大摻量粉煤灰陶粒混凝土試驗研究

【摘要】以粉煤灰、陶粒、水泥為基本配料， 適當加入石膏、石灰等激發劑來激發粉煤灰的活性， 采用正交配合比實驗方案，澆注成型自然養護的方法制成大摻量粉煤灰陶粒混凝土立方體試塊，測定出不同配合比的抗壓強度和容重，旨在找出各種材料摻量與粉煤灰試塊抗壓強度、容重的關系， 為配制出適合于新疆村鎮建筑的新型粉煤灰陶粒混凝土，用于生產輕質保溫墻體材料提供理論依據。

【關鍵詞】粉煤灰；陶粒混凝土；正交設計；抗壓強度

0前言

隨著世界能源危機的深入，和減少溫室氣體排放的呼吁日益增大。世界各國均投入大量的人力、物力進行節能研究。全世界建筑能耗占到了總能耗的30～40%，故各國都把建筑節能列為節能工作的重點。在建筑中墻體材料用量位居所有建筑材料之首，達到70%，同時也是消耗原料、能源的一類重要建筑制品。墻體材料的優劣對于建筑節能起著舉足輕重的作用。目前新疆粘土磚的比例仍占到整個墻材的83%[1～6]，村鎮建筑所占比例更大，粘土磚的生產不但浪費寶貴的土地資源而且耗費能源、污染環境，同時保溫效果差，隨著能源與土地消耗日益嚴峻，開發新型墻材勢在必行。本文以建筑節能為目的，通過試驗研究，探索出適合于新疆村鎮建筑的新型粉煤灰陶粒混凝土，用于生產輕質保溫墻體材料。

1 原材料組成

1.1 組成成分的確定

通過查閱相關資料了解到，組成粉煤灰陶粒混凝土需要有膠凝材料，水泥是一種很好的膠凝材料，水泥的加入會增加粉煤灰陶粒混凝土的抗壓強度，但是增大水泥用量會使粉煤灰陶粒混凝土的成本加大。在原料中摻入石灰和石膏同樣會增加粉煤灰的活性，加速水化作用，提高強度，這樣不僅能節約成本，而且能更好地滿足力學性能要求。在骨料的選擇上，選擇用陶粒取代同體積的砂石粗細骨料，考慮一方面減輕材料的質量，另外是陶粒表面有很多孔洞，可以提高粉煤灰陶粒混凝土的保溫性能。確定原料主要為水泥、粉煤灰、石灰、建筑石膏、陶粒和水。

1.2 原材料選用

（1） 粉煤灰：新疆石河子市越隆達建材有限公司生產的一級粉煤灰。其成分含量如表1所示。

（2） 水泥：新疆石河子天辰水泥有限公司生產的天業牌P·O 32.5級水泥。

（3） 骨料：粗骨料選用粒徑為（5.0-10.0）mm的頁巖陶粒；細骨料選用粒徑為（0.16-5）mm的頁巖陶粒。

（4）石灰和石膏：建筑中常采用的普通石灰和建筑石膏。

（5）水：普通飲用自來水。

1.3 試驗儀器

主要的實驗儀器包括鋼制搗棒、150mm×150mm ×150mm試模、萬能壓力實驗機等。

2 試驗方案及方法

2.1 正交試驗設計

實驗設計采用正交實驗的方法進行，以粉煤灰、水泥、石灰、石膏四種材料用量作為此試驗中影響粉煤灰陶粒混凝土抗壓強度的四個主要因素，每個因素取3個水平。Lg（34）正交方案設計，具體正交實驗方案見表2。

2）各材料用量均按質量計算。

2.2 試件的制作及養護

以JGJ-51—2002《輕骨料混凝土技術規程》[7]，GB/T50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》[8]為依據，制作試塊。試驗前先將陶粒進行篩分，然后將篩分好的陶粒裝袋在水中泡24小時，實驗前提前從水中取出，晾干，待無水流出后方可用于實驗；試驗時按比例準確稱量好各種材料，拌合均勻后加水，邊加水邊攪拌，直至拌合均勻，骨料拌合采用人工；把拌合均勻的粉煤灰混凝土骨料裝進150mm×150mm×150mm的鋼試模中，人工用鋼制搗棒振搗密實；試件的養護按照《普通混凝土力學性能試驗方法》（GB50081）的要求進行，在實驗室自然養護，養護2天后拆模，在自然條件下養護到28天，測定其抗壓強度。做抗壓強度前，測量試件的尺寸、稱量試件的重量并做好記錄。

