珍珠巖混凝土基本力學性能試驗分析▲

王英杰

摘 要：應用珍珠巖復合混凝土有利于環境的可持續發展，但目前有關于珍珠巖混凝土的應用和研究并不完善，在各個領域運用好珍珠巖優異的性能仍然是一個需要解決的問題。基于此，采用XRD、XRF等顯微試驗方法，對珍珠巖混凝土原料進行研究，分析其基本性能。

關鍵詞：混凝土；珍珠巖；基本力學性能

中圖分類號：TQ174.7? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：2096-6903（2023）10-0107-03

0 引言

近年來，作為基礎設施建設不可或缺的重要材料，混凝土的用量在不斷增加，其組合材料物質也不斷被開發研究。基于可持續發展的需求，研究不同種類其他物質取代石子、砂子、水泥的新型復合混凝土正在被越來越多的學者所關注。

水泥種類很多，研究不同種類的水泥，滿足市場需求是科研工作與實際工程相結合發展的一大突破。建筑施工大部分采用的砂子主要來源于河砂，但是采砂手段遠遠滿足不了工程需求，且由于一些發展地區建筑工程發展過快，甚至出現砂荒、普通硅酸鹽水泥嚴重不足現象。

針對這些現象，尋找新的材料替代普通硅酸鹽水泥、砂子已經成為迫切需要。將珍珠巖礦砂用來替代部分水泥做摻合料，不僅節約了普通硅酸鹽水泥的用量，還降低了工業生產成本，社會經濟效益顯著。使用人造普通大粒徑膨脹珍珠巖取代部分砂子做輕骨料，能夠減輕混凝土質量，增強保溫性能，抗震性能較好，吸收沖擊能力快且不容易受到破壞。

珍珠巖作為我國重要的礦產資源，儲量充足，成本低廉，在建筑中具有重要的應用價值。在試驗配置膨脹珍珠巖混凝土的時候發現，膨脹珍珠巖具有質量輕、保溫性好等優點，是非常優秀的輕骨料[1]。深入研究珍珠巖砂漿和混凝土的物理力學性能，對珍珠巖的廣泛使用具有重要意義。

1 珍珠巖材料微觀測試

本次實驗所使用的水泥為水泥廠生產的普通硅酸鹽水泥，使用的砂子為天然河砂，珍珠巖是在普通生產車間生產出來的，石紫為普通的礦山壓碎碎石。XRD分析圖譜表明，珍珠巖的主要成分是SiO2。通過XRF分析表明，膨脹珍珠巖的化學成分中含有一些活性物質[2]。

通過混凝土攪拌試驗了解到膨脹珍珠巖混凝土的保水性較好，但在攪拌過程中容易斷裂。分析表明，細骨料的表面形狀和光滑度對凈漿膠合性及保水性有一定影響。

2 膨脹珍珠巖基本力學性能分析

通過對原材料分析，20～30目膨脹珍珠巖具有質量輕、保溫性能好等特性，在商業和民用建筑中的應用效果明顯。用不同替代率的20～30目膨脹珍珠巖代替砂子做細骨料，分析膨脹珍珠巖混凝土的基本力學性能，并且把普通的混凝土與不同代替率的膨脹珍珠巖混凝土作對比，可找出膨脹珍珠巖的最佳代替率。

2.1 膨脹珍珠巖混凝土抗壓強度試驗結果分析

本次實驗使用20～30目的膨脹珍珠巖代替一定量的細骨料，來測試抗壓強度，實驗產生的結果如表1所示。

開始試驗之后，先逐漸增加壓力機的荷載，直到達到膨脹珍珠巖混凝土的破壞載荷后，一部分地膨脹珍珠巖混凝土開始開裂并且伴有碎片脫落。保持壓力機的荷載值不變，發現動態荷載值顯著減小，并且隨著時間的推移，發生開裂的程度也在逐漸變大，一直到所有的碎片都脫落。

根據表1可以分析得出，如果使用膨脹珍珠巖混凝土取代掉部分砂土作為細骨料，那么抗壓強度就隨著代替率的增加逐漸降低，總體上有一個下降的趨勢。試驗中，當剪切速率由10%提高到40%（10%變化）時，膨脹珍珠巖混凝土在28 d的抗壓強度分別比普通的混凝土降低了1.5 MPa、2.8 MPa、3.5 MPa和4.8 MPa。百分比分別降低了3.89%、7.13%、8.88%、12.12%。

隨著20～30目膨脹珍珠巖替代率的不斷提高，混凝土標準試塊的抗壓強度降低值也隨之增加，降低的速率基本保持不變。當膨脹珍珠巖含量為40%時，其抗壓強度約為35.2 MPa，大于原始設計值（30 MPa）。

2.2 膨脹珍珠巖混凝土抗彎曲強度試驗結果分析

用20～30目膨脹珍珠巖代替砂土稱為細骨料，制成的混凝土試樣的抗彎曲強度試驗結果如表2所示。

結合表2可以得出以下結論，膨脹珍珠巖的代替率不斷增大時，其抗彎強度并不是單純地一直下降，而是先增加后降低。當膨脹珍珠巖含量從10%增加到40%時，混凝土28 d的抗彎強度變化不大，膨脹珍珠巖混凝土的抗彎強度與最普通的混凝土相比變化值分別為+0.6 MPa、+0.8 MPa、+0.5 MPa、-0.4 MPa。百分比變化分別為+4.56%，+8.14%，+3.67%和-2.78%。

