应用高密实配合比方法制备淡化海砂陶粒混凝土.pdf

2 0 1 1年 第 7期 (总 第 2 6 1期 ) N u mb e r 7 i n 2 0 1 1 ( T o t a l No 2 6 1 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 实用技术 P RACTI CAL TECHNOLOGY d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 1 0 7 0 4 6 应用高密实配合比方法制备淡化海砂陶粒混凝土 李明利，童昀，杨顺荣 ( 厦 门路桥翔通股份有 限公司 研发 中心 ，福建 厦门 3 6 1 1 0 1 ) 摘要： 陶粒混凝土具有轻质、 保温、 隔热等优点， 是一种比较理想的建筑材料 ， 已广泛应用于各种工业民用建筑上。 目前天然河砂资源 逐渐枯竭， 而沿海地区的海砂资源非常丰富， 如对其进行合理的开采、 利用， 不仅有利于消除河砂的过度开采， 而且有利于保证防洪和城市 供水的安全。 利用陶粒作为骨料， 淡化海砂替代天然河砂和其他普通常规材料， 应用高密实配合比方法配制出高性能陶粒混凝土， 对配制 的陶粒混凝土的物理力学性能进行了测试。 试验结果表明， 这种淡化海砂陶粒混凝土物理力学性能优于普通陶粒混凝土。 关键词 ： 轻骨料 ；陶粒混凝土 ；淡化海砂 中图分 类号： T U5 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 1 ) 0 7 0 1 3 6 0 4 Appl i c a t i on o f h i gh den sit y r a t i o m e t hod o f pr epa r i n g de sa Re d s ea s an d c e r a m i s i t e c on c r e t e LIMi n g - l i ， T ONG Yu n， YANGS hu n - r o n g ( R e s e a r c h C e n t e r ， S u n s t o n e Co mp a n y ， Xi a me n 3 6 1 1 0 1 ， C h i n a ) Abs t r ac t ：Ce r a mi s i t e c o nc r e t e i s a s o r t o f i d e a l b u i l d i n g ma t e ria l、 v i 1 t h e a d v a n t a g e o f l i g h t we i g h t ， h e a t p r e s e r v a t i o n a n d h e a t i n s ul a t i o n， whi c h i s wi d e l y u s e d i n d i v e r s e o f i nd us t r i a l a n d c i v i l i a n c o n s t r u c t i o n s No wa d a y s ， n a t ur a l riv e r s a n d r e s o u r c e s h a v e be e n e x ha u s t i ng g r a d u a l l y， whi l e s e a s a n d r e s o u r c e s a r e v e r y r i c h i n t h e c o a l a n d I f s u c h k i n d o f r e s o u r c e s i s e x pl o d e d a n d u t i l i z e d r e a s o n a bl y， i t c