预湿骨料对陶粒混凝土性能影响的试验研究

穆龙飞，魏向明，冯竟竟，杨进波

（山东农业大学水利土木工程学院，山东 泰安271018）

摘要：不同预湿时间决定了陶粒骨料的饱水程度，进而影响陶粒混凝凝土的性能。本文为了研究陶粒饱水程度对陶粒混凝土力学性能及热工性能的影响，设置了6组不同预湿时间的试验组进行探究。结果表明：

陶粒预湿时间越长，陶粒混凝土7d强度越低，28d强度越高；陶粒混凝土导热系数与蓄热系数随陶粒骨料饱水程度的增加而有所提升；陶粒预湿后期存在释水现象，释出水分补充到陶粒骨料与浆体连接面，供给胶凝材料持续硬化。

关键词：陶粒混凝土; 预湿时间; 力学性能; 热工性能

中图分类号： TU528.2   文献标志码： A   

Effect of prewet light aggregate on performance of Ceramsite concrete

MU Longfei，WEI Xiangming，FENG Jingjing，YANG Jinbo

(Shandong Agricultural University,Shandong Taian 271018)

Abstract: Different prewetting time determines the degree of fullness of the ceramsite aggregate, and then affects the performance of the ceramsite concrete. In order to study the effect of the degree of water content on the mechanical properties and thermal properties of ceramsite concrete, six experimental groups with different prewetting time were set up to investigate the results. The longer prewetting time of ceramsite concrete, the lower of its 7 days strength and the higher of its 28 days strength; The thermal conductivity and heat storage coefficient of the ceramsite concrete improved with the increase of the degree of water fullness of the ceramsite concrete. There is water release phenomenon in the post-prewetting stage of ceramsite grains, and it supplements the water content of the connection surface between the ceramsite aggregate and the mortar, and supplies the cement material for continuous hardening.

Keywords: Ceramsite concrete;  Prewetting time;  Mechanical properties;  Thermal properties

1. 研究背景

我国自1956年开始进行陶粒及其混凝土制品的研究和试验，60年代中期建成了页岩陶粒、粘土陶粒、粉煤灰陶粒工业性试验线，并首次应用于河南平顶山洛河大桥^[1]，此后在其他桥梁上也应用了陶粒混凝土。20世纪90年代初期，由于生产技术的限制，我国生产的陶粒混凝土质量较差，密度较大，强度偏低，难以用于承重结构，且经济效益不明显，此阶段陶粒混凝土发展变缓。90年代后期，经济的发展使得高层和节能建筑不断新建，陶粒混凝土在这一时期内发展较快，陶粒的生产取得了一定的规模并重新用于高层建筑与桥梁工程中，如永定新河大桥、珠海国际会议中心部分楼层等都应用了高强陶粒混凝土^[1]。

陶粒混凝土具有轻质、保温、隔热等特点，在桥梁及民用建筑中具有独特的优势，然而陶粒作为一种多孔易吸水骨料，其吸水性直接影响了拌合物的性能。为了使陶粒拌合物能充分发挥自身性能，有关学者对陶粒提出了预湿的处理方法并对其拌合物进行了性能测试。高长海^[2]等将预湿陶粒应用于高性能混凝土中，提出预湿陶粒是一个有效降低混凝土早期自收缩和增强早期抗裂性能的方法。张宝生^[3]等采用不同预湿程度的页岩陶粒与碎石以1:1的体积比配制成混合骨料混凝土，并研究其拌合物性能和力学性能。结果表明，随陶粒预湿时间的增长，混合骨料混凝土拌合物坍落度经时损失逐渐减小，混凝土后期力学强度有所提升。董淑慧^[4]等研究表明陶粒的预湿程度与释水能力对于混凝土自养护减缩效率的影响效果明显，随着预湿程度的增加混凝土早期自收缩减小，自养护减缩效率提高，饱和预湿的页岩陶粒自养护减缩效率为39.1%。

预湿对于陶粒及其拌合物具有良好的性能促进作用，本文依据陶粒预湿时间的不同，即陶粒的饱水程度不同，探索陶粒混凝土力学性能及热工性能变化情况。前期根据规范进行试配，主要采用单因素法确定配合比，之后以陶粒预湿时间作为变量，研究陶粒混凝土的干体积密度、含水率、抗压强度、抗折强度、导热系数及蓄热系数变化规律。

2. 试验原材料及试验内容

2.1 试验原材料

试验用原材料：（P·O 42.5级）普通硅酸盐水泥、（Ⅱ级）粉煤灰、水、（页岩）陶粒和砂。陶粒主要以天然页岩为原料，经高温、焙烧精制而成，陶粒的表观密度应符合混凝土的密度设计标准，吸水率要小，本试验陶粒吸水性能指标测试如表1所示，试验用水为日常饮用水，砂为普通河砂。

表1 轻骨料不同预湿时间的吸水率

Table 1 Water absorption rate of light aggregate at different prewetting times

注：6组不同预湿时间的陶粒均不呈现自然滴水状态为宜。

2.2 试验材料配比

（1）采用绝对体积法计算材料用量，测定陶粒骨料的堆积密度、颗粒表观密度及细骨料的堆积密度和相对密度。

（2）根据《JGJ51-2002轻骨料混凝土技术规程》计算混凝土试配强度，公式如下：

（3）确定水泥用量并选择砂率。

（4）陶粒与砂用量计算公式如下：

前期根据《JGJ51-2002轻骨料混凝土技术规程》确定材料用量，并进行强度试验，在保证绝对体积的情况下改变砂率及陶粒用量，适当调节水泥用量来提高强度。由于陶粒易吸水，在搅拌过程中容易从水泥浆体中吸收水分，水分流失使浆体流动性变差，甚至在试验中出现未能填满陶粒之间空隙的情况，使得混凝土强度下降。为保证拌制混凝土具有良好的流动性及稳定性，对水灰比也有一定的要求。

根据文献［6］与前期试验结果，水灰比在0.40~0.50之间对混凝土的强度、干密度和导热系数均无显著影响，但能获得良好的工作性，水灰比在此范围内较合适。本文水胶比为定值0.45，在前期试配的基础上调整材料用量，陶粒混凝土配合比见表2。

表2 陶粒混凝土配合比

Table 2 Proportion of ceramsite concrete

注：配合比中陶粒重量均为预湿前重量，均为干燥状态，B-7中陶粒未进行预湿处理，额外水分以自由水的形式直接加入。坍落度测试组包括空白组、陶粒预湿饱和组及加水组。

2.2 试验方法

2.2.1 试验内容

干体积密度、吸水率、抗压与抗折试验参照GB/T 4111-2013《混凝土砌块和砖试验方法》进行，采用BC-300S型号微机控制电液伺服万能试验机进行抗折试验，采用DY-2008型号全自动混凝土压力机进行抗压试验，热工指标采用DRH—Ⅱ导热系数测定仪进行测试。

3. 试验结果与分析

本次试验设计了6组不同预湿时间的陶粒混凝土（B-1~B-6）与1组以自由水形式加入的试验组（B-7），简称“加水组”，以陶粒饱水状态为准，吸收的水分质量即为自由水额外加入的质量，比较预湿组与加水组陶粒混凝土力学性能、热工性能，探究预湿与直接加水作用是否一致。按照《混凝土砌块和砖试验方法》进行测试，陶粒混凝土性能测试结果如表3所示。

表3 陶粒混凝土性能测试结果

Table 3 Performance test results of ceramsite concrete