鐵板砂巖陶?；炷凉ぷ餍阅艿难芯?/h1>
2016-06-05 15:15陳連發(fā)田淑梅王新元劉迪
新型建筑材料 2016年8期
陳連發(fā)，田淑梅，王新元，劉迪
（1.吉林化工學(xué)院 材料科學(xué)與工程學(xué)院，吉林 吉林 132022；2.大慶石化公司信息技術(shù)中心，黑龍江 大慶 163714；3.內(nèi)蒙古大唐呼倫貝爾化肥有限公司，內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021012；4.遼寧盤錦長(zhǎng)連化工有限公司，遼寧 盤錦 124221）
鐵板砂巖陶?；炷凉ぷ餍阅艿难芯?/p>
陳連發(fā)1，田淑梅2，王新元3，劉迪4
（1.吉林化工學(xué)院 材料科學(xué)與工程學(xué)院，吉林 吉林 132022；2.大慶石化公司信息技術(shù)中心，黑龍江 大慶 163714；3.內(nèi)蒙古大唐呼倫貝爾化肥有限公司，內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021012；4.遼寧盤錦長(zhǎng)連化工有限公司，遼寧 盤錦 124221）
研究了鐵板砂巖陶粒最大粒徑、膠凝材料用量、砂率、礦物摻合料、外加劑、陶粒預(yù)吸水對(duì)鐵板砂巖陶?；炷凉ぷ餍阅艿挠绊懸?guī)律。闡述了鐵板砂巖陶?；炷涟韬衔餄{體的特征以及工作性能的控制方法?；趯?duì)鐵板砂巖陶?；炷恋奶涠取U(kuò)展度、分層度和泌水度等因素的分析得出了對(duì)工作性能的評(píng)價(jià)方法。采用鐵板砂巖陶?；炷僚浜媳葍?yōu)化配制技術(shù)，配制出了工作性能良好的鐵板砂巖陶粒混凝土。
鐵板砂巖陶?；炷?；最大粒徑；砂率；坍落度和擴(kuò)展度；泌水度；工作性能
吉林市冀東水泥永吉分公司利用當(dāng)?shù)刭Y源鐵板砂巖成功燒制出了鐵板砂巖陶粒輕集料，該鐵板砂巖陶粒與頁(yè)巖陶粒相比獨(dú)具特點(diǎn)[1-6]，首先具有輕質(zhì)、高強(qiáng)和低于頁(yè)巖陶粒的吸水率，其次是發(fā)掘了吉林省豐富的資源并加以利用。通過(guò)對(duì)鐵板砂巖陶粒所配制的混凝土各項(xiàng)性能指標(biāo)的研究表明：鐵板砂巖陶粒輕集料混凝土是一種高性能輕集料混凝土，具備了輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐久穩(wěn)定、工作性能良好，完全適合于高層、超高層工業(yè)及民用建筑、輕架橋梁以及東北地區(qū)對(duì)條件要求苛刻的結(jié)構(gòu)工程中，具有廣闊的推廣使用價(jià)值和巨大的應(yīng)用前景。
1 實(shí)驗(yàn)
1.1 原材料
（1）水泥：吉林冀東永吉水泥廠生產(chǎn)的P·O 42.5水泥，密度3.2 g/cm3，比表面積385 m2/kg；
（2）粉煤灰：吉化熱電廠生產(chǎn)的Ⅰ級(jí)粉煤灰，細(xì)度（45 μm篩篩余）7.2%，密度2.3 g/cm3，比表面積520 m2/kg；
（3）礦渣：吉林通化金珠鋼廠生產(chǎn)的?；郀t礦渣超細(xì)粉，密度2.9 g/cm3，比表面積450 m2/kg；
（4）輕集料：吉林冀東水泥永吉分公司生產(chǎn)的鐵板砂巖陶粒；
（5）細(xì)集料：吉林松花江河砂，細(xì)度模數(shù)3.1，堆積密度1570 kg/m3，表觀密度2630 kg/m3，含泥量＜1%，Ⅱ區(qū)級(jí)配；
（6）外加劑：上海某廠生產(chǎn)的萘系高效減水劑（粉狀），減水率15%～25%；SJ-2型引氣劑；
（7）水；自來(lái)水。
水泥的主要性能指標(biāo)見(jiàn)表1，水泥、粉煤灰和礦渣的化學(xué)成分見(jiàn)表2，輕集料的主要性能指標(biāo)見(jiàn)表3。
表1 水泥的主要性能指標(biāo)
表2 水泥、粉煤灰和礦渣的化學(xué)成分 %
表3 鐵板砂巖陶粒的主要性能指標(biāo)
1.2 試驗(yàn)方法
配合比設(shè)計(jì)利用松散體積法，按照J(rèn)GJ 51—2002《輕骨料混凝土技術(shù)規(guī)程》進(jìn)行，研究鐵板砂巖陶粒最大粒徑、水泥用量、砂率、礦物摻合料取代率、減水劑和引氣劑用量對(duì)鐵板砂巖陶?；炷列阅艿挠绊懸?guī)律。鐵板砂巖陶粒輕集料試驗(yàn)前未做預(yù)吸水處理，鐵板砂巖陶?；炷恋牧W(xué)性能按照GB/T 50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法》進(jìn)行測(cè)試?？箟簭?qiáng)度試件尺寸為100 mm×100 mm×100 mm。
1.3 鐵板砂巖陶?；炷凉ぷ餍阅茉u(píng)價(jià)方法
鐵板砂巖陶粒混凝土的流動(dòng)性和抵抗分層、離析的性能是評(píng)價(jià)其工作性能的標(biāo)準(zhǔn)。因此，采取測(cè)試混凝土四度值即（坍落度、擴(kuò)展度、分層度和泌水度）的方法來(lái)評(píng)價(jià)工作性能。坍落度、擴(kuò)展度和分層度依據(jù)GB/T 50080—2006《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法》進(jìn)行測(cè)試，泌水度按照式（1）進(jìn)行計(jì)算。
