我國高強陶粒和洋陶粒性能的試驗

我國高強陶粒和洋陶粒性能的試驗研究[提要]結(jié)合某工程的要求，本文主要介紹我國高強陶粒和美國頁巖陶粒及其混凝土對比試驗的一些情況，并與國內(nèi)外的關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程進行對比、分析，說明我國高強陶粒質(zhì)量已達(dá)到美國同類產(chǎn)品水平，用它來人替洋陶粒是可行的。

[關(guān)鍵詞]高強陶粒高強陶?；炷翉椥阅Ａ渴湛s徐變一、問題的提出

近幾年，我國高強陶粒(或稱高強輕集料)的和平和應(yīng)用有較大發(fā)展。但可能是因為超輕陶粒在墻體中的應(yīng)用較多，給一些人產(chǎn)生錯覺，好象陶粒只能用作隔熱保溫墻體，而不能用在承重結(jié)構(gòu)上。一些工程技術(shù)人員，包括建筑設(shè)計單位的一些建筑師、工程師們，也對我國的高強陶粒可以用在承重結(jié)構(gòu)上不甚了解，或持懷疑態(tài)度，對用它可以制成抗壓強度為40—70MPa的高強陶粒混凝土還有些不太相信；甚至有些國外的建筑師，在承擔(dān)我國的某些工程設(shè)計時，想用高強陶粒而不敢用，或因為不知道我國也有生產(chǎn)高強陶粒而不采用，即使知道有生產(chǎn)的，但對它的性能如何，能不能達(dá)到國外同類型高強陶粒及其混凝土的水平，能否滿足有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求都不清楚，使設(shè)計無法進行。

為此，我們想把這幾年來配合有關(guān)工程在這方面所做的一些工作和了解的某些情況介紹給大家，供大家參考。二、從一個工程方案談起

在我國，將輕集料混凝土用在承重結(jié)構(gòu)上早已不是什么新鮮事，只是近幾年，隨著改革開放的發(fā)展，用普通集料制成的高強混凝土鬧得沸沸揚揚，相比之下，高強陶?；炷辆统聊枚嗔恕＿@種情況不僅使我們自己為難，也使一些外國公司感到奇怪。國際上以擅長預(yù)應(yīng)力輕集料混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計著稱的林同炎美國公司對此更是困惑不解。為此，該公司現(xiàn)任董事長楊裕裘老先生，為了將他們的優(yōu)化設(shè)計和預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)輕集料混凝土相結(jié)合的新技術(shù)在我國的一些土木建筑工程中推廣應(yīng)用，以鍥而不舍的精神，四處奔波、宣傳這項新技術(shù)的優(yōu)越性。經(jīng)過多年的努力，終于得到了天津市市政工程局領(lǐng)導(dǎo)的理解和支持，和該市市政設(shè)計院密切合作，將這項新技術(shù)用在永定新河公路橋上。(參加本項工作的還有陳乃錚、高斌等同志)

按設(shè)計方案的要求，最初因不了解我國也能生產(chǎn)高強輕集料，設(shè)計要求采用美國進口的頁巖陶粒(或稱膨脹頁巖)，并已得到美方的積極支持。但當(dāng)我們建議可以考慮采用國產(chǎn)的高強陶粒時，楊老先生非常感興趣，并立即親自進行了大量的調(diào)查研究和實地考查，結(jié)果是比較滿意的。

由于我國還沒有將高強陶粒用在類似大跨度預(yù)應(yīng)力輕集料混凝土橋梁承重結(jié)構(gòu)上的經(jīng)驗，為慎重起見，我們建議將國產(chǎn)陶粒和美國陶粒及其混凝土性能全面進行對比試驗，為工程應(yīng)用的最后決策提供依據(jù)。三、陶粒性能檢測

近十多年來，我國結(jié)構(gòu)用的高強輕集料生產(chǎn)發(fā)展較慢。以前在甘肅、遼寧等地一些可以大批量供應(yīng)高密度結(jié)構(gòu)用輕集料的廠家早已相繼轉(zhuǎn)產(chǎn)。雖然，還有些小廠家可根據(jù)用戶的需要，生產(chǎn)一些密度較大、強度較高的輕集料，但卻沒有大批量供應(yīng)的能力。目前，根據(jù)我們了解，僅有宜昌和上海的兩個廠家可以生產(chǎn)高強陶粒。

