漂珠级配对保温混凝土性能的影响试验研究

王利东，李珠，赵林，王振明

（太原理工大学建筑与土木工程学院，山西 太原 030024）

漂珠级配对保温混凝土性能的影响试验研究

王利东，李珠，赵林，王振明

（太原理工大学建筑与土木工程学院，山西 太原 030024）

在C35玻化微珠保温混凝土基准配合比的基础上，制备了掺加漂珠的保温混凝土，分别对其工作性能、力学性能和热工性能进行了测试与分析。结果表明：当漂珠的级配为0.01～0.15 mm时，保温混凝土28 d的抗压强度最高，为43.4 MPa。当漂珠的级配为0.3～0.6 mm时，保温混凝土的导热系数最小，为0.35 W/（m·K）。选取级配为0.3～2.36 mm的漂珠可使保温混凝土的综合性能最优。

漂珠级配；玻化微珠；坍落度；抗压强度；导热系数

0 引言

目前在建筑节能方面应用的保温材料主要分为无机和有机2种，如聚苯乙烯泡沫塑料、聚氨酯泡沫塑料、膨胀珍珠岩、岩棉、矿渣棉、玻璃棉、泡沫玻璃等，由于有些保温材料具有自身的局限性，不能够满足建筑在不同气候条件下的耐久、耐候、变形等要求[1]。为了进一步满足建筑能够适应不同的气候条件，需要寻找一种新型的材料。漂珠是一种综合性能优良的材料，其本身导热系数非常小、质量轻、强度高、可以承受高温等[2]，将漂珠添加到保温混凝土中，代替保温混凝土中的部分细骨料，改善混凝土的保温性能。

本文以漂珠为原料，代替玻化微珠保温混凝土中的部分细骨料，制成掺加漂珠的保温混凝土。试验设计了6组不同颗粒级配的保温混凝土，研究了漂珠颗粒级配对保温混凝土拌合物工作性能、抗压强度和导热系数的影响。通过实验分析，确定了既满足保温混凝土拌合物工作性能，同时又满足力学性能和保温性能的最佳漂珠的颗粒级配，为后续试验的进行提供了一定的支持。

1 试验

1.1 试验材料

（1）石子：山西省吕梁地区碎石，级配为5～25 mm，堆积密度1530 kg/m3，含泥量0.76%，压碎指标9.4%，吸水率0.46%，表观密度2650 kg/m3。

（2）砂：山西省某砂石厂家生产的中砂，细度模数2.5，堆积密度1620 kg/m3，表观密度2670 kg/m3，含泥量0.82%，含水率1.53%。

（3）水泥：山西省忻州地区某水泥公司生产的42.5级普通硅酸盐水泥，比表面积346 m2/kg。

（4）硅灰：成都某公司生产。

（5）减水剂：自制的高效减水剂。

（6）水：自来水。

（7）玻化微珠：河南信阳华豫矿业有限公司提供，其物理性能指标见表1。

表1 玻化微珠的物理性能指标

（8）漂珠：河北省某厂家提供。外观呈灰色、球状、质轻、隔热、不透明，其主要物理性质见表2[3]。化学性能稳定，耐酸、耐碱，其化学组成见表3，主要成分为SiO2和Al2O3，矿物成分主要为非结晶的玻璃相，结晶的矿物次之，结晶成分为莫来石、方石英和尖晶石铁酸盐等[4]。

表2 漂珠的主要性能

表3 漂珠的化学组成%

1.2 试验过程

漂珠是一种轻集料，按照GB/T 17431.2—2010《轻集料及其试验方法第2部分：轻集料试验方法》进行筛分试验，得到2.36～4.75、1.18～2.36、0.6～1.18、0.3～0.6、0.15～0.3、0.01～0.15 mm 6种级配的漂珠颗粒，按级配从大到小编号为P1、P2、P3、P4、P5、P6。在同一外界条件下，分别用6种不同颗粒级配的漂珠替代细骨料，将试块分成6组，分别测试6组混凝土的工作性能、抗压强度和导热系数，分析漂珠级配对混凝土性能的影响，进而得出漂珠的最佳级配。设计实验室配合比（见表4），水胶比为0.54。

