珍珠巖混凝土基本力學(xué)性能試驗(yàn)分析▲

王英杰

摘 要：應(yīng)用珍珠巖復(fù)合混凝土有利于環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，但目前有關(guān)于珍珠巖混凝土的應(yīng)用和研究并不完善，在各個(gè)領(lǐng)域運(yùn)用好珍珠巖優(yōu)異的性能仍然是一個(gè)需要解決的問(wèn)題。基于此，采用XRD、XRF等顯微試驗(yàn)方法，對(duì)珍珠巖混凝土原料進(jìn)行研究，分析其基本性能。

關(guān)鍵詞：混凝土；珍珠巖；基本力學(xué)性能

中圖分類號(hào)：TQ174.7? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2096-6903（2023）10-0107-03

0 引言

近年來(lái)，作為基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)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(zhì)也不斷被開發(fā)研究。基于可持續(xù)發(fā)展的需求，研究不同種類其他物質(zhì)取代石子、砂子、水泥的新型復(fù)合混凝土正在被越來(lái)越多的學(xué)者所關(guān)注。

水泥種類很多，研究不同種類的水泥，滿足市場(chǎng)需求是科研工作與實(shí)際工程相結(jié)合發(fā)展的一大突破。建筑施工大部分采用的砂子主要來(lái)源于河砂，但是采砂手段遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了工程需求，且由于一些發(fā)展地區(qū)建筑工程發(fā)展過(guò)快，甚至出現(xiàn)砂荒、普通硅酸鹽水泥嚴(yán)重不足現(xiàn)象。

針對(duì)這些現(xiàn)象，尋找新的材料替代普通硅酸鹽水泥、砂子已經(jīng)成為迫切需要。將珍珠巖礦砂用來(lái)替代部分水泥做摻合料，不僅節(jié)約了普通硅酸鹽水泥的用量，還降低了工業(yè)生產(chǎn)成本，社會(huì)經(jīng)濟(jì)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(zhì)量，增強(qiáng)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(guó)重要的礦產(chǎn)資源，儲(chǔ)量充足，成本低廉，在建筑中具有重要的應(yīng)用價(jià)值。在試驗(yàn)配置膨脹珍珠巖混凝土的時(shí)候發(fā)現(xiàn)，膨脹珍珠巖具有質(zhì)量輕、保溫性好等優(yōu)點(diǎn)，是非常優(yōu)秀的輕骨料[1]。深入研究珍珠巖砂漿和混凝土的物理力學(xué)性能，對(duì)珍珠巖的廣泛使用具有重要意義。

1 珍珠巖材料微觀測(cè)試

本次實(shí)驗(yàn)所使用的水泥為水泥廠生產(chǎn)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(chǎn)車間生產(chǎn)出來(lái)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(guò)XRF分析表明，膨脹珍珠巖的化學(xué)成分中含有一些活性物質(zhì)[2]。

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

2 膨脹珍珠巖基本力學(xué)性能分析

通過(guò)對(duì)原材料分析，20～30目膨脹珍珠巖具有質(zhì)量輕、保溫性能好等特性，在商業(yè)和民用建筑中的應(yīng)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(xì)骨料，分析膨脹珍珠巖混凝土的基本力學(xué)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(duì)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(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果分析

本次實(shí)驗(yàn)使用20～30目的膨脹珍珠巖代替一定量的細(xì)骨料，來(lái)測(cè)試抗壓強(qiáng)度，實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的結(jié)果如表1所示。

開始試驗(yàn)之后，先逐漸增加壓力機(jī)的荷載，直到達(dá)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(jī)的荷載值不變，發(fā)現(xiàn)動(dòng)態(tài)荷載值顯著減小，并且隨著時(shí)間的推移，發(fā)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(jù)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(xì)骨料，那么抗壓強(qiáng)度就隨著代替率的增加逐漸降低，總體上有一個(gè)下降的趨勢(shì)。試驗(yàn)中，當(dāng)剪切速率由10%提高到40%（10%變化）時(shí)，膨脹珍珠巖混凝土在28 d的抗壓強(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)試塊的抗壓強(qiáng)度降低值也隨之增加，降低的速率基本保持不變。當(dāng)膨脹珍珠巖含量為40%時(shí)，其抗壓強(qiáng)度約為35.2 MPa，大于原始設(shè)計(jì)值（30 MPa）。

2.2 膨脹珍珠巖混凝土抗彎曲強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果分析

用20～30目膨脹珍珠巖代替砂土稱為細(xì)骨料，制成的混凝土試樣的抗彎曲強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

結(jié)合表2可以得出以下結(jié)論，膨脹珍珠巖的代替率不斷增大時(shí)，其抗彎強(qiáng)度并不是單純地一直下降，而是先增加后降低。當(dāng)膨脹珍珠巖含量從10%增加到40%時(shí)，混凝土28 d的抗彎強(qiáng)度變化不大，膨脹珍珠巖混凝土的抗彎強(qiáng)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?yàn)樽龅脑囼?yàn)數(shù)據(jù)較少，離散數(shù)據(jù)數(shù)量比較多。資料顯示，膨脹珍珠巖導(dǎo)致天然砂的顆粒級(jí)配變得更好。從文獻(xiàn)中可以了解到膨脹珍珠巖存在著一定的活性，由此導(dǎo)致膨脹珍珠巖混凝土的抗彎曲強(qiáng)度，會(huì)在開始含量較低時(shí)隨著代替率的增大逐漸增大，直到代替率增加到某一數(shù)值后，抗彎曲強(qiáng)度又會(huì)隨著代替率的增加而呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。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(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果分析

