２０１４年第０２期 总第１８８期 福 建 建 筑 Ｎｏ０２・２０１４ Ｆｕｉｉａｎ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ＆Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｖｏｌ・１８８ 碎石型页岩陶粒混凝土的力学性能和工作性能研究 芦 红 （福建工程学院土木工程学院摘福建福州３５０１０８） 要：本文主要研究了粉煤灰掺量、骨料粒径、骨料处理工艺和砂率对碎石型页岩陶粒混凝土的工作性能和力学性能的影响。实验结 果表明：在一定范围内，粉煤灰的使用和骨料的预湿都能在不影响混凝土强度的同时，增加混凝土的工作性能；减小骨料粒径会增加混 凝土的强度，但是会降低混凝土坍落度；砂率在不高于０．４时，随着砂率的增加，混凝土的工作性能和力学性能均变好。 关键词：碎石型页岩陶粒；混凝土；工作性能；力学性能 中图分类号：ＴＵ５２８．５９ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００４—６１３５（２０１４）０２—００２３—０３ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ｔｈｅ ｃｒｕｓｈｅｄ ｓｈａｌｅ ｃｅｒａｍｉｓｔ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ ｍｅｃｈａｌｉｃａｌｆ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ＬＵ Ｈｏｎｇ （Ｆｕｊｉａｎ ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ ｃｉｖｉｌ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｆｕｚｈｏｕ，３５０１ １ ８） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｍａｉｎｌｙ ｓｔｕｄｉｅｄ ｔｈｅ ｄｅｆｅｃｔ ｏｆ ｄｏｓａｇｅ ｏｆ ｌｙ ａｓｈ，ａｇｇｒｆｅｇａｔｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ，ａｇｇｒｅｇａｔｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｇｒａｖｅｌ ａｎｄ ｓａｎｄ ｒａｔｅ ｏｎ ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｒａｖｅｌｇ ｔｙｐｅ ｓｈａｌｅ ｃｅｒａｍｓｉｔｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｔｈｅ ｕｓｅ ｏｆ ｌｙ ａｓｈ ｆｎｄ ａａｇｇｒｅｇａｔｅ ｐｒｅｗｅｔｔｉｎｇ ｄｏ ｎｏｔ ａｆｆｅｃｔ ｔｈｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｂｕｔ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｉｔｓ ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．Ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｔｈｅ ａｇｇｒｅｇａｔｅ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｉｚｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｔｈｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ，ｂｕｔ ｉｔ ｗｉｌｌ ｒｅｄｕｃｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｓｌｕｍｐ． Ｗｈｅｎ ｓａｎｄ ｒａｔｅ ｉｓ ｎｏｔ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈａｎ ０．４，ｔｈｅ ｌａｒｇｅｒ ｈｅ ｓａｎｄ ｒｔａｔｉｏ ｉｓ，ｔｈｅ ｂｅｔｔｅｒ ｔｈｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ａｒｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｇｒａｖｅｌ ｔｙｐｅ ｓｈａｌｅ ｃｅｒａｍｓｉｔｅ；Ｃｏｎｃｒｅｔｅ；Ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ；Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ Ｅ－ｍａｉＩ：ｌｈｈｏｎｇ＠１６３．