王利東，李珠，趙林，王振明

（太原理工大學建筑與土木工程學院，山西 太原 030024）

漂珠級配對保溫混凝土性能的影響試驗研究

王利東，李珠，趙林，王振明

（太原理工大學建筑與土木工程學院，山西 太原 030024）

在C35?；⒅楸鼗炷粱鶞逝浜媳鹊幕A上，制備了摻加漂珠的保溫混凝土，分別對其工作性能、力學性能和熱工性能進行了測試與分析。結(jié)果表明：當漂珠的級配為0.01～0.15 mm時，保溫混凝土28 d的抗壓強度最高，為43.4 MPa。當漂珠的級配為0.3～0.6 mm時，保溫混凝土的導熱系數(shù)最小，為0.35 W/（m·K）。選取級配為0.3～2.36 mm的漂珠可使保溫混凝土的綜合性能最優(yōu)。

漂珠級配；?；⒅?；坍落度；抗壓強度；導熱系數(shù)

0 引言

目前在建筑節(jié)能方面應用的保溫材料主要分為無機和有機2種，如聚苯乙烯泡沫塑料、聚氨酯泡沫塑料、膨脹珍珠巖、巖棉、礦渣棉、玻璃棉、泡沫玻璃等，由于有些保溫材料具有自身的局限性，不能夠滿足建筑在不同氣候條件下的耐久、耐候、變形等要求[1]。為了進一步滿足建筑能夠適應不同的氣候條件，需要尋找一種新型的材料。漂珠是一種綜合性能優(yōu)良的材料，其本身導熱系數(shù)非常小、質(zhì)量輕、強度高、可以承受高溫等[2]，將漂珠添加到保溫混凝土中，代替保溫混凝土中的部分細骨料，改善混凝土的保溫性能。

本文以漂珠為原料，代替?；⒅楸鼗炷林械牟糠旨毠橇?，制成摻加漂珠的保溫混凝土。試驗設計了6組不同顆粒級配的保溫混凝土，研究了漂珠顆粒級配對保溫混凝土拌合物工作性能、抗壓強度和導熱系數(shù)的影響。通過實驗分析，確定了既滿足保溫混凝土拌合物工作性能，同時又滿足力學性能和保溫性能的最佳漂珠的顆粒級配，為后續(xù)試驗的進行提供了一定的支持。

1 試驗

1.1 試驗材料

（1）石子：山西省呂梁地區(qū)碎石，級配為5～25 mm，堆積密度1530 kg/m3，含泥量0.76%，壓碎指標9.4%，吸水率0.46%，表觀密度2650 kg/m3。

（2）砂：山西省某砂石廠家生產(chǎn)的中砂，細度模數(shù)2.5，堆積密度1620 kg/m3，表觀密度2670 kg/m3，含泥量0.82%，含水率1.53%。

（3）水泥：山西省忻州地區(qū)某水泥公司生產(chǎn)的42.5級普通硅酸鹽水泥，比表面積346 m2/kg。

（4）硅灰：成都某公司生產(chǎn)。

（5）減水劑：自制的高效減水劑。

（6）水：自來水。

（7）玻化微珠：河南信陽華豫礦業(yè)有限公司提供，其物理性能指標見表1。

表1 ?；⒅榈奈锢硇阅苤笜?/p>

（8）漂珠：河北省某廠家提供。外觀呈灰色、球狀、質(zhì)輕、隔熱、不透明，其主要物理性質(zhì)見表2[3]?；瘜W性能穩(wěn)定，耐酸、耐堿，其化學組成見表3，主要成分為SiO2和Al2O3，礦物成分主要為非結(jié)晶的玻璃相，結(jié)晶的礦物次之，結(jié)晶成分為莫來石、方石英和尖晶石鐵酸鹽等[4]。

表2 漂珠的主要性能

表3 漂珠的化學組成%

1.2 試驗過程

漂珠是一種輕集料，按照GB/T 17431.2—2010《輕集料及其試驗方法第2部分：輕集料試驗方法》進行篩分試驗，得到2.36～4.75、1.18～2.36、0.6～1.18、0.3～0.6、0.15～0.3、0.01～0.15 mm 6種級配的漂珠顆粒，按級配從大到小編號為P1、P2、P3、P4、P5、P6。在同一外界條件下，分別用6種不同顆粒級配的漂珠替代細骨料，將試塊分成6組，分別測試6組混凝土的工作性能、抗壓強度和導熱系數(shù)，分析漂珠級配對混凝土性能的影響，進而得出漂珠的最佳級配。設計實驗室配合比（見表4），水膠比為0.54。

