陶粒混凝土掺合料配比实验分析

(湖北益通建设工程有限公司，湖北 宜昌 443000)
摘 要： 文章以湖北益通建设工程有限公司商品砼分公司试验所采用的各种原材料的各项性能 指标，验证了这些原材料配制陶粒混凝土的可行性，并通过对水泥及粉煤灰的不同掺量进行 了对比试验，以寻求最佳配合比。
关键词：陶粒混凝土；配合比；试验
中图分类号：TU528.2  文献标识码：A  文章编号：[ HTK]1007—6921(2009)22—0083—02

混凝土是一种用途无比广泛的材料，无论其用于何种结构，都必须具有足够的强度即具有承 受各种荷载作用的能力。这种荷载来自外界作用的力和结构自重，因此，强度是混凝土性能 的一个重要指标。在生产实践过程中，随着技术水平的提高，为了消除普通混凝土质量大的 缺点，人们逐渐开发出了混凝土的新品种——轻质混凝土，它是由胶凝材料和轻骨料配置而 成的。容重不大于1 950kg/m³，而以陶粒为粗骨料，以普通砂或陶砂为细骨料混凝土称为 陶粒混凝土。本文以湖北益通建设工程有限公司商品砼分公司试验所采用的各种原材料的各 项性能指标，验证这些原材料配制陶粒混凝土的可行性，并通过对水泥及粉煤灰的不同掺量 进行对比试验。通过混凝土3天、28天的强度比较来分析对混凝土性能的影响，从而得出最 佳配 合比。
1 实验原材料
1.1 水泥
水泥采用华新水泥股份有限公司生产的P.O42.5水泥，其性能指标见表1。


1.2 粉煤灰
粉煤灰采用枝江市鼎丰工贸有限责任公司生产的F类Ⅱ级粉煤灰，其性能指标见表2。

1.3 粗骨料（陶粒）
陶粒采用宜昌光大陶粒制品有限责任公司生产的800级破碎型页岩陶粒，其性能指标见表3。

1.4 细骨料（河砂）
河砂采用宜昌出产的中砂，其性能见表4。

1.5 外加剂

外加剂采用武汉浩源生产的缓凝高效减水剂SP-H，其性能指标见表5。
其中，在对外加剂与华新水泥的适应性的试验中，当外加剂掺量为2.4%时流动度为255mm， 为最大，且60min流动度损失50min。
2 试验前分析
2.1 选择水泥

水泥用量是影响混凝土强度及其他性能最主要的参数之一。对陶粒混凝土来说，水泥用量的 选择尤为重要，增加水泥用量固然可以使陶粒混凝土的强度提高，但也会使其密度增大。总 的来讲，陶粒混凝土的最大水泥用量不宜超过550kg/m³，当采用泵送施工时，最小水泥用 量不宜少于35kg/m³。
2.2 选择用水量和水灰比

陶粒混凝土的用水量和水灰比，分净用水量和净水灰比及总用水量和总水灰比，所谓净用水 量系指不包括陶粒1h吸水率在内的混凝土用水量，其相应的水灰比则为净水灰比，在陶粒混 凝土配合比设计中，一般用净用水量和净水灰比表示。陶粒混凝土的用水量（或水灰比）不 仅对硬化混凝土的性能优很大影响，而且还直接影响拌合物的和易性。
2.3 掺合料及外加剂

由于陶粒混凝土的水泥用量与同强度等级的普通混凝土相比要偏多。实践证明，为了减少水 泥用量，改善和易性和其他一系列的物理力学性能，在陶粒混凝土中加适量的掺合料，如硅 灰、优质粉煤灰、磨细高炉矿渣等，可获得很好的技术经济效益，一般在配制LC50及以下陶 粒混凝土时，掺粉煤灰即可，而在使用掺合料的同时，必须使用高效减水剂，以减少用水量 ，降低水灰比。
3 试验 

本试验在考虑工程经验基础上设计如表6配合比，其中每组陶粒和砂的用量相同，并且水胶 比也不变，在确保陶粒混凝土达到《JGJ/T 55-96普通混凝土配合比设计规程》的要求下， 根据水泥、粉煤灰的不同掺量，确定配合比。见表6。
4 试验后分析
4.1 水泥掺量对轻骨料混凝土抗压强度的影响

