 若颗 粒上浮面积较大 ， 可采用表面振动器复振 ， 使砂浆返上 ， 再 作抹面。 ( 3 ) 轻质 陶粒 混凝土 施工 部位 一般具 有 特殊性 。 因 此 ， 混凝土的浇筑应保持其连续性 。 4 4混凝土的养护 ( 1 ) 由于陶粒存在大量孔 隙， 弹性模量较低 ， 一般情况 下 ， 其收缩和徐变也较大 ， 易产生开裂 ， 所以在生产前润湿 陶粒 ， 陶粒混凝土浇筑成 型后应及时覆盖 、 洒水 、 喷雾 、 喷 养护剂或用薄膜保湿等养护措施 。 ( 2 ) 陶粒有一定 的吸水性 ， 陶粒在混凝土 内部 释放水 分对混凝土产生养护作用 ， 称作“ 内养护” ， 对陶粒混凝土 的养护起到很好地辅助作用 。 ( 3 ) 采用 自然养护时 ， 湿养护时问不应少于 1 4 d 。 4 5使 用检 查 经检查 ， 表面无变形 、 无裂缝 。 5 结 语 陶粒混凝土的隔热 、 抗冻 、 耐酸碱 、 腐蚀及热膨胀系数 低等性能 ， 在 电力建设工程 中更 能够得到广泛 的应 用 ， 而 其质轻 、 保温 、 隔热 、 隔音 的特性在 高层 、 超高层建筑及 大 跨度建筑工程施工 中具有广 阔的应用前景。 当对 陶粒混凝 土的强度及耐高温性有更 高的要 求时应考虑性能更优 异 的陶粒骨料来配制高强陶粒混凝 土 ， 必要时可掺加硅灰来 增强强度。 由于陶粒本身密度小于水 的密度 ， 在 陶粒混凝 土的浇筑中必须要考虑其坍 落度 ， 尽量减少水 的用 量 ， 振 捣过程中防止陶粒漂 浮于表 面而无 法振捣 ， 避免过振。 随 着建筑节能和资源综合利用政策的逐步落实， 建筑结构体 系的 日 新月异 ， 对可持续发展 、 生态建设 和环境保护 的轻 骨料混凝土应用 的前景越来越广 阔。 陶粒混凝土是一种 比 较理想的建筑材料 ， 具有轻质 、 保温 、 隔热 等诸多优点 ， 陶 粒密度较小 ， 能够减轻荷载 ， 具有显著地实效意义 。 参考文献 ： 1 冯乃谦 高性能混凝土I- M 北京 ： 中国建筑工业出版社 ， 1 9 9 6 2 雍本 特种混凝土配合比手册 M 成都 ： 四川科学技术出版 社 ， 2 0 0 3 E 3 3姚燕 新型高性能混凝土耐久性的研究与工程应用E M 北京 ： 中国建材工业出版社 ， 2 0 0 4 第一作者： 联 系地 址 ： 联 系电话 ： 刘本 Lj ( 1 9 7 5一 ) ， 男， 高工 ， 主要从事混凝土质量管理与 新技术研发与应用工作。 山东省临沂市河东区顺达路与紫异街交汇处( 2 7 6 0 0 0 ) 0 5 3 93 1 0 1 9 8 8 l 5 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m