a n n o t o n l y p r o t e c t t h e riv e r s and r e s o u r c e s ， b u t a l s o s e c u r e t h e fl o o d c o n t r o l a n d t a p wa t e r s u p p l y T h e h i 曲- p e r f o r ma n c e c e mmi s i t e c o n c r e t e i s p r e p a r e d wi t h c e r a mi s i t e a s a g g r e g a t e， d e s a l t e d s e a s an di n s t e a do f riv e r s a n d a n do the r c o mmo nma t e ria 1 An e x p e r i me n tf o rt e s t i n gthep h y s i c a l andme c h ani c a l pe r f o rm an c e h a s b e e n t a k e n ， a n d the r e s u l t s h o ws tha t a l l t h e p e r f o rm anc e s o f t h i s s o rt o f l i ght w e i ght a g g r e g a t e c o n c r e t e i s b e t t e r than g e n e r a l l i g h t w e i g h t c o n c r e t e Key wor ds ： l i g h tw e i g h t a g gre g a t e ； c e r a mi s i t e c o n c r e t e ； d e s a l t e d s e a s a n d 0 引言 以黏土、 亚黏土等为主原料， 经加工制粒、 烧胀而成的， 其粒径 在 5 m i l l 以上的轻粗骨料称为黏土陶粒； 以黏土质页岩、 板岩等经 破碎、 筛分 ， 或粉磨后成球 ， 烧胀而成的粒径在 5 l n n l 以上的轻粗 骨料为页岩陶粒， 又称膨胀页岩。 它们的共同特点是表面粗糙， 内 部多孔， 具有一定吸水率。 以普通砂或陶砂为细骨料， 和胶凝材料 配制而成的混凝土称为陶粒混凝土( c e r a mi s i t e c o n c r e t e ) ， 是轻骨 料混凝- F( 1 i g h t w e i g h t a g g r e g a t e c o n c r e t e ) 的一种。 陶粒表面具有 较粗的纹理 ， 可增大集料的表面摩擦系数 ， 阻止混合料颗粒之 间的移动， 提高混合料的强度。 陶粒混凝土， 既可用作保温材料 ， 也可用于承重结构， 应用领域广阔1 】 。 陶粒混凝土解决了普通混 凝土表干密度选择余地小的缺陷， 使混凝土表干密度选择范围 更加完善。 可广泛用于工业与民用建筑和土木工程的承重结构、 人防工程等2 】 。 此外， 因为陶粒有一定的吸水性， 在混凝土中加 人一定量的饱水陶粒 ， 可以从混凝土内部释放水分对混凝土产 生养护作用 ， 称作“ 内养护” 。 这样可以有效降低混凝土的内部 干燥导致的收缩( 自生收缩) ， 防止混凝土发生收缩裂缝， 是 目 前高性能混凝土的研究发展热点之一。 目前 ， 天然河砂资源逐渐枯竭， 如果不能尽快寻找到合适 可靠的砂源 ， 势必影响建筑业的发展。 沿海地区的海砂资源非常 收稿 日期 ：2 0 1 1 - 0 1 _ 0 4 1 3 6 丰富， 如对其进行合理的开采、 利用 ， 不仅有利于消除河砂的过 度开采 ， 保证防洪和城市供水的安全， 而且有利于淡化海砂混 凝土的健康使用。 