耐高温轻质陶粒混凝土的配合比设计及应用_刘本刚
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水 150
堆积密度 （ kg m ） 300
3
筒压强度 M Pa 3．5
· 157·
表2 颗粒级配 mm 5～25
3 堆积密度 （ kg m ）
黏土陶粒的技术指标 1 h 吸水率 % 8 烧失量 % 3 含泥量 % 0．1 软化系数 % 1．5
筒压强度 M Pa 3．0
400
3．1．2
2
重点难点
耐高温轻质陶粒混凝土在配合比设计与施工中较普
通混凝土的难点主要有： （ 1 ） 陶粒混凝土的耐高温性能研究； （ 2 ） 陶粒混凝土的施工工艺。 我们对陶粒混凝土在不同高温段中分别进行试验， 配 制出符合要求的配合比。 在陶粒施工工艺过程中宜采用拍 板、 刮板、 辊子或振动抹子等工具及时将浮在表层的粗陶 粒颗粒压入混凝土内。
水泥的技术指标 1 d 强度 抗折 6．4 抗压 39．6 8．1 3 d 强度 抗折 抗压 50．3 耐火度 ℃ 1 360
水泥的技术指标 3 d 强度 抗折 5．4 抗压 27．6 28 d 强度 抗折 7．8 抗压 48．6 氧化镁 % 2．5 烧失量 % 1．7
3．1．4
粉煤灰
3
（ 5 ） 在试拌前， 将准备试拌混凝土的每盘陶粒材料称 量后， 按 1 h 吸水率计算出用水量， 并事先将陶粒预湿。 （ 6 ） 根据以上配制原则， 先对陶粒进行耐高温性能试 验， 选择合适的陶粒， 试验结果如表 5 所示。
表9 选定的混凝土配合比 砂率 % 57
3 材料用量 （ kg m ）
作抹面。 （ 3 ） 轻质陶粒混凝土施工部 位 一 般 具 有 特 殊 性。 因 此， 混凝土的浇筑应保持其连续性。
4．4
混凝土的养护
（ 1 ） 由于陶粒存在大量孔隙， 弹性模量较低， 一般情况
下， 其收缩和徐变也较大， 易产生开裂， 所以在生产前润湿 陶粒， 陶粒混凝土浇筑成型后应及时覆盖、 洒水、 喷雾、 喷 养护剂或用薄膜保湿等养护措施。 （ 2 ） 陶粒有一定的吸水性， 陶粒在混凝土内部释放水 “内养护 ” ， 分对混凝土产生养护作用， 称作 对陶粒混凝土 的养护起到很好地辅助作用。 （ 3 ） 采用自然养护时， 湿养护时间不应少于 14 d 。
P· O 42．5 500 500 － －
高铝 42．5 － － 450 450
砂 （ kg m 3 ） 462 540 462 540
3 陶粒 （ kg m ）
黏土陶粒 5～25 mm 页岩陶粒 5～35 mm 462 － 462 － － 400 － 400
由以上配合比成型的陶粒混凝土试块在不同温度段 的耐高温性能见表 7 。 试验数据表明各温度段对陶粒混凝土的强度影响差 别不大， 对其工作环境温度都符合要求。 其工作性能及其抗压强度见表 8 。 O 42．5 级水 试验表明， 高铝 42．5 水泥强度要优于 P· 泥， 混凝土拌合物的初始状态也能够满足要求， 但高铝水 1 h 后其工作性能显著变差， 泥凝结时间快， 不利于实际现
刘本刚 （ 临沂天元混凝土工程有限公司，山东 临沂 276000 ）
摘 通过大量试验积累数据进行分析， 根据陶粒 要： 以具体工程为例对耐高温轻质陶粒混凝土的配合比设计及应用进行研究，
本身的物理力学性质和作为骨料成为混凝土的力学性能达到工程设计要求， 满足工程中对建筑物本身的功能性要求 。 关键词： 耐高温混凝土； 陶粒混凝土； 配合比设计； 试验分析 中图分类号： TU528．062 文献标志码： A 3550 （ 2015 ） 11015703 文章编号： 1002-
0
引言
目前， 对陶粒混凝土的研究不像普通混凝土研究那么
能在高温环境中保持良好体积稳定性的新型轻质耐高温混 凝土， 成为一种解决此类问题的有效途径。 随着试验的深
3 入， 终于成功的配制出了设计密度为1 450 kg m ， 强度等级 LC20 在 的轻质耐高温陶粒混凝土， 并成功应用于该工程。
