陶粒混凝土流动性的研究进展

陈圆飞，张彧铭，叶永健，刘 琼，周观钟

(1. 绍兴文理学院元培学院， 浙江绍兴 312000；2. 绍兴文理学院土木工程学院， 浙江绍兴 312000)

在经济、环保和性能等方面具有良好优势的陶粒混凝土，广泛应用于桥梁、高层建筑、大跨度空间的结构中[1-3]。而陶粒的颗粒密度较小，具有较高的吸水率。陶粒在混凝土在拌合施工过程中会不断地吸水，容易出现分层离析，对陶粒混凝土的工作性能造成不利的影响[4]。本文对陶粒陶粒混凝土流动性的研究现状进行了总结和分析，为陶粒混凝土的应用和发展提供依据。

1 最大粒径对陶粒混凝土的影响

陶粒的粒径大小对陶粒混凝土的流动性能有一定的影响。王彦[5]采用最大粒径为 31.5 mm 和 20 mm 的陶粒配制陶粒混凝土，最大粒径为31.5 mm的陶粒比最大粒径为20mm的陶粒，密度分层度高了2 %，质量分层度高了6 %。檀春丽[6]研究发现陶粒最大粒径从12 mm增加至31.5 mm，明显增加了密度分层度和质量分层度。陈连发[7]等对铁板砂岩陶粒混凝土的研究发现随着陶粒粒径的加大，陶粒的上浮速度增加，陶粒的匀质性明显降低，陶粒的最大粒径应选择一个最佳范围。

2 砂率对陶粒混凝土性能的影响

砂率是陶粒混凝土的流动性的重要因素。合理的砂率有利于改善陶粒混凝土的工作性能，提高混凝土稳定性和强度[5]。郑秀华等[8]研究发现陶粒的流动性随着砂率的增加而增加， 但当达到的某一个值时，就会有所降低。刘哲[9]的研究中，砂率从 25 %增加到 38 %时，坍落度也从 118 mm 增加到了 262 mm，砂率继续增加时坍落度增长不明显，且有降低。李崇智等[10]对不同砂率混凝土性能进行了研究，砂率为44 %时的陶粒出现裸露的状况，而当砂率为47 %时，坍落度为240 mm，包裹性能较好，随着砂率的继续上升至50 %时，陶粒混凝土的性能较差。增加砂率虽然能够提高陶粒混凝土的强度和弹性模量，但水泥砂浆的黏度也会增加，陶粒与水泥砂浆之间的密度差和内部摩擦也会随之增加，工作性能也就减弱了。因此，选择最佳砂率才能提高混凝土的工作性能(图1)。

图1 砂率对陶粒混凝土性能的影响

3 矿物掺合料对陶粒混凝土性能的影响

矿物掺合料是泵送混凝土非常重要的材料之一。矿物掺合料可以改变陶粒陶粒与水泥水泥浆体之间的密度差，从而改变陶粒混凝土的工作性能。从表1可知，粉煤灰对陶粒混凝土的流动性的影响是最为显著的，混凝土的流动性随着粉煤灰的掺量增加而增大。磨细矿粉的影响较小，当掺入量为20 %以内，混凝土的流动性增长了5 %，当掺入量为20 %以上时，混凝土的流动性降低了5 %。硅灰的掺量在4 %时，陶粒混凝土流动性有所提高。硅灰的掺量在4 %以上时，混凝土的坍落度降低，当硅灰掺量达到12 %时，混凝土坍落度急剧下降，此时陶粒混凝土的粘稠度较大，无法满足泵送施工要求。粉煤灰与磨细矿粉复掺在一定程度上也可以提高陶粒混凝土的流动性，以粉煤灰掺量为10 %，磨细矿粉掺量为20 %时，流动性最为理想。

4 外加剂对陶粒混凝土性能的影响

4.1 减水剂对陶粒混凝土性能的影响

外加剂的掺入可以提高陶粒混凝土的流动性、和易性和匀质性。由表2可知，减水剂能有效提高陶粒混凝土的流动性。其原因是高效减水剂将水泥水化反应的产物分散成絮状结构，释放絮状结构中的游离水，对混凝土拌合物中有润滑作用[5]。陶粒混凝土中的陶粒有吸水作用，加上陶粒中的毛细孔隙内表面吸附作用，往往会削弱了减水剂的塑化效果。适当掺入增稠剂可以改善陶粒混凝土的流动性，但随着其掺量的增加，混凝土的稠度增加，流动性降低。此外，计亦奇等[11]对用木钙溶液减水剂掺入混凝土拌合物的时间不同测试了其坍落度的损失值。结果显示陶粒混凝土的坍落度损失值比卵石混凝土的坍落度损失值要高得多。