海砂淡化后如果氯离子含量较低， 附和行业标 准要求【3 】 ， 即可作为天然河砂的替代砂应用于混凝土的制备 ， 以 达到减少对天然河砂的依赖性 ， 社会、 经济效益将十分显著 。 高密实配合比方法是一种科学的配合比设计方法。 通过控 制骨料的比例， 以混凝土中固体材料的最大单位重， 有效地获得 混凝土的最小孔隙率， 从而获得最佳级配。 所配制的混凝土具有 较好的工作性 、 较高的强度及优异的耐久性。 高密实配合比方法 最早由台湾科技大学的学者黄兆龙先生提出， 吴中伟院士曾提出 简易的配合比设计方法， 原理与高密实配合比方法基本相同。 1 试 验 ( 1 ) 原料。 本研究主要应用高密实配合比方法设计混凝土 配合比， 以陶粒作为骨料， 淡化海砂替代天然河砂配制高性能 陶粒混凝土。 研究陶粒应用于混凝土时各种集料的配合 比例 ， 对配制的混凝土的物理力学性能进行测试。 福建福州某陶粒公司生产的黏土陶粒： 1 0 - 2 5 rai n ； 广东惠州 某陶粒公司黏土陶粒生产的 1 0 1 6 m m； 福建永安某陶粒公司生 产的页岩陶粒： 5 - 1 6 mm与 1 0 2 5 mm； 泉州某砂场生产的淡化 海砂 ： 2 5 ， p 0 = 2 6 5 0 k g m 3 ； 闽江中河砂生产的天然河砂 ： Mx = 2 5 ， p o = 2 6 5 0 k g m。 ； 后石电厂生产的 I 级粉煤灰； 闽福水泥 生产的P 0 4 2 5 级水泥； 路桥建材科技有限公司生产的高效聚 羧酸减水剂( 中浓) ， 减水率 2 5 ， 含固量 2 5 。 陶粒是轻骨料混凝土研究的基础， 作为混凝土的主要组成 部分， 陶粒的技术指标在一定程度决定混凝土的性能。 陶粒的物 理力学性能见表 1 。 表 1 陶粒物理力学性能 图 1 ( a ) 为黏土陶粒断面结构， 可见黏土陶粒内部为多孔结 构 ， 在黏土陶粒的外表有一层厚度小于 1 mm， 较内部更为致密 的密实表层， 其孔隙的孔径远远小于内部多孔发泡结构的孔径。 另外 ， 黏土陶粒的整体结构均匀， 内部的多孑 L 发泡结构赋予其 具有轻质的特性 ， 而表层的密实结构又使其具有较高的颗粒强 度和较低的吸水率 5 _ 。 由图 1 ( b ) 可见， 页岩陶粒内部结构较致 密， 可见有少量孔洞 ， 外形粗糙 ， 形状类似石子 。 密度高也使得 页岩陶粒的简压强度大于黏土陶粒 ， 适合设计强度较高的轻骨 料混凝土使用。 由图 1 ( c ) 可见 ， 福州黏土陶粒的粒型较圆整， 颗 粒级配较单一。 图 l ( d ) 为惠州黏土陶粒( 预湿后) 粒型较差， 颗 粒级配较单一。 为使黏土陶粒级配更好， 本试验将二者按一定比 例混合 ， 以达到更为密实的效果。同样 ， 将外观类似石子的两种 页岩陶粒混合 ， 见图 1 ( f ) ， 使之级配良好。 (a ) 黏土陶粒断面结构 黏土陶粒与页岩陶粒断面结构对比 (c ) 福州1 0 - 2 5 n -fi ll 陶粒 ( 预湿后) 惠州1 0-1 6 ra i n 陶粒( 预湿后) ( e ) 福卅 l 1 0-2 5 r f a ll 陶粒与惠卅 l 1 0 ,- 1 6 ra i n( 0 永安5 1 6 ra i n 与2 5 - 1 6 11 3 1 11 陶粒混合后 陶粒混合后 图1 黏土陶粒和页岩陶粒的照片 淡化海砂的 c 1 一 含量对混凝土的耐久性有直接影响。 含泥 量过高会使陶粒与水泥等胶材间界面的黏结强度大大降低 ， 从 而降低陶粒混凝土的强度。 因此含泥量低的砂子对陶粒混凝土 非常必要， 这也是淡化海砂在陶粒混凝土中应用的优势之一； 贝 壳含量对强度也会造成一定影响， 因此必须严格控制淡化海砂 中的有害物质的含量。 试验所用砂具体参数详见表 2 。 