陶粒吸水特性的試驗研究

陶粒吸水特性的試驗研究

由于陶粒中存在毛細(xì)管和孔，因此有必要增加水分含量。陶粒吸水率的大小受其初始含水量、顆粒級配、孔結(jié)構(gòu)、孔壁致密程度、表面結(jié)構(gòu)狀態(tài)及外部環(huán)境條件等因素影響;制備陶粒混凝土?xí)r,所用陶粒的吸水情況是影響陶?；炷列阅芗笆┕べ|(zhì)量的重要因素。配制塑性或低塑性混凝土?xí)r,陶粒吸水將引起混凝土拌和物工作性降低;配制泵送混凝土?xí)r,陶粒吸水使拌和物表現(xiàn)出一定的可壓縮性,坍落度明顯降低,嚴(yán)重影響拌和物的可泵性,易導(dǎo)致堵泵等現(xiàn)象。因此,了解陶粒常壓及工作壓力作用下的吸水規(guī)律是改善陶粒混凝土工作性和泵送性能的技術(shù)基礎(chǔ)。1壓力吸水率測定陶粒的常溫常壓吸水率的檢測按照《陶粒及試驗方法》(GB/T1743.1-1998)進(jìn)行。陶粒的壓力吸水試驗是測定陶粒在一定壓力下保持不同時間時的吸水率。先將陶粒置于烘箱中烘干至恒重,稱取適量陶粒,放人壓力盛水的裝置中(試驗所用壓力裝置為混凝土壓力泌水儀),按照試驗要求,承壓一定時間后將其倒入篩子中,按照常溫常壓吸水率試驗方法擦干陶粒表面多余的水分,然后稱質(zhì)量,按照常溫常壓陶粒吸水率計算公式計算壓力吸水率。試驗所用陶粒為青島市四產(chǎn)新型建材有限公司生產(chǎn)的密度等級分別為500,600,700級的海泥陶粒,以及利用黃河淤泥在青島市四產(chǎn)新型建材有限公司生產(chǎn)線上生產(chǎn)的700級粘土陶粒。2初始的開口孔含毛細(xì)孔經(jīng)人工煅燒的陶粒,雖然外表有一層較致密的外殼,但仍有大量的開口孔(含毛細(xì)孔),當(dāng)陶粒浸入水中時,表面開口孔開始吸取水分,在初始階段,這種吸水情況尤為明顯。隨著時間的延長,陶粒的吸水速度逐漸變緩,趨于穩(wěn)定但仍有增長的趨勢。2.1粘土陶粒與海泥陶粒初始吸水率的變化將相同密度等級、相同粒級的海泥陶粒和粘土陶粒在常溫常壓下浸泡不同時間,測得兩種陶粒的吸水率,結(jié)果見表1陶粒浸泡在水中時,由于毛細(xì)壓力的作用,水進(jìn)入顆?？紫吨?。在初始30min,粘土陶粒吸水率為4.7%,海泥陶粒吸水率可達(dá)11.4%。比較兩種陶粒的吸水率變化情況:粘土陶粒的初始吸水率較小,隨浸水時間延長,吸水率增長幅度很小,基本趨于穩(wěn)定狀態(tài);而海泥陶粒不僅初始吸水率大,而且其吸水率隨時間延長呈持續(xù)上升趨勢。這主要是因為粘土陶粒表面致密光滑,開口孔隙較少,孔較細(xì)小,毛細(xì)壓力較大,使水無法大量進(jìn)入顆?？紫吨?而海泥陶粒表面粗糙,大孔較多,平均孔徑大,所以其初始吸水率大。2.2粘土陶粒預(yù)濕對飽和度的影響用飽和度表示陶粒的飽水程度,飽和度越低,陶粒繼續(xù)吸水的能力越強(qiáng);反之,陶粒繼續(xù)吸水的能力越弱。由表1可知,隨著浸水時間延長,海泥陶粒飽水12h后,吸水率仍有較大增長,粘土陶粒在飽水30min后吸水率基本沒有變化。