式中：w1——4.8 mm篩上漿體的質(zhì)量，kg；
w2——篩下托盤上物質(zhì)的質(zhì)量，kg。
2 結(jié)果與討論
以表4中M2配比為基準(zhǔn)，膠凝材料組成為90%水泥+ 10%粉煤灰，用量為540 kg/m3，水膠比為0.29，砂率40%，減水劑摻量占膠凝材料質(zhì)量的0.5%。
2.1 鐵板砂巖陶粒最大粒徑對(duì)鐵板砂巖陶粒混凝土性能的影響
鐵板砂巖陶粒的性質(zhì)是決定混凝土工作性能的關(guān)鍵，減小鐵板砂巖陶粒的最大粒徑或增加陶粒顆粒密度由此降低鐵板砂巖陶粒與水泥漿體的密度差，都能提高鐵板砂巖陶?；炷翝{體的工作性能。而提高鐵板砂巖陶粒顆粒的密度也會(huì)增加混凝土的密度，削弱鐵板砂巖陶?；炷凛p質(zhì)高強(qiáng)的特性，所以采用降低鐵板砂巖陶粒的最大粒徑是首選方法[7-10]。按照基準(zhǔn)配合比，改變輕集料最大粒徑，研究其對(duì)混凝土性能的影響，結(jié)果見(jiàn)表4。
表4 鐵板砂巖陶粒最大粒徑對(duì)混凝土性能的影響
由表4可見(jiàn)，鐵板砂巖陶粒的最大粒徑越大，陶粒混凝土坍落度和擴(kuò)展度就越大，混凝土漿體的分層、離析及泌水情況也就越嚴(yán)重，導(dǎo)致硬化混凝土強(qiáng)度下降。相反當(dāng)鐵板砂巖陶粒的最大粒徑變小，陶粒分布變得均勻，強(qiáng)度就會(huì)提高。然而也不是陶粒最大粒徑越小越好，鐵板砂巖陶粒的最大粒徑也存在一個(gè)最佳范圍。本試驗(yàn)鐵板砂巖陶粒的最大粒徑為14～20 mm時(shí)，試配的混凝土強(qiáng)度高，坍落度、擴(kuò)展度、分層度和泌水度都較小。
2.2 膠凝材料用量對(duì)鐵板砂巖陶粒混凝土性能的影響
按照基準(zhǔn)配比，其它條件不變，只改變膠凝材料用量，探討其對(duì)鐵板砂巖陶?；炷列阅艿挠绊?，結(jié)果見(jiàn)表5。
表5 膠凝材料用量對(duì)鐵板砂巖陶?；炷列阅艿挠绊?/p>
由表5可見(jiàn)，隨著膠凝材料用量加大，鐵板砂巖陶粒在拌合物漿體中所占的相對(duì)比例將減少，砂漿黏度提高，有效地阻止了鐵板砂巖陶粒的上浮，分層、離析現(xiàn)象減弱。同時(shí)也使陶粒和砂漿間密度差加大，鐵板砂巖陶粒上移速度加快。但二者綜合作用的結(jié)果是膠凝材料用量加大對(duì)漿體粘滯性的影響大于了對(duì)密度差的影響，使得鐵板砂巖陶粒的上移速度減慢，導(dǎo)致漿體分層度和鐵板砂巖陶粒分層度都降低。當(dāng)膠凝材料用量為540 kg/m3左右時(shí)，鐵板砂巖陶粒混凝土漿體的分層度、泌水度和流動(dòng)度較好，抗壓強(qiáng)度較高，再增加膠凝材料用量，混凝土的工作性能和抗壓強(qiáng)度變化已不明顯。
2.3 砂率對(duì)鐵板砂巖陶?；炷列阅艿挠绊?/p>
按照基準(zhǔn)配合比，探討在鐵板砂巖陶粒和河砂總體積不變的條件下，不同砂率體積百分比（38%、40%、42%、44%）對(duì)鐵板砂巖陶粒混凝土性能的影響，結(jié)果見(jiàn)表6。
表6 砂率對(duì)鐵板砂巖陶?；炷列阅艿挠绊?/p>
由表6可見(jiàn)，砂率在38%～44%時(shí)，鐵板砂巖陶?；炷恋奶涠群蛿U(kuò)展度分別處于180 mm和430 mm以上，并且隨著砂率的加大而增大。河砂的增多可以提高鐵板砂巖陶?；炷恋酿ぞ坌裕苯訉?dǎo)致混凝土的分層度和泌水度下降[11-12]。但砂率一旦超出合理的范圍后，砂漿和鐵板砂巖陶粒間的密度差將增大，使得混凝土的穩(wěn)定性和和易性變差。砂率超過(guò)42%以后，鐵板砂巖陶粒混凝土顯現(xiàn)出分層、離析和泌水現(xiàn)象，28 d抗壓強(qiáng)度降低，44%砂率的混凝土28 d抗壓強(qiáng)度剛剛達(dá)到40 MPa以上。本試驗(yàn)中砂率最佳為40%～42%。
2.4 礦物摻合料對(duì)鐵板砂巖陶?；炷列阅艿挠绊?/p>
固定膠凝材料用量為540 kg/m3，探討粉煤灰和礦渣取代水泥量對(duì)鐵板砂巖陶粒混凝土性能的影響，結(jié)果見(jiàn)表7。
表7 礦物摻合料對(duì)鐵板砂巖陶粒混凝土性能的影響
由表7可知，當(dāng)用粉煤灰和礦渣部分取代水泥后，可改善鐵板砂巖陶粒混凝土的工作性能。原因是粉煤灰和礦渣的密度分別為2300、2900 kg/m3，都小于水泥的密度3100 kg/m3，摻入后可降低砂漿的密度及鐵板砂巖陶粒與漿體的密度差，導(dǎo)致陶?；炷恋姆謱佣纫约吧细∷俣榷枷陆礫13]。同時(shí)粉煤灰和礦渣的加入也會(huì)使鐵板砂巖陶?；炷恋酿ざ忍岣?，最終使得配制的陶粒混凝土分層、離析和泌水性能變好。粉煤灰取代率從10%提高到20%時(shí)，鐵板砂巖陶?；炷恋牧鲃?dòng)性能提高，坍落度由190 mm增加到235 mm，球形的粉煤灰顆粒在形態(tài)效應(yīng)發(fā)揮的同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致鐵板砂巖陶粒上浮，因此單摻粉煤灰對(duì)陶?；炷涟韬衔餄{體的穩(wěn)定性的改善效果有限，當(dāng)摻量超過(guò)20%后，陶粒混凝土還容易導(dǎo)致分層、泌水和離析現(xiàn)象的發(fā)生，最終使得28 d抗壓強(qiáng)度降低。雖然礦渣對(duì)陶?；炷恋臐?rùn)滑效果不如粉煤灰，但礦渣可以增加漿體的黏聚性，同樣會(huì)降低陶?；炷翝{體的分層度和泌水度，最終提高抗壓強(qiáng)度。因此，采用雙摻礦渣和粉煤灰的方法，發(fā)揮兩者的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、協(xié)調(diào)增強(qiáng)的作用，使鐵板砂巖陶?；炷翝{體在高流動(dòng)性的情況下還具有良好的黏聚性及和易性。
