混凝土粉煤灰陶粒

1浅谈粉煤灰陶粒混凝土及其性能（青岛理工大学土建工程系山东）摘要本文阐述了粉煤灰陶粒混凝土配合比研究成果，论述了粉煤灰陶粒混凝土的优点，并对粉煤灰陶粒混凝土和普通混凝土进行对比，得出了如下结论：粉煤灰陶粒混凝土的工作性能，尤其是力学抗震性能要优于普通混凝土。从这一方面来看，粉煤灰陶粒混凝土有着比普通混凝土更好的社会和经济效益。关键词粉煤灰陶粒混凝土，配合比，力学性能Weichao(QingdaoTechnologicalUniversity,CivilEngineeringDepartment,Shandong)ABSTRACTInthispaper,theflyashceramsiteconcretewiththantheresearchresults,thispaperdiscussestheadvantagesofflyashceramsiteconcrete,andontheflyashceramsiteconcreteandordinaryconcretewerecompared,andtheconclusionsareasfollows:theperformanceofflyashceramsiteconcrete,especiallytheseismicperformanceisbetterthanthatofordinaryconcrete,ontheonehand,fromthepointofview,flyashceramsiteconcretethanordinaryconcretehasbettersocialandeconomicbenefits.KEYWORDSflyashaggregateconcrete,mixproportion,mechanicalproperties3前言大家都知道，普通混凝土具很大的自重、非常容易产生裂缝，耐火性能和抗震性能较差等缺点。这些缺点的存在，极大程度的限制了普通混凝土在某些工程尤其是在某些特殊工程上的应用。目前，我国处于建筑技术日渐更新的年代，建筑物建的层数越来越高、体型越来越大，因此，建筑物的自重也是越来越大。使建筑物自重减轻并且又提高建筑物的抗震性能已经成了亟待解决的问题。我们需要一种具有自重轻、抗震性能好的材料来做为建筑材料使用，由此因素推动了轻集料混凝土的研发和使用。[1]轻集料混凝土的骨料里面有很多很多的孔隙，正是这些孔隙的存在，可以满足其自重轻的特点，那它的力学性能能如何呢？由于我国在大力发展可持续发展的战略，而粉煤灰陶粒的原料丰富，生产耗能低，符合我国的基本国策。文中着重研究了粉煤灰陶粒混凝土的性能。1.粉煤灰陶粒混凝土相对于普通混凝土的优势普通混凝土具很大的自重、非常容易产生裂缝，耐火性能和抗震性能较差等缺点。几年来，我国电力产量大，粉煤灰的产量高。2009年的粉煤灰产量相当于当年城市生活垃圾总量的两倍多。大量实验证明，在配制普通混凝土混合料时如果掺入一定数量和质量的粉煤灰，可以改善混凝土的各项性能、节约水泥用量、提高混凝土制品质量、降低制品生产成本和工程造价。[6]粉煤灰陶粒混凝土相对于普通混凝土来说，表观密度小、强度高、弹性模量小、变形性能好、抗冲击性能好[7]，因此粉煤灰陶粒混凝土建筑工程和桥梁工程的抗震性能好较普通混凝土好，并且实现了粉煤灰得变废为宝。同时水泥生产造成的造成了环境粉尘和灰尘等问题，同时会排放大大量二氧化碳“温室气体”。水泥的工业生产对环境所造成的影响十分严重。