实际工程应用量也无法与普通混凝土相比， 系统和深入， 对其基本性能的规律性认识非常有限， 尤其是陶粒混凝土 “冷门 ” ， 的耐高温性能， 是混凝土研究领域的一个 也是该 研究领域一个相对薄弱的交叉点。 目前国内轻质陶粒混凝 土应用较少， 但其减轻结构自重， 增大其跨度能力； 减少裂 缝， 提高抗渗能力； 耐高温性能好； 提高其耐久性， 延长使 用寿命； 抗震能力好； 降低工程造价等一系列的特点， 使得 轻质陶粒混凝土在各工程中施工有明显优势， 本技术配制 的陶粒混凝土不仅具有以上优点， 还在高温环境中以其良 好的耐久性能起到了重要作用。
· 158·
表8 序号 1 2 3 4 初始拌合物 坍落度 mm 170 160 150 140 1 h 后拌合物 坍落度 mm 160 150 140 110
陶粒混凝土拌合物试验结果 1 d 抗压强度 M Pa － － 21．4 21．7 3 d 抗压强度 M Pa 12．4 13．2 26．5 27．0 7 d 抗压强度 M Pa 17．2 19．5 27．5 28．1 28 d 抗压强度 M Pa 24．1 26．4 － －
试验配合比 粉煤灰 （ kg m 3 ） 40 40 65 65 表7 序号 1 2 3 4 外加剂 （ kg m 3 ） 13．5 13．5 12．9 12．9 各温度段残余强度 温度段 20 ℃ 24．1 26．4 26．8 27．2 50 ℃ 25．2 28．0 27．9 27．6 100 ℃ 26．5 29．9 30．4 31．1 150 ℃ 27．0 31．4 32．2 33．4 200 ℃ 27．3 32．3 34．1 34．8 300 ℃ 26．4 30．2 31．3 30．8 水 （ kg m 3 ） 150 150 150 150 砂率 % 50 57 50 57 M Pa
表5 陶粒 页岩陶粒 黏土陶粒 各温度段残余筒压强度 温度段 20 ℃ 3．5 3．0 50 ℃ 3．5 3．2 100 ℃ 3．4 3．2 150 ℃ 3．4 3．2 200 ℃ 3．3 3．1 300 ℃ 3．2 3．0 M Pa
需水量 密度 2．42 g cm ， 选用邹县产优质 I 级粉煤灰， 45 μm 方孔筛筛余 7．9%。 比 94%， 烧失量为 3．2%， 3．1．5 外加剂 外加剂采用某品牌 FAC 聚羧酸盐高效减水剂， 减水 率为 27%， 掺量 2．0%～3．0%。 如无特殊说明本方案所进行的试验均采用以上材料。
表6 序号 1 2 3 4
3 水泥 （ kg m ）
Байду номын сангаас
该工程设备隔热层所处的环境温度为 170 ℃ ， 试验数 据表面各陶粒在不同温度段中的筒压强度值相差不大， 故 两种陶粒都可选为合适材料。 （ 7 ） 配合比试验 陶粒确定后进行陶粒混凝土的配合比试验， 考虑到此 工程对该混凝土强度和高温性能方面有特殊要求。 因此我 O 42．5 级水泥和高铝水泥及 5～35 mm 页岩陶粒和 们以 P· 5～25 mm 黏土陶粒进行正交试验。 经过试验确定， 当陶粒粒 径为 5～25 mm 时砂率选取 50%， 当陶粒粒径为 5～35 mm 时 砂率选取 57%， 在正交试验中进行对比， 配合比见表 6 。
表1 颗粒级配 mm 5～35
0205 收稿日期： 2015-
根据工程设计要求选用合适的原材料， 研究合理的耐 高温轻质陶粒混凝土配合比， 并进行合理的验证试验。
3．1
3．1．1
材料选用
陶粒 某公司产页岩陶粒， 技术指标见表 1 。 某公司产黏土陶粒， 技术指标见表 2 。
页岩陶粒的技术指标 1 h 吸水率 % 7 烧失量 % 2 含泥量 % 0 软化系数 % 1．9
黏聚性 较差 良好 良好 良好