2.5 外加劑對(duì)鐵板砂巖陶粒混凝土性能的影響
外加劑的合理使用可以顯著改善鐵板砂巖陶?；炷恋墓ぷ餍阅?，從而提高陶?；炷恋牧鲃?dòng)性、和易性、力學(xué)性能以及耐久性能。按照基準(zhǔn)配合比，研究了引氣劑和減水劑摻量對(duì)混凝土性能的影響規(guī)律。
2.5.1 減水劑對(duì)鐵板砂巖陶?；炷列阅艿挠绊懀ㄒ?jiàn)表8）
表8 減水劑摻量對(duì)鐵板砂巖陶粒混凝土性能的影響
由表8可見(jiàn)，隨著減水劑摻量的增加，鐵板砂巖陶?；炷恋牧鲃?dòng)性增加，分層度、泌水度也增大，抗壓強(qiáng)度先提高后降低。這是因?yàn)?，減水劑可分散水泥水化生成的水化產(chǎn)物，釋放出水化產(chǎn)物內(nèi)部包裹的自由水，在水灰比不變的條件下，可顯著改善鐵板砂巖陶?；炷恋牧鲃?dòng)性及和易性。但當(dāng)減水劑摻量過(guò)大時(shí)，鐵板砂巖陶?；炷林兴酀{體的黏聚性會(huì)被嚴(yán)重破壞，導(dǎo)致拌合物漿體的工作性能變差，并產(chǎn)生分層、離析和泌水現(xiàn)象，給硬化陶粒混凝土的強(qiáng)度及耐久性造成不良影響。本試驗(yàn)減水劑最佳摻量為0.5%～1.0%。
2.5.2 引氣劑對(duì)鐵板砂巖陶?；炷列阅艿挠绊?/p>
在基準(zhǔn)配比的基礎(chǔ)上，添加占膠凝材料質(zhì)量0.05%、0.10%的引氣劑，研究其對(duì)混凝土性能的影響，結(jié)果見(jiàn)表9。
表9 引氣劑摻量對(duì)鐵板砂巖陶粒混凝土性能的影響
由表9可見(jiàn)，引氣劑摻量由0增加到0.05%，鐵板砂巖陶?；炷恋姆謱佣扔忻黠@的降低，引氣劑摻量增加到0.10%后，分層度和泌水度反而增加，陶粒質(zhì)量分層度從5.8%增加至15.5%，增幅加大。引氣劑摻量對(duì)陶?；炷撂涠鹊挠绊懖幻黠@，坍落度都在200 mm以上。當(dāng)鐵板砂巖陶粒混凝土中加入引氣劑后，就在混凝土中產(chǎn)生了大量的微小氣泡，相當(dāng)于無(wú)數(shù)的小滾珠，提高了陶粒混凝土漿體的流動(dòng)性，改善陶粒混凝土的密實(shí)度，降低混凝土漿體與陶粒間的密度差。抑制陶粒的上浮速度，分層度和泌水度降低，最終導(dǎo)致陶?；炷恋姆€(wěn)定性及和易性提高。但引氣劑摻量過(guò)高會(huì)使鐵板砂巖陶?；炷恋牧鲃?dòng)性大增，陶粒和砂漿間很容易產(chǎn)生分離、上浮等現(xiàn)象[14]。本試驗(yàn)引氣劑最佳摻量為0.05%。
2.6 預(yù)吸水對(duì)鐵板砂巖陶粒混凝土性能的影響
鐵板砂巖陶粒由于具備微孔特征，所以具有吸水功能。在常溫常壓下預(yù)吸水0、1、8、12、24 h后拌制鐵板砂巖陶粒混凝土，測(cè)試混凝土的坍落度、擴(kuò)展度、泌水度及分層度等指標(biāo)，研究預(yù)吸水時(shí)間對(duì)鐵板砂巖陶?；炷啃阅艿挠绊懀Y(jié)果見(jiàn)表10。
表10 預(yù)吸水時(shí)間對(duì)鐵板砂巖陶粒混凝土性能的影響
由表10可見(jiàn)，鐵板砂巖陶粒預(yù)吸水時(shí)間對(duì)混凝土工作性能影響較小，吸水1 h幾乎就使鐵板砂巖陶粒顆粒達(dá)到飽和狀態(tài)。并且同頁(yè)巖陶粒相比，鐵板砂巖陶粒的吸水率低20%左右[15]。因此，使用鐵板砂巖陶粒配制混凝土?xí)r，最佳預(yù)吸水時(shí)間控制在1 h以下即可。從28 d抗壓強(qiáng)度可以看出，預(yù)吸水可以提高鐵板砂巖陶?；炷恋膹?qiáng)度。這是利用了鐵板砂巖陶粒的保水和自養(yǎng)護(hù)作用，隨著水泥水化、硬化過(guò)程的進(jìn)行，鐵板砂巖陶粒表面水分減少，導(dǎo)致陶粒內(nèi)部的水分緩慢地由里向外釋放，使陶粒與砂漿界面處的水泥顆粒得到充分的水化，增強(qiáng)了界面處的粘結(jié)力。
3 結(jié)論
（1）本試驗(yàn)分析了鐵板砂巖陶?；炷涟韬衔餄{體的結(jié)構(gòu)特性，研究了影響鐵板砂巖陶?；炷凉ぷ餍阅艿囊蛩睾陀?jì)算公式，建立了以坍落度、擴(kuò)展度、分層度、泌水度等因素作為綜合評(píng)價(jià)鐵板砂巖陶?；炷翝{體工作性能的方法。
（2）利用鐵板砂巖陶粒作為輕集料，在保證陶?；炷恋拿芏?、強(qiáng)度等性能得到滿足的條件下，嚴(yán)格控制鐵板砂巖陶粒的最大粒徑在20 mm以下，膠凝材料用量控制在540 kg/m3左右；體積砂率宜選擇40%～42%；雙摻粉煤灰和礦渣等礦物摻合料，粉煤灰摻量宜控制在10%左右，礦物摻合料的總摻量應(yīng)控制在20%以內(nèi)為宜，并通過(guò)試配嚴(yán)格控制外加劑的摻量。
[1]周敏.高嶺土尾礦-煤矸石-粉煤灰燒成陶粒配制輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土的試驗(yàn)研究[J].新型建筑材料，2014（9）：67-69.