因為做的試驗數據較少，離散數據數量比較多。資料顯示，膨脹珍珠巖導致天然砂的顆粒級配變得更好。從文獻中可以了解到膨脹珍珠巖存在著一定的活性，由此導致膨脹珍珠巖混凝土的抗彎曲強度，會在開始含量較低時隨著代替率的增大逐漸增大，直到代替率增加到某一數值后，抗彎曲強度又會隨著代替率的增加而呈現下降趨勢。綜上所述，膨脹珍珠巖的最佳置換率約為20%。

2.3 膨脹珍珠巖混凝土劈裂抗拉強度試驗結果分析

用20～30目膨脹珍珠巖代替砂作細骨料制成的混凝土試件劈裂強度試驗結果如表3所示。

在進行劈裂抗拉實驗后，混凝土試塊被破壞之后的形態，與普通的混凝土在劈裂抗拉實驗中的破壞形態基本上一致。混凝土破壞屬于脆性破壞，只有當劈裂強度達到極限值時，混凝土才會開始斷裂一直到全部斷裂。在這個狀態下，保證壓力機的數值不變，發現動態壓力值不斷減小。混凝土試塊的斷裂雖然由于水泥砂漿與骨料的粘黏強度有所延緩，但是效果終究是有限的，最終可以從斷裂段看出膨脹珍珠巖被壓裂的現象。

從表3可以看出，膨脹珍珠巖的代替率不斷增大的同時，其劈裂抗拉強度并不是一直降低，而是呈現一個先升高再減少的趨勢。當替代率從10%逐漸升高到40%時，其劈裂強度變化+0.12 MPa、+0.14 MPa、 -0.04 MPa、-0.16 MPa，相應的百分比變化+3.86%、+4.53%、-0.89%、-4.86%。其升高和降低的比例都保持在5%以內，并不是很多。

因此，可以得出結論：當膨脹珍珠巖的代替率較高時，膨脹珍珠巖會大大影響混凝土的開裂抗拉強度；代替率較低時，對混凝土的開裂抗拉強度影響較小。

2.4 膨脹珍珠巖混凝土軸心抗壓強度試驗結果分析

用20～30目膨脹珍珠巖代替砂作細骨料制成的混凝土試件軸心抗壓強度試驗結果如表4所示。

膨脹珍珠巖混凝土軸向抗壓強度試驗在最開始時未出現明顯裂縫。隨著實驗的進行，逐漸加大壓力載荷，直到壓力載荷達到某一個臨界點時，表面開始出現裂縫，并且棱柱表面也有碎渣的產生，裂縫的方向大約平行于壓力載荷的方向。此外，混凝土棱柱體的側面隨著軸向壓力的急劇下降開始出現肉眼可見的裂縫，并且裂縫的寬度以及深度也在隨著壓力機壓力的增大以肉眼可見的速度擴大。最終在壓力的作用下，混凝土棱柱被壓碎[3]。

根據表4可以分析出，膨脹珍珠巖的代替率不斷增大的同時，其軸心抗壓強度并不是一直降低，而是呈現一個先升高再減少的趨勢。當膨脹珍珠巖的替代率從10%依次增加到40%（10%波動）時，膨脹珍珠巖在28 d的抗壓強度分別變化了+0.4 MPa、+0.6 MPa、+0.2 MPa、-1.3 MPa。百分比分別變化了+1.19%、+2.44%、+0.26%、-4.45%。

結合各種實際情況以及參考文獻，一般可以得出以下結論：膨脹珍珠巖導致天然砂的顆粒級配變得更好。膨脹珍珠巖存在著一定的活性，導致膨脹珍珠巖混凝土的軸心抗壓強度，在開始含量較低的時候隨著代替率的增大逐漸增大，直到代替率增加到某一數值后，軸心抗壓強度又會隨著代替率的增加而呈現下降趨勢。綜上所述，膨脹珍珠巖的最佳置換率約為20%。

2.5 膨脹珍珠巖混凝土彈性模量試驗結果分析

用20～30目膨脹珍珠巖代替砂作細骨料制成的混凝土試件彈性模量試驗結果如表5所示。

如表5所示，隨著膨脹珍珠巖替代率的增加，膨脹珍珠巖混凝土枝柱體的彈性模量在逐漸下降。通過分析圖表可以得出：替代率從10%變化為40%的過程中，所研究的混凝土的彈性模量與含量相比分別降低了140 MPa、210 MPa、290 MPa、620 MPa；相應的跌幅分別為0.55%、0.57%、0.83%和1.88%，降幅相對較小。

據此可以得出結論，彈性模量主要與骨料有關，粗骨料的彈性模量起著決定性作用，所以20～30目膨脹珍珠巖對混凝土的彈性模塊影響不大。

3 結束語

在實驗中，分析了膨脹珍珠巖不同的替代率對混凝土的影響。可以得出結論：對于不同的基本力學性能，珍珠巖混凝土對其影響效果不完全相同，但是根據表1～5及繪制的圖紙可以分析出，膨脹珍珠巖的最佳替代率為20%。

參考文獻

[1] 溫虹，魏婷，鄭柏存，等.聚乙二醇/膨脹珍珠巖復合相變材料的制備與性能研究[J].新型建筑材料，2015，42（6）：73-77.

[2] 申進文，馮雅嵐，王振河，等.利用膨脹珍珠巖生產平菇菌種技術研究[J].食用菌，2007（4）：27-28.

[3] 李衛東，王著強，陳穩霞，等.利用珍珠巖工業尾礦低溫快燒制備輕質陶瓷磚的研究[J].佛山陶瓷，2014，24（2）：11-14.