O 42．5 级水泥。 场施工， 采用 5～ 且高铝水泥价格高于 P· 25 mm 的黏土陶粒的混凝土抗压强度和黏聚性稍逊于 5～ 35 mm 的页岩陶粒， 在抗压强度均能满足要求的条件下， 可优先选用 5～35 mm 的页岩陶粒。 综合以上试验结果和经济效益方面考虑我们选用配 合比 2 。
2015 年 第 11 期 （ 总 第 313 期 ） Number 11 in 2015 （ Total No．313 ）
混
凝 Concrete
土
实
用
技
术
PＲACTICAL TECHNOLOGY
doi： 10．3969j．issn．10023550．2015．11．042
耐高温轻质陶粒混凝土的配合比设计及应用
3．2
试验试配
为保证轻质陶粒混凝土的顺利施工， 本工程提出了如
下混凝土配制原则： （ 1 ） 混凝土力学性能必须满足设计要求， 该条为基本 原则须严格遵守。 （ 2 ） 对陶粒的耐高温性能进行试验， 选择合适陶粒。 （ 3 ） 保证足够的胶凝材料用量， 以确保混凝土的和易 性和黏聚性， 利于该混凝土的浇筑施工。 （ 4 ） 在配合比设计中掺加优质高效减水剂， 使水胶比 能够满足 GB T 50476《混凝土结构耐久性设计规范 》 的规 定， 改善混凝土和易性， 提高混凝土流动性并且降低坍落 度损失满足施工要求。
1
工程概况
随着当前人们对混凝土的深入研究和技术水平的不断
3
试验
提高， 为了减轻结构自重、 解决普通混凝土质量大、 在高温中 易发生形变且物理性能大幅变化的缺点， 在很多工程中如工 业厂房、 景观平台通过设计验算， 都要求应用轻质混凝土来 完成施工。 本工程是电厂粉煤灰仓内设备隔热层施工， 首先 应满足混凝土强度和耐高温方面的要求， 并且密度设计规定 3 因此， 研发一种既能满足轻质高强性 不得超过 1 500 kg m 。
细集料
3
3．1．3
水泥
3 堆积密度为 选用 沂 河 中 砂， 密 度 为 2 660 kg m ，
O 42．5 级水泥， 某品牌高铝 P· 技术指标见表 3 。 O 42．5 级水泥， 某品牌 P· 技术指标见表 4 。
堆积密度 （ kg m ） 300
3
筒压强度 M Pa 3．5
· 157·
表2 颗粒级配 mm 5～25
3 堆积密度 （ kg m ）
黏土陶粒的技术指标 1 h 吸水率 % 8 烧失量 % 3 含泥量 % 0．1 软化系数 % 1．5
筒压强度 M Pa 3．0
400
3．1．2
2
重点难点
耐高温轻质陶粒混凝土在配合比设计与施工中较普
通混凝土的难点主要有： （ 1 ） 陶粒混凝土的耐高温性能研究； （ 2 ） 陶粒混凝土的施工工艺。 我们对陶粒混凝土在不同高温段中分别进行试验， 配 制出符合要求的配合比。 在陶粒施工工艺过程中宜采用拍 板、 刮板、 辊子或振动抹子等工具及时将浮在表层的粗陶 粒颗粒压入混凝土内。
水泥的技术指标 1 d 强度 抗折 6．4 抗压 39．6 8．1 3 d 强度 抗折 抗压 50．3 耐火度 ℃ 1 360
水泥的技术指标 3 d 强度 抗折 5．4 抗压 27．6 28 d 强度 抗折 7．8 抗压 48．6 氧化镁 % 2．5 烧失量 % 1．7
3．1．4
粉煤灰
3
（ 5 ） 在试拌前， 将准备试拌混凝土的每盘陶粒材料称 量后， 按 1 h 吸水率计算出用水量， 并事先将陶粒预湿。 （ 6 ） 根据以上配制原则， 先对陶粒进行耐高温性能试 验， 选择合适的陶粒， 试验结果如表 5 所示。
表9 选定的混凝土配合比 砂率 % 57
3 材料用量 （ kg m ）
作抹面。 （ 3 ） 轻质陶粒混凝土施工部 位 一 般 具 有 特 殊 性。 因 此， 混凝土的浇筑应保持其连续性。
4．4
混凝土的养护
（ 1 ） 由于陶粒存在大量孔隙， 弹性模量较低， 一般情况
下， 其收缩和徐变也较大， 易产生开裂， 所以在生产前润湿 陶粒， 陶粒混凝土浇筑成型后应及时覆盖、 洒水、 喷雾、 喷 养护剂或用薄膜保湿等养护措施。 （ 2 ） 陶粒有一定的吸水性， 陶粒在混凝土内部释放水 “内养护 ” ， 分对混凝土产生养护作用， 称作 对陶粒混凝土 的养护起到很好地辅助作用。 （ 3 ） 采用自然养护时， 湿养护时间不应少于 14 d 。