[2] 崔清泉，楊曉華，沈祖鋒，等.高性能陶粒的試驗(yàn)研究[J].新型建筑材料，2013（11）：75-77.
[3] 黃昱霖，嚴(yán)云，李三霞.低成本大流動(dòng)度輕質(zhì)高強(qiáng)頁(yè)巖陶粒混凝土研究[J].新型建筑材料，2011（1）：19-21.
[4] 楊曉華，楊博，崔清泉.利用江河淤泥、頁(yè)巖、生物污泥生產(chǎn)陶粒[J].新型建筑材料，2010（11）：54-56.
[5]周敏.外加劑對(duì)輕質(zhì)高強(qiáng)高嶺土尾礦-煤矸石-粉煤灰陶粒影響的研究[J].新型建筑材料，2014（3）：45-47.
[6]靖金球，范方祿，陳躍，等.煤矸石生產(chǎn)多孔陶粒的研究[J].新型建筑材料，2005（4）：32-33.
[7]馮乃謙.高性能混凝土[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1996.
[8]陳增林.結(jié)構(gòu)用輕骨料混凝土[M].長(zhǎng)沙：湖南科學(xué)技術(shù)出版，1982.
[9] Arvind K，Suryavanshi R，Narayan S.Development of lightweight mixes using ceramic microsphcres as fillers[J].Cemem and Concrete Research，2002，32（11）：1783-1789.
[10] 王發(fā)洲.高性能輕集料混凝土研究與應(yīng)用[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2003.
[11] Hwang C L，Hung M F.Durability design and performance of self-consolidating lightweight concrete[J].Construction and Building Materials，2005，19（8）：619-626.
[12] 何廷樹(shù)，王振軍，伍勇華，等.自密實(shí)輕骨料混凝土工作性能的研究[J].西安科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，24（4）：422-425.
[13] 詹鎮(zhèn)峰，張傳鎂，劉啟華.高強(qiáng)輕集料混凝土組成與性能的試驗(yàn)研究[J].混凝土，2005（2）：32-35.
[14] 李渝軍，丁建彤.泵送高強(qiáng)輕骨料混凝土的抗離析性能的試驗(yàn)研究[J].四川建筑科學(xué)研究，2005，31（5）：103-107.
[15] 王發(fā)洲，胡曙光，丁慶軍，等.大流動(dòng)性高強(qiáng)輕集料混凝土的研究[J].武漢理工大學(xué)報(bào)，2004，3（3）：30-32.
Study on the working performance of iron sand ceramsite concrete
CHEN Lianfa1，TIAN Shumei2，WANG Xinyuan3，LIU Di4
（1.School of Material Science and Technology，Jilin University of Chemical Technology，Jilin 132022，China；2.Information Technology Center of Daqing Petrochemical Company，Daqing 163714，China；3.Datang Hulunbeir Group Chemical Fertilizer Co.Ltd.，Hulunbeir 021012，China；4.Liao Ning Pan Jin Chang Lian Chemical Industry Co.Ltd.，Panjin 124221，China）
The effects law of the maximum particle size，cementious material dosage，sand ratio，mineral admixtures，additives，the pre-absorption of ceramsite on the working performance of iron sand ceramsite concrete were studied.The control method of working performance and characteristic of iron sand ceramsite concrete mixture slurry were set forth.Based on the analysis of slump，divergence，stratification，bleeding of iron sand ceramsite concrete，evaluation method of the work performance was considered. The iron sand ceramsite concrete with good working performance was prepared by using the mix ratio optimization preparation technology.
