炉渣掺量对页岩陶粒混凝土性能的影响

陈传明，吴启一，姚华彦，代义磊，刘玉亭

（1.安徽省高迪环保股份有限公司，安徽 六安 237000；2.合肥工业大学，安徽 合肥 230000；）

0 前言

随着人类社会的高速发展，混凝土制备技术也在不断提高。陶粒作为一种轻质材料，具有保温隔热性能好、隔音效果良好、抗震性能优越、耐久性好等特点成为了轻骨料混凝土的主要成分，进而减轻了混凝土自重，提高混凝土的工作性能。因此在大跨度建筑结构和超高层建筑的建设中有这较好的应用前景。

炉渣作为电厂燃烧后的废弃物，火电厂发电产生后就堆放到规划的堆灰场中堆放。据了解六安电厂每年产生的炉渣达5万吨之多，堆灰场的电厂炉渣占用大量土地，扬起的灰尘还严重污染空气，造成环境污染，耗费维护成本，不利于环保。炉渣具有一定的活性成分，粒径较小，颗粒形状呈由球形和不规则块状颗粒，可以很好的填充到混凝土的间隙中去。将矿渣运用到陶粒混凝土中，可以减少在混凝土制备中天然砂石的使用，从而减少对自然资源的破坏，还可以缓解工业固废对土地资源的占用，具有很高的社会经济价值。

本文以炉渣作为混凝土中的轻骨料，代替一部分的砂石掺入到页岩陶粒混凝土中，掺量分别为10%、30%和50%，同时制备未掺入炉渣的页岩陶粒混凝土作对比，通过对比3d、7d两个龄期的性能，研究不同炉渣掺量对不同龄期的页岩陶粒混凝土试件立方体抗压强度和表观密度的影响。

1 试验原材料

水泥：铜陵海螺P.||52.5级普通硅酸盐水泥，性能指标如表1。

水泥性能指标 表1

粉煤灰：六安电厂，细度：25%，需水量比：101%、烧失量：1.8～2.0%；

炉渣：六安电厂炉底尾渣，堆积密度：835kg/m3，粒径小于5mm。

细骨料：天然河砂，细度模数：1.7～1.8、含泥量3%，堆积密度：1500kg/m3；

粗骨料：页岩陶粒，碎石型，密度等级600级，粒径 5～10mm，堆积密度 570kg/m3。

外加剂：合肥众兴ZX-||型聚羧酸减水剂（无缓凝无保坍），固含量：9.2%。

2 试验方案设计

页岩陶粒混凝土配合比依照《轻骨料混凝土技术规程》（JGJ 51-2002）进行配合比设计，采用松散体积法，即以给定的每立方米混凝土的粗细骨料松散总体积为基础进行计算，经过前期大量试验选择合适的配合比。通过控制水胶比、粉煤灰掺量、砂率、用水量不变，保持相同体积的细骨料用量，用炉渣分别替换10%、30%和50%体积的河砂进行试验。

由于陶粒是一种多孔结构的材料，在混凝土制备中会快速吸收水分，同时页岩陶粒的表面与普通石子不同，会影响骨料与水泥颗粒水化后的粘结性能，因此试验前对页岩陶粒进行24h的吸水预处理后静置到面干状态再使用。按实际生产的投料顺序，将细骨料、粗骨料和胶凝材料投入搅拌机均匀，再加入水和外加剂搅拌均匀。依据《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》（GB/T50080-2002）进行混凝土工作性能的测定。依据《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T 50081-2002）采用100mm×100mm×100mm立方体试件进行混凝土立方体抗压强度试验。

3 试验结果与分析

3.1 试验结果

不同炉渣取掺量、不同龄期条件下页岩陶粒混凝土的抗压强度和表观密度结果如表2。

性能测试结果 表2

3.2 表观密度影响分析

不同矿渣掺量下页岩陶粒混凝土表观密度变化如图1所示。

图1 各矿渣掺量下页岩陶粒混凝土的表观密度变化

可以看出掺入了矿渣的页岩陶粒混凝土的表观密度比不掺入矿渣的页岩陶粒混凝土的表观密度要大。对比不同矿渣掺量的试件可知，矿渣的掺入可以改变页岩陶粒混凝土的表观密度，且掺入的矿渣越多，表观密度越小。这主要是因为掺入了矿渣后混凝土材料的流动性得到了改善，通过人工鼓捣的混凝土试件密实度上升，从而导致掺入了矿渣的页岩陶粒混凝土的表观密度比不掺入的大。由于矿渣的表观密度比河砂小，因此混凝土的表观随着矿渣掺量的增大有逐渐下降的趋势。

3.3 抗压强度影响分析

不同矿渣掺量下页岩陶粒混凝土抗压强度变化如图2所示。

图2 各矿渣掺量下页岩陶粒混凝土的抗压强度变化

由图2可以看出，在矿渣掺量不大于30%的条件下，试件在3d和7d龄期下的抗压强度呈上升的趋势；试件龄期达到7d时，矿渣掺量为30%的试件抗压强度比没有掺入矿渣的试件抗压强度提升了15%。而矿渣掺量为50%的试件抗压强度下降了5.6%。掺入适量的矿渣对页岩陶粒混凝土的抗压强度有一定的提升，但当矿渣掺量超过50%时，混凝土抗压强度呈下降趋势。由于矿渣的掺入增强了混凝土的流动性，矿渣细小的颗粒可以填充到混凝土的孔隙之中，使得混凝土变得更加密实，试件的含气量降低，提升了页岩陶粒混凝土的抗压强度。当炉渣掺量过多时，炉渣起到支撑骨架的作用，但是炉渣桶压强度较低，所以导致混凝土强度低。

4 结论与展望

用单一变量试验设计方法，研究了炉渣掺量对页岩陶粒混凝土性能的影响，试验结果表明陶粒混凝土立方体试件抗压强度随炉渣掺量的增多先提高后降低；陶粒混凝土土表观密度随炉渣掺量的增加而逐渐降低。其中矿渣掺量为30%页岩陶粒混凝土的表观密度为1728kg/m3，7d抗压强度为29MPa，满足了建筑工程上隔墙板的性能要求。若将其用于实际生产中，可有效缓解固废堆积的问题，推进绿色生态建设，为绿色建筑的发展提供动力。