P· O 42．5 500 500 － －
高铝 42．5 － － 450 450
砂 （ kg m 3 ） 462 540 462 540
3 陶粒 （ kg m ）
黏土陶粒 5～25 mm 页岩陶粒 5～35 mm 462 － 462 － － 400 － 400
由以上配合比成型的陶粒混凝土试块在不同温度段 的耐高温性能见表 7 。 试验数据表明各温度段对陶粒混凝土的强度影响差 别不大， 对其工作环境温度都符合要求。 其工作性能及其抗压强度见表 8 。 O 42．5 级水 试验表明， 高铝 42．5 水泥强度要优于 P· 泥， 混凝土拌合物的初始状态也能够满足要求， 但高铝水 1 h 后其工作性能显著变差， 泥凝结时间快， 不利于实际现
刘本刚 （ 临沂天元混凝土工程有限公司，山东 临沂 276000 ）
摘 通过大量试验积累数据进行分析， 根据陶粒 要： 以具体工程为例对耐高温轻质陶粒混凝土的配合比设计及应用进行研究，
本身的物理力学性质和作为骨料成为混凝土的力学性能达到工程设计要求， 满足工程中对建筑物本身的功能性要求 。 关键词： 耐高温混凝土； 陶粒混凝土； 配合比设计； 试验分析 中图分类号： TU528．062 文献标志码： A 3550 （ 2015 ） 11015703 文章编号： 1002-
0
引言
目前， 对陶粒混凝土的研究不像普通混凝土研究那么
能在高温环境中保持良好体积稳定性的新型轻质耐高温混 凝土， 成为一种解决此类问题的有效途径。 随着试验的深
3 入， 终于成功的配制出了设计密度为1 450 kg m ， 强度等级 LC20 在 的轻质耐高温陶粒混凝土， 并成功应用于该工程。
实际工程应用量也无法与普通混凝土相比， 系统和深入， 对其基本性能的规律性认识非常有限， 尤其是陶粒混凝土 “冷门 ” ， 的耐高温性能， 是混凝土研究领域的一个 也是该 研究领域一个相对薄弱的交叉点。 目前国内轻质陶粒混凝 土应用较少， 但其减轻结构自重， 增大其跨度能力； 减少裂 缝， 提高抗渗能力； 耐高温性能好； 提高其耐久性， 延长使 用寿命； 抗震能力好； 降低工程造价等一系列的特点， 使得 轻质陶粒混凝土在各工程中施工有明显优势， 本技术配制 的陶粒混凝土不仅具有以上优点， 还在高温环境中以其良 好的耐久性能起到了重要作用。
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表8 序号 1 2 3 4 初始拌合物 坍落度 mm 170 160 150 140 1 h 后拌合物 坍落度 mm 160 150 140 110
陶粒混凝土拌合物试验结果 1 d 抗压强度 M Pa － － 21．4 21．7 3 d 抗压强度 M Pa 12．4 13．2 26．5 27．0 7 d 抗压强度 M Pa 17．2 19．5 27．5 28．1 28 d 抗压强度 M Pa 24．1 26．4 － －
试验配合比 粉煤灰 （ kg m 3 ） 40 40 65 65 表7 序号 1 2 3 4 外加剂 （ kg m 3 ） 13．5 13．5 12．9 12．9 各温度段残余强度 温度段 20 ℃ 24．1 26．4 26．8 27．2 50 ℃ 25．2 28．0 27．9 27．6 100 ℃ 26．5 29．9 30．4 31．1 150 ℃ 27．0 31．4 32．2 33．4 200 ℃ 27．3 32．3 34．1 34．8 300 ℃ 26．4 30．2 31．3 30．8 水 （ kg m 3 ） 150 150 150 150 砂率 % 50 57 50 57 M Pa