iron sand ceramsite concrete，the maximum particle size，sand ratio，slump and divergence，bleeding，working performance
TU528.2
A
1001-702X（2016）08-0092-04
2015-10-29；
2015-12-13
陳連發(fā)，男，1962年生，黑龍江齊齊哈爾人，副教授，主要從事無(wú)機(jī)非金屬材料及應(yīng)用研究。
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陳連發(fā)，田淑梅，王新元，劉迪
（1.吉林化工學(xué)院 材料科學(xué)與工程學(xué)院，吉林 吉林 132022；2.大慶石化公司信息技術(shù)中心，黑龍江 大慶 163714；3.內(nèi)蒙古大唐呼倫貝爾化肥有限公司，內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021012；4.遼寧盤錦長(zhǎng)連化工有限公司，遼寧 盤錦 124221）
鐵板砂巖陶?；炷凉ぷ餍阅艿难芯?/p>
陳連發(fā)1，田淑梅2，王新元3，劉迪4
（1.吉林化工學(xué)院 材料科學(xué)與工程學(xué)院，吉林 吉林 132022；2.大慶石化公司信息技術(shù)中心，黑龍江 大慶 163714；3.內(nèi)蒙古大唐呼倫貝爾化肥有限公司，內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021012；4.遼寧盤錦長(zhǎng)連化工有限公司，遼寧 盤錦 124221）
研究了鐵板砂巖陶粒最大粒徑、膠凝材料用量、砂率、礦物摻合料、外加劑、陶粒預(yù)吸水對(duì)鐵板砂巖陶?；炷凉ぷ餍阅艿挠绊懸?guī)律。闡述了鐵板砂巖陶?；炷涟韬衔餄{體的特征以及工作性能的控制方法?；趯?duì)鐵板砂巖陶?；炷恋奶涠取U(kuò)展度、分層度和泌水度等因素的分析得出了對(duì)工作性能的評(píng)價(jià)方法。采用鐵板砂巖陶?；炷僚浜媳葍?yōu)化配制技術(shù)，配制出了工作性能良好的鐵板砂巖陶粒混凝土。
鐵板砂巖陶?；炷?；最大粒徑；砂率；坍落度和擴(kuò)展度；泌水度；工作性能
吉林市冀東水泥永吉分公司利用當(dāng)?shù)刭Y源鐵板砂巖成功燒制出了鐵板砂巖陶粒輕集料，該鐵板砂巖陶粒與頁(yè)巖陶粒相比獨(dú)具特點(diǎn)[1-6]，首先具有輕質(zhì)、高強(qiáng)和低于頁(yè)巖陶粒的吸水率，其次是發(fā)掘了吉林省豐富的資源并加以利用。通過(guò)對(duì)鐵板砂巖陶粒所配制的混凝土各項(xiàng)性能指標(biāo)的研究表明：鐵板砂巖陶粒輕集料混凝土是一種高性能輕集料混凝土，具備了輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐久穩(wěn)定、工作性能良好，完全適合于高層、超高層工業(yè)及民用建筑、輕架橋梁以及東北地區(qū)對(duì)條件要求苛刻的結(jié)構(gòu)工程中，具有廣闊的推廣使用價(jià)值和巨大的應(yīng)用前景。
1 實(shí)驗(yàn)
1.1 原材料
（1）水泥：吉林冀東永吉水泥廠生產(chǎn)的P·O 42.5水泥，密度3.2 g/cm3，比表面積385 m2/kg；
（2）粉煤灰：吉化熱電廠生產(chǎn)的Ⅰ級(jí)粉煤灰，細(xì)度（45 μm篩篩余）7.2%，密度2.3 g/cm3，比表面積520 m2/kg；
（3）礦渣：吉林通化金珠鋼廠生產(chǎn)的?；郀t礦渣超細(xì)粉，密度2.9 g/cm3，比表面積450 m2/kg；
（4）輕集料：吉林冀東水泥永吉分公司生產(chǎn)的鐵板砂巖陶粒；
（5）細(xì)集料：吉林松花江河砂，細(xì)度模數(shù)3.1，堆積密度1570 kg/m3，表觀密度2630 kg/m3，含泥量＜1%，Ⅱ區(qū)級(jí)配；
（6）外加劑：上海某廠生產(chǎn)的萘系高效減水劑（粉狀），減水率15%～25%；SJ-2型引氣劑；
（7）水；自來(lái)水。
水泥的主要性能指標(biāo)見(jiàn)表1，水泥、粉煤灰和礦渣的化學(xué)成分見(jiàn)表2，輕集料的主要性能指標(biāo)見(jiàn)表3。
表1 水泥的主要性能指標(biāo)
表2 水泥、粉煤灰和礦渣的化學(xué)成分 %
表3 鐵板砂巖陶粒的主要性能指標(biāo)
1.2 試驗(yàn)方法
配合比設(shè)計(jì)利用松散體積法，按照J(rèn)GJ 51—2002《輕骨料混凝土技術(shù)規(guī)程》進(jìn)行，研究鐵板砂巖陶粒最大粒徑、水泥用量、砂率、礦物摻合料取代率、減水劑和引氣劑用量對(duì)鐵板砂巖陶?；炷列阅艿挠绊懸?guī)律。鐵板砂巖陶粒輕集料試驗(yàn)前未做預(yù)吸水處理，鐵板砂巖陶?；炷恋牧W(xué)性能按照GB/T 50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法》進(jìn)行測(cè)試?？箟簭?qiáng)度試件尺寸為100 mm×100 mm×100 mm。
1.3 鐵板砂巖陶?；炷凉ぷ餍阅茉u(píng)價(jià)方法
鐵板砂巖陶粒混凝土的流動(dòng)性和抵抗分層、離析的性能是評(píng)價(jià)其工作性能的標(biāo)準(zhǔn)。因此，采取測(cè)試混凝土四度值即（坍落度、擴(kuò)展度、分層度和泌水度）的方法來(lái)評(píng)價(jià)工作性能。坍落度、擴(kuò)展度和分層度依據(jù)GB/T 50080—2006《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法》進(jìn)行測(cè)試，泌水度按照式（1）進(jìn)行計(jì)算。