由此可知,粘土陶粒預(yù)濕處理時間對飽和度影響較小;而海泥陶粒的情況就大不相同,將海泥陶粒預(yù)濕30min后,其飽水程度僅為53%,將浸水時間延長至24h后,其飽水程度可達(dá)76%。因此,探明陶粒吸水率隨浸水時間變化的規(guī)律,適當(dāng)?shù)剡x擇陶粒預(yù)濕處理時間,可以有效降低陶?；炷恋奶涠冉?jīng)時損失,改善陶粒混凝土的可泵性和工作性。2.3相同密度等級的同時間吸水率將最大粒徑分別為10mm、16mm,密度等級均為500級的海泥陶粒在常溫常壓下浸泡不同時間,測試其吸水率,結(jié)果見表2。對于相同密度等級的同種陶粒,其吸水率隨時間變化的增長趨勢比較一致;陶粒粒徑較大時,其表面的平均孔徑較大,內(nèi)部所含空隙較多,所以初始吸水率較大,并且隨時間延長,吸水率增幅較大?？梢?對相同密度等級的陶粒控制其粒級也可以有效降低陶粒吸水率。3壓力對陶粒混凝土穩(wěn)定性的影響若陶粒在常壓下的吸水率很小,且吸水速度很慢,則該陶粒對陶粒混凝土在常壓時的性能不會有太大的影響,但在工作壓力作用下,陶粒的吸水特性會呈現(xiàn)不同的情況,使陶?；炷恋姆€(wěn)定性受到影響。因此,研究陶粒在壓力條件下的吸水率變化對了解陶?；炷猎诮?jīng)受泵壓后性能的改變有重要作用。試驗中所測得的壓力吸水率是指陶粒在壓力盛水裝置中承受一定壓力后在常溫狀態(tài)下測得的吸水率,壓力的釋放會對實際承壓環(huán)境的吸水率有一定影響,但為了較為真實地模擬泵送陶?；炷恋氖┕で闆r,且找出壓力對陶粒吸水性能的影響,以下各組數(shù)據(jù)均在相同的試驗條件中測得。3.1壓力對陶粒吸水率的影響試驗測定最大粒徑16mm的500級海泥陶粒不同壓力和時間下的壓力吸水率,結(jié)果見表3。對比同種陶粒在常壓狀態(tài)的吸水率,在工作壓力作用下,陶粒在1.0MPa下保持10min時的吸水率(17.9%)比常壓浸泡5d時的吸水率(17.7%)還大。隨著壓力的增大,吸水率逐漸提高到20.1%;在受壓時間較長(30min)的情況下,在壓力為1.0MPa時陶粒的吸水率達(dá)到20.7%,壓力增大到1.75MPa時,陶粒的吸水率還稍有增長(23.0%),壓力增大到2.5MPa時,陶粒的吸水率增長幅度很小,僅僅增長了0.8%。比較表4和表5發(fā)現(xiàn),不同密度等級的海泥陶粒的常壓吸水率非常接近;在工作壓力作用下,3種陶粒的吸水率都有很大的增長,筒壓強(qiáng)度較小的500級陶粒的壓力吸水率最大,與常壓下情況恰相反。經(jīng)過一系列的試驗發(fā)現(xiàn),陶粒吸水率在工作壓力作用下急劇增大,且達(dá)到一定壓力一定時間后吸水率的增長變得緩慢。分析原因有以下兩點。a.常壓下陶粒吸入一定的水后,一定時間內(nèi),毛細(xì)壓力與大氣壓力達(dá)到平衡狀態(tài),當(dāng)給陶粒施加壓力時,這個平衡被破壞,使得水被壓入陶粒的孔隙中,直到達(dá)到新的平衡后陶粒吸水率又會達(dá)到一個新的穩(wěn)定狀態(tài)。b.