泵送陶粒混凝土的性能及应用研究

文摘 2024-10-13 07:03 河南

近年来，随着我国建筑工程领域的快速发展及低碳环保政策的推行，对建筑材料提出更高的要求。建筑坡屋面是建筑结构中的重要部位，通常要求屋面材料具有轻质、保温、防水等特性。国内目前采用的屋面材料主要有聚苯乙烯板、聚氨酯泡沫板、挤塑聚苯板等有机材料，传统屋面材料存在易燃、易老化、低强度等缺点。

陶粒混凝土作为一种具有良好保温隔热性能的轻骨料混凝土，得到国内外许多专家学者的广泛关注。由于陶粒混凝土的自重小，用于工业与民用建筑工程中可以起到减轻结构自重、节省材料用量、提高构件吊装效率、减少地基荷载的作用。同时，由于其内部多孔的特性，使其具有保温隔热、隔音等改善建筑功能的作用。因此，陶粒混凝土在大体积工程、轻质构件以及建筑屋面工程中得到广泛应用。同时，陶粒因其自重小、吸水率大等特性，给陶粒混凝土的泵送带来较大困难。因此，研究泵送陶粒混凝土的性能具有重要意义。

本文基于某工程训练中心屋面项目，针对陶粒本身及陶粒混凝土的工作性能、抗压强度进行研究，并成功应用于建筑屋面，取得了良好的经济效益和社会效益。

1　原料与试验方法

1.1　原料

试验采用的水泥为海螺牌P•O42.5水泥，水泥的主要化学成分和基本性能指标见表1、表2所列。

砂为普通河砂，粒径为0.15～4.75mm，细度模数为2.18。

陶粒采用粒径为5～20mm的球形粉煤灰陶粒，其主要性能指标见表3所列。

减水剂由江苏苏博特新材料股份有限公司提供，减水率为35.0%；调凝剂由江苏苏博特新材料股份有限公司生产，质量分数为99.0%；黏度改性剂由杨梓山有限公司提供，白色粉末。

拌合用水取自实验室自来水。

1.2　试验方法

1.2.1　原料预处理

陶粒孔隙较多，在拌合混凝土时会吸收水分影响混凝土的性能，因此需对陶粒进行预湿。陶粒预湿还可以作为一种内养护的方式，提高混凝土后期的强度以及减小后期的收缩。首先使用2.36mm方孔标准筛筛除碎渣，然后将陶粒置于水中浸泡，在混凝土拌合前1h取出陶粒，晾至面干。

1.2.2　配合比设计

泵送陶粒混凝土的配合比参照JGJ51-2002《轻集料混凝土技术规范》的设计要求，并在此基础上加以调整，以研究诸因素对泵送陶粒混凝土性能的影响。传统混凝土首先确定设计强度，而泵送陶粒混凝土的配合比设计出发点是制备出的材料能否顺利泵送。

本文试验的泵送陶粒混凝土配合比见表4所列，表4中：D表示陶粒未预湿处理；W表示陶粒预湿处理。

1.2.3　工作性能测试方法

泵送陶粒混凝土的塌落度和扩展度按照GB/T50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》中的规定进行测试。

1.2.4　力学性能测试方法

抗压强度测试参照GB/T50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》进行，抗压强度试件采用100mm×100mm×100mm的立方体。试件成型24h后脱模，然后于标准养护箱中养护3、28d，每组3个试样取平均值。采用STYEG3000E全自动压力试验机进行测试，加载速度为0.3MPa/s。抗压强度计算公式为：

f_c＝F/A，

其中：f_c为试件抗压强度；F为试件破坏荷载；A为试件受压面积。

2　结果与讨论

2.1　预湿条件对泵送陶粒混凝土性能的影响

文献研究表明陶粒的吸水率大于普通粗集料，集料的吸水特性对混凝土的性能具有一定的影响。陶粒预湿时间对制备泵送陶粒混凝土工作性能的影响如图1所示。

从图1可以看出，陶粒的预湿时间对陶粒混凝土的塌落度、扩展度和经时损失有较大影响。在其他条件不变的情况下，陶粒预湿时间增加即陶粒的含水率增加，相当于增加了混凝土中的水量。因此，随着陶粒预湿时间的增加，陶粒混凝土的塌落度、扩展度均逐渐增加，塌落度和扩展度的1h经时损失呈减小趋势。此外，从图1还可以看出，较预湿1h的陶粒混凝土，预湿24h的陶粒混凝土的塌落度和扩展度增长幅度不大，分别增长了6.8%、5.5%。因为陶粒预湿1h后陶粒混凝土的工作性能变化较小，所以本文后续试验中采用预湿1h的陶粒。

陶粒预湿时间对混凝土抗压强度的影响如图2所示。从图2可以看出，随着预湿时间的增加，所制备陶粒混凝土的抗压强度在养护3d时呈下降趋势，PWG24h的抗压强度比PD的抗压强度降低了15.8%；而28d时呈上升趋势，PWG24h的抗压强度比PD的抗压强度增长了5.7%。这主要是由于预湿时间的增加，提高混凝土的水灰比，增加界面区的孔隙率，从而降低混凝土的早期强度。随着水化时间的延长，混凝土中的水分被不断消耗，陶粒内外的相对湿度发生变化，陶粒中的水向外迁移，进一步促进水泥的水化，生成更多的水化产物填充于孔隙中，从而混凝土的强度得到提升。