表1 矿物掺合料对陶粒混凝土性能的影响

表2 外加剂对陶粒混凝土流动性影响

4.2 引气剂对陶粒混凝土性能的影响

在混凝土土中掺入引气剂产生大量的小气泡。类似滚珠的气泡在混凝土的拌合物中具有润滑作用而减少离析和泌水现象，从而提高混凝土的流动性和均匀性。陈连发等[7]的试验中，引气剂掺量由 0 增加到 0.05 %，铁板砂岩陶粒混凝土的陶粒分层度从15.2 %降到5.8 %，引气剂掺量增加到 0.10 %后，陶粒分层度反而增加至15.5 %。而不同掺量的引气剂拌制的铁板砂岩陶粒混凝土的坍落度均在200 mm以上。这也说明了引气剂对陶粒混凝土的坍落度影响不大。

5 胶凝材料用量对陶粒混凝土性能的影响

胶凝材料的用量直接影响了混凝土集料的包裹程度，进而影响了混凝土的工作性能。李崇智等[10]研究发现胶凝材料用量为500 kg/m3时，混凝土包裹性较差，浆体体积较少，陶粒裸露情况较严重，陶粒混凝土的坍落度和扩展度均较小；当胶凝材料用量为550 kg/m3和600 kg/m3时，工作性指标均满足泵送要求。而在胶凝材料用量为600 kg/m3时，陶粒混凝土浆量过多，成型时有泌浆分层现象。因此，确定胶凝材料最佳用量为550 kg/m3。陈连发等[7]研究结果显示，铁板砂岩陶粒混凝土在拌制过程中可以通过增加胶凝材料用量来降低陶粒的上浮和分层离析。胶凝材料用量在540 kg/m3时，铁板砂岩陶粒混凝土泌水度、分层度以及流动度最为理想。

6 预湿时间对陶粒混凝土的影响

具有多孔性的陶粒在拌制过程中吸收混凝土内的水，减低了水灰比不利于陶粒混凝土的水化反应。陶粒的预湿处理可以减少其在混凝土拌和过程中水的吸收量，有益于陶粒混凝土的流动性。由表3可知，预湿处理之后减少了陶粒混凝土的坍落度的经时损失，流动性明显的提高。破碎陶粒的预湿处理后流动性能力提高的效果优于非破碎陶粒。预湿处理0.5 h、1 h的陶粒拌制成混凝土的2 h后坍落度值分别提高了175 %、230 %，说明预湿处理对陶粒混凝土流动性的保持能力也有明显的提高。

此外，檀春丽[6]对粉煤灰陶粒研究中发现预湿处理的陶粒拌制的混凝土随着预湿时间的增长，其坍落度和扩展度的经时损失越小，而未预湿处理陶粒拌制的混凝土经时损失较大。而在陈连发[2]等的研究结果显示铁板砂岩陶粒预吸水时间对混凝土工作性能影响较小，预湿1 h 几乎就使铁板砂岩陶粒颗粒达到饱和状态，坍落度几乎没有改变。

表3 陶粒的预湿处理对陶粒混凝土的流动性影响

7 结论

综上所述，陶粒的粒径、砂率、矿物掺合料、外加剂、胶凝材料用量、预湿时间在一定程度上都会影响陶粒混凝土的流动性。其中，骨料的粒径、粉煤灰、减水剂对陶粒混凝土的流动性影响较为显著。选择合理的砂率可以有效的提高陶粒混凝土的流动性。综合分陶粒混凝土流动性的研究现状，发现仍存在一些问题亟待解决：

(1)文献中矿物掺合料和外加剂的种类较少，得出的结果不够全面。

(2)目前的研究主要以试验研究为主，理论分析不够深入，试验分析的因数组数值较少，反映的结果不够全面。