利用工业废渣制备重质陶粒及其在混凝土中的应用研究.docx

《利用工业废渣制备重质陶粒及其在混凝土中的应用研究.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《利用工业废渣制备重质陶粒及其在混凝土中的应用研究.docx（9页珍藏版）》请在第一文库网上搜索。

1、引言陶粒是一种陶质的颗粒，外观大部分呈圆形或椭圆形，而陶粒混凝土是以陶粒代替石子作为 混凝土骨料的一种新型绿色工程建筑材料，以黏土和亚黏土作为主要原料，经过加工、烧结 等工艺方法制备而成，5mm以上的轻粗骨料称为黏土陶粒，粒径 5mm的轻细骨料被称 为黏土陶砂口冏。陶粒重量较轻，这使得整个建筑物自重较传统混凝土材料更轻，减少基础 载荷；并且其保温能力、抗渗性、耐久性、耐火性、施工适应性均较好HL随着大家对保护 环境意识的不断提高,人们对环境友好型混凝土材料日益增长的需求也促进了陶粒材料的产 量增加，陶粒正从传统的黏土、页岩逐渐向玻璃钢渣、工业废物和污泥等废料合理利用 的环保方向上靠拢，所以合理

2、有效地利用工业废渣也成为当前环保节能减排的趋势【6-%本 文利用玻璃钢废渣和粉煤灰工业废渣制备高强陶粒，制备的陶粒密度为16002000kgm3, 直径为1 2cm ,吸水率 15% ,同时这种高强度的轻骨料陶粒混凝土的抗压强度不低于 35MPa通过研究燃烧温度、保温时间、各组分掺量对陶粒性能的影响，进行了以正交试 验确定最佳强度的高强陶粒试验，同时搅拌多组高强陶粒轻骨料混凝土，观察骨料在混凝 土中的浮沉状况以寻求性能最合适的陶粒，取代传统石子，从而获得质量轻、强度高、保温 隔热等优良性能的陶粒；并对混凝土进行了研究，确定了高强陶粒在混凝土中的掺量，从而 获得满足建筑需求的最优的混凝土材料。1

3、、试验部分1.1 原材料水泥：冀东水泥厂生产的P-O 42.5普通硅酸盐水泥。粉煤灰：北京建筑工业集 团生产的级粉煤灰。玻璃钢渣：衡水恒润集团有限公司生产。砂：盘锦顾宇标准砂公司生 产的中国ISO标准砂，每袋质量为（13505 ） g。石子：河北唐山众信砂石料有限公司生 产，粒径2 5cm ,含泥量3% ,含水量5%0水：自来水。水泥和粉煤灰的化学组成见表表1水泥、粉煤灰的化学组成原料CaOSiO2AI2O3FeASO3MgOTiO2Na2OK2O其他水泥62.6021.354.673.312.253.080.270.210.540.72粉煤灰1.6058.5032.403.010.33-0.

4、421.720.041.2 主要试验仪器陶粒试验NJ160A型水泥净浆搅拌机、GLIOlA-3型电热鼓风干燥箱， ALH-Z2计数电子秤天平，SXP-7-13型箱式电阻炉高温炉；混凝土试验:NJ-160A型水 泥净浆搅拌机、JSJ-6300型混凝土搅拌机、IOommXlOOmmXlOOmm试模、DYEG-1200 型数字式压力试验机、GL101A-3型电热鼓风干燥箱，ALH-Z2计数电子秤天平。1.3 试验方法1.3.1陶粒试睑（1）燃烧温度设定为1120。1140oCx 1160oCx 1180oC. 120（TC ,保温时间固定为20min ,利用粉煤灰（粉煤灰掺量100% ）作为原料制备

5、陶粒， 成球工艺选用手工成球，确定最优燃烧温度范围。（2 ）城烧温度固定为（1）中的最优值 60C ,保温时间设定为20、30、40、50、60min ,利用粉煤灰（粉煤灰掺量100% ） 作为原料制备陶粒，成球工艺选用手工成球，确定最优保温时间。（3 ）城烧温度固定为（1） 中最优值116（C ,保温时间固定为（2 ）中最优值20min ,玻璃钢废渣粉按质量掺量为5%、 10%、20%、30% ,成球工艺选用手工成球。1.3.2混凝土试验标准砂和石子在使用前需要置于恒温干燥箱中烘干12h以上，陶粒在使 用前需要泡水24h ,并保证陶粒表面呈颜口面干状态。依据JGJ 55-2011普通混凝土配

