应用高密实配合比方法制备淡化海砂陶粒混凝土

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发布时间：2021-09-03

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应用高密实配合比方法制备淡化海砂陶粒混凝土
李明利，童昀，杨顺荣
(厦门路桥翔通股份有限公司研发中心，福建厦门361 101)
摘要：陶粒混凝土具有轻质、保温、隔热等优点，是一种比较理想的建筑材料，已广泛应用于各种工业民用建筑上。目前天然河砂资源
逐渐枯竭，而沿海地区的海砂资源非常丰富，如对其进行合理的开采、利用，不仅有利于消除河砂的过度开采，而且有利于保证防洪和城市
供水的安全。利用陶粒作为骨料，淡化海砂替代天然河砂和其他普通常规材料，应用高密实配合比方法配制出高性能陶粒混凝土，对配制
的陶粒混凝土的物理力学性能进行了测试。试验结果表明，这种淡化海砂陶粒混凝土物理力学性能优于普通陶粒混凝土。
关键词：轻骨料；陶粒混凝土；淡化海砂
中图分类号： TU528．062 文献标志码： A 文章编号： 1002—3550(2011)07—0136—04
Application of high density ratio m ethod of preparing desaRed seasand ceram isite concrete
LIMing-li，TONG Yun，YANGShun-rong
(Research Center，Sunstone Company，Xiamen 361101，China)
Abstract： Ceramisite concrete is a sort of ideal building material、viⅡ1 the advantage of light weight，heat preservation and heat insulation，
which is widely used in diverse of industrial and civilian constructions．Nowadays，natural river sand resources have been exhausting gradually，
while sea sand resources are very rich in the coa~land．Ifsuch kind ofresources is exploded and utilized reasonably，it can not only protect the river
sand resources，but also secure the flood control and tap water supply．The hi曲-performance cemmisite concrete is prepared with ceramisite as ag—
gregate，desalted sea san dinsteadofriver sand andother commonmateria1．An experimentfortestingthephysicalandmechanicalperform an ce has
been taken，and the result shows that all the performances ofthis sort oflightweight aggregate concrete is better than general lightweight concrete．
Key words： lightw eight aggregate；ceramisite concrete；desalted seasand
0 引言
以黏土、亚黏土等为主原料，经加工制粒、烧胀而成的，其粒径
在5 mill以上的轻粗骨料称为黏土陶粒；以黏土质页岩、板岩等经
破碎、筛分，或粉磨后成球，烧胀而成的粒径在5 lnnl以上的轻粗
骨料为页岩陶粒，又称膨胀页岩。它们的共同特点是表面粗糙，内
部多孔，具有一定吸水率。以普通砂或陶砂为细骨料，和胶凝材料
配制而成的混凝土称为陶粒混凝土(ceramisite concrete)，是轻骨
料混凝-F(1ightweight aggregate concrete)的一种。陶粒表面具有
较粗的纹理，可增大集料的表面摩擦系数，阻止混合料颗粒之
间的移动，提高混合料的强度。陶粒混凝土，既可用作保温材料，
也可用于承重结构，应用领域广阔[1】。陶粒混凝土解决了普通混
凝土表干密度选择余地小的缺陷，使混凝土表干密度选择范围
更加完善。可广泛用于工业与民用建筑和土木工程的承重结构、
