陶粒預(yù)處理方式對(duì)混凝土性能的影響研究

□□ 王翠萍，韓 濤

(山西工學(xué)院，山西 朔州 036000)

引言

陶粒混凝土由膠凝材料和輕骨料陶粒配制而成，屬于高性能輕集料混凝土的一種。它具有保溫隔熱、耐火性好、抗堿集料反應(yīng)性能優(yōu)異等特點(diǎn)，并具有“內(nèi)養(yǎng)護(hù)”功能[1-2]，廣泛應(yīng)用于高層建筑、大跨度建筑、建筑保溫、綠色屋面、大跨度橋梁主體結(jié)構(gòu)、舊橋面改造等工程。陶粒內(nèi)部多孔，吸水性較大，在混凝土拌合過程中影響混凝土的水灰比，使混凝土的可泵性受到影響。目前降低陶粒吸水性對(duì)混凝土拌合物性能的影響主要采用預(yù)濕、添加不同憎水劑等處理手段[3]。研究將通過對(duì)陶粒進(jìn)行預(yù)處理，改善陶粒的吸水性能，使陶粒混凝土的可泵性得到保證。

1 試驗(yàn)原材料及試驗(yàn)方法

1.1 原材料

水泥：選擇質(zhì)量穩(wěn)定、活性較高的智海P·O 42.5水泥。

摻合料：太鋼二電廠的2級(jí)粉煤灰。

陶粒：來自晉中某陶粒廠，為粉煤灰燒結(jié)陶粒，表面較致密，密度見表1，顆粒級(jí)配見表2。

表1 陶粒密度 kg/m3

表2 陶粒的顆粒級(jí)配

砂子：來自忻州斗羅的河沙，含泥率為2.4%，堆積密度為1 486 kg/m3，含水率為3.2%，粒徑為中砂，顆粒分布見表3。

表3 砂的顆粒級(jí)配

憎水溶液：a.質(zhì)量百分比為10%的水玻璃溶液；b.質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為10%的液體石蠟。

減水劑：山西華凱偉業(yè)科技有限公司生產(chǎn)的聚羧酸高效減水劑。

水：自來水。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 陶粒預(yù)處理

陶粒的飽水處理：取一定量的陶粒分成7份，在水中分別浸泡5 min、30 min、60 min、2 h、6 h和24 h，然后撈出晾干待用，樣品代號(hào)及對(duì)應(yīng)的浸泡時(shí)間見表4。

表4 陶粒浸泡時(shí)間

陶粒的憎水處理：取一定量的陶粒分成兩份，采用浸漬處理的方法將兩份陶粒分別置于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的液體石蠟溶液和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的水玻璃溶液中浸漬10 min，取出后靜濾30 min，然后在室內(nèi)自然狀態(tài)下鋪開干燥48 h即可。

1.2.2 混凝土拌合

混凝土的拌合采用機(jī)械拌合法，混凝土配合比以1 m3混凝土中各種材料的用量來表示[4-7]，見表5。

表5 C30混凝土配合比

按以上配合比備料，每次拌料10 L。

(1)預(yù)拌：拌前先對(duì)混凝土攪拌機(jī)掛漿，即用按配合比要求的水泥、水、砂、粉煤灰、陶粒，在攪拌機(jī)中攪拌，然后倒出多余砂漿。其目的是防止正式拌合時(shí)水泥漿損失影響到混凝土的配比。