陶粒本身是一種多孔的材料,盡管其表面致密、孔結(jié)構(gòu)良好,常壓吸水量低,但在工作壓力作用下,其致密表面很可能會被破壞,形成開口孔隙,讓水有途徑進(jìn)入陶粒內(nèi)部。對于相同粒徑的同種陶粒來說,筒壓強(qiáng)度越高,其表面越不容易被破壞,所以其壓力吸水率增長幅度較小。3.3充填材料的筒壓強(qiáng)度相同配合比條件下,陶粒筒壓強(qiáng)度越大,其混凝土的抗壓強(qiáng)度越高。但陶粒吸水后使材料內(nèi)部顆粒間的結(jié)合力減弱,軟化了陶粒中的不耐水成分,使陶粒強(qiáng)度降低,對制備的混凝土強(qiáng)度有一定影響。分別測試相同粒徑的700,600,500級海泥陶粒不同狀態(tài)下的筒壓強(qiáng)度,結(jié)果見表6。對比不同狀態(tài)下海泥陶粒的筒壓強(qiáng)度:常壓浸水1h的筒壓強(qiáng)度與烘干狀態(tài)下相比相差不多,均略有降低;但壓力吸水后筒壓強(qiáng)度最小的500級海泥陶粒強(qiáng)度下降幅度很大,而對強(qiáng)度相對較高的600,700級海泥陶粒的筒壓強(qiáng)度幾乎沒有影響。由此,采用筒壓強(qiáng)度較高的陶粒制備陶?；炷?xí)r,壓力吸水對陶粒強(qiáng)度乃至混凝土強(qiáng)度的影響較小。3.4預(yù)濕處理時壓力在工作壓力作用下,陶粒的吸水率急劇增大,但當(dāng)其內(nèi)部已經(jīng)飽和或接近飽和時,即使施加了一定的壓力其吸水率也不會繼續(xù)增加。以粒徑16mm的500級海泥陶粒為例,若將其預(yù)濕處理30min,在1.0MPa保持10min時其吸水率增加9.2%,若將預(yù)濕處理時間延長到24h,其壓力吸水率僅增加4.1%。適當(dāng)延長預(yù)濕處理時間,可使陶粒壓力吸水率的增加幅度明顯降低,這也能改善陶?；炷恋目杀眯?。4陶粒在混凝土中的接觸面比當(dāng)陶粒和水泥砂漿攪拌在一起時,陶粒的微泵吸水作用將以另一種規(guī)律表現(xiàn)出來。在水中,吸水通道只有陶粒的顆?？紫?而在混凝土中,吸水通道還包括水泥顆粒之間、細(xì)集料之間、水泥顆粒與集料顆粒之間的空隙以及水泥漿體中包裹的氣泡等,因此,陶粒在混凝土中和自由水的接觸面比在純水中少。有資料表明陶粒在混凝土中的吸水率約為水中吸水率的70%。陶粒在混凝土中的吸水行為主要發(fā)生在水泥初凝以前,以后隨著水泥水化作用的逐漸深人,水泥漿體開始奪取被陶粒吸取的水分,陶粒吸入的水分開始逆向遷移,所以,陶粒在水泥漿中的吸水過程是一個可逆的動平衡過程。這種可逆過程進(jìn)行的激烈程度和方向不僅取決于陶粒自身的孔結(jié)構(gòu)、表面狀態(tài)、陶粒預(yù)濕后的含水率,還與混凝土的水灰比有關(guān)。研究表明,陶粒在混凝土中的壓力吸水率隨著混凝土水灰比的增大而提高。5壓力吸水率隨時間的變化表面致密光滑、開口孔隙較少的粘土陶粒,常壓時吸水率較小,1h的吸水率為4.9%;隨浸水時間延長,吸水率增長比較緩慢,浸水5d的吸水率為7.5%;表面大孔較多、平均孔徑較大的海泥陶粒,初始吸水率大,30min吸水率可達(dá)11.4%,且隨時間延長其增長幅度較大,浸水5