陶粒预处理对轻骨料混凝土性能的影响

杜晓方，张龙辉，霍浩羽，董振楠，张艺萌

(郑州科技学院，河南 郑州 450064)

0 前 言

随着我国建筑行业的兴盛与发展，对建筑材料也提出了更高的要求，轻质、高强、环保、复合性能好等。轻骨料混凝土是满足新材料多方面性能要求的材料之一。因此，国内外对它的研究从未间断，成果颇多，主要集中在配合比计算、高强度等方面。近两年有研究人员为提高轻骨料混凝土强度而对轻骨料做预处理，很有成效，但研究者尚少。本文以郑州市周边企业生产的陶粒为对象，分别采取不同的预处理方法，研究其性能的差异。鉴于杨霄云、刘军等[1-2]的研究成果,本文采取5种预处理方式，在其他材料及配比均不变的条件下对这五种不同处理方式下的陶粒混凝土进行性能分析，对比出哪一种处理方式得到的陶粒混凝土性能更优、强度更高。

1 实验基本情况

1.1 原材料及性能

水泥：采自江西的海螺牌42.5普通硅酸盐水泥，凝结时间、强度均符合标准《通用硅酸盐水泥》(GB175—2007)。

粉煤灰：二级粉煤灰，掺量符合国家现行标准《粉煤灰在混凝土和砂浆中应用技术规程》(JGJ 28—86)的3.2.2条。

减水剂：聚羧酸减水剂粉剂，实测最大减水率25%。

陶粒：巩义市友邦供水材料公司生产的页岩陶粒，碎石型，实测密度等级700级。粒径：5～15 mm，其中，5～10 mm分计筛余占75%。

砂：普通人工砂，级配良好，细度模数2.43，堆积密度1 513 kg/m3。

水：自来水。

1.2 陶粒预处理及处理前后性能对比

对陶粒的预处理方式有：预湿和造壳。预湿是将陶粒浸泡在水中一定时间，捞出后擦干表面水分。造壳分水泥粉包裹造壳和水泥浆包裹造壳，水泥粉包裹造壳是将陶粒先浸泡一定时间，捞出沥干多余水分，颗粒表面保持湿润，撒水泥粉拌匀，保鲜膜覆盖养护7天而得，水泥浆包裹造壳是将陶粒预湿一定时间，捞出后擦干表面水分，以饱和面干状态放入0.4水灰比的水泥浆中，拌和均匀并每隔20 min翻拌1次，保证颗粒不相互粘连，直至表层浆体硬化完成。造壳前后陶粒性能对比如表1所示。

表1 陶粒造壳前后性能对比

1.3 设计方案

本文设计五种方案：普通陶粒不预湿(P)，普通陶粒预湿1 h(P1)，普通陶粒预湿24 h(P24)，水泥粉包裹陶粒并预湿24 h(F24)，水泥浆包裹陶粒并预湿24 h(J24)。

1.4 配合比设计

根据轻粗骨料的密度等级，配置LC30的陶粒混凝土，采用松散体积法设计配合比，胶凝材料总用量取480，粗细骨料总体积取1.1 m3，砂率取45%，用水量按净用水量计。算得配合比见表2。

表2 不同方案配合比计算结果 单位：kg

1.5 实验实施

根据以上配合比设计，按五种方案逐一进行材料配备和搅拌，搅拌采用机械搅拌，投料顺序和搅拌时间按照《轻骨料混凝土技术规程》(JGJ51—2002)6.2.4条执行，搅拌完成后出料并测拌和物的坍落度、观察粘聚性和保水性，而后试块成型，每种方案各成型3组，9块，试块采用边长100 mm的立方体， 便于后期分别测其3、7、28 d强度和干表观密度。