(2)拌合：向攪拌機(jī)中依次加入陶粒、砂子、水泥、水、粉煤灰，開動(dòng)攪拌機(jī)攪拌2～3 min。

(3)將拌合物從攪拌機(jī)中倒出，倒在拌合鋼板上，人工拌合1～2 min。

1.2.3 陶粒吸水率測(cè)定

陶粒的吸水率依據(jù)GB/T 17431.1—2010《輕集料及其試驗(yàn)方法》進(jìn)行測(cè)定。取干陶粒五份編號(hào)1～7，取編號(hào)2～7的陶粒分別在自來水中浸泡，浸泡時(shí)間分別為5 min、30 min、60 min、2 h、6 h、24 h，將浸泡后的陶粒取出，置于篩孔孔徑為5.0 mm的篩子上濾水1～2 min，再將其倒在擰干的濕毛巾上，用手握住毛巾兩端，使其成為槽形，讓陶粒在毛巾上來回滾動(dòng)8～10次，各試樣分別稱取400 g，記為m1；然后將各組陶粒一起放入同一個(gè)烘箱中烘干至質(zhì)量不再變化，取出烘干的陶粒冷卻到室溫，然后稱出各組分的質(zhì)量，記為m2。陶粒的吸水率按式(1)[8]計(jì)算。

(1)

將1.2.1中采用液體石蠟和水玻璃溶液進(jìn)行憎水處理后的陶粒也按照上述方法進(jìn)行吸水率測(cè)定。

1.2.4 坍落度、經(jīng)時(shí)坍落度和強(qiáng)度測(cè)定

坍落度、經(jīng)時(shí)坍落度和強(qiáng)度測(cè)定按照GB/T 50107—2019《混凝土強(qiáng)度檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 陶粒預(yù)處理方式對(duì)陶粒吸水性的影響

將未處理陶粒、用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%液體石蠟溶液處理過的陶粒、用質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%水玻璃溶液處理過的陶粒的吸水率進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如圖1所示。

圖1 陶粒的吸水率對(duì)比圖

由圖1可知，陶粒的吸水速率由快到慢，開始吸水速度較快，1 h吸水率有所變緩，2 h時(shí)逐漸趨于飽和，浸水時(shí)間達(dá)到6 h時(shí)陶粒吸水達(dá)到飽和狀態(tài)，之后隨著浸水時(shí)間的增加，陶粒不再吸收水分。通過普通陶粒、液體石蠟溶液處理過的陶粒以及水玻璃溶液處理過的陶粒的對(duì)比可以看出：未處理過的陶粒吸水率相對(duì)較大，水玻璃溶液處理過的陶粒吸水率有所降低，而用液體石蠟溶液處理過的陶粒吸水率為最小，與王向陽等[9]研究有機(jī)硅、表面改性預(yù)處理陶粒的吸水性能相似。

2.2 陶粒預(yù)處理對(duì)陶?；炷撂涠扔绊?/h3>

坍落度是混凝土拌合物的重要性能之一[10]。陶粒輕質(zhì)混凝土的經(jīng)時(shí)坍落度及其損失見表6。

表6 經(jīng)時(shí)坍落度及坍落度損失 mm

表6中編號(hào)1表示干陶?；炷?；編號(hào)2表示飽水時(shí)間1 h的陶?；炷粒痪幪?hào)3表示用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的液體石蠟溶液處理的陶?；炷?；編號(hào)4表示用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的水玻璃溶液處理的陶粒的混凝土。經(jīng)過憎水處理的陶粒拌合混凝土的坍落度比干陶粒拌合混凝土的高，處于可泵性良好的混凝土坍落度120～180 mm的范圍內(nèi)[11]。經(jīng)過液體石蠟溶液處理的陶粒拌合混凝土坍落度最高，表明液體石蠟處理效果最好。隨著靜置時(shí)間的延長(zhǎng)，混凝土的坍落度降低非常明顯。經(jīng)過液體石蠟溶液處理的陶粒拌合混凝土在靜置60 min后坍落度達(dá)到了120 mm，這表明經(jīng)過處理的陶粒拌合混凝土仍具有良好的可泵性，便于建筑泵送。編號(hào)1干陶?；炷撂涠让黠@低于其他混凝土的坍落度，干陶粒吸水率較高使混凝土的流動(dòng)性大大降低，從而使混凝土的坍落度降低。