表 2 试验用砂物理指标 ( 2 ) 陶粒混凝土配合 比设计高密实配合比。 混凝土配 合 比设计的任务是确定获得预期性能而又经济性优良的各组 成材料用量。 骨料因占混凝土体积的 2 3以上 ， 所以直接控制骨 料的比例会有效地获得混凝土的最小孔隙率。 混凝土中颗粒的堆积方式对于宏观力学行为有很大的影响， 就好像土壤颗粒材料一样， 颗粒结构堆积越致密， 孔隙越小， 接触 点越多， 则密度越大理论上应能获得较高的强度。 另外， 以相同的 水灰比而言， 骨料在最佳堆积下总浆体用量也会跟着减少， 相对的 拌和水用量也会减少， 因而可减少混凝土中弱界面的形成几率及 浆体本身产生收缩裂缝的可能， 从而提高混凝土的耐久陛 。 利用四分法取样将砂和粉煤灰混合， 以粉煤灰取代砂的方 式 ， 求出混合料的最大单位质量， 此就是粉煤灰取代砂的最佳 比例。 如图2所示 ， 粉煤灰取代值 = 1 3 时， 单位质量最大。 善 喀 瓣 取代 值 ， 图 2 粉煤灰取代砂 的曲线图 在固定砂和粉煤灰的最佳比例( 砂： 粉煤灰 = 8 7 ： 1 3 ) 后 ， 重新 用四分法混合 ， 找出砂与粉煤灰混合料与骨料的最大单位质量。 本次实验中， 砂与粉煤灰混合料取代骨料值fl = 5 o 最大， 如图3 所示 。 鲁 d 丑 唧 喀 ：斑 L 取代 值 ， 图 3 砂与粉煤灰混合料取代 骨料 的曲线图 1 3 7 计算步骤： 确定最大单位重时粉煤灰填充值： 一 r_： 1 3 r+ 。 确定最大单位重时砂与粉煤灰填充骨料值： 仔： !： 5 0 记录此时最大单位质量： 2 1 0 5 k g m 混合骨料的孔隙体积为： 一 f W r + + 1 Pf Ps Pg 水泥浆体用量为 ： n 式中： n 富于系数 ， 取决于混凝土工作性要求 ， n = 1 3 。 骨料所占体积： l p ： + + pf p s pg 联立式 ( 1 ) 、 ( 2 ) ， 可得 ： 由水泥和用水量的体积关系可知： + f + 1 c + P P。 【 pw pc J Pw 式( 1 ) ( 8 ) 与水泥浆的体积可得 ： ( 2 ) ( 3 ) ( 4) ( 5 ) 陶粒颗粒圆整， 混凝土拌合物成型后水泥砂浆能均匀地包裹 在陶粒的周围， 一旦混凝土受力， 陶粒在混凝土中处于各项应 力状态， 受力比较均匀 ， 应力局部集中的情况较少。 相应地提高 了颗粒的极限强度。 由于陶粒能够较多的吸收水泥砂浆中的 水分 ， 具有真空作用 ， 从而提高了水泥砂浆与陶粒之间的黏度 强度 ， 增加了水泥砂浆在混凝土中的骨架作用， 有利于混凝土 强度的提高。 圆形颗粒在振动成型时， 颗粒与颗粒间的摩擦力 较小 ， 在混凝土中容易紧密而均匀地排列 ， 提高 昆凝土的密实 度， 从而也提高了混凝土的强度问 。 混凝土的物理力学性能见表 5 。 表 5 陶粒混凝土强度 MP a ( 6 ) 2 试验结果分析 ( 7 ) ( 8) ( 9 ) 一 v C - ) w 即可计算出高密实混凝土配合 比： c ： F ：w： s ： G= 2 8 5 ： 1 2 5 ： 1 5 6 ： 8 5 0 ：9 7 5 。 本试验通过对原材料堆积密度的测量和级配的分析， 将表 2 中的陶粒分别以合适 比例混合， 使混合后的陶粒具有较低的孔 隙率， 作为高密实配合比设计法需要的骨料。 通过骨料堆积密度 的换算 ， 将高密实混凝土配合 比中的石子替换成同体积混合后 的陶粒， 即形成高密实陶粒混凝土配合比， 见表 4 。 L1 ， L 3砂采用 天然河砂； L 2 ， L 4砂采用淡化海砂； L 1 ， L 2采用永安 5 - 1 6 r a m和 1 0 - 2 5 mn l 陶粒 ； L 3 ， I A采用福州陶粒和惠州陶粒。 表 4 高密实陶粒混凝土的配合比 ( 3 ) 陶粒混凝土性能测试结果。 