2 实验结果及数据分析

2.1 拌和物性能测试结果及分析

五种方案拌制的混凝土拌和物坍落度测值如图1所示。如图1所示，五种陶粒混凝土的坍落度值均在20～25 cm，流动性较大，观察其粘聚性和保水性一般，其中，水泥粉包裹造壳的陶粒混凝土F24整体和易性最好，原因可能是水泥粉包裹造壳的陶粒虽然经2.36 mm筛筛除过细粉，但颗粒表面仍附有一层，该细粉在拌和时能更好地改善拌和物的和易性， 在高流动性时能保证较好的粘聚性和保水性。而普通陶粒预湿1 h的P1型拌和时粘聚性和保水性特别差，出现了较明显的流浆现象。

图1 五种陶粒混凝土坍落度值柱状

2.2 强度测定结果及分析

制成的试块强度分3次测定，依次测定五种方案陶粒混凝土的3、7、28 d强度值。测值如表3及图2所示。

表3 不同龄期混凝土强度测值表 单位：MPa

图2 五种陶粒混凝土不同龄期强度测值柱状图

1)五种方案的陶粒混凝土28 d强度都达到了30 MPa，均能满足强度要求，28 d的增长趋势也较为明显，P1强度稍显偏低，28 d强度值增长较少，可能与混凝土拌和时保水性不好，出现流浆现象有关，试块成型后有个别出现蜂窝麻面现象，强度测值低，影响整体强度值。

2)P、P1、P24三种类型相比，前7 d强度测值接近，28 d强度P24型的发展较好，原因可能是骨料内部水分充足，不吸收水泥浆中的水分，水泥浆中充足的水分利于拌和合物中未水化的水泥不断水化增加强度、密实度。

3)P24型和F24型混凝土3、7、28 d强度测值均比较接近，说明对于高密度级别的陶粒(堆积密度≥600 kg/m3)，水泥粉包裹造壳增加强度的效果不明显。

4)P24、F24、J24三种类型对比，J24的3 d和7 d强度明显高于P24和J24，但28 d强度相差不多。原因可能是前7 d水泥石强度增长不够，混凝土强度取决于骨料强度，骨料本身强度高，筒压强度测值大则测出来的试块强度高，28 d水泥石强度增长足够，对于轻骨料混凝土而言，强度主要还是取决于水泥石强度，水泥石中水灰比不变，因此后期强度相当。由此可见，在相同配比情况下，对于高密度级别的陶粒进行造壳可提高混凝土的早期强度，但对后期强度影响不大。

2.3 干表观密度测定

干表观密度测定采用破碎试件烘干法，将做完抗压强度的试件破碎成粒径为20～30 mm以下的小块，把3块试件的破碎试料混匀，取样1 000 g，然后将试样放在烘箱中烘至恒重。按照《轻骨料混凝土技术规程》(JGJ51—2002)7.3.3中的4个步骤依次测出五种类型的陶粒混凝土不同龄期时的干表观密度值，最终测值如图3所示。

图3 五种陶粒混凝土不同龄期干表观密度值

由图3可见：五种类型的陶粒混凝土干表观密度都没有超过1 950 kg/m3，符合轻骨料混凝土的定义。

3 结论与展望

1)本文所选陶粒为高密度陶粒，不同于中低密度级别的陶粒[1],中低密度级别的陶粒本身强度低，造壳后可提高自身强度，从而提高陶粒混凝土的强度。对于高密度级别的陶粒，由以上论述可以看出，不管造壳或不造壳，水泥粉包裹造壳或水泥浆包裹造壳，当预先浸泡24 h时，28 d后的强度值和干表观密度值几乎相当，且强度明显高于预设强度等级LC30，因此，高密度级别的陶粒无需造壳就可以获得想要的高强度。这也为工程应用提供了便利又保证了高强度。

2)强度测定过程中，F24和J24的28 d强度测值中均出现了一个极高值49.1 MPa和51.2 MPa，虽然根据混凝土强度取值规则舍去了该值，但仍说明造壳后的混凝土有做出更高强度的可能性，有待进一步研究。

3)轻骨料混凝土用于制作砌块、做填充墙、围护墙的较多，但用于承重部位的较少，如何将轻骨料混凝土广泛用于结构承重部位是需要深入研究的问题。

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