表4 1 m3保溫混凝土實驗室配合比

1.2.1 試樣制備

按照保溫混凝土實驗室配合比設計方案，先將漂珠和玻化微珠進行預濕，接著加入剩余材料進行攪拌。攪拌好的材料進行拌合物工作性能測試，然后分別放入150 mm×150 mm× 150 mm和300 mm×300 mm×30 mm的試模進行震動成型，立方體試塊每組成型3塊，板狀試件每組成型2塊。室內(nèi)自然條件養(yǎng)護1.5 d后拆模，將拆模后的混凝土試件按照規(guī)范要求進行標準養(yǎng)護。

用于測試導熱系數(shù)的試件在標準養(yǎng)護室養(yǎng)護完成后放入烘干箱內(nèi)烘干至恒重，烘干箱溫度控制為110℃，取出試件將其表面打磨光滑。采用電子秤稱取試件質(zhì)量，計算其干密度

1.2.2 混凝土拌合物工作性能測試

按GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》測試混凝土拌合物的工作性能。采用坍落度筒測試坍落度，在已坍落的混凝土錐體側(cè)面用搗棒輕微擊打，根據(jù)錐體是否下沉、倒坍或者崩裂來判斷其粘聚性是否良好，根據(jù)混凝土拌合物稀漿析出的程度來評定其保水性[5-6]。

1.2.3 混凝土試塊抗壓強度測試

養(yǎng)護成型后的立方體試塊采用STYE-3000C型電腦全自動混凝土壓力機，按GB/T 50081—2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》測試抗壓強度。

1.2.4 混凝土試件導熱系數(shù)測試

采用DRCD-3030智能化導熱系數(shù)測定儀測試導熱系數(shù)，試件尺寸為300 mm×300 mm×30 mm。

2 結(jié)果與討論

2.1 試驗結(jié)果

6組不同級配的漂珠保溫混凝土的工作性能、抗壓強度干密度和導熱系數(shù)見表5。

表5 保溫混凝土和性能測試結(jié)果

2.2 漂珠顆粒級配對混凝土干密度的影響

從表5可以看出，當漂珠的級配為2.36～4.75 mm時，混凝土干密度最小，為372 kg/m3。當漂珠的級配為0.01～0.15 mm時，混凝土干密度最大，為421 kg/m3。隨著漂珠粒徑的減小，混凝土干密度不斷增大。6組試塊中漂珠的摻量一樣，所以相同體積的漂珠，其顆粒數(shù)量隨著級配的減小而增多，同時其顆粒之間的空隙也減小，進而混凝土干密度變大。

2.3 漂珠顆粒級配對混凝土工作性能的影響

由表5可以看出，當漂珠的級配為2.36～4.75 mm時，混凝土坍落度最大，為218 mm。當漂珠的級配為0.01～0.15 mm時，混凝土坍落度最小，為160 mm。保溫混凝土的坍落度隨著漂珠粒徑的減小而降低。

保溫混凝土實驗室配合比設計中漂珠摻量相同。對于相同體積的漂珠，隨著其粒徑的減小，漂珠數(shù)量越來越多，其比表面積也越來越大，漂珠的吸水率也隨之增大，這樣保溫混凝土中的游離水就會減少，混凝土的坍落度減小。

由表5可知，當漂珠級配為2.36～4.75 mm時，保溫混凝土的離析和泌水現(xiàn)象較嚴重，當漂珠級配為0.01～0.15 mm時，保溫混凝土基本無離析和泌水現(xiàn)象。保溫混凝土隨著漂珠級配的減小，其離析和泌水現(xiàn)象從嚴重到無，其粘聚性和保水性也越來越好。

漂珠粒徑的減小可以補充混凝土中的細顆粒，從而很好地改善混凝土的級配，使固體表面積與水體積的比例增大，進而減少離析和泌水，這樣保溫混凝土中在振搗密實過程中，漂珠不易上浮，所以保溫混凝土的粘聚性和保水性也逐漸變好。

2.4 漂珠顆粒級配對混凝土抗壓強度的影響

從表5可知，當漂珠級配為2.36～4.75 mm時，保溫混凝土的28 d抗壓強度最小，為28 MPa，當漂珠的級配為0.01～0.15 mm時，保溫混凝土的28 d抗壓強度最大，為43.4 MPa。

保溫混凝土的抗壓強度隨著漂珠級配的減小而提高，分析其原因有2點：（1）相同摻量下，隨著漂珠級配的減小，其數(shù)量越來越多，比表面積也越來越大，吸水率也隨之增大，保溫混凝土的標準稠度用水量減小，其內(nèi)部游離的水分減少，相當于保溫混凝土的水膠比減小，進而其抗壓強度提高。（2）由于微集料效應，漂珠的級配越小，其細小顆粒一方面會填充于砂子和水泥顆粒之間，很好地改善混凝土的級配；另一方面，細小的漂珠顆粒填充于界面的空隙之中，使混凝土的空隙減小，其結(jié)構(gòu)和界面更加密實，從而提高了混凝土的抗壓強度。

