掺石灰石粉全轻页岩陶粒混凝土的力学性能研究

李鹏飞,朱利伟

(河南理工大学 土木工程学院，河南 焦作 454003)

掺石灰石粉全轻页岩陶粒混凝土的力学性能研究

李鹏飞,朱利伟

(河南理工大学 土木工程学院，河南 焦作 454003)

粉煤灰已经从工业废料逐步转变成为重要的稀缺资源。为解决粉煤灰资源短缺的问题，本文从全轻陶粒混凝土的角度，以不同掺量的石灰石粉替代全轻混凝土中的粉煤灰，研究石灰石粉替代粉煤灰后混凝土的学性能，以探究替换的可行性。

全轻陶粒混凝土;石灰石粉;力学性能

混凝土的研究与应用已经随着混凝土研究的不断深入，人们对混凝土的已经有了一定的认识，并且研究的深度也在不断地加深。近年来，人们已经将混凝土的研究着眼于矿物掺合料，发现矿物掺合料对于混凝土的影响也至关重要,掺合料的主要作用是降低水泥用量，改善混凝土的和易性，降低混凝土的水化热和收缩，提高硬化混凝土的强度及耐久性[1]，提高混凝土工程的质量,具有显著的社会经济效益[2]。同时用粉煤灰取代水泥，可以起到降低pH的作用[3]。

轻骨料混凝土是一种利用人造或天然轻质骨料替代普通密度骨料的混凝土，轻骨料混凝土在我国已经走过了60多年的研究应用历程，但由于技术、经济等限制，一直没有取得预期的应用效果[3]，轻骨料混凝土相较于普通混凝土具有有轻质高强、隔热保温性能好、耐火性能好、抗震性能好、耐久性能好及综合经济技术效果好等优点[4]。因此，进行全轻混凝土的力学性能的研究对于轻骨料混凝土的推广应用具有重要意义。

本文采用以页岩陶砂和陶粒为集料制作全轻页岩陶粒混凝土，并通过不同比例替换其中的粉煤灰，通过实验探究不同替换率下的一般力学性能，以确定石灰石粉在全轻页岩陶粒混凝土中替代的可行性，进而以其力学性能确定其最优替代率。

1 全轻混凝土配合比设计

试验参照《轻集料混凝土技术规程》(JGJ51-90)中相关规定，选取水泥用量(mc)、水胶比(W/B)、砂率(SP)作为影响混凝土强度的主要因素，开展3因素、3水平的正交试验，依据正交试验方法，可得到全轻页岩陶粒混凝土的基准配合比，具体配合比参数如表1所示。

表1 全轻混凝土最优基准配合比

注：mc、mFA、mLC、mLF、mW依次表示水泥量、粉煤灰量、陶粒量、陶砂量、水量。

2 试验方法

依据LC30、LC40全轻混凝土的最优基准配合比，取石灰石粉取代率(Sf)分别为0%、25%、50%、75%、100%替代其中的粉煤灰。依据《普通混凝土力学性能试验方法准》(GB/T50081-2002)中的相关测试方法，制作试件尺寸均为100 mm×100 mm×100 mm的试件，测试等质量取代粉煤灰作为矿物外加剂的轻骨料混凝土立方体抗压强度、劈裂强度以及表观密度；制作试件尺寸均为100 mm×100 mm×300 mm的试件，测试不同比例取代后的轴心抗压强度。

3 试验结果分析

3.1 试验结果

力学性能是混凝土的重要性能。根据表1的配合比，石灰石粉取代粉煤灰后的混凝土力学性能试验结果如表2和表3所示。

表2 LC30石灰石粉混凝土性能

表3 LC40石灰石粉混凝土性能

3.2 结果分析

3.2.1 抗压强度与劈裂强度分析

图1 混凝土抗压强度和劈裂强度

3.2.2 轴压强度与表观密度分析

从表2可以看出，LC30混凝土的轴心抗压强度相较于立方体抗压强度普遍较低，试验加载过程中，试件与上、下承压板之间的摩擦力容易在两端形成“环箍”效应，对试件的横向变形产生约束作用，使混凝土强度提高，但这种约束作用会随着试件高度的增大而逐渐减弱，而且高宽比越大，中轴线附近处横向自由变形区域也就越大；由于轴压试验所用试件为棱柱体，“环箍”效应对试件中部影响较小，所以混凝土的轴心抗压强度较立方体抗压强度有所降低。