2.3 正交試驗結果及分析

2.3.1 正交試驗結果

根據表1和表2設計的實驗方案，參照JGJ-51-2002《輕骨料混凝土技術規程》[7]，通過實驗得到不同參量下28d抗壓強度與28d表觀密度實驗數據，具體實驗結果表3。

2.3.2 實驗結果分析

2.3.2.1 試驗結果的直觀分析

從表3可以看出，混凝土材料立方體28d抗壓強度變化范圍為12.8～21.5 Mpa，變化幅度很大，說明本次試驗設計的原料摻量對材料抗壓強度影響較大；28d表觀密度變化范圍為13.236～15.206 kN /m3，變化幅度較小，變化規律與抗壓強度變化規律基本符合。本次試驗可以配制出強度大于10 Mpa、表觀密度小于19kN /m3的輕骨料混凝土材料。

2.3.2.2 試驗結果的極差分析

為進一步研究各原料對混凝土材料抗壓強度和表觀密度的影響，對試驗數據進行極差分析，結果見表3所示。

根據極差分析數據結果，繪制各因素與材料28d抗壓強度極差分析R值、材料28d表觀密度極差分析R值的關系圖，見圖1～圖2所示。

由圖1、圖2和表3可以看出，本次試驗，對混凝土28d抗壓強度影響順序為A>C>D>B，其中水泥是影響混凝土28d抗壓強度的關鍵因素；對混凝土28d表觀密度影響順序為A>D>B>C，其中水泥是影響混凝土材料28d表觀密度影最顯著的因素。

各因素用量與混凝土28d抗壓強度和28d表觀密度二個指標的K值關系曲線，如圖3-圖4所示。

4 容重與各因素水平的關系

由圖3可知，混凝土28d抗壓強度隨A的增加而顯著增大，對混凝土抗壓強度的影響最大，其抗壓強度變化范圍為12.8MPa ～21.5MPa；隨B摻量的增加而減小，接近線性關系，但變化幅度不大；強度隨摻量C的增加先降低后增加，水平2之后增幅較快，強度隨摻量D的增加二增加，水平2之前增幅平緩，水平2之后增幅較快。

由圖4可知，材料28d表觀密度隨A的增加而增大，水平2之前增幅較快，水平2之后增幅平緩，隨B、C摻量的增加呈現而先降低后增加的變化趨勢，表觀密度隨D的增加呈現線性增大的變化規律。本次設計的正交實驗中水泥、石灰、石膏和粉煤灰摻量改變對混凝土容重影響不大，變化范圍為13.236 kN/m3 ～15.206 kN/m3。

3 結論

大摻量粉煤灰陶粒混凝土實驗研究表明，膠凝材料摻量對平均抗壓強度影響的顯著順序是水泥、石灰、石膏和粉煤灰。28d抗壓強度變化范圍為12.8MPa～21.5MPa，其抗壓強度都大于JC-239-2001粉煤灰混凝土多孔磚行業標準規定的Mu15，12MPa的要求，滿足強度指標的前提下，可以根據當地工程實際情況和經濟性原則選擇所需的配合比。另外，在設計的正交實驗中水泥、石灰、石膏和粉煤灰摻量改變對混凝土容重影響不大，變化范圍為13.236 kN/m3～15.206 kN/m3，其平均容重也符合標準規定。

參考文獻

[1]阿肯江·托呼提，亓國慶，陳漢清.新疆南疆地區傳統土坯房屋震害及抗震技術措施[J]. 工程抗震與加固改造，2008，30（1）：82～86.

[2]葛學禮，王亞勇，申世元.村鎮建筑地震災害與抗震減災措施[J].工程質量，2005，（12）：1～2.

[3]張帆.小城鎮住宅新型墻材結構體系研究[D].天津：天津大學，2005

[4]黃麗華，周大偉.摻多種工業廢渣的陶粒混凝土輕質隔墻板[J].新型建筑材.2006.2： 52～53.

[5]杜銳，張星魁粉煤灰陶粒混凝土配合比的試驗研究[J].商品混凝土.2010.11：48～49

[6]邵永健， 殷志文.陶粒混凝土砌塊的配合比設計與抗壓強度試驗[J].混凝土.2007.10：107～108.

[7]丁威，龔洛書，沈玄，等.JGJ-51—2002《輕骨料混凝土技術規程》[J].中國建筑科學研究院.2002.

[8]陸建雯，姚燕，楊靜，等.GB/T50082 —2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》[J].中國建筑科學研究院.2009.