這次對比試驗，我們得到宜昌寶珠陶粒開發(fā)有限責(zé)任公司和美國索耐特(Solite)陶粒公司的大力支持。受他們的委托，根據(jù)我國剛頒發(fā)執(zhí)行的國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T17431-98的要求，對他們提供的產(chǎn)品進行全性能檢測。其主要結(jié)果列于表1。兩種陶粒性能檢測結(jié)果(表1)序號項目名稱宜昌陶粒美國陶粒標(biāo)準(zhǔn)要求1陶粒品種頁巖陶粒頁巖陶粒-2粒型圓球型碎石型碎石型-3堆積密度(kg/m3)770780740800級4最大粒徑(mm)16162016.25筒壓強度(MPa)6.66.43.8＞6.06強度標(biāo)號404040≥357吸水率1h-2.0

24h-2.0

48h-3.02.08.3

10.0

10.6≤8.0

-

-8粒型系數(shù)1.12.31.7≤2.09軟化系數(shù)0.970.980.95≥0.810含泥量(%)0.100.204.20≤3.011顆粒級配合格合格合格(略)12有害物質(zhì)含量合格合格合格(略)從表1的檢測結(jié)果可見，宜昌頁巖陶粒的各項性能指標(biāo)都完全符合我國國家標(biāo)準(zhǔn)對高強輕集料的要求，其中有些指標(biāo)還優(yōu)于美國陶粒。而美國陶粒則有幾項指標(biāo)達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)的要求。但是對照美國的(結(jié)構(gòu)用輕集料)標(biāo)準(zhǔn)ASTMC330，則兩種陶粒都是符合要求的。

研究分析認(rèn)為，美國的頁巖陶粒有長期生產(chǎn)和應(yīng)用的經(jīng)驗，其質(zhì)量確實很好。有幾項指標(biāo)達(dá)不到我國標(biāo)準(zhǔn)要求的主要原因是由于兩個標(biāo)準(zhǔn)編制的方法和要求不同，以及陶粒的生產(chǎn)工藝不同所致。因篇幅所限，這里不加詳述。

四、混凝土性能比較

該工程設(shè)計要求，陶?；炷恋膹姸鹊燃墳镃L40，表觀密度為1900kg/m3。按泵送混凝土施工考慮，混凝土坍落度要求不小于150mm。根據(jù)對陶粒的檢測結(jié)果，兩種陶粒的堆積密度屬800級，其強度標(biāo)號高達(dá)40號，高于國標(biāo)要求的35號。因此，可以有把握地認(rèn)為，用它配制CL40以上的高強輕集料混凝土完全不成問題。

根據(jù)《輕集料混凝土技術(shù)規(guī)程》JGJ51-90的要求，我們對這兩種陶?；炷猎谕瑮l件下，同時進行了全性能的試驗研究。其主要內(nèi)容和結(jié)果簡要介紹如下：

1.對CL40、50和60三個強度等級的高強陶?；炷恋呐浜媳冗M行設(shè)計和試配。同時合比、同條件的試配主要結(jié)果見表2。試驗結(jié)果充分證明，這兩種陶粒不僅可以配制出CL40的陶?；炷粒匾獣r，也可配制出CL50和CL60的高強陶粒混凝土。霜高警強傾度惹混嫁凝誤土刃強帳度朱性妙能駕比穩(wěn)較網(wǎng)(寇表帆2乏)序號混凝土品種強度