6、 合比设计规程进行混凝土配合比设计计算，配合比按照C50混凝土进行设计，参照GB 56962006预应力混凝土管，保证脱模强度不低于35MPa0计算出比较合适的混凝 土配合比为：水泥：水：标准砂：石子：陶粒=1 ： 0.4 : 2.05 ：1:1.25 ,图1 （ a ）、（b） 为陶粒混凝土在水灰比为0.5时的拌合物及试块成型,试块表面未抹平时会出现如图1（ c） 所示情况。由于陶粒的吸水率较高，试验时需要先对陶粒进行饱水处理，配合比计算时需扣 除这部分水。(a)陶粒混凝土拌合物(b)陶粒混凝土试块成型(C)未抹平陶粒混凝土试块图1水灰比为0.5的陶粒混凝土L4性能测试方法根据GB/T 14

7、6852011建设用卵石、碎石对陶粒的吸水率、压碎 指标、表观密度进行测定。根据GB/T 500802002普通混凝土拌合物性能试验方法标 准，对混凝土的坍落度、抗压强度、容重进行测定。具体试验测试?口评价标准参照GB/T 56962006预应力混凝土管和实际工程需要。最终制备出符合工程需要的陶粒混凝土。2、结果与分析2.1 2.1高强陶粒性能研究2.1.1燃烧温度对陶粒性能的影响取保温时间为20min ,原料 都是粉煤灰，手工搓球，制备成粒径为1 2.5cm的陶粒，放置于烘箱中烘干12h ,并取城 烧温度1120、1140、1160、1180、1200oC z在高温炉中烧制成型，冷却后测试陶

8、粒的性 能，结果如图2所示。燃烧温度/七 体积/cm? TI-表观密度/ （ kgcm3） TI吸水率/%图2不同城烧温度对陶粒性能的影响由图2可知，（1）陶粒的吸水率随着温度的增加而先变大后变小。当燃烧温度为1160。C 时吸水率最高，达到了 13.23% ;当搬烧温度为1200时吸水率最低，为8.70% ;城烧温 度对吸水率的影响最大，但总体上没有太大的变化。（2）随着城烧温度的增加，陶粒的表 观密度先减小后增加再减小。当搬烧温度为1140。C陶粒的表观密度最小为1430kgm3; 而当燃烧温度为1120。C时，表观密度反而最大，达到了 1710kgm3;由此可见燃烧温度 对陶粒表观密度影

9、响最显著。（3 ）当燃烧温度为1140C时,陶粒的体积最大的,为72Cm3;当燃烧温度为1120。C时，陶粒的体积最小，为43Cm3,比最大时减小了 40.28% ;由于试 验所得陶粒比较少，可以认为总体上陶粒的体积随城烧温度的变化不显著，分析原因可能是 燃烧温度过低时，表层陶粒会产生未烧结充实的现象，当城烧温度过高时，会产生表层陶粒 焙烧成大块的现象也2.1.2保温时间对陶粒性能的影响取燃烧温度为1160 ,原料为纯粉煤灰,手工搓球，制 备成粒径为12.5cm的陶粒，放置于烘箱中烘干12h ,并取保温时间为20、30、40、50、 60min于高温炉中烧制成型，冷却后测试陶粒的性能,结果如图

10、3所示。保温时间min 体积/co?Te表观密度/（ gcm3）吸水率/%图3不同保温时间对陶粒性能的影响由图3可知，（1）陶粒的吸水率随着保温时间的增加而先减小后增加，当保温时间为20min 时,吸水率最高，达到了 13.23% ;当保温时间为40min时，吸水率最低；保温时间对吸 水率的影响最大。（2）随着保温时间的增加，陶粒的表观密度先变小后变大，保温时间为 40min时，陶粒的具有最小的表观密度，为1500kgm3;当保温时间为50min时，表观 密度最大，达到了 1740kgm3;由此可见保温时间对陶粒表观密度影响最大。（3 ）当保 温时间为40min时,陶粒的体积最大；当保温时间为