式中：w1——4.8 mm篩上漿體的質(zhì)量，kg；
w2——篩下托盤上物質(zhì)的質(zhì)量，kg。
2 結(jié)果與討論
以表4中M2配比為基準(zhǔn)，膠凝材料組成為90%水泥+ 10%粉煤灰，用量為540 kg/m3，水膠比為0.29，砂率40%，減水劑摻量占膠凝材料質(zhì)量的0.5%。
2.1 鐵板砂巖陶粒最大粒徑對(duì)鐵板砂巖陶粒混凝土性能的影響
鐵板砂巖陶粒的性質(zhì)是決定混凝土工作性能的關(guān)鍵，減小鐵板砂巖陶粒的最大粒徑或增加陶粒顆粒密度由此降低鐵板砂巖陶粒與水泥漿體的密度差，都能提高鐵板砂巖陶?；炷翝{體的工作性能。而提高鐵板砂巖陶粒顆粒的密度也會(huì)增加混凝土的密度，削弱鐵板砂巖陶?；炷凛p質(zhì)高強(qiáng)的特性，所以采用降低鐵板砂巖陶粒的最大粒徑是首選方法[7-10]。按照基準(zhǔn)配合比，改變輕集料最大粒徑，研究其對(duì)混凝土性能的影響，結(jié)果見(jiàn)表4。
表4 鐵板砂巖陶粒最大粒徑對(duì)混凝土性能的影響
由表4可見(jiàn)，鐵板砂巖陶粒的最大粒徑越大，陶粒混凝土坍落度和擴(kuò)展度就越大，混凝土漿體的分層、離析及泌水情況也就越嚴(yán)重，導(dǎo)致硬化混凝土強(qiáng)度下降。相反當(dāng)鐵板砂巖陶粒的最大粒徑變小，陶粒分布變得均勻，強(qiáng)度就會(huì)提高。然而也不是陶粒最大粒徑越小越好，鐵板砂巖陶粒的最大粒徑也存在一個(gè)最佳范圍。本試驗(yàn)鐵板砂巖陶粒的最大粒徑為14～20 mm時(shí)，試配的混凝土強(qiáng)度高，坍落度、擴(kuò)展度、分層度和泌水度都較小。
2.2 膠凝材料用量對(duì)鐵板砂巖陶粒混凝土性能的影響
按照基準(zhǔn)配比，其它條件不變，只改變膠凝材料用量，探討其對(duì)鐵板砂巖陶?；炷列阅艿挠绊?，結(jié)果見(jiàn)表5。
表5 膠凝材料用量對(duì)鐵板砂巖陶?；炷列阅艿挠绊?/p>
由表5可見(jiàn)，隨著膠凝材料用量加大，鐵板砂巖陶粒在拌合物漿體中所占的相對(duì)比例將減少，砂漿黏度提高，有效地阻止了鐵板砂巖陶粒的上浮，分層、離析現(xiàn)象減弱。同時(shí)也使陶粒和砂漿間密度差加大，鐵板砂巖陶粒上移速度加快。但二者綜合作用的結(jié)果是膠凝材料用量加大對(duì)漿體粘滯性的影響大于了對(duì)密度差的影響，使得鐵板砂巖陶粒的上移速度減慢，導(dǎo)致漿體分層度和鐵板砂巖陶粒分層度都降低。當(dāng)膠凝材料用量為540 kg/m3左右時(shí)，鐵板砂巖陶粒混凝土漿體的分層度、泌水度和流動(dòng)度較好，抗壓強(qiáng)度較高，再增加膠凝材料用量，混凝土的工作性能和抗壓強(qiáng)度變化已不明顯。
2.3 砂率對(duì)鐵板砂巖陶?；炷列阅艿挠绊?/p>
按照基準(zhǔn)配合比，探討在鐵板砂巖陶粒和河砂總體積不變的條件下，不同砂率體積百分比（38%、40%、42%、44%）對(duì)鐵板砂巖陶粒混凝土性能的影響，結(jié)果見(jiàn)表6。
表6 砂率對(duì)鐵板砂巖陶?；炷列阅艿挠绊?/p>
由表6可見(jiàn)，砂率在38%～44%時(shí)，鐵板砂巖陶?；炷恋奶涠群蛿U(kuò)展度分別處于180 mm和430 mm以上，并且隨著砂率的加大而增大。河砂的增多可以提高鐵板砂巖陶?；炷恋酿ぞ坌裕苯訉?dǎo)致混凝土的分層度和泌水度下降[11-12]。但砂率一旦超出合理的范圍后，砂漿和鐵板砂巖陶粒間的密度差將增大，使得混凝土的穩(wěn)定性和和易性變差。砂率超過(guò)42%以后，鐵板砂巖陶粒混凝土顯現(xiàn)出分層、離析和泌水現(xiàn)象，28 d抗壓強(qiáng)度降低，44%砂率的混凝土28 d抗壓強(qiáng)度剛剛達(dá)到40 MPa以上。本試驗(yàn)中砂率最佳為40%～42%。
2.4 礦物摻合料對(duì)鐵板砂巖陶?；炷列阅艿挠绊?/p>
固定膠凝材料用量為540 kg/m3，探討粉煤灰和礦渣取代水泥量對(duì)鐵板砂巖陶粒混凝土性能的影響，結(jié)果見(jiàn)表7。
表7 礦物摻合料對(duì)鐵板砂巖陶粒混凝土性能的影響
由表7可知，當(dāng)用粉煤灰和礦渣部分取代水泥后，可改善鐵板砂巖陶粒混凝土的工作性能。原因是粉煤灰和礦渣的密度分別為2300、2900 kg/m3，都小于水泥的密度3100 kg/m3，摻入后可降低砂漿的密度及鐵板砂巖陶粒與漿體的密度差，導(dǎo)致陶?；炷恋姆謱佣纫约吧细∷俣榷枷陆礫13]。同時(shí)粉煤灰和礦渣的加入也會(huì)使鐵板砂巖陶?；炷恋酿ざ忍岣?，最終使得配制的陶粒混凝土分層、離析和泌水性能變好。粉煤灰取代率從10%提高到20%時(shí)，鐵板砂巖陶?；炷恋牧鲃?dòng)性能提高，坍落度由190 mm增加到235 mm，球形的粉煤灰顆粒在形態(tài)效應(yīng)發(fā)揮的同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致鐵板砂巖陶粒上浮，因此單摻粉煤灰對(duì)陶?；炷涟韬衔餄{體的穩(wěn)定性的改善效果有限，當(dāng)摻量超過(guò)20%后，陶粒混凝土還容易導(dǎo)致分層、泌水和離析現(xiàn)象的發(fā)生，最終使得28 d抗壓強(qiáng)度降低。雖然礦渣對(duì)陶?；炷恋臐?rùn)滑效果不如粉煤灰，但礦渣可以增加漿體的黏聚性，同樣會(huì)降低陶?；炷翝{體的分層度和泌水度，最終提高抗壓強(qiáng)度。因此，采用雙摻礦渣和粉煤灰的方法，發(fā)揮兩者的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、協(xié)調(diào)增強(qiáng)的作用，使鐵板砂巖陶?；炷翝{體在高流動(dòng)性的情況下還具有良好的黏聚性及和易性。
