上海申秦建筑工程有限公司欢迎您

泡沫混凝土

服务热线13122675881
栏目导航
联系我们
服务热线
13122675881
QQ:295793985
邮箱:295793985@qq.com
地址:奉贤区金汇镇金钱公路168号
当前位置:主页 > 新闻资讯 > 行业新闻 >

磷渣陶粒混凝土的制备及性能研究

浏览: 发布日期:2020-09-16
    要:

本文利用磷渣和粉煤灰代替部分水泥作为胶凝材料,进行混凝土配合比设计正交试验,测定导热系数和微观形貌分析。综合考虑干密度、强度、吸水率、软化系数的性能,确定每1 m3磷渣陶粒混凝土的各原料用量为:胶凝材料510 kg(水泥306 kg、磷渣122 kg、粉煤灰82 kg),陶粒331 kg,陶砂364 kg,净用水量200kg;磷渣陶粒混凝土的导热系数与干密度成正比;陶粒的破坏是陶粒混凝土破坏的主要原因,陶粒混凝土中水泥浆基体与陶粒的界面结合十分紧密。

作者简介: 刘秋美,女,1974年出生,硕士,教授。电子信箱:910183520@qq.com;

收稿日期:2020-04-02

STUDY ON PREPARATION AND PROPERTIES OF PHOSPHATE SLAG CERAMSITE CONCRETE

LIU Qiumei PI Liang YANG Yanping WU Xiaohu WU Junjie XU Gang

Guizhou Institute of Technology

Abstract:

In this paper,phosphorus slag and fly ash are used to replace part of cement as cementitious materials,and orthogonal test of concrete mix design is carried out to determine thermal conductivity and micro morphology analysis.Considering the properties of dry density,strength,water absorption and softening coefficient,it is determined that the amount of raw materials per 1 m3 of phosphorous slag ceramsite concrete is 510 kg(cement 306 kg,phosphorous slag 122 kg,fly ash 82 kg),331 kg ceramsite and 364 kg ceramsite,and the net water consumption is 200 kg;the thermal conductivity of the phosphorous slag ceramsite concrete is directly proportional to the dry density;the destruction of ceramsite is the main reason for the destruction of ceramsite concrete,and the interface between the cement slurry matrix and ceramsite is very close.

 

Received: 2020-04-02

0前言

环境保护与建筑节能是建设新型社会的重要环节,磷渣陶粒混凝土与普通混凝土相比,具有自重轻、保温、隔热、隔声等功效[1]。在满足设计强度后,可以减轻自重30%~40%,具有巨大的社会效益和经济效益[2]

本文利用磷渣和粉煤灰代替部分水泥作为胶凝材料,通过配合比设计正交试验制备磷渣陶粒轻集料混凝土,以胶凝材料用量、陶砂砂率、轻骨料总体积和净用水量为主要参数而确定最佳用量。挪威研究者对不同密度级别轻骨料混凝土28d强度及应用进行了探讨[3],刘哲等对1300~1800密度等级的板岩陶粒混凝土抗压强度和工作性能进行大量研究[4]。李博对冻融循环下高强度陶粒混凝土的耐久性能大量研究[5]。胶凝材料用量、砂率对陶粒混凝土强度、干密度、软化系数和吸水率的影响研究具有工程应用价值。

1 试验

1.1 原材料及技术性能

水泥:海螺P·O42.5水泥,表观密度为3100kg/m3,其物理性能见表1。

磷渣粉由黄磷厂磷渣粉磨制成的粉末,主要的化学组成是Ca O和Si O2,含有少量的Al2O3、Fe2O3和Mg O。需水量比为89.0%,由于磷渣粉较细,能填充到混凝土水泥颗粒之间的空隙中,并释放出部分游离水。

磷渣粉表观密度2810kg/m3,小于水泥的表观密度3100kg/m3,替代部分水泥能减轻混凝土自重。磷渣粉中少量的F和P2O5会延长混凝土凝结时间,因此,掺量一般小于40%为宜。

表1 普通硅酸盐水泥的物理性能     下载原表

表1 普通硅酸盐水泥的物理性能

粉煤灰主要的化学组成是Si O2、Al2O3和Fe2O3,其总量接近80%,活性较高,需水量比为82%。粉煤灰的表观密度为2450kg/m3,小于水泥和磷渣粉的表观密度,更有利于混凝土的轻质化。

陶粒和陶砂外购,主要物理性能指标见表2,吸水率见图1、试样见图2。

表2 陶砂和陶粒的物理性能     下载原表

表2 陶砂和陶粒的物理性能

由表2可知,陶砂的堆积密度比陶粒的大,陶粒的堆积密度和筒压强度值都属于普通陶粒范围。

图1 陶粒吸水率

图1 陶粒吸水率   下载原图

 

图2 陶砂、陶粒试样

图2 陶砂、陶粒试样   下载原图

 

a—陶砂;b—陶粒。

由图1可知,随着时间的延长吸水率逐渐增加,陶粒加水后的前30min吸水率增长非常快,但从24h(1440min)延长到48h(2880min),吸水率增长逐渐降低,陶粒吸水饱和。

由图2a可知,陶砂是表面光滑椭球状的颗粒。由图2b可知,陶粒表面不光滑,有许多微小的孔,颗粒大小不一。

减水剂采用高性能聚羧酸减水剂,减水率为25%~30%。

聚丙烯纤维外购,纤维截面形状为Y形,长度3,6,9,12,15mm,直径18~45μm。

1.2 制备流程

磷渣陶粒混凝土的制备工艺主要包括预湿陶粒,将陶粒、陶砂与胶凝材料拌合,浇注成型。工艺流程如图3所示。

图3 陶粒混凝土制备的工艺流程

图3 陶粒混凝土制备的工艺流程   下载原图

 