陶粒的强度一般来讲远远 低于石子 ， 之所 以仍能配制成相当强度的混凝土主要是因为 ： 1 3 8 2 1 砂和骨料的影响 混凝土的强度随着砂率的增加而提高。 虽然淡化海砂中残 留氯离子 ， 但因为氯离子含量很小， 而与河砂相近， 不会对混凝 土和钢筋带来大的隐患； 同时 ， 在陶粒混凝土中， 含泥量的增加 会使陶粒与砂浆界面的黏结力大大降低， 淡化海砂的含泥量比 天然河沙低很多， 平行比对 ， 淡化海砂拌制的陶粒混凝土强度 更高。 陶粒混凝土中陶粒所占的体积较大， 所以为了配制较低密 度的陶粒混凝土应尽可能选择较低密度的陶粒， 但 同时 ， 密度 较低的陶粒其强度也大多较低。 通过试验表明， 不宜选择密度等 级太小的陶粒 ， 否则其自身强度过低， 混凝土的设计强度很难 达到； 反之， 陶粒密度增加的同时带来骨料强度的提高， 在一定 范围内可增加混凝土强度 ， 超过范围却增加缓慢嘲 。 在陶粒混凝 土中， 采用较大粒径的陶粒颗粒时会使混凝土的强度降低。 通 过试验表明， 陶粒最大粒径应限制在 2 5 r n m以下， 考虑到工程 设计强度等级及配筋间距， 选择最大粒径 1 6 m r n的黏土陶粒最 为适 宜。 2 2 砂浆的影响 陶粒混凝土的强度等级主要与水泥砂浆和陶粒的强度有 关。 砂浆强度对混凝土强度有较大的贡献， 一方面， 混凝土的强 度主要取决于水泥砂浆所形成的拱架作用； 另一方面 ， 由于陶 粒吸收水泥砂浆中的水分 ， 会提高水泥砂浆与陶粒之间的黏结 强度， 所以， 提高砂浆强度对提高混凝土强度有明显的作用。 与普通混凝土类似 ， 陶粒混凝土随着水灰比的增大， 强度 值逐渐降低。 当水灰比保持不变 ， 水泥用量过高时， 虽然和易性 改善 ， 但对混凝土的强度影响并不大却使 昆 凝土的密度增大， 水 化热高， 收缩大， 而且在经济上也不适宜。 试验证明， 水泥对强 度的贡献是有限的， 当水泥用量达到一定值时 ， 对强度影响不 明显， 混凝土性能的改善也并不明显。 陶粒混凝土中， 由于砂浆与陶粒两者的弹性模量比较接近 ( 陶粒的弹性模量一般为( 0 5 3 ) x l 0 V l P a 9 ) ， 影响混凝土强度 的主要因素取决于砂浆与陶粒两者刚度( 弹性模量) 大小的对 比结果。 砂浆的刚度( 弹性模量) 随水灰比的变化而变化， 水灰 比越小， 强度越高 冈 0 度( 弹性模量) 也越大 ， 当砂浆的刚度( 弹 性模量) 高于陶粒时， 陶粒的刚度( 弹性模量) 成为影响混凝土 强度的主要因素。 反之， 砂浆的刚度( 弹性模量 ) 成为影响混凝 土强度的主要因素。 2 3 拌合物性能的影响 拌制出的混凝土坍落度宜控制在 1 2 0 1 4 0 mm， 同时应具有 良好黏聚性、 和易性 ， 不能有明显陶粒上浮现象。 因为坍落度过 小则混凝土太黏， 流淌性小， 不利于振捣和施工； 坍落度过大则 容易产生分层离析和陶粒上浮， 不利于施工抹面 8 1 。 页岩陶粒密 度较黏土陶粒大， 骨料上浮现象不明显， 较容易控制。 黏土陶粒 由于本身密度较小 ， 拌合物的黏聚性要求较高， 胶材用量需适 当增加 。 2 4陶粒 混凝 土拌合 物 照片 图4 ( a ) 为黏土陶粒混凝土拌合物， 和易性好 ， 骨料包裹好。 图 4 ( b ) 为页岩陶粒混凝土拌合物， 和易性好， 不存在骨料上浮 情况。 图4 ( C ) 图为黏土陶粒混凝土试块成型后， 经过轻微振捣， 表面稍有凹凸不平， 为黏土陶粒密度较小， 轻微上浮所致。 图4 ( d ) 图为页岩陶粒混凝土试块成型， 与普通混凝土试块无明显差别。 图4 ( e ) 为黏土陶粒混凝土抗压强度破坏后试件， 可见受压后， 试 件断裂处均为陶粒内部， 为黏土陶粒自身强度不高所致。 图4 ( f ) 为页岩陶粒混凝土抗压强度破坏后试件， 试件断裂处有的为页 岩陶粒内部， 有的为页岩陶粒与砂浆界面处。 