表4 1 m3保温混凝土实验室配合比

1.2.1 试样制备

按照保温混凝土实验室配合比设计方案，先将漂珠和玻化微珠进行预湿，接着加入剩余材料进行搅拌。搅拌好的材料进行拌合物工作性能测试，然后分别放入150 mm×150 mm× 150 mm和300 mm×300 mm×30 mm的试模进行震动成型，立方体试块每组成型3块，板状试件每组成型2块。室内自然条件养护1.5 d后拆模，将拆模后的混凝土试件按照规范要求进行标准养护。

用于测试导热系数的试件在标准养护室养护完成后放入烘干箱内烘干至恒重，烘干箱温度控制为110℃，取出试件将其表面打磨光滑。采用电子秤称取试件质量，计算其干密度

1.2.2 混凝土拌合物工作性能测试

按GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》测试混凝土拌合物的工作性能。采用坍落度筒测试坍落度，在已坍落的混凝土锥体侧面用捣棒轻微击打，根据锥体是否下沉、倒坍或者崩裂来判断其粘聚性是否良好，根据混凝土拌合物稀浆析出的程度来评定其保水性[5-6]。

1.2.3 混凝土试块抗压强度测试

养护成型后的立方体试块采用STYE-3000C型电脑全自动混凝土压力机，按GB/T 50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》测试抗压强度。

1.2.4 混凝土试件导热系数测试

采用DRCD-3030智能化导热系数测定仪测试导热系数，试件尺寸为300 mm×300 mm×30 mm。

2 结果与讨论

2.1 试验结果

6组不同级配的漂珠保温混凝土的工作性能、抗压强度干密度和导热系数见表5。

表5 保温混凝土和性能测试结果

2.2 漂珠颗粒级配对混凝土干密度的影响

从表5可以看出，当漂珠的级配为2.36～4.75 mm时，混凝土干密度最小，为372 kg/m3。当漂珠的级配为0.01～0.15 mm时，混凝土干密度最大，为421 kg/m3。随着漂珠粒径的减小，混凝土干密度不断增大。6组试块中漂珠的掺量一样，所以相同体积的漂珠，其颗粒数量随着级配的减小而增多，同时其颗粒之间的空隙也减小，进而混凝土干密度变大。

2.3 漂珠颗粒级配对混凝土工作性能的影响

由表5可以看出，当漂珠的级配为2.36～4.75 mm时，混凝土坍落度最大，为218 mm。当漂珠的级配为0.01～0.15 mm时，混凝土坍落度最小，为160 mm。保温混凝土的坍落度随着漂珠粒径的减小而降低。

保温混凝土实验室配合比设计中漂珠掺量相同。对于相同体积的漂珠，随着其粒径的减小，漂珠数量越来越多，其比表面积也越来越大，漂珠的吸水率也随之增大，这样保温混凝土中的游离水就会减少，混凝土的坍落度减小。

由表5可知，当漂珠级配为2.36～4.75 mm时，保温混凝土的离析和泌水现象较严重，当漂珠级配为0.01～0.15 mm时，保温混凝土基本无离析和泌水现象。保温混凝土随着漂珠级配的减小，其离析和泌水现象从严重到无，其粘聚性和保水性也越来越好。

漂珠粒径的减小可以补充混凝土中的细颗粒，从而很好地改善混凝土的级配，使固体表面积与水体积的比例增大，进而减少离析和泌水，这样保温混凝土中在振捣密实过程中，漂珠不易上浮，所以保温混凝土的粘聚性和保水性也逐渐变好。

2.4 漂珠颗粒级配对混凝土抗压强度的影响

从表5可知，当漂珠级配为2.36～4.75 mm时，保温混凝土的28 d抗压强度最小，为28 MPa，当漂珠的级配为0.01～0.15 mm时，保温混凝土的28 d抗压强度最大，为43.4 MPa。

保温混凝土的抗压强度随着漂珠级配的减小而提高，分析其原因有2点：（1）相同掺量下，随着漂珠级配的减小，其数量越来越多，比表面积也越来越大，吸水率也随之增大，保温混凝土的标准稠度用水量减小，其内部游离的水分减少，相当于保温混凝土的水胶比减小，进而其抗压强度提高。（2）由于微集料效应，漂珠的级配越小，其细小颗粒一方面会填充于砂子和水泥颗粒之间，很好地改善混凝土的级配；另一方面，细小的漂珠颗粒填充于界面的空隙之中，使混凝土的空隙减小，其结构和界面更加密实，从而提高了混凝土的抗压强度。