2.5 外加劑對(duì)鐵板砂巖陶粒混凝土性能的影響
外加劑的合理使用可以顯著改善鐵板砂巖陶?；炷恋墓ぷ餍阅?，從而提高陶?；炷恋牧鲃?dòng)性、和易性、力學(xué)性能以及耐久性能。按照基準(zhǔn)配合比，研究了引氣劑和減水劑摻量對(duì)混凝土性能的影響規(guī)律。
2.5.1 減水劑對(duì)鐵板砂巖陶?；炷列阅艿挠绊懀ㄒ?jiàn)表8）
表8 減水劑摻量對(duì)鐵板砂巖陶粒混凝土性能的影響
由表8可見(jiàn)，隨著減水劑摻量的增加，鐵板砂巖陶?；炷恋牧鲃?dòng)性增加，分層度、泌水度也增大，抗壓強(qiáng)度先提高后降低。這是因?yàn)?，減水劑可分散水泥水化生成的水化產(chǎn)物，釋放出水化產(chǎn)物內(nèi)部包裹的自由水，在水灰比不變的條件下，可顯著改善鐵板砂巖陶?；炷恋牧鲃?dòng)性及和易性。但當(dāng)減水劑摻量過(guò)大時(shí)，鐵板砂巖陶?；炷林兴酀{體的黏聚性會(huì)被嚴(yán)重破壞，導(dǎo)致拌合物漿體的工作性能變差，并產(chǎn)生分層、離析和泌水現(xiàn)象，給硬化陶粒混凝土的強(qiáng)度及耐久性造成不良影響。本試驗(yàn)減水劑最佳摻量為0.5%～1.0%。
2.5.2 引氣劑對(duì)鐵板砂巖陶?；炷列阅艿挠绊?/p>
在基準(zhǔn)配比的基礎(chǔ)上，添加占膠凝材料質(zhì)量0.05%、0.10%的引氣劑，研究其對(duì)混凝土性能的影響，結(jié)果見(jiàn)表9。
表9 引氣劑摻量對(duì)鐵板砂巖陶粒混凝土性能的影響
由表9可見(jiàn)，引氣劑摻量由0增加到0.05%，鐵板砂巖陶?；炷恋姆謱佣扔忻黠@的降低，引氣劑摻量增加到0.10%后，分層度和泌水度反而增加，陶粒質(zhì)量分層度從5.8%增加至15.5%，增幅加大。引氣劑摻量對(duì)陶?；炷撂涠鹊挠绊懖幻黠@，坍落度都在200 mm以上。當(dāng)鐵板砂巖陶粒混凝土中加入引氣劑后，就在混凝土中產(chǎn)生了大量的微小氣泡，相當(dāng)于無(wú)數(shù)的小滾珠，提高了陶粒混凝土漿體的流動(dòng)性，改善陶粒混凝土的密實(shí)度，降低混凝土漿體與陶粒間的密度差。抑制陶粒的上浮速度，分層度和泌水度降低，最終導(dǎo)致陶?；炷恋姆€(wěn)定性及和易性提高。但引氣劑摻量過(guò)高會(huì)使鐵板砂巖陶?；炷恋牧鲃?dòng)性大增，陶粒和砂漿間很容易產(chǎn)生分離、上浮等現(xiàn)象[14]。本試驗(yàn)引氣劑最佳摻量為0.05%。
2.6 預(yù)吸水對(duì)鐵板砂巖陶粒混凝土性能的影響
鐵板砂巖陶粒由于具備微孔特征，所以具有吸水功能。在常溫常壓下預(yù)吸水0、1、8、12、24 h后拌制鐵板砂巖陶粒混凝土，測(cè)試混凝土的坍落度、擴(kuò)展度、泌水度及分層度等指標(biāo)，研究預(yù)吸水時(shí)間對(duì)鐵板砂巖陶?；炷啃阅艿挠绊懀Y(jié)果見(jiàn)表10。
表10 預(yù)吸水時(shí)間對(duì)鐵板砂巖陶粒混凝土性能的影響
由表10可見(jiàn)，鐵板砂巖陶粒預(yù)吸水時(shí)間對(duì)混凝土工作性能影響較小，吸水1 h幾乎就使鐵板砂巖陶粒顆粒達(dá)到飽和狀態(tài)。并且同頁(yè)巖陶粒相比，鐵板砂巖陶粒的吸水率低20%左右[15]。因此，使用鐵板砂巖陶粒配制混凝土?xí)r，最佳預(yù)吸水時(shí)間控制在1 h以下即可。從28 d抗壓強(qiáng)度可以看出，預(yù)吸水可以提高鐵板砂巖陶?；炷恋膹?qiáng)度。這是利用了鐵板砂巖陶粒的保水和自養(yǎng)護(hù)作用，隨著水泥水化、硬化過(guò)程的進(jìn)行，鐵板砂巖陶粒表面水分減少，導(dǎo)致陶粒內(nèi)部的水分緩慢地由里向外釋放，使陶粒與砂漿界面處的水泥顆粒得到充分的水化，增強(qiáng)了界面處的粘結(jié)力。
3 結(jié)論
（1）本試驗(yàn)分析了鐵板砂巖陶?；炷涟韬衔餄{體的結(jié)構(gòu)特性，研究了影響鐵板砂巖陶?；炷凉ぷ餍阅艿囊蛩睾陀?jì)算公式，建立了以坍落度、擴(kuò)展度、分層度、泌水度等因素作為綜合評(píng)價(jià)鐵板砂巖陶?；炷翝{體工作性能的方法。
（2）利用鐵板砂巖陶粒作為輕集料，在保證陶?；炷恋拿芏?、強(qiáng)度等性能得到滿足的條件下，嚴(yán)格控制鐵板砂巖陶粒的最大粒徑在20 mm以下，膠凝材料用量控制在540 kg/m3左右；體積砂率宜選擇40%～42%；雙摻粉煤灰和礦渣等礦物摻合料，粉煤灰摻量宜控制在10%左右，礦物摻合料的總摻量應(yīng)控制在20%以內(nèi)為宜，并通過(guò)試配嚴(yán)格控制外加劑的摻量。
[1]周敏.高嶺土尾礦-煤矸石-粉煤灰燒成陶粒配制輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土的試驗(yàn)研究[J].新型建筑材料，2014（9）：67-69.
[2] 崔清泉，楊曉華，沈祖鋒，等.高性能陶粒的試驗(yàn)研究[J].新型建筑材料，2013（11）：75-77.
[3] 黃昱霖，嚴(yán)云，李三霞.低成本大流動(dòng)度輕質(zhì)高強(qiáng)頁(yè)巖陶粒混凝土研究[J].新型建筑材料，2011（1）：19-21.