11、60min时，陶粒的体积最小；由于试 验所得陶粒比较少，可以认为总体上陶粒的体积随燃烧温度的变化不显著。2.13玻璃钢渣掺量对陶粒性能的影响玻璃钢掺量取5%、10%、20%、30% ,手工搓球， 制备成粒径为12.5cm的陶粒，放置于烘箱中烘干12h ,并取燃烧温度为116(C ,保温 时间20min .于高温炉中烧制成型，冷却后测试陶粒性能,结果如图4所示。玻璃钢掺量/%体积/cm3 Te表观密度/ ( kgcm3) f、吸水率/%图4不同玻璃钢掺量对陶粒性能的影响由图4可知，(1 )陶粒的吸水率随着玻璃钢掺量的增加而先变小后变大。当玻璃钢掺量为 30%时，吸水率最高，达到了 20.00%

12、;当玻璃钢掺量为10%时，吸水率最低，为14.56% ;因此玻璃钢掺量对吸水率的影响最显著，但总体上没有太大的变化。(2)随着玻璃钢掺量 的加大，陶粒的表观密度呈现先增加后减小的趋势。当玻璃钢掺量为20%和30%时，两者 的陶粒的表观密度最小,均为1530kgr3 ;当玻璃钢掺量为10%时,陶粒的表观密度最大， 达到了 1640kgm3 ,比最小增加了 7.19% ,此时玻璃钢掺量对陶粒表观密度影响最显著。(3 )当玻璃钢掺量为30%时，陶粒的体积最大，达到了 62cm3;当玻璃钢掺量为5%时， 陶粒的体积最小，为52cm3 ,比最大时减小了 16.67% ;由于试验所得陶粒比较少，可以认 为

13、总体上陶粒的体积随燃烧温度的变化不显著。2.2陶粒混凝土性能研究2.2.1水灰比对混凝土性能的影响水泥取3.6kg ,标准砂取7389kg ,陶粒取8.1kg ,水灰比为0.4、0.45、0.5 ,水分别取78、762、1.44kg进行搅 拌，首先将水泥放在100mm100mm100mm模具内，然后将形成的试块在室温下养护 至规定龄期，再用压力试验机测量，结果如图5所示。2445244024352430242524202415坍落度/cm +抗压强度/MPa TL容重/ ( kgcr3)图5不同水灰比又蟠凝土性能的影响由图5可知，随着水灰比的增大，试块的抗压强度先减小后增加。同时，随着水灰比的

14、变 大，混凝土的坍落度也会变大。由此可见，水灰比越大，容易产生离析和泌水的现象，会降 低胶体与骨料的粘结力，使得搅拌的混凝土的稠度比较低，整体的流动性越大，加大了施工 难度，同时浆体凝结硬化后的密实性也会下降，严重影响混凝土强度【助。2.2.2陶粒掺量对混凝土性能的影响水泥取3.6kg ,标准砂取7.389kg ,水灰比为0.4 ,陶粒掺量分别取0、2.7、4.5kg进行搅拌,再将水泥放在IOOmmXIOOmmXlOomm模具内， 形成的试块在室温下规定龄期后用压力试验机测量，结果如图6所示。陶粒掺量坍落度/cm * 抗压强度/MPa TL容重/ （ kgcr3）图6不同陶粒掺量对混凝土性能的

15、影响由图6可知，随着陶粒掺量的增加，会对混凝土的塌落度、抗压强度以及容重产生显著的 影响。（1）陶粒掺量越大，搅拌所得混凝土的稠度降低，流动性增大。掺量在O和2.7kg 时坍落度由2.3cm增加到4.2Cm ,变化不大，但是当掺量增加到4.5kg时，塌落度增大较 为显著，为18.5Cm ,此时会产生离析现象，浆体凝结硬化后的密实性也会下降，从而影响 混凝土的质量。（2）随着陶粒掺量的增加，试块的抗压强度先变小后增大。陶粒掺量由O 增加到2.7kg时，抗压强度从47.76MPa降低至36.67MPa ,掺量增至4.5kg时抗压强度 再次增加到5236MPa ,掺量为4.5kg时展现出最佳抗压强度。可见水泥需要适量的水灰 比来维持较好的性能。（3）随着陶粒掺量的增加，试样容重逐渐减小，与陶粒掺量呈负相 关变化。结合抗压强度、容重与坍落度的影响得知，不同陶粒掺量（不同水灰比）对混凝土 性能产生不同影响。当水灰比为0.5时，混凝土具有较好的性能；水灰比过大导致混凝土流 动性较大,容易泌水,产生离析现象影响混凝土的强度；水灰过小,造成混凝土流动性较差， 混凝土振动过程非常困难，不利于现场施工和运输，质量难以得到保证。同时，混凝土的孔 隙结构也受水灰比影响较大，当水泥使用量达到一定程度时，由于水灰比的增