ｃｏｍ 引 言 碎石型页岩陶粒是通过破碎普通型页岩陶粒而得到的，与 其他无机保温骨料相比，其具有吸水率低、强度高和级配可控 （４）细骨料：河砂，细度模数为２．３，堆积密度为１５５０ ｋｇ／ ｍ ；其颗粒级配见（表２）； 表２河砂颗粒级配 筛孔尺寸／ｍｍ ＞４．７５ ２．３６～４．７５ ｌ＿ｌ８～２．３６ ０．６一１．１８ ０．３～０．６ ０．１５～Ｏ．３ 制等特点，因此十分适用于作为骨料制备轻质混凝土。但是碎 石型页岩陶粒由于骨料表面的粗糙多孔，用其制备而成的混 凝土往往在性能上也表现出一定的特殊性…。为此本文通 过实验研究和探讨了一些基本组分对碎石型页岩陶粒混凝 土的工作性能和力学性能的影响，以期能得到这些组分的最 佳使用量。 颗粒级配／％ ０ １３ ｌ２ ｌ９ ４０ １６ １原材料与实验方法 １．１原材料 （５）外加剂：液状聚羧酸减水剂，减水率为１７％，密度为 １．１ｇ／ｍｌ；国产ＨＰＭＣ１０００００Ｓ羟丙基甲基纤维素用做增稠剂以 减少骨料的上浮； （６）水：普通自来水。 １．２实验方法 （１）水泥：采用江西亚东水泥有限公司生产的Ｐ ０４２．５级 普通硅酸盐水泥； （２）粉煤灰：江西丰城发电厂生产的ＩＩ级粉煤灰，比表面 积为３７６０ｃｍ ／ｇ，需水量为９８％； （３）粗骨料：粗骨料为宜昌光大陶粒制品有限公司提供的 使用８００等级的碎石型页岩陶粒，配合比设计按《轻骨料 混凝土技术规程》（ＪＧＪ５１—２００２）中的５．３．２松散体积法进行， 其中松散体积为１．４，减水剂掺量为胶凝材料的１．８％，有机外 加剂的掺量为０．２％，得到的基准配合比见（表３），除２．１实验 ＪＺｌ外，其他各组实验的基准配合比为ＪＺ２。 表３基准配合比 ８００等级的陶粒，其物理性能指标见（表１）； 表１碎石型页岩陶粒的基本物理性能 作者简介：卢红（１９６８一 ），女，讲师。 收稿日期：２０１３—０９—２９ 根据所用骨料预湿工艺的不同，选择不同的搅拌方式，具 体搅拌方式按ＪＧＪ５１—２００２（（轻骨料混凝土技术规程》进行。 工作性能测试按ＧＢ／Ｔ ５００８１～２ｏｏｏ（（普通混凝土拌合物性能 ２０１４年０２期总第１８８期 卢红・碎石型页岩陶粒混凝土的力学性能和工作性能研究 ・２４・ 试验方法标准》进行，力学性能测试按ＧＢ／Ｔ ５００８１—２００２｛普 通混凝土力学性能试验标准》进行。 ２试验结果与分析 ２．１粉煤灰对工作性能、力学性能的影响 粉煤灰作为一种常用的矿物掺合料，可以取代一部分水泥 以改善混凝土的性能 。本实验以ＪＺｌ配合比为基准，在固定 其他组分不变的前提下，用粉煤灰等量取代水泥。粉煤灰的取 代率从０％到２０％，并对碎石型页岩陶粒混凝土的坍落度和抗 压强度进行检测，得到的试验结果如（图１和图２）。 ＾ Ｖ昌 密 图１粉煤灰掺量对坍落度的影响 占 Ｏ ５ １Ｏ ＇５ ∞ 互 粉煤灰掺量（％） 图２粉煤灰掺量对抗压强度的影响 从图１可以看出，粉煤灰的掺人可以使碎石型页岩陶粒混 凝土的坍落度变大、流动性变好。当粉煤灰取代率为１５％时， 混凝土的坍落度最大达到了１６５ｍｍ，比不使用粉煤灰的坍落 度增大了４０ｍｍ；而粉煤灰取代率超过１５％，混凝土的坍落度 基本保持不变，可见粉煤灰的增加也不能使陶粒混凝土的工作 性能无限的增长。在强度上，由图２可以看出粉煤灰的使用会 对碎石型页岩陶粒混凝土的早期强度造成不良影响，但是当粉 煤灰掺量不超过１５％时，混凝土的后期强度基本保持不变，由 此可见粉煤灰的使用会加速碎石型页岩陶粒混凝土后期强度 的增长。综上表明，在碎石型页岩陶粒混凝土中，粉煤灰对水 泥的最佳取代率为１５％，在这个取代率下混凝土的工作性能 最好并且基本不会降低混凝土的强度。 ２．２骨料粒径对工作性能、力学性能的影响 碎石型页岩陶粒由普通型页岩陶粒破碎而来，这也使得 陶粒的级配容易控制，在生产中通常按其最大粒径分为 ｌＯｍｍ、１５ｍｍ和２０ｒａｍ。本实验在不改变组分配合比的前提 ＾∞ｃⅡＩｕ 骥龃 下，改变混凝士的粒径，嚣 试验得到混凝土的工作性能和力学性 薯 ∞ 侣 侮 能的结果如（图３和图４）。 图３骨料最大粒径对坍落度的影响 最大粒径（＿） 图４骨料最大粒径对抗压强度影响 由图３和图４可以看出，当碎石陶粒为１０ｍｍ时，混凝土 的２８ｄ强度最高达到了３６．８ＭＰａ，但是混凝土的坍落度只有 １１０ｍｍ；而陶粒骨料为２０ｍｍ时，混凝土的２８ｄ强度为 ３３．１ＭＰａ，坍落度为１６５ｍｍ。