从表中可看出随着水泥用量的增加，3d时轻骨料混凝土强度增加较为明显，而28d的强度 递增较少。这是因为水泥水化早期，粉煤灰中的微细颗粒均匀分布在水泥浆内，填充孔隙和 毛细孔，增强了硬化浆体的结构强度，并在粉煤灰和水泥浆体界面处形成的粉煤灰水化凝胶 的显微硬度大于水泥凝胶的显微硬度，从而改善了混凝土孔结构和增大密实度。即初期由于 粉煤灰的“微集料效应”使其结构致密从而提高了混凝土早期强度。水泥水化后期，粉煤灰 中的SiO₂、Al₂O₃等硅酸盐玻璃体，与水泥、石灰拌水后产生碱性激发剂Ca(OH)₂发 生化学反应，生成水化硅酸钙等凝胶，对砂浆起到增强作用。粉煤灰水化反应的产物在粉煤 灰玻璃微珠表层交叉连接，对促进砂浆或混凝土强度增长起了重要的作用。即水泥水化后期 由于粉煤灰的“火山灰效应”在水泥水化析出的氢氧化钙吸附到粉煤灰颗粒表面的时候开始 (即二次水化反应) ，一直可延续到28天以后的相当长时间内，从而使本试验轻骨料混凝土 试块在28天时强度变化不大。 

同时也可看出当水泥用量达到一定用量时，混凝土强度增加并不明显，此时混凝土强度只取 决于页岩陶粒强度，对于一定的陶粒而言，相应有一合适的水泥用量。说明水泥用量超过一 定范围后，单纯提高水泥用量并不能显著提高混凝土强度。这是因为当混凝土达到一定强度 后，在外力作用下，通常是骨料的破坏先引起混凝土的破坏，使轻骨料的内部结构相对较为 疏松。这又说明混凝土强度并不与水泥用量成正比，只有找出水泥用量的最佳范围才可使其 强度更高，同时使其更具有经济意义。 
4.2 粉煤灰掺量对陶粒混凝土抗压的影响

由表6中可以看出，粉煤灰掺量对轻骨料混凝土试块的3天抗压强度影响不大，而对28天抗压 强 度稍有提高，且其无论是早期强度还是后期强度，发展得都比较缓慢。这是由于掺入粉煤灰 的水泥水化速度比纯水泥要慢（需要水泥水化产生的Ca(OH)2来激发），水泥熟料水化所 析出的Ca(OH)2，通过液相扩散到粉煤灰球形玻璃体的表面，发生化学吸附和侵蚀，并生 成 水化硅酸钙和水化铝酸钙；当有石膏存在时，随即产生水化硫铝酸钙结晶。大部分水化产物 开始以凝胶状出现，随着龄期的增长，逐步转化成纤维状晶体，数量不断增加，相互交叉， 形成连锁结构，使后期强度得到较快的增长。由于粉煤灰的球形玻璃体比较稳定，表面又相 当致密，不易水化，在水泥水化3天后的粉煤灰颗粒表面上，几乎没有变化，直到28天才开 始 初始水化，略有凝胶状的水化产物出现。因而表现为掺粉煤灰的混凝土早期抗压强度较低。 相对于纯水泥混凝土，掺入粉煤灰的混凝土，后期抗压强度的增进率较大，主要因为粉煤灰 中活性成分与水泥水化生成的氢氧化钙反应，生成水化硅酸钙和水化铝酸钙，不断填充混凝 土的孔隙，使混凝土的强度进一步提高。 

又因为粉煤灰替代水泥后实际发生水化反应的水泥量减少，使早期水泥水化产物生成量减少 ，导致混凝土早期强度有所降低，随着时间增加，粉煤灰逐渐发挥活性效应，使混凝土的后 期强度增加较快。由于粉煤灰的活性效应、形态效应和微集料效应能够改善水泥的水化环境 ，提高水化产物的质量，又因本试验选用F类Ⅱ级粉煤灰的比表面积比水泥的大，密度比水 泥的小，一方面可以部分弥补粉煤灰水化慢的缺点，另一方面可以增加浆体体积，提高混凝 土工作性和均匀性，因此，粉煤灰在水泥水化后期（28）表现出增强作用。 