此外，混凝土的轴压强度变化趋势与立方体抗压、劈裂强度变化相似，对于LC30混凝土而言，随着石灰石粉取代率的增加，混凝土轴心抗压强度较立方体抗压强度分别降低了9.0%、9.4%、8.1%、10%、9.3%，对于LC40混凝土而言，随着石灰石粉取代率的增加，混凝土轴心抗压强度较立方体抗压强度分别降低了9.8%、8.2%、7.1%、8.0%、9.2%，当取代率为50%时，混凝土的轴压强度损失最小。

从表2可以看出，随着石灰石粉取代率的增加，混凝土的干表观密度也呈现先增加后降低的趋势，对于LC30混凝土而言，当取代率为25%、50%时，混凝土的表观密度分别增加了0.1%、0.7%，而对于LC40混凝土而言，当取代率为25%、50%时，混凝土的干表观密度分别增加了0.5%、1.1%。

由于石灰石粉的堆积密度小于粉煤灰的堆积密度，等质量取代时，掺入的石灰石粉体积要大于替代的粉煤灰体积，当取代率较小时，较细的石灰石粉能够填充到水泥、粉煤灰颗粒堆积空隙中，使得混凝土较为密实，表现为表观密度逐渐增加；而随着石灰石粉取代率的继续增加，大量的石灰石粉颗粒在发挥填充作用的同时，也增加了颗粒之间的摩擦力，而且需要更多的自由水来润湿其表面，更使得混凝土流动性变差，混凝土易出现大量孔隙[5]；同时，大量的石灰石粉加入致使水泥浆体中石灰石粉的体积分数变大，而石灰石粉比重要小于粉煤灰的比重，所以整个浆体体系的容重降低，表观密度降低。

4 结 语

(1)石灰石粉与粉煤灰适当比例混掺可以提高LC30全轻页岩陶粒混凝土28 d抗压、劈裂强度，但掺量不宜过大，以50%为最佳。

(2)当取代率为50%时LC30、LC40全轻页岩陶粒混凝土28 d轴心抗压较立方体抗压强度降低较小，且干表观密度最大

(3)采用石灰石粉替代全轻页岩陶粒混凝具有良好的效果，对部分主要力学性能有所提高，且对其他力学性能的负面影响并不大，故全轻页岩陶粒混凝土中采用石灰石粉部分替代粉煤灰具备良好的可行性。

[1] 严军伟,邢婕,李杰,等.石灰石粉混凝土及其硫酸盐侵蚀特性综述[J].混凝土,2011(262):79-80.

[2] 熊远柱.高掺量石灰石粉对混凝土耐久性的影响[D].武汉:武汉理工大学: 2010:1-5.

[3] 郑吉卉.陶粒轻质高强混凝土的试验研究[J].洛阳理工学院学报(自然科学版),2016,26(4):1-5.

[4] 王鹏.陶粒混凝土基本力学性能的研究[D].长沙: 长沙理工大学,2008:1-4.

[5] 刘清华,周晓波.石灰石粉作掺合料对不同胶凝体系混凝土性能的影响[J].新型建筑材料,2011,12(3):29-33.

Mechanical Performance Study on Concrete of the Lightweight and Limestone Powder

LI Pengfei,ZHU Liwei

(Henan Polytechnic University,Jiaozuo 454003,China)

Fly ash,as being industrial waste,has been to important scarce resource. In order to solve the shortage of fly ash,in the paper,idea,that the fly ash in light ceramsite concrete replaced by limestone powder from the angle of the whole light ceramsite concrete,is put forward. and the mechanical properties of whole light ceramsite concrete are researched. when fly ash was replaced by limestone powder,the feasibility of the replacement is explored.

the whole light ceramsite concrete;limestone powder;mechanical performance

10.3969/i.issn.1674-5403.2017.03.002

TU528

A

1674-5403(2017)03-0005-04

2017-05-20

李鹏飞(1990-)，男，河南平顶山人，在读硕士研究生，主要从事建筑材料方面的研究.