[4] 楊曉華，楊博，崔清泉.利用江河淤泥、頁(yè)巖、生物污泥生產(chǎn)陶粒[J].新型建筑材料，2010（11）：54-56.
[5]周敏.外加劑對(duì)輕質(zhì)高強(qiáng)高嶺土尾礦-煤矸石-粉煤灰陶粒影響的研究[J].新型建筑材料，2014（3）：45-47.
[6]靖金球，范方祿，陳躍，等.煤矸石生產(chǎn)多孔陶粒的研究[J].新型建筑材料，2005（4）：32-33.
[7]馮乃謙.高性能混凝土[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1996.
[8]陳增林.結(jié)構(gòu)用輕骨料混凝土[M].長(zhǎng)沙：湖南科學(xué)技術(shù)出版，1982.
[9] Arvind K，Suryavanshi R，Narayan S.Development of lightweight mixes using ceramic microsphcres as fillers[J].Cemem and Concrete Research，2002，32（11）：1783-1789.
[10] 王發(fā)洲.高性能輕集料混凝土研究與應(yīng)用[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2003.
[11] Hwang C L，Hung M F.Durability design and performance of self-consolidating lightweight concrete[J].Construction and Building Materials，2005，19（8）：619-626.
[12] 何廷樹(shù)，王振軍，伍勇華，等.自密實(shí)輕骨料混凝土工作性能的研究[J].西安科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，24（4）：422-425.
[13] 詹鎮(zhèn)峰，張傳鎂，劉啟華.高強(qiáng)輕集料混凝土組成與性能的試驗(yàn)研究[J].混凝土，2005（2）：32-35.
[14] 李渝軍，丁建彤.泵送高強(qiáng)輕骨料混凝土的抗離析性能的試驗(yàn)研究[J].四川建筑科學(xué)研究，2005，31（5）：103-107.
[15] 王發(fā)洲，胡曙光，丁慶軍，等.大流動(dòng)性高強(qiáng)輕集料混凝土的研究[J].武漢理工大學(xué)報(bào)，2004，3（3）：30-32.
Study on the working performance of iron sand ceramsite concrete
CHEN Lianfa1，TIAN Shumei2，WANG Xinyuan3，LIU Di4
（1.School of Material Science and Technology，Jilin University of Chemical Technology，Jilin 132022，China；2.Information Technology Center of Daqing Petrochemical Company，Daqing 163714，China；3.Datang Hulunbeir Group Chemical Fertilizer Co.Ltd.，Hulunbeir 021012，China；4.Liao Ning Pan Jin Chang Lian Chemical Industry Co.Ltd.，Panjin 124221，China）
The effects law of the maximum particle size，cementious material dosage，sand ratio，mineral admixtures，additives，the pre-absorption of ceramsite on the working performance of iron sand ceramsite concrete were studied.The control method of working performance and characteristic of iron sand ceramsite concrete mixture slurry were set forth.Based on the analysis of slump，divergence，stratification，bleeding of iron sand ceramsite concrete，evaluation method of the work performance was considered. The iron sand ceramsite concrete with good working performance was prepared by using the mix ratio optimization preparation technology.
iron sand ceramsite concrete，the maximum particle size，sand ratio，slump and divergence，bleeding，working performance
TU528.2
A
1001-702X（2016）08-0092-04
2015-10-29；
2015-12-13
陳連發(fā)，男，1962年生，黑龍江齊齊哈爾人，副教授，主要從事無(wú)機(jī)非金屬材料及應(yīng)用研究。
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