二氧化碳过多，将使地球产生温室效应，二氧化硫是有害人体健康的气体，同时是酸雨形成的重要原因。水泥工业已成为造成我国环境日渐恶化的重要原因之一。使用粉煤灰陶粒混凝土能够减少水泥用量，达到保护环境的效果。[2]水泥熟料生产污染物排放情况见表1。4表1水泥生产对环境的污染情况（万吨）排放物1995年2000年2010年粉尘105013802010二氧化碳360004400061000二氧化硫455978.4氮氧化合物921201602.粉煤灰陶粒混凝土的性能粉煤灰陶粒是以粉煤灰为主要原料，加入一定量的石灰、石膏和一些外加剂后，经配料、成型、和水热合成反应或自然水硬性反应后而制成的一种人造轻骨料。它的骨料——陶粒，与普通石子相比具有更优质的性能，如它的密度低、孔隙率高，质量轻，弹性模量低，抗变形性能好、抗冻性良好、抗碱集料反应性优异等。应特别指出的是，陶粒密度小，内部多孔隙（孔隙率高），形态、成分均匀稳定，具一定强度和坚固性。因而具有质量轻，耐腐蚀，抗冻抗震好，并有着良好的保温、隔热、隔音、隔潮等多功能特点。总结起来陶粒混凝土具有以下特点：[3]1、陶粒混凝土重量轻。比普通混凝土轻2/3―1/5，可减少基础荷载，因而可以减轻结构自重；2、陶粒混凝土保温，隔热。由于其内部多孔，并且陶粒混凝土导热系数一般情况下比普通混凝土低1～2倍，因此可以使墙体厚度减小，相应地增加了居住面积。在等同墙厚是，可大大改善房间保温隔热性能。3、陶粒混凝土抗渗性好。陶粒表面比碎石还要粗糙，吸水能力强，因此在陶粒混凝土中，陶粒与水泥砂浆具有很好的粘结性能。所以陶粒混凝土普遍具有较高的抗渗能力及耐久性。4、陶粒混凝土耐火性能优异。普通粉煤灰陶粒混凝土的耐火性是普通混凝土的四倍多。对相同的耐火周期，陶粒混凝土的板材厚度可以比普通混凝土薄20%。5、陶粒混凝土施工适应性强。它不仅可以根据不同建筑物的不同用途和相应承载能力，配制出容重和强度不同的混凝土材料，而且施工简便方便，适应于各种施工工程，有利于施工的工业化生产。6、陶粒混凝土抗震性能好：陶粒混凝土质量轻，弹性模量小，抗变形性能好，具有较好的抗震性能。7、陶粒混凝土耐酸碱腐蚀以及抗冻性能都优于普通混凝土。实验结果表明，无论是预制结构的还是现浇结构，无论室内的与室外的结构，用粉煤灰陶粒混凝土浇注的构件所含钢筋均较晚出现锈蚀现象，后期强度高。5综上所述，陶粒混凝土做为一种优良的建筑材料，应当被大力推广使用。3.粉煤灰陶粒混凝土的使用情况粉煤灰陶粒混凝土按照用途的不同，可分为保温粉煤灰陶粒混凝土、结构保温粉煤灰陶粒混凝土和结构粉煤灰陶粒混凝土三类。保温粉煤灰陶粒混凝土主要用于保温的维护结构或热工构筑物，结构保温粉煤灰陶粒混凝土主要用于既承重又保温的维护结构，结构粉煤灰陶粒混凝土主要用于承重构件或构筑物。这三类粉煤灰陶粒混凝土的强度等级和安全度依次提高。4.粉煤灰陶粒混凝土配合比一般来说，页岩陶粒密度为510～600kg/m3，小于水的密度，而且陶粒具有的光滑表面，与砂浆的粘结性差。在泵送过程中，泵送管的压力较大，容易使得大多数的陶粒拥向泵送管前头，造成堵管现象。此外，在泵送过程中因施工的流动性，常常需要移动泵送车而暂停泵送，在此时由于陶粒的密度比水小而上浮，容易使得粉煤灰陶粒混凝土发生离析现象，与水泥砂浆分离，造成堵管。