2.2　黏度改性剂对泵送陶粒混凝土性能的影响

黏度改性剂是混凝土中常用的外加剂，具有保水、增稠的效果，对混凝土的工作性能起到改善作用。黏度改性剂对混凝土工作性能的影响如图3所示。

从图3可以看出，黏度改性剂的加入会降低混凝土的塌落度和扩展度，当黏度改性剂的掺量由0增加到0.2%时，PWG1hG2的塌落度和扩展度分别下降了13.6%、5.5%。当混凝土静置1h后，水泥水化程度增加，塌落度和扩展度出现经时损失。未掺黏度改性剂的PWG1h塌落度和扩展度比PWG1hG1下降得快，经时损失较大，掺有0.1%黏度改性剂的试样PWG1hG1静置1h后，塌落度和扩展度的经时损失分别为30、27mm，即为PWG1h的87.5%、90.0%。当黏度改性剂掺量为0.2%时，泵送陶粒混凝土的塌落度和扩展度的经时损失均大于未掺黏度改性剂的经时损失。说明掺入适量的黏度改性剂可改善泵送陶粒混凝土的工作性能，这是由于黏度改性剂与水分子的结合作用，并对水泥颗粒进行包裹，减少了水分的挥发。

泵送陶粒混凝土3、28d抗压强度随黏度改性剂掺量的变化结果如图4所示。

从图4可以看出，掺入黏度改性剂后，混凝土的抗压强度先增加后降低。当黏度改性剂掺量为0.1%时，泵送陶粒混凝土的3、28d抗压强度分别为5.9、9.3MPa，比PWG1h试样分别提升3.5%、4.5%。当掺量达到0.2%时，混凝土的3、28d抗压强度均降低。研究表明，黏度改性剂起到引气作用，掺量增加将导致混凝土内部的孔隙增多，混凝土的抗压强度降低。

2.3　调凝剂对泵送陶粒混凝土性能的影响

调凝剂掺量对泵送陶粒混凝土工作性能的影响如图5所示。

从图5可以看出，随着调凝剂掺量的增加，混凝土的塌落度和扩展度逐渐增大，经时损失逐渐减小。当调凝剂掺量为0.2%时，PWG1hG4的塌落度和扩展度分别为250、360mm，较PWG1h试样分别提升了38.9%、24.1%，泵送陶粒混凝土的可泵性能提高。这主要是由于调凝剂的掺入降低了混凝土的表观黏度、屈服应力，延缓了水泥的水化放热过程和水化产物的形成时间。

调凝剂对制备泵送陶粒混凝土抗压强度的影响如图6所示。从图6可以看出，随着调凝剂掺量的增加，混凝土的3d抗压强度逐渐降低，当调凝剂掺量为0.2%时，PWG1hG4的3d抗压强度为5.5MPa，比PWG1h试样降低了3.5%。调凝剂的掺入延缓了水化作用的进行以及水化产物的生长，造成抗压强度损失。

3　工程应用

某工程训练中心A楼、B楼屋面设计有建筑找坡层，泛水坡度2%。A楼屋面最大泛水跨度为9.25m，最低处厚度为30mm，最高处厚度为215mm；B楼屋面最大泛水跨度为11.25m，最低处厚度为30mm，最高处厚度为255mm。

为保障泵送陶粒混凝土的顺利施工，解决陶粒混凝土性能与泵送技术匹配的难题，根据试验研究的结果，采用配合比PWG1hG4进行了应用。陶粒混凝土由安徽天柱混凝土有限公司预拌生产，运送到施工现场采用泵送施工。浇注陶粒混凝土前，清除基层的尘土和杂物，控制表面平整度在15mm内。在铺设陶粒混凝土时，从一端开始由内向外铺设。

陶粒混凝土找坡层泵送施工中未发现陶粒上浮现象；成型后，陶粒混凝土表面平整。经检测，混凝土各项技术指标均满足设计要求。相比于传统非泵送工艺，泵送工艺极大地缩短了施工工期，减少了施工作业人员的投入，具有重要的经济价值和社会意义。

4　结论

本文在考虑泵送陶粒混凝土材料和工艺特性的基础上，探讨了泵送陶粒混凝土的工作性能和抗压强度。根据试验结果和分析，得出如下结论。

1)陶粒吸水率较大，在泵送陶粒混凝土配合比设计中应考虑陶粒的吸水率。预湿陶粒对泵送陶粒混凝土的工作性能具有显著改善效果，且能够提升混凝土的后期抗压强度。

2)黏度改性剂对泵送陶粒混凝土的工作性能和抗压强度影响与其掺量有关，当黏度改性剂掺量为0.1%时，有利于泵送陶粒混凝土的工作性能改善。当黏度改性剂掺量增多，混凝土的孔隙也随之增多，对力学性能有不利影响。

3)调凝剂可改善泵送陶粒混凝土的工作性能，但掺量过多不利于泵送陶粒混凝土的力学性能改善。

4)泵送陶粒混凝土施工机械化程度高，可缩短施工周期、减少劳动力投入、降低施工成本，具有显著的综合效益。

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