可见骨料粒径的变化将直接影响 到碎石型页岩陶粒混凝土的工作性能和力学性能，但是粒径的 大小对混凝土的强度影响变化不是很大，对混凝土的坍落度影 响却十分明显，当碎石陶粒骨料粒径小于１５ｍｍ时，混凝土的 坍落度急剧降低。这主要是因为骨料粒径的降低使骨料的比 表面积变大造成了同等质量的骨料下需要更多的水泥浆体进 行包裹 Ｊ，因此制备碎石型页岩陶粒混凝土时使用的骨料最 大粒径应大于１５ｍｍ。 ２．３骨料预湿对工作性能、力学性能的影响 碎石型页岩陶粒由于吸水率较大，作为骨料时容易吸收混 凝土内部的自由水，造成混凝土的坍落度损失变大，严重的还 会影响到水泥的水化从而造成混凝土的强度不足等 Ｊ，因此 在使用时一般要对陶粒骨料进行预先润湿。本实验在保证其 他组分和总用水量一致的前提下，研究碎石型页岩陶粒骨料预 湿时间对混凝土性能的影响，预湿时间分别为Ｏｈ、１ｈ、２４ｈ和 ４８ｈ，得到的试验结果如（图５和图６）。 从图５可以看出，碎石型陶粒的预湿对混凝土的坍落度影 响不大，却可以显著的降低混凝土的坍落度损失。当骨料预湿 时间为２４ｈ时，混凝土的坍落度损失最低为１５％。这主要是 因为随着碎石型页岩陶粒预湿时间的延长，骨料内部水分趋于 饱和不再从水泥浆中吸收水分，后期随着混凝土水分的蒸发， ２０１４年０２期总第１８８期 卢红・碎石型页岩陶粒混凝土的力学性能和工作性能研究 ’２５‘ Ｖ量 魁 艟 赛 图５预湿时间对工作性能的影响 Ｏ∞ 嘣 Ｏ∞Ｏ每 砂率 图７砂率对坍落度的影响 矗啊 唧 图６预湿时间对抗压强度的影响 密 ∞ ｓ皇 ∞∞ 为 ＾日自ｖ 黼坦鞲 ∞ 协 伯¨ 陶粒内部的水分还可以起到“补偿”作用，减少了混凝土的坍 落度损失率。 由图６可见，骨料的预湿对碎石型页岩陶粒混凝土的强度 影响不大，预湿时间为０ｈ和４８ｈ时，混凝土的早期强度和后期 强度基本保持一致。而郑秀华 也进行过相关试验却表明页 岩陶粒预湿会降低混凝土的早期强度，却对后期强度影响不 大。笔者分析原因认为造成试验结果不同的主要原因是因为 二者试验的水胶比不同，郑秀华的实验水胶比较低，预湿程度 较低的页岩陶粒会吸收混凝土的水分，影响到了混凝土的早期强 ｏ３ｏ Ｑ３５ 柏 ｎ量 砂率 图８砂率对抗压强度的影响 度；而笔者制备的碎石型页岩陶粒混凝土的水胶比较高，保证了混 凝土中的水泥早期和后期水化的需水量，因此骨料的预湿对硬化 后混凝土的力学性能影响不大。但是同时二者的实验也验证了骨 料的预湿对混凝土的最终强度无太大影响。 碎石型页岩陶粒的粒径的降低，会使混凝土强度增加，但是会 使混凝土的工作性能急剧下降；陶粒骨料的预湿会显著降低混 凝土的坍落度损失，并且不会对混凝土的力学性能造成不良影 响；当砂率为０．３～０．４５时，碎石型页岩陶粒混凝土中砂率的 ２．４砂率对工作性能、力学性能的影响 增加能提高混凝土的工作性能，砂率为０．４时，混凝土获得最 高强度。 （２）从经济角度和性能角度分析，在碎石型页岩陶粒混凝 土的制备中，粉煤灰的最佳掺量为１５％、陶粒骨料的粒径应该 大于１５ｍｍ、陶粒骨料的预湿时间应不低于一个小时以及混凝 土的最佳砂率为０．４。 参考文献 碎石型页岩陶粒表面较为粗糙，与普通骨料相比，需要更多 的水泥浆进行包裹，因此适当的增加河砂在骨料中的比例会增加 混凝土的流动性，本实验通过改变砂率从ｎ ３０一ｎ ４５，试验混凝土 的力学性能和工作性能的变化，实验结果如（图７和图８）。 从图７可以看出砂率对碎石型页岩陶粒混凝土的坍落度 影响较大，当砂率从０．３０增加到０．４５时，混凝土的坍落度从 １ ｌＯｍｍ增加到了１８０ｍｍ。而图８表明，砂率的增加使混凝土 的强度先增大后减小，当砂率为０．４时，混凝土的抗压强度达 ［１］龚洛书．高强陶粒和高性能轻集料混凝土［Ｊ］．混凝土，２０００（２）：７ —１１． 到最大为３３．１ＭＰａ，这主要是因为随着河砂的增加，页岩陶粒 与水泥浆的密度差变大，造成混凝土中的陶粒骨料上浮使混凝 ［２］杜金胜，申向东．粉煤灰掺量对轻骨料混凝土强度影响的试验研 究［Ｊ］．混凝土２０１１（１）：９５—９７． ［３］李亚杰，兰振奇．骨料对高强混凝土强度影响的试验研究［Ｊ］．混 凝土与水泥制品，１９９２（５）：２２—２６． 土稳定性变差，混凝土的强度降低。因此在实际工程中使用河 砂作为细骨料制备碎石型页岩陶粒混凝土时，应选用合适的砂 率，防止因为砂率过大对混凝土的力学性能造成不良影响。 ［４］胡曙光，王发洲，丁庆军，等．轻集料的吸水率与预处理时间对混 凝土工作性的影响［Ｊ］．华中科技大学学报：城市科学版．２００２，１９ （２）：１—４． ３小结 （１）粉煤灰的掺量小于１５％时，粉煤灰可以改善碎石型页 岩陶粒混凝土工作性能和加速混凝土的后期强度的增长；随着 ［５］郑秀华，张宝玉．页岩陶粒预湿处理对轻集料混凝土的强度和抗 冻性的影响［Ｊ］．硅酸盐学报，２００５，３３（６）：７５８—７６２．