针对上述问题，可以采用了如下办法解决：由于陶粒的密度较小，为尽量避免离析的发生，应尽量减少用水量，选用合理的混凝土坍落度具体来说可采用以下方法：（1）在混凝土中掺入一些大粒径机制砂（2.5～5mm），以增大陶粒与水泥砂浆之间的摩擦力，同时提高砂的综合细度模数降低混凝土用水量；（2）掺入一定比例的粉煤灰改善混凝土的和易性；（3）掺入高效泵送剂，改善混凝土的和易性。根据要求确定C20混凝土的基准配合比，然后按超量取代法用粉煤灰置换部分水泥，超量系数为1.5，经过抗压强度试验确定粉煤灰的最终掺量，试验配合比及结果见表1。由表1可知，粉煤灰混凝土的抗压强度与测试龄期有关，混凝土养护龄期的增加，混凝土的抗压强度增长。这是由于粉煤灰的火山灰活性在后期反应才显示出来。由表1可知粉煤灰陶粒混凝土的3d、7d抗压强度略低于不掺粉煤灰的混凝土。[4]常用的粉煤灰陶粒混凝土配合比为：水泥用量420kg/cm3,体积砂率46%，净水用量6174kg/cm3，外加剂用量4.30kg/cm3，相应的预湿陶粒用量605kg/cm3，砂的用量802kg/cm3，粉煤灰用量65kg/cm3。表1粉煤灰掺量不同的混凝土的配合比基准配合比W：C：S：TLFA掺量（%）坍落度（mm）抗压强度（MPa）3d7d28d230:366:574:38107015.021.228.558014.720.129.2108513.619.729.61511013.119.130.82011010.315.622.3251208.812.418.65.粉煤灰陶粒混凝土的力学及抗震性能根据若干粉煤灰陶粒混凝土的力学性能试验可以发现，按粉煤灰陶粒混凝土破坏形态的不同，其强度分别取决于粗骨料强度以及包裹陶粒的水泥砂浆的强度。当陶粒强度高于水泥砂浆强度时，粗骨料同普通混凝土中的石子一样主要起骨架作用，应力通过粗骨料传递，水泥砂浆所传递的力相对较少。于水泥砂浆相对较弱，一般情况下，破坏时裂缝首先在水泥砂浆中出现，破坏断面几乎全部发生在粗骨料和砂浆的粘结面上。然而，如果水泥砂浆强度高于粗骨料强度，水泥砂浆在混凝土中主要起骨架作用，力通过水泥砂浆传递，陶粒所传递的应力相对较小。由于粗骨料相对较弱，所以破坏时裂缝首先在粗骨料中出现，破坏断面几乎都发生在水泥砂浆与粗骨料同一断面上。当水泥砂浆强度和陶粒强度相近时，破坏断面大部分发生在陶粒与水泥砂浆粘结面上，小部分在砂浆与粗骨料同一断面上。在地震发生时，粉煤灰陶粒混凝土利用其质量轻﹑弹性模量低以及变形性能好的特点，使得地震波在其内部的传递速度较慢，除此之外，还可以比较快的吸收地震能。因此在地震荷载同等时，粉煤灰陶粒混凝土的破坏较不严重。除此以外，粉煤灰陶粒混凝土的自振周期长较长，因此利用粉煤灰陶粒作为骨料的有比较显著减震效果。如果在承重结构以及维护结构中都统一采用粉煤灰陶粒混凝土，那么它的减震效果将会更加显著。[5]7[1]胡曙光，王发洲﹒轻集料混凝土[M].北京：化学工业出版社，2006[2]陈全德.应用高新科技建设“环境材料型”水泥工业[J].新世纪水泥导报，2001，1，1-3[3]《粉煤灰陶粒生产方法及主要性能》（范锦忠中国建筑东北设计研究院《砖瓦》2007年第9期）[4]蒲心城.陶粒混凝土配合比设计[J[.混凝土，1994(3)：9-18[5]《粉煤灰陶粒混凝土的抗震性能》——张春林《低温建筑技术》2012年第12期[6]《推进粉煤灰综合利用促进资源循环利用产业发展》——地区经济科，冯文革，2011年8月24日[7]范锦忠.《粉煤灰》——TU528.2,中国建筑东北设计研究院,沈阳,110003,2008,20(2)