人防工程等[2】。此外，因为陶粒有一定的吸水性，在混凝土中加
人一定量的饱水陶粒，可以从混凝土内部释放水分对混凝土产
生养护作用，称作“内养护”。这样可以有效降低混凝土的内部
干燥导致的收缩(自生收缩)，防止混凝土发生收缩裂缝，是目
前高性能混凝土的研究发展热点之一。
目前，天然河砂资源逐渐枯竭，如果不能尽快寻找到合适
可靠的砂源，势必影响建筑业的发展。沿海地区的海砂资源非常
收稿日期：2011-01_04
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丰富，如对其进行合理的开采、利用，不仅有利于消除河砂的过
度开采，保证防洪和城市供水的安全，而且有利于淡化海砂混
凝土的健康使用。海砂淡化后如果氯离子含量较低，附和行业标
准要求【3】，即可作为天然河砂的替代砂应用于混凝土的制备，以
达到减少对天然河砂的依赖性，社会、经济效益将十分显著。
高密实配合比方法是一种科学的配合比设计方法。通过控
制骨料的比例，以混凝土中固体材料的最大单位重，有效地获得
混凝土的最小孔隙率，从而获得最佳级配。所配制的混凝土具有
较好的工作性、较高的强度及优异的耐久性。高密实配合比方法
最早由台湾科技大学的学者黄兆龙先生提出，吴中伟院士曾提出
简易的配合比设计方法，原理与高密实配合比方法基本相同。
1 试验
(1)原料。本研究主要应用高密实配合比方法设计混凝土
配合比，以陶粒作为骨料，淡化海砂替代天然河砂配制高性能
陶粒混凝土。研究陶粒应用于混凝土时各种集料的配合比例，
对配制的混凝土的物理力学性能进行测试。
福建福州某陶粒公司生产的黏土陶粒：10-25 rain；广东惠州
某陶粒公司黏土陶粒生产的10～16 mm；福建永安某陶粒公司生
产的页岩陶粒：5-16 mm与10～25 mm；泉州某砂场生产的淡化
海砂：．2．5，p0=2 650 kg／m3；闽江中河砂生产的天然河砂：
Mx=2．5，po=2 650 kg／m。；后石电厂生产的I级粉煤灰；闽福水泥
生产的P·0 42．5级水泥；路桥建材科技有限公司生产的高效聚
羧酸减水剂(中浓)，减水率25％，含固量25％。
陶粒是轻骨料混凝土研究的基础，作为混凝土的主要组成
部分，陶粒的技术指标在一定程度决定混凝土的性能。陶粒的物
理力学性能见表1。
表1 陶粒物理力学性能
图1(a)为黏土陶粒断面结构，可见黏土陶粒内部为多孔结
构，在黏土陶粒的外表有一层厚度小于1 mm，较内部更为致密
的密实表层，其孔隙的孔径远远小于内部多孔发泡结构的孔径。
另外，黏土陶粒的整体结构均匀，内部的多孑L发泡结构赋予其
具有轻质的特性，而表层的密实结构又使其具有较高的颗粒强
度和较低的吸水率[5_。由图1(b)可见，页岩陶粒内部结构较致
密，可见有少量孔洞，外形粗糙，形状类似石子。密度高也使得
页岩陶粒的简压强度大于黏土陶粒，适合设计强度较高的轻骨
料混凝土使用。由图1(c)可见，福州黏土陶粒的粒型较圆整，颗
粒级配较单一。图l(d)为惠州黏土陶粒(预湿后)粒型较差，颗
粒级配较单一。为使黏土陶粒级配更好，本试验将二者按一定比
例混合，以达到更为密实的效果。同样，将外观类似石子的两种
页岩陶粒混合，见图1(f)，使之级配良好。
(a)黏土陶粒断面结构黏土陶粒与页岩陶粒断面结构对比
(c)福州10-25 n-fill陶粒(预湿后) 惠州10-16 rain陶粒(预湿后)
(e)福卅l 10-25 rfall陶粒与惠卅l 10,．-16 rain (0永安5—16 rain与25-16 113111
陶粒混合后陶粒混合后
图1 黏土陶粒和页岩陶粒的照片
淡化海砂的c1一含量对混凝土的耐久性有直接影响。含泥
量过高会使陶粒与水泥等胶材间界面的黏结强度大大降低，从
而降低陶粒混凝土的强度。因此含泥量低的砂子对陶粒混凝土
非常必要，这也是淡化海砂在陶粒混凝土中应用的优势之一；贝
壳含量对强度也会造成一定影响，因此必须严格控制淡化海砂
中的有害物质的含量。试验所用砂具体参数详见表2。
表2 试验用砂物理指标
(2)陶粒混凝土配合比设计——高密实配合比。混凝土配
合比设计的任务是确定获得预期性能而又经济性优良的各组
成材料用量。骨料因占混凝土体积的2／3以上，所以直接控制骨
料的比例会有效地获得混凝土的最小孔隙率。
混凝土中颗粒的堆积方式对于宏观力学行为有很大的影响，
就好像土壤颗粒材料一样，颗粒结构堆积越致密，孔隙越小，接触
点越多，则密度越大理论上应能获得较高的强度。另外，以相同的
水灰比而言，骨料在最佳堆积下总浆体用量也会跟着减少，相对的
拌和水用量也会减少，因而可减少混凝土中弱界面的形成几率及
浆体本身产生收缩裂缝的可能，从而提高混凝土的耐久陛。
利用四分法取样将砂和粉煤灰混合，以粉煤灰