由表6可知，本试验中轻骨料混凝土试块的抗压强度随粉煤灰掺量的增加有降低趋势。 这是由于本试验中胶凝材料总量不变，当矿粉掺量不变时粉煤灰掺量增加的同时水泥掺量随 之降低，从而表现出粉煤灰掺量的增加对提高轻骨料混凝土的强度有降低趋势，这说明轻骨 料混凝土的强度与水泥、粉煤灰的掺量比例有很大关系。 

在混凝土中，粉煤灰的密实填充作用可置换出水泥颗粒间的填充水，使润滑水量增加。 粉煤灰发挥其“形态效应”，粉煤灰中富含的球状玻璃体对浆体起到“滚珠轴承作用”，大 大改 善混凝土的流动性，减少泵送阻力，改善了混凝土粘聚性，使混凝土得到最佳的流动性和粘 聚 性。但掺量超过一定限量后，28天抗压强度会降低，如上表6所示粉煤灰掺量由100kg/m3 增大到120kg/m3时轻骨料混凝土试块的强度稍有降低，这是由于粉煤灰含量的增多，粉煤 灰颗粒表面需要的吸附水量增加，拌合物的坍落度值降低，粉煤灰与水泥质量之比增大，水 泥水化后析出的消石灰相对减少，粉煤灰与之反应生成的水硬性物质减少所致。

综上说明粉煤灰掺量增加可以提高轻骨料混凝土强度，但粉煤灰的掺量并不是越多越好 。如表6可知，早期掺入粉煤灰为100kg/m³时，混凝土早期强度达到32.1MPa，后期达到最 大 强度47.1MPa；而接着掺入粉煤灰当其掺量为120kg/m³时，混凝土早期强度为34.4MPa，后 期 强度为46.9MPa。即随着粉煤灰掺量的增加其强度反而成下降趋势。粉煤灰的使用大大节约 了水泥熟料，能抑制碱骨料反应；同时，粉煤灰水化消耗大量Ca(OH)₂，混凝土中不耐蚀 成 分减少，高强轻骨料混凝土中掺入大量粉煤灰有比基准混凝土大得多的耐化学腐蚀能力。另 外，大体积高强混凝土中掺入粉煤灰一方面可使内外温差不会太大，有利于减少混凝土表面 开裂的危险，另一方面使内部温升又有利于加速粉煤灰效应的发挥，对早期强度有利。

所以，只有掺入适量粉煤灰才能发挥粉煤灰具有减少新拌混凝土用水量、增大混凝土流动性 、提高混凝土的密实程度的优良作用。
5 结束语

水泥、粉煤灰用量和砂率、轻骨料都是影响轻骨料混凝土强度的重要因素。

由于轻骨料本身存在的强度问题，超过一定范围，单纯提高水泥用量并不显著提高轻骨 料混凝土的强度，而且影响混凝土的其他性能。 

轻骨料混凝土强度随着粉煤灰掺入其抗压强度有降低的趋势，但并不明显。 因此，对轻骨料混凝土，粉煤灰的掺量应根据具体的试验结果来选定，不可以任意改变 粉煤灰掺量。粉煤灰取代水泥的掺量增加，低水胶比浆体中有效水灰比显著增大，粉煤灰的 微集料效应增强，这些都促进了水泥——粉煤灰浆体中水泥的早期水化。 

由于粉煤灰具有改善混凝土的和易性，降低混凝土的泌水性，提高混凝土后期强度增长 率，提高混凝土的抗渗性和抗硫酸盐性，减少大体积混凝土的水化热，抑制碱骨料反应等优 点，而优质粉煤灰更具有“形态”、“微集料”、“活性”三种效应的叠加和超叠加作用， 优质粉煤灰的掺加已成为配制高强大流动混凝土的有效手段之一。