陶粒对陶粒混凝土微观结构和强度的影响

摘要：在参考轻集料混凝土配合比设计的基础上，通过研究陶粒的结构、陶粒预处理、陶粒种类对陶粒混凝土微观结构和强度的影响，得出采用碎石形页岩陶粒，陶粒预湿处理2h时，可配制出轻质高强的陶粒混凝土。

关键词：陶粒混凝土；陶粒；强度；微观结构

中图分类号：TU37 文献标识码： A

前言

陶粒由于其本身结构的特殊性，和水泥石的界面结构与普通混凝土的不同,这已得到证实[1-3]。陶粒的结构以及其与水泥石的界面区结构对轻集料混凝土的物理力学性能有重要影响,因此研究陶粒结构及其对的混凝土性能的影响对轻质高强轻集料混凝土的研究具有重要意义。

1原材料及技术性质

试验主要用原材料为陶粒、陶砂、水泥、粉煤灰、减水剂。

1.1 陶粒

本实验所用陶粒为主要为粘土陶粒和页岩陶粒，初选宜昌500级碎石形页岩、宜昌600级碎石形页岩、华穗500级球形粘土、华穗600级球形页岩四种陶粒配制混凝土。

1.2 陶砂

陶砂为宜昌页岩球形陶砂,级配符合国家标准GB 2839- 81《页岩陶粒与陶砂》的规定。

1.3 其他材料

水泥： “粤秀牌”P.II42.5水泥。

粉煤灰：Ⅱ级粉煤灰。

外加剂： N-1型萘系减水剂。

1.4试验方法

(l)轻集料的基本性能试验按照GB/T17431.2-1998《轻集料及其试验方法》进行。

(2)轻集料混凝土的抗压强度按照GB/T5O081-2002《普通混凝土力学性能试验方法》进行测试。

2结果与讨论

采用松散体积法设计全轻轻集料混凝土配合比[4]。进行混凝土试配，调整，得到全轻轻集料混凝土的基准配合比。

2.1陶粒预处理对混凝土性能的影响

本实验采用浸泡的预湿方法，测定轻集料的吸水率与饱水时间之间的关系。

图1 陶粒保水时间与吸水率的关系

如图1，随饱水时间的延长，陶粒的吸水率不断增加，饱水1 d以后，其吸水率仍有所增长，但增长速度明显减慢，渐渐趋于某一定值。

（1）在相同时间内，粘土陶粒的吸水率远大于页岩陶粒吸水率。这是由于粘土陶粒表面疏松（图3），没有明显外壳，内外结构区别不明显，都含有较大的孔隙，容易吸水。页岩陶粒具有明显的外壳(图2)，外壳表面结构致密，内部空隙小，连通率低。水沿陶粒表面毛细孔扩散较慢，吸水率低。

图2宜昌页岩陶粒截面图3华穗粘土陶粒截面

（2）粘土陶粒吸水率在保水120min之后增加非常缓慢；页岩陶粒在保水时间超过120min以后，吸水率变化也明显减小。

由此可知，陶粒在饱水的前120min内，吸水能力较强，超过120min，吸水率显著减小，因此选择陶粒的预湿处理时间为2h。

采用相同的净用水量，对陶粒做预湿2h处理与不预湿处理，对比预湿与否对陶粒混凝土的影响，实验结果如表1。

表1 陶粒预湿前后混凝土试验结果

组别 抗压强度（MPa） 坍落度（mm） 湿容重（kg/m3）

3d 28d

预湿 18.9 22.6 73 1360

不预湿 25.9 30.5 54 1350

（1）陶粒不预湿的轻集料混凝土和预湿的相比，在容重略有减小的情况下，3d、28d强度均有较大幅度的增长，这是因为不预湿的陶粒表面的微孔会吸收周围浆体的水，减少了贴近轻集料与水泥石界面处水膜的厚度，使界面由于局部水灰比的降低而得到了强化，即增加了集料表面附近水泥石的密实性，明显的微泵效应使界面强度得到提高。因此，不预湿的陶粒能使混凝土的强度得到提高。