2.5 漂珠颗粒级配对混凝土导热系数的影响

从表5可以看出，当漂珠级配为0.3～0.6 mm时，保温混凝土的导热系数最小，为0.35 W/（m·K），当漂珠级配为0.01～0.15 mm时，保温混凝土的导热系数最大，为0.45 W/（m·K）。P1～P6号保温混凝土的导热系数随着漂珠级配的减小呈现先减小后增大的趋势。

漂珠是一种薄壁中空的结构，随着漂珠级配的减小，相同体积下，其颗粒数量增加，中空结构的表面积增大，导致保温混凝土内部孔隙率增大，进而使其导热系数减小，保温性能提高。当漂珠级配为0.3～0.6 mm时，其导热系数达到最低。当漂珠粒径进一步减小时，虽然漂珠为中空结构，但是其内部空气含量相比于粒径较大的漂珠急剧减少，同时其颗粒粒径的减小致使混凝土的级配改善，使混凝土更加密实，混凝土空隙率降低，故保温混凝土的导热系数增大，保温性能下降。P1和P6号保温混凝土的导热系数分别为0.42和0.45 W/（m·K），相对于其它保温混凝土偏高，分析其原因可能是P1号保温混凝土中漂珠粒径偏大，在搅拌过程中造成了部分颗粒的破碎。P6号保温混凝土中漂珠由于其粒径过小，其中掺杂微粒土较多，导致实际掺加入混凝土中漂珠量减少。综合以上分析，选取级配为0.3～2.36 mm的漂珠时保温混凝土的保温性能最佳。

3 结论

（1）混凝土干密度随漂珠粒径的减小而增大。

（2）随着漂珠粒径的减小，保温混凝土的坍落度降低，离析现象逐渐变好，粘聚性和保水性也越来越好。

（3）保温混凝土的抗压强度随着漂珠粒径的减小而提高。当漂珠的粒径为0.01～0.15 mm时，保温混凝土的28 d抗压强度最大，为43.4 MPa。

（4）保温混凝土的导热系数随着漂珠粒径的减小呈现先减小后增大的趋势。当漂珠的级配为0.3～0.6 mm时，保温混凝土的导热系数最小，为0.35 W/（m·K）。

（5）在满足保温混凝土拌合物工作性能、抗压强度和导热系数的前提下，选取级配为0.3～2.36 mm的漂珠可使保温混凝土的综合性能最优。

[1]黄浩楠.无机保温砂浆配制及性能研究[D].长沙：湖南大学，2009.

[2]王贵军，樊洪斌，宋六九，等.玻璃微珠在复合材料中的应用[J].纤维复合材料，2001（3）：11-12.

[3]徐风广.漂珠的物性研究及与原始粉煤灰的比较[J].煤炭科学技术，2002（9）：49-52.

[4]杨赞中，刘玉金，杨赞国，等.热电厂粉煤灰漂珠的物化性能及应用[J].建材技术与应用，2002（6）：13-16.

[5]米文瑜．粉煤灰对高性能混凝土工作性的影响研究[J]．煤炭科学技术，2007（7）：77-79．

[6]Stark U，Mueller A.The influence of particle shape and particle size on the work-ability properties of SCC mortars[J].ZKG International，2007，60（6）：84-93.

Experimental study on the influence of gradation of floating bead on performance of insulation concrete

WANG Lidong，LI Zhu，ZHAO Lin，WANG Zhenming
（College of Architecture and Civil Engineering，Taiyuan University of Technology，Taiyuan 030024，China）

By floating bead as raw material，insulation concrete is prepared based on C35 insulation concrete benchmark mix ratio.Work performance，mechanical properties and thermal properties of the mixture are tested and analyzed respectively.The results show that，when the gradation of floating bead is 0.01～0.15 mm，28 d compressive strength of the insulation concrete is the maximum of 43.4 MPa.When the gradation is 0.3～0.6 mm，thermal conductivity of insulation concrete is the minimum 0.35 W/（m· K）.A selection of gradation of 0.3～2.36 mm floating bead can make the optimal comprehensive performance of the insulation concrete.

gradation of floating bead，glazed hollow beads，slump，compressive strength，thermal conductivity

TU528.2

A

1001-702X（2016）09-0102-03

国家自然科学基金项目（51308371）；山西省科技攻关项目（20150313014-1）

2016-03-21

王利东，男，1991年生，山西忻州人，硕士研究生。