等級坍落度

(mm)干表觀密度

(kg/m3)抗壓強度(MPa)3d7d28d1

2

3宜昌陶粒混凝土

(圓球)CL40

CL50

CL60230

235

2001860

1902

186645.1

50.9

48.850.1

51.8

55.454.9

58.1

68.44

5

6宜昌陶?；炷?/p>

(碎石)CL40

CL50

CL60＞160

160

1601900

1940

195048.0

43.16

53.0054.0

46.5

61.6667.16

68.00

72.337

8

9美國陶粒混凝土

(碎石)CL40

CL50

CL60220

160

1501856

1936

195042.8

55.4

52.349.4

57.3

61.351.0

70.0

68.1推洽沈2盼.如對權(quán)C喘L靜4燥0碑兩謙種另陶性粒打混為凝讓土抱的臘劈棋拉腎、飽抗芒折揮、血軸鑼壓嬌和敏彈光性按模錯量炕等婚力些學(xué)泰性畝能汽進數(shù)行友了們對尚比真試鴉驗準(zhǔn)。感試豐驗遺結(jié)紗果時充支分朱說肺明券，乒兩薄種偉陶稿粒艇混燈凝泉土快的哈檢乳測的結(jié)拿果湊都賴十簽分得接雞近葉，伯且患大報大演超拉過既規(guī)禾程鄰的到要受求強。好特首別腔是膽大奪家徐所醫(yī)關(guān)泛心校的知彈傳性著模表量災(zāi)，嫌都也超鴿過匠規(guī)和程問規(guī)竹定擋值娃的衡1醬0津-棒1違5拴%祝以宇上刺，旱且賄都欺與宋我變國齒規(guī)碎程求和去美路國惕《戀結(jié)否構(gòu)恩輕綿集停料派混警凝漿土柏指蘿南徐》荒A贊C傍I扮2藍(lán)1土3墓R妖-血8析7虧提享出賣的且彈義性政模凡量咐公逐式予的鍋計鉗算誕結(jié)使果導(dǎo)十慣分舉相唐符餅。鈴

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1.皆從鵲以蠟上趨兩裙種通陶永粒拍及磨其谷混菜凝紡?fù)裂钥椖軘_的天試樸驗懸結(jié)軍果痛可惕以援看農(nóng)出閣，才無字論優(yōu)是濾國蚊產(chǎn)鮮的云宜州昌凍頁溜巖架陶言粒外還造是插美栽國佛陶陶粒外，閘其穩(wěn)性浴能暑指掛標(biāo)芽都兵可欲滿悔足堆我嘴國漿國專家頁標(biāo)井準(zhǔn)征G秩B呆/側(cè)T顫占1誰4倚3顏1笑-齡9封8冷塌的凱要歇求喉，膚且晶各招項語指金標(biāo)賭的炊測卵試桌結(jié)山果萄都賭十里分亭接妹近移，征都面可頁用括來撲配孔制廉C臉L省4內(nèi)0緊至窗C信L擺6毫0肯的骨高搶強肉陶草粒編混刻凝裙土情。

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本試驗所用陶粒是湖北宜昌寶珠陶粒開發(fā)有限公司生產(chǎn)的高強頁巖陶粒。限于歷史條件，現(xiàn)行的有關(guān)《輕集料砼技術(shù)規(guī)程》(JGJ51)和《輕集料砼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程》(JGJ2-99)中強度和彈性模量的設(shè)計取值，大多數(shù)是根據(jù)≤CL40輕集料砼的試驗資料和分析統(tǒng)計所得。鑒于目前高強陶粒和高強陶粒砼應(yīng)用的需要，本試驗研究的目的是采用寶珠碎石型高強頁巖陶粒，系統(tǒng)地測定了20MPa至60MPa以上頁巖陶粒砼的基本力學(xué)性能。以供結(jié)構(gòu)設(shè)計參考。1、試驗用原料

陶粒

湖北宜昌寶珠碎石高強頁巖陶粒的基本性能見表1。陶粒的基本性能(表1)項目堆積密度(kg/m3)1小時吸水率(%)強度標(biāo)號顆粒級配指標(biāo)7602.5405-25mm連續(xù)級配陶粒在使用前先經(jīng)預(yù)濕處理。

水泥

525#普通硅酸鹽水泥，上海聯(lián)合水泥有限公司生產(chǎn)，水泥膠沙強度見表2。水泥膠砂強度(表2)齡期抗折強度(MPa)抗壓強度(MPa)7d7.844.828d9.059.6

砂子

普通中砂，細(xì)度模數(shù)2.4。

外加劑

高效減水劑(粉劑)，摻量為水泥重量的0.75%，減水率為15%。2、陶?；炷僚浜媳?/p>

本試驗所用陶?；炷僚浜媳鹊脑O(shè)計強度為20MPa至60MPa以上，混凝土配合比及拌合物的坍落度見表3。陶?；炷僚浜媳?kg/m3)(表3)編號1234567891011凈水灰比0.260.300.300.300.340.380.420.460.500.540.54水泥550530530530470420380350320300300砂987933797664716758793815840857724陶粒420420490560560560560560560560630外加劑4.14.04.04.03.53.22.92.62.42.32.3坍落度(mm)1802002002102102101901951902201903、陶?；炷量箟簭姸扰c干密度

陶粒混凝土的立方體抗壓強度與干密度試驗結(jié)果見表4。陶?；炷恋目箟簭姸群透擅芏?表4)編號1234567891011抗壓

強度

(MPa)7d58.058.055.150.647.241.127.128.724.519.516.228d70.665.165.367.059.254.044.842.838.732.321.4干密度(kg/m3)195219541929184618681813177118241717174816944、陶?；炷凛S壓強度