（2）陶粒预湿处理的轻集料混凝土的坍落度比不预湿的增加约19mm，有效地提高了混凝土的工作性能。

由于不预湿的陶粒会在拌合过程中消耗拌合水，导致整个用水量和工作性能的不可控；不预湿陶粒表面大的开口孔，在混凝土搅拌过程中易吸附外加剂，而影响减水剂等外加剂的作用效果，故采取预湿陶粒的方法制备轻集料混凝土。

2.2陶粒种类对混凝土性能的影响

在相同配合比下，分别采用等体积同级配的宜昌500级碎石形页岩陶粒（第1组）、宜昌600级碎石形页岩陶粒（第2）、华穗500级圆球形粘土陶粒（第3）、华穗600级圆球形页岩陶粒（第4）配制混凝土。

图4 陶粒种类对混凝土性质的影响

由图4中数据可以看出：

（1）用页岩陶粒配制的混凝土的抗压强度大于用粘土陶粒配制的混凝土的抗压强度，这是由于粘土陶粒本身筒压强度低，且孔隙率大所造成的。

（2）用碎石形陶粒配制的轻集料混凝土的抗压强度都大于用球形陶粒配制的轻集料混凝土的抗压强度。这是因为碎石形陶粒由于表面凹凸不平且比表面积更大，与水泥浆的界面粘结性能更好，如图5所示，水泥浆与陶粒在界面处十分紧密地粘结在一起，界面的水化产物多为C-S-H凝胶，针状钙矾石填充在陶粒孔隙中，有效地提高混凝土的强度。而圆球形陶粒表面较光滑，与水泥浆的嵌合作用弱；比表面积更小，与水泥石的接触面积更小，界面粘结强度差于碎石形陶粒。如图6，圆球形陶粒只被水泥浆包裹，界面水化产物呈松散状，结构疏松。此外，球形陶粒成型过程中更容易产生上浮现象，造成沉浆，浆体分布不均匀。故其配制的陶粒混凝土强度更低。

图5页岩陶粒混凝土界面图6黏土陶粒混凝土界面

综合比较，宜选择宜昌600级碎石形页岩陶粒为配制全轻轻集料混凝土的粗集料。

3 小结

（1）采用宜昌600级碎石形页岩陶粒，陶粒预湿处理2h，配制轻质高强陶粒混凝土。

(2) 碎石形页岩陶粒外壳致密，内部孔径较小且互不连通，是其吸水率较小，筒压强度较高的主要原因；表面凹凸不平且比表面积较大，与水泥浆的机械啮合作用和接触面积较大，故界面粘结性能比球形陶粒更好。

(3)由于陶粒结构的特殊性，表面存在沟纹和裂纹，有利于水泥浆体、水分和其它离子向内部扩散和迁移，水泥水化产物嵌入轻集料表面微孔中，形成水泥与轻集料“嵌套”在一起的整体结构，大大改善了混凝土的界面结构，使得轻集料与水泥石的界面过渡区不再像普通混凝上一样是混凝土的严重缺陷和薄弱环节，这也是轻集料混凝土早期强度（表1）比普通混凝土高的主要原因。

参考文献

[ 1 ]ZHANG Min-hong , GJORV O E.Microst ructure of the interfacial zone between lightweight aggregate and cement pase[J ]. CemConcr Res ,1990 ,20 (4) :610 – 6181.

[ 2 ] 张勇,丁庆军, 王发洲,等. 轻集料混凝土的界面结构研究[J ].混凝土,2002 , (10) :29 – 311.

[ 3 ] 郑秀华，张宝生. 预湿程度对页岩陶粒混凝土显微结构及强度的影响[J].材料工程，2005，（10）：3-6.

[ 4 ] 中华人民共和国.轻骨料混凝土技术规程[Z] 2002.