經(jīng)時(shí)坍落度損失值是檢驗(yàn)泵送混凝土可泵性的重要指標(biāo)之一。由于陶粒在浸泡1 h左右吸水達(dá)到飽和，選取飽水1 h的組分測(cè)定經(jīng)時(shí)坍落度為佳。編號(hào)1干陶粒配制混凝土坍落度損失較大，1 h坍落度只有初始坍落度的1/4，編號(hào)2飽水1 h的陶粒混凝土坍落度損失次之，而經(jīng)液體石蠟和水玻璃處理過的憎水陶?；炷撂涠葥p失較小，1 h坍落度仍有初始坍落度的3/4左右。原因在于干陶粒吸水率較大，吸取水分使拌和物流動(dòng)性變差，而憎水陶粒因表面孔隙被憎水劑堵塞，處于混凝土內(nèi)部環(huán)境幾乎不吸水，所以坍落度損失降低。

2.3 混凝土抗壓強(qiáng)度

保持水灰比不變，調(diào)節(jié)混凝土的用水量使混凝土坍落度保持在220 mm，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)三種混凝土7 d、28 d，測(cè)其抗壓強(qiáng)度，結(jié)果見表7，抗壓強(qiáng)度的變化趨勢(shì)如圖2所示。編號(hào)1表示未處理干陶粒的混凝土；編號(hào)2～5表示飽水時(shí)間分別為5 min、30 min、1 h、24 h的陶粒的混凝土；編號(hào)6表示經(jīng)水玻璃溶液處理的陶?；炷粒痪幪?hào)7表示經(jīng)液體石蠟溶液處理的陶?；炷痢?/p>

圖2 抗壓強(qiáng)度圖

從圖2可知，憎水陶?；炷翉?qiáng)度高于干陶?；炷粒c預(yù)濕陶?；炷料啾?，憎水陶粒混凝土強(qiáng)度更高。雖然干陶粒吸水率較大，但它在混凝土中的吸水率變小，且只在混凝土內(nèi)部局部吸水，造成混凝土水灰比偏大；預(yù)濕陶?；炷翉?qiáng)度低于憎水陶?；炷恋脑蚴怯捎谔樟５摹拔⒈谩弊饔肹12]，原先吸附的水在混凝土成型養(yǎng)護(hù)過程中釋放出來，在集料與水泥漿基體間形成一層水膜，使得混凝土強(qiáng)度有所下降。隨著飽水時(shí)間增加，混凝土的強(qiáng)度降低，原因是隨著陶粒吸水時(shí)間的增加吸水量逐漸增多，吸收的水在混凝土中釋放出來，造成混凝土強(qiáng)度偏低。經(jīng)過液體石蠟溶液處理的陶粒拌合混凝土強(qiáng)度比經(jīng)過水玻璃溶液處理的陶粒拌合混凝土要大，可能是因?yàn)橛靡后w石蠟溶液處理的陶粒吸水率小，所拌合混凝土強(qiáng)度因此增大。

3 結(jié)論

3.1 陶粒經(jīng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%液體石蠟溶液處理和質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%水玻璃溶液處理過后的陶粒吸水率較未處理的陶粒均小，且三種狀態(tài)的陶粒吸水速度由快到慢，在浸水2 h時(shí)趨于飽和，6 h時(shí)吸水達(dá)到飽和狀態(tài)。

3.2 陶粒預(yù)處理后，液體石蠟溶液處理的陶粒拌合混凝土坍落度最高，靜置60 min后坍落度可達(dá)120 mm，經(jīng)時(shí)坍落度損失較小，表明液體石蠟陶粒拌合的混凝土可泵性良好，便于泵送。

3.3 采用經(jīng)液體石蠟處理后的憎水陶粒和水玻璃處理后的預(yù)濕陶粒生產(chǎn)的混凝土，其7 d和28 d抗壓強(qiáng)度明顯高于干陶?；炷?，憎水陶粒強(qiáng)度最大，且隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間增加，抗壓強(qiáng)度逐漸增加。