混凝土軸壓強度試驗結(jié)果

陶?；炷恋妮S壓強度試驗結(jié)果見表5。陶?；炷恋妮S壓強度(表5)編號1234567891011抗壓強度(MPa)70.665.165.367.059.254.044.842.838.732.321.4軸壓強度(MPa)62.458.465.462.255.445.440.738.030.523.020.4/0.880.901.000.930.940.840.910.890.790.710.95

陶?；炷凛S壓強度與立方體抗壓強度的相關(guān)關(guān)系

根據(jù)表5陶?；炷凛S壓強度與立方體抗壓強度的相關(guān)關(guān)系統(tǒng)計結(jié)果，得出以下關(guān)系：

=0.88

陶?；炷凛S壓強度與立方體抗壓強度相關(guān)關(guān)系的分析比較

在《輕集料混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》JGJ51-90制訂時，對全國471組輕集料砼和試驗結(jié)果所得相關(guān)公式為：

=0.93

而通砼的軸壓強度與立方體抗壓強度的關(guān)系則為：

=0.76

在取值時，對試件強度再乘以修正系數(shù)0.88，則普通砼和的關(guān)系式為：

=0.67

由于考慮到輕集料的不勻質(zhì)性，以及試驗誤差等因素的影響，及其對結(jié)構(gòu)性能可帶來不利影響，在設(shè)計取值時，輕集料砼也適當(dāng)降低到與普通砼相同，即

=0.67

因此宜昌寶珠頁巖陶?；炷恋目箟簭姸取⑤S壓強度與一般輕集料砼相接近，而且大大高于規(guī)范中設(shè)計取值。5、陶粒混凝土抗拉強度

一般采用砼立方體劈裂抗拉強度試驗通過折算求混凝土的軸心抗拉強度。

陶?；炷僚芽估瓘姸仍囼灲Y(jié)果

陶粒混凝土劈裂抗拉強度試驗結(jié)果見表6。陶?；炷僚芽估瓘姸?表6)編號1234567891011劈拉強度(MPa)4.143.523.423.693.243.222.762.842.892.211.67

陶粒混凝土軸心抗拉強度

根據(jù)公式=1.18折算求得陶?；炷凛S心抗拉強度見表7。陶?；炷凛S心抗拉強度(表7)編號1234567891011軸拉強度(MPa)4.884.154.044.353.823.803.263.353.412.611.97抗壓強度(MPa)70.665.165.367.059.254.044.842.838.732.321.4

陶?；炷凛S心抗拉強度與立方體抗壓強度的相關(guān)關(guān)系分析

對表7陶?；炷凛S心抗拉強度與相應(yīng)抗壓強度進行回歸分析，得出以下關(guān)系式：

=0.265

在《輕集料混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》JGJ51--征求意見稿中，采用的混凝土軸心抗拉強度與立方體抗壓強度公式為：=0.26

本試驗中，寶珠頁巖陶?；炷凛S心抗拉強度與立方體抗壓強度相關(guān)關(guān)系的回歸系數(shù)為0.265，稍高于規(guī)程所采用的回歸系數(shù)0.26，也就是說，寶珠頁巖陶?；炷凛S心抗強度符合一般輕集料砼的要求。6、陶?；炷量拐蹚姸?/p>

陶?；炷量拐蹚姸仍囼灲Y(jié)果

陶粒混凝土的抗折強度試驗結(jié)果見表8。陶?；炷量拐蹚姸?表8)編號1234567891011抗折強度(MPa)6.646.636.296.205.275.785.365.364.864.013.23劈拉強度(MPa)4.143.523.423.693.243.222.762.842.892.211.67抗壓強度(MPa)70.665.165.367.059.254.044.842.838.732.321.4折壓比/0.090.100.100.100.090.110.120.120.130.120.15折拉比/1.501.881.841.801.631.801.941.891.681.811.93

陶?；炷量拐蹚姸扰c抗壓強度和抗折強度與劈拉強度的相關(guān)關(guān)分析

對于寶珠陶粒混凝土，通過表8中抗折強度與抗壓強度相關(guān)關(guān)系(/)的統(tǒng)計分析，其關(guān)系式為：

/=0.11

對表8中抗折強度與劈拉強度相關(guān)關(guān)系(/)的統(tǒng)計，其關(guān)系式為：

/=1.79

一般，輕集料混凝土的抗折強度試驗結(jié)果尚不多見。普通砼的/為0.10-0.30，/為