2.5 漂珠顆粒級配對混凝土導熱系數(shù)的影響

從表5可以看出，當漂珠級配為0.3～0.6 mm時，保溫混凝土的導熱系數(shù)最小，為0.35 W/（m·K），當漂珠級配為0.01～0.15 mm時，保溫混凝土的導熱系數(shù)最大，為0.45 W/（m·K）。P1～P6號保溫混凝土的導熱系數(shù)隨著漂珠級配的減小呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢。

漂珠是一種薄壁中空的結(jié)構(gòu)，隨著漂珠級配的減小，相同體積下，其顆粒數(shù)量增加，中空結(jié)構(gòu)的表面積增大，導致保溫混凝土內(nèi)部孔隙率增大，進而使其導熱系數(shù)減小，保溫性能提高。當漂珠級配為0.3～0.6 mm時，其導熱系數(shù)達到最低。當漂珠粒徑進一步減小時，雖然漂珠為中空結(jié)構(gòu)，但是其內(nèi)部空氣含量相比于粒徑較大的漂珠急劇減少，同時其顆粒粒徑的減小致使混凝土的級配改善，使混凝土更加密實，混凝土空隙率降低，故保溫混凝土的導熱系數(shù)增大，保溫性能下降。P1和P6號保溫混凝土的導熱系數(shù)分別為0.42和0.45 W/（m·K），相對于其它保溫混凝土偏高，分析其原因可能是P1號保溫混凝土中漂珠粒徑偏大，在攪拌過程中造成了部分顆粒的破碎。P6號保溫混凝土中漂珠由于其粒徑過小，其中摻雜微粒土較多，導致實際摻加入混凝土中漂珠量減少。綜合以上分析，選取級配為0.3～2.36 mm的漂珠時保溫混凝土的保溫性能最佳。

3 結(jié)論

（1）混凝土干密度隨漂珠粒徑的減小而增大。

（2）隨著漂珠粒徑的減小，保溫混凝土的坍落度降低，離析現(xiàn)象逐漸變好，粘聚性和保水性也越來越好。

（3）保溫混凝土的抗壓強度隨著漂珠粒徑的減小而提高。當漂珠的粒徑為0.01～0.15 mm時，保溫混凝土的28 d抗壓強度最大，為43.4 MPa。

（4）保溫混凝土的導熱系數(shù)隨著漂珠粒徑的減小呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢。當漂珠的級配為0.3～0.6 mm時，保溫混凝土的導熱系數(shù)最小，為0.35 W/（m·K）。

（5）在滿足保溫混凝土拌合物工作性能、抗壓強度和導熱系數(shù)的前提下，選取級配為0.3～2.36 mm的漂珠可使保溫混凝土的綜合性能最優(yōu)。

[1]黃浩楠.無機保溫砂漿配制及性能研究[D].長沙：湖南大學，2009.

[2]王貴軍，樊洪斌，宋六九，等.玻璃微珠在復合材料中的應用[J].纖維復合材料，2001（3）：11-12.

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[5]米文瑜．粉煤灰對高性能混凝土工作性的影響研究[J]．煤炭科學技術(shù)，2007（7）：77-79．

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Experimental study on the influence of gradation of floating bead on performance of insulation concrete

WANG Lidong，LI Zhu，ZHAO Lin，WANG Zhenming
（College of Architecture and Civil Engineering，Taiyuan University of Technology，Taiyuan 030024，China）

By floating bead as raw material，insulation concrete is prepared based on C35 insulation concrete benchmark mix ratio.Work performance，mechanical properties and thermal properties of the mixture are tested and analyzed respectively.The results show that，when the gradation of floating bead is 0.01～0.15 mm，28 d compressive strength of the insulation concrete is the maximum of 43.4 MPa.When the gradation is 0.3～0.6 mm，thermal conductivity of insulation concrete is the minimum 0.35 W/（m· K）.A selection of gradation of 0.3～2.36 mm floating bead can make the optimal comprehensive performance of the insulation concrete.

gradation of floating bead，glazed hollow beads，slump，compressive strength，thermal conductivity

TU528.2

A

1001-702X（2016）09-0102-03

國家自然科學基金項目（51308371）；山西省科技攻關項目（20150313014-1）

2016-03-21

王利東，男，1991年生，山西忻州人，碩士研究生。