用20～30目膨脹珍珠巖代替砂作細(xì)骨料制成的混凝土試件劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

在進(jìn)行劈裂抗拉實(shí)驗(yàn)后，混凝土試塊被破壞之后的形態(tài)，與普通的混凝土在劈裂抗拉實(shí)驗(yàn)中的破壞形態(tài)基本上一致。混凝土破壞屬于脆性破壞，只有當(dāng)劈裂強(qiáng)度達(dá)到極限值時(shí)，混凝土才會(huì)開始斷裂一直到全部斷裂。在這個(gè)狀態(tài)下，保證壓力機(jī)的數(shù)值不變，發(fā)現(xiàn)動(dòng)態(tài)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(qiáng)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(xiàn)象。

從表3可以看出，膨脹珍珠巖的代替率不斷增大的同時(shí)，其劈裂抗拉強(qiáng)度并不是一直降低，而是呈現(xiàn)一個(gè)先升高再減少的趨勢(shì)。當(dāng)替代率從10%逐漸升高到40%時(shí)，其劈裂強(qiáng)度變化+0.12 MPa、+0.14 MPa、 -0.04 MPa、-0.16 MPa，相應(yīng)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(nèi)，并不是很多。

因此，可以得出結(jié)論：當(dāng)膨脹珍珠巖的代替率較高時(shí)，膨脹珍珠巖會(huì)大大影響混凝土的開裂抗拉強(qiáng)度；代替率較低時(shí)，對(duì)混凝土的開裂抗拉強(qiáng)度影響較小。

2.4 膨脹珍珠巖混凝土軸心抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果分析

用20～30目膨脹珍珠巖代替砂作細(xì)骨料制成的混凝土試件軸心抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

膨脹珍珠巖混凝土軸向抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)在最開始時(shí)未出現(xiàn)明顯裂縫。隨著實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，逐漸加大壓力載荷，直到壓力載荷達(dá)到某一個(gè)臨界點(diǎn)時(shí)，表面開始出現(xiàn)裂縫，并且棱柱表面也有碎渣的產(chǎn)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(cè)面隨著軸向壓力的急劇下降開始出現(xiàn)肉眼可見(jiàn)的裂縫，并且裂縫的寬度以及深度也在隨著壓力機(jī)壓力的增大以肉眼可見(jiàn)的速度擴(kuò)大。最終在壓力的作用下，混凝土棱柱被壓碎[3]。

根據(jù)表4可以分析出，膨脹珍珠巖的代替率不斷增大的同時(shí)，其軸心抗壓強(qiáng)度并不是一直降低，而是呈現(xiàn)一個(gè)先升高再減少的趨勢(shì)。當(dāng)膨脹珍珠巖的替代率從10%依次增加到40%（10%波動(dòng)）時(shí)，膨脹珍珠巖在28 d的抗壓強(qiáng)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(jié)合各種實(shí)際情況以及參考文獻(xiàn)，一般可以得出以下結(jié)論：膨脹珍珠巖導(dǎo)致天然砂的顆粒級(jí)配變得更好。膨脹珍珠巖存在著一定的活性，導(dǎo)致膨脹珍珠巖混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度，在開始含量較低的時(shí)候隨著代替率的增大逐漸增大，直到代替率增加到某一數(shù)值后，軸心抗壓強(qiáng)度又會(huì)隨著代替率的增加而呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。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(yàn)結(jié)果分析

用20～30目膨脹珍珠巖代替砂作細(xì)骨料制成的混凝土試件彈性模量試驗(yàn)結(jié)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(guò)分析圖表可以得出：替代率從10%變化為40%的過(guò)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(yīng)的跌幅分別為0.55%、0.57%、0.83%和1.88%，降幅相對(duì)較小。

據(jù)此可以得出結(jié)論，彈性模量主要與骨料有關(guān)，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(duì)混凝土的彈性模塊影響不大。

3 結(jié)束語(yǔ)

在實(shí)驗(yàn)中，分析了膨脹珍珠巖不同的替代率對(duì)混凝土的影響。可以得出結(jié)論：對(duì)于不同的基本力學(xué)性能，珍珠巖混凝土對(duì)其影響效果不完全相同，但是根據(jù)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(xiàn)

[1] 溫虹，魏婷，鄭柏存，等.聚乙二醇/膨脹珍珠巖復(fù)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(jìn)文，馮雅嵐，王振河，等.利用膨脹珍珠巖生產(chǎn)平菇菌種技術(shù)研究[J].食用菌，2007（4）：27-28.

[3] 李衛(wèi)東，王著強(qiáng)，陳穩(wěn)霞，等.利用珍珠巖工業(yè)尾礦低溫快燒制備輕質(zhì)陶瓷磚的研究[J].佛山陶瓷，2014，24（2）：11-14.