表5 陶粒 页岩陶粒 黏土陶粒 各温度段残余筒压强度 温度段 20 ℃ 3．5 3．0 50 ℃ 3．5 3．2 100 ℃ 3．4 3．2 150 ℃ 3．4 3．2 200 ℃ 3．3 3．1 300 ℃ 3．2 3．0 M Pa
需水量 密度 2．42 g cm ， 选用邹县产优质 I 级粉煤灰， 45 μm 方孔筛筛余 7．9%。 比 94%， 烧失量为 3．2%， 3．1．5 外加剂 外加剂采用某品牌 FAC 聚羧酸盐高效减水剂， 减水 率为 27%， 掺量 2．0%～3．0%。 如无特殊说明本方案所进行的试验均采用以上材料。
表6 序号 1 2 3 4
3 水泥 （ kg m ）
Байду номын сангаас
该工程设备隔热层所处的环境温度为 170 ℃ ， 试验数 据表面各陶粒在不同温度段中的筒压强度值相差不大， 故 两种陶粒都可选为合适材料。 （ 7 ） 配合比试验 陶粒确定后进行陶粒混凝土的配合比试验， 考虑到此 工程对该混凝土强度和高温性能方面有特殊要求。 因此我 O 42．5 级水泥和高铝水泥及 5～35 mm 页岩陶粒和 们以 P· 5～25 mm 黏土陶粒进行正交试验。 经过试验确定， 当陶粒粒 径为 5～25 mm 时砂率选取 50%， 当陶粒粒径为 5～35 mm 时 砂率选取 57%， 在正交试验中进行对比， 配合比见表 6 。
表1 颗粒级配 mm 5～35
0205 收稿日期： 2015-
根据工程设计要求选用合适的原材料， 研究合理的耐 高温轻质陶粒混凝土配合比， 并进行合理的验证试验。
3．1
3．1．1
材料选用
陶粒 某公司产页岩陶粒， 技术指标见表 1 。 某公司产黏土陶粒， 技术指标见表 2 。
页岩陶粒的技术指标 1 h 吸水率 % 7 烧失量 % 2 含泥量 % 0 软化系数 % 1．9
黏聚性 较差 良好 良好 良好
O 42．5 级水泥。 场施工， 采用 5～ 且高铝水泥价格高于 P· 25 mm 的黏土陶粒的混凝土抗压强度和黏聚性稍逊于 5～ 35 mm 的页岩陶粒， 在抗压强度均能满足要求的条件下， 可优先选用 5～35 mm 的页岩陶粒。 综合以上试验结果和经济效益方面考虑我们选用配 合比 2 。
2015 年 第 11 期 （ 总 第 313 期 ） Number 11 in 2015 （ Total No．313 ）
混
凝 Concrete
土
实
用
技
术
PＲACTICAL TECHNOLOGY
doi： 10．3969j．issn．10023550．2015．11．042
耐高温轻质陶粒混凝土的配合比设计及应用
3．2
试验试配
为保证轻质陶粒混凝土的顺利施工， 本工程提出了如
下混凝土配制原则： （ 1 ） 混凝土力学性能必须满足设计要求， 该条为基本 原则须严格遵守。 （ 2 ） 对陶粒的耐高温性能进行试验， 选择合适陶粒。 （ 3 ） 保证足够的胶凝材料用量， 以确保混凝土的和易 性和黏聚性， 利于该混凝土的浇筑施工。 （ 4 ） 在配合比设计中掺加优质高效减水剂， 使水胶比 能够满足 GB T 50476《混凝土结构耐久性设计规范 》 的规 定， 改善混凝土和易性， 提高混凝土流动性并且降低坍落 度损失满足施工要求。
1
工程概况
随着当前人们对混凝土的深入研究和技术水平的不断
3
试验
提高， 为了减轻结构自重、 解决普通混凝土质量大、 在高温中 易发生形变且物理性能大幅变化的缺点， 在很多工程中如工 业厂房、 景观平台通过设计验算， 都要求应用轻质混凝土来 完成施工。 本工程是电厂粉煤灰仓内设备隔热层施工， 首先 应满足混凝土强度和耐高温方面的要求， 并且密度设计规定 3 因此， 研发一种既能满足轻质高强性 不得超过 1 500 kg m 。
细集料
3
3．1．3
水泥
3 堆积密度为 选用 沂 河 中 砂， 密 度 为 2 660 kg m ，
O 42．5 级水泥， 某品牌高铝 P· 技术指标见表 3 。 O 42．5 级水泥， 某品牌 P· 技术指标见表 4 。