本试验首先对陶粒进行预湿处理,即称取一定量的陶粒于桶中,加水淹没陶粒,浸泡24h后滤水、晾干,然后用强制性搅拌机将预湿的陶粒、陶砂与胶凝材料一起搅拌约1min后,加水再搅拌2min,浇入模具振动0.5min,抹平后在养护箱里标准预养护24h,试件拆模后用保鲜膜包裹一层,再放入养护箱里标准养护到规定龄期取出。

2 试验结果与讨论

2.1 磷渣陶粒混凝土配合比的正交设计试验

根据JGJ51—2002《轻骨料混凝土技术规程》对结构保温轻骨料混凝土强度等级和密度等级的要求出发,利用磷渣和粉煤灰代替部分水泥(水泥60%、磷渣粉24%、粉煤灰16%),

确定胶凝材料用量、净用水量、陶砂砂率和轻骨料总体积四个因素对CL15陶粒混凝土的性能和经济性影响较大。因此选取这四个因素,每个因素三个水平,编制出正交试验表L9(34)进行试验,见表3和表4。

表3 磷渣陶粒混凝土配合比的正交设计因素水平     下载原表

表3 磷渣陶粒混凝土配合比的正交设计因素水平

根据表4的试验数据进行的正交试验,试验结果见表5,然后用极差分析法对表5中的试验结果进行直观的分析,分析结果见表6。

表4 磷渣陶粒混凝土配合比试验     下载原表

表4 磷渣陶粒混凝土配合比试验

由表6可知,4个因素对抗压强度、抗折强度、干密度影响作用大小的极差R顺序为:胶凝材料用量(A)>陶砂砂率(B)>轻骨料总体积(C)>净用水量(D),最佳水平组合都为A1B1C1D3;对软化系数的影响极差R顺序为:胶凝材料用量(A)>陶砂砂率(B)>净用水量(D)>轻骨料总体积(C),最佳水平组合为A3B3CD1;对吸水率的影响的极差R顺序为:胶凝材料用量(A)>净用水量(D)>轻骨料总体积(C)>陶砂砂率(B),最佳水平组合为A3B3C2D2;

表5 磷渣陶粒混凝土配合比试验结果极差分析     下载原表

表5 磷渣陶粒混凝土配合比试验结果极差分析

表6 试验结果分析     下载原表

表6 试验结果分析

综合考虑吸水率和强度,最终选择的组合为A3B2C1D2,即每1m3磷渣陶粒轻骨料混凝土各原料用量为:胶凝材料510kg,陶粒331kg,陶砂364kg,净用水量200kg。

2.2 磷渣陶粒混凝土导热系数的研究

最佳组合A3B2C1D2制备出磷渣、粉煤灰陶粒轻骨料混凝土干密度为1097kg/m3,导热系数为0.251W/(m·K),小于JGJ51—2002标准要求的导热系数0.36W/(m·K),降低了30.3%,提升保温性能,促进结构保温一体化[6]。再通过测定1200和1250密度等级磷渣陶粒混凝土导热系数,如表7所示。

表7 磷渣陶粒混凝土干密度对导热系数的影响     下载原表

表7 磷渣陶粒混凝土干密度对导热系数的影响

由表7可知,磷渣陶粒混凝土干密度增加,导热系数也随着增加。这是因为混凝土基体和陶砂的密度远大于陶粒的密度,轻质多孔陶粒含量相对减少,胶凝材料或陶砂用量的相对增多。因此,磷渣陶粒混凝土密度的增加后,导致孔体积降低,导热系数增大。

2.3 磷渣陶粒混凝土的微观形貌分析

磷渣陶粒混凝土标准养护28d样品的SEM电镜图,见图4。

由图4a可见,磷渣陶粒混凝土的破坏断面有许多贯穿型破坏的陶粒,陶粒的强度小于水泥砂浆基体的强度,因此,陶粒混凝土的破坏首先是陶粒被劈裂破坏[7]。然而,普通混凝土不一样,普通混凝土中骨料的强度要远大于水泥砂浆基体的强度,混凝土破坏主要取决于骨料与硬化水泥砂浆的界面过渡层。

图4 磷渣陶粒混凝土28d样品的SEM分析图谱

图4 磷渣陶粒混凝土28d样品的SEM分析图谱   下载原图

 

a—破坏后的断面;b—陶粒与基本界面。

由图4b可知,水泥砂浆基体与陶粒的界面连接相当紧密,根本看不到两者的交界,这是因为:1)陶粒吸水率较大,可以从水泥砂浆周围吸收水分,减小了界面处的水灰比,提高了界面区的密实度。2)在长期的硬化过程中,多孔轻质的陶粒又可以排放出部分水分,为未硬化的砂浆提供水分,促使界面区更加密实,进一步增强粘结力[6,8]

3 结束语

1)通过磷渣陶粒混凝土配合比设计的正交试验,综合考虑各水平因素对吸水率和强度的影响,确定了最佳水平组合为A3B2C1D2,即每1m3磷渣陶粒混凝土的各原料用量为:胶凝材料510kg(水泥306kg、磷渣122kg、粉煤灰82kg),陶粒331kg,陶砂364kg,净用水量200kg。

2)干密度减小,导热系数也降低,磷渣陶粒轻质混凝土的保温隔热性能良好。利用各因素的最佳掺量可制备出密度为1097kg/m3,导热系数为0.251W/(m·K)的陶粒混凝土。

3)陶粒的破坏是贯穿型破坏,也是陶粒混凝土破坏的主要原因,陶粒混凝土中水泥浆基体与陶粒的界面结合十分致密。


上一篇:含玻化微珠的陶粒混凝土外墙板保温性能分析 下一篇:泡沫混凝土强度能够满足无碴轨道路基静怎么办