3结 论 ( 1 ) 采用黏土陶粒和页岩陶粒作为骨料可以分别配制出L C1 5 和 L C 3 0 ， 干表观密度小于 1 3 0 0 1 6 0 0 k g m 的轻骨料混凝土， 应用于建筑物不同结构要求的施工。 ( 2 ) 应用高密实配合比方法和淡化海砂可配制出高性能陶 粒混凝土， 淡化海砂具有较低的含泥量， 使得淡化海砂替代天 然河砂在陶粒混凝土中应用可以取得更高的强度。该陶粒混凝 土物理力学性能优于普通混凝土。 ( 3 ) 含泥量的减少会使陶粒与砂浆界面的黏结力增强 ， 淡 化海砂可以替代天然河砂在陶粒混凝土中应用。 ( 4 ) 淡化海砂替代天然河砂拌制陶粒混凝土， 减少对天然 河砂资源的依赖， 社会 、 经济效益明显。 参考文 献： 1 】李文斌 黏土陶粒轻骨料混凝土的研制 J 甘肃科技 ， 2 0 0 9 ， 2 5 ( 2 3 ) ： 1 4 7 -1 4 9 2 张华英 陶粒轻质高强混凝土的试验研究 J 佛山科学技术学院学 报： 自然科学版 ， 2 0 0 9 ， 2 7 ( 5 ) ： 4 3 4 6 3 J G J 5 2 2 0 0 6 ， 普通混凝土用砂、 石质量及检验方法标准 s 4 童昀， 李明利， 杨 页 荣 淡化海砂在混凝土中的应用前景浅析 J 福建 c ( a ) 黏土陶粒混凝土拌合物 ( b ) 页岩陶粒混凝土拌合物 ( c ) 黏土陶粒混凝土试块成型 ( d 1 页岩陶粒混凝土试块成型 ( e ) 黏土陶粒混凝土抗压强度 ( f ) 页岩陶粒混凝土抗压强度 破坏后试件 破坏后试件 图 4 陶粒混凝土的照片 建材， 2 0 1 0 ( 6 ) ： 5 - 7 【 5 】 李平江， 刘巽伯 高强页岩陶粒混凝土的基本力学性能f J 建筑材 学报， 2 0 0 4 ， 7 ( 1 ) ： 1 1 3 1 1 6 6 全国混凝土企业实验室主任新标准新规范新技术培训班教材Z 2 0 1 0 f 7 王莉珍 影响陶粒混凝土强度的主要因素 J 】 内蒙古科技与经济 2 0 0 8 ( 1 5 6 ) ： 9 4 8 郭宏云 陶粒混凝土配合比设计叨 武汉大学学报： 工学版， 2 0 0 7 ( 4 0 ) 5 2 2 5 2 5 9 刘巽伯 粉煤灰陶粒混凝土的弹性恢复和徐变恢复特征 J 昆 凝土 2 0 0 3 ( 8 ) ： 2 0 2 1 【 1 o 詹镇峰阉 粒中的浮粒对高强陶粒混凝土性能的影响【 J J 厂东建材 2 0 0 6 ( 2 ) ： 6 8 作者简 介 联 系地 址 联 系电话 ： 李明利( 1 9 8 2 一 ) ， 男 ， 硕士， 主要从事混凝土研究。 厦门市翔安区马巷镇市头村马头山路 1 2号 路桥翔通 份有限公司研发中1 ( 3 6 1 1 0 1 ) 1 3 61 6 0 61 6 3 9 重 重 潮 欧曼 中 集 凌字 专用 车 产品 联合 培训 会顺利 召开 6 月 1 5日， 欧曼 中集凌宇专用车产品联合培训会在洛阳地矿假日酒店隆重召开。 来自全国各地经销单位的优秀经销商代表、? I 聚牡丹花城 ， 同襄盛典， 共谱未来。 会议在中集凌宇商务部常国强经理的主持下拉开了帷幕。 中集凌宇副总经理、营销公司总经理胡柏林对中集集团以及公司 发展历程 、 专用车技术性能、 产品工艺流程、 行业发展态势、 主要竞争对手分析 、 售后服务保障能力以及洛阳旅游资源向参会来宾f 6 了详尽的阐述。 欧曼销售科科长杨海山重点针对欧曼主流产品的性能特点做了详细的讲解说明。 他表示欧曼愿与中集凌宇、 经销商展开更加 面和深入的合作 ， 三方携手奋进， 充分利用各 自的渠道和优势， 实现三方共赢。 会议结束后 ， 全体经销商来到中集凌宇生产厂区现场参观 ， 新扩建宽广明亮的厂房和先进的流水线让经销商对中集凌宇生产台 力和雄厚实力坚信不疑， 更加增强了与中集凌宇合作的信心。 1 3 9