引言陶粒是一種陶質(zhì)的顆粒，外觀大部分呈圓形或橢圓形，而陶粒混凝土是以陶粒代替石子作為混凝土骨料的一種新型綠色工程建筑材料，以黏土和亞黏土作為主要原料，經(jīng)過加工、燒結(jié)等工藝方法制備而成，5mm以上的輕粗骨料稱為黏土陶粒，粒徑＜5mm的輕細(xì)骨料被稱為黏土陶砂[1-3]。陶粒重量較輕，這使得整個建筑物自重較傳統(tǒng)混凝土材料更輕，減少基礎(chǔ)載荷；并且其保溫能力、抗?jié)B性、耐久性、耐火性、施工適應(yīng)性均較好[4]。隨著大家對保護(hù)環(huán)境意識的不斷提高，人們對環(huán)境友好型混凝土材料日益增長的需求也促進(jìn)了陶粒材料的產(chǎn)量增加[5]，陶粒正從傳統(tǒng)的黏土、頁巖逐漸向玻璃鋼渣、工業(yè)廢物和污泥等廢料合理利用的環(huán)保方向上靠攏，所以合理有效地利用工業(yè)廢渣也成為當(dāng)前環(huán)保節(jié)能減排的趨勢[6-8]。本文利用玻璃鋼廢渣和粉煤灰工業(yè)廢渣制備高強(qiáng)陶粒，制備的陶粒密度為1600～2000kg/m3，直徑為1～2cm，吸水率≤15%，同時這種高強(qiáng)度的輕骨料陶粒混凝土的抗壓強(qiáng)度不低于35MPa。通過研究煅燒溫度、保溫時間、各組分摻量對陶粒性能的影響，進(jìn)行了以正交試驗確定最佳強(qiáng)度的高強(qiáng)陶粒試驗，同時攪拌多組高強(qiáng)陶粒輕骨料混凝土，觀察骨料在混凝土中的浮沉狀況以尋求性能最合適的陶粒，取代傳統(tǒng)石子，從而獲得質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、保溫隔熱等優(yōu)良性能的陶粒；并對混凝土進(jìn)行了研究，確定了高強(qiáng)陶粒在混凝土中的摻量，從而獲得滿足建筑需求的最優(yōu)的混凝土材料。

1、試驗部分

1.1原材料水泥：冀東水泥廠生產(chǎn)的P·O42.5普通硅酸鹽水泥。粉煤灰：北京建筑工業(yè)集團(tuán)生產(chǎn)的Ⅱ級粉煤灰。玻璃鋼渣：衡水恒潤集團(tuán)有限公司生產(chǎn)。砂：盤錦顧宇標(biāo)準(zhǔn)砂公司生產(chǎn)的中國ISO標(biāo)準(zhǔn)砂，每袋質(zhì)量為（1350±5）g。石子：河北唐山眾信砂石料有限公司生產(chǎn)，粒徑2～5cm，含泥量3%，含水量5%。水：自來水。水泥和粉煤灰的化學(xué)組成見表1。表1水泥、粉煤灰的化學(xué)組成%1.2

主要試驗儀器陶粒試驗：NJ-160A型水泥凈漿攪拌機(jī)、GL101A-3型電熱鼓風(fēng)干燥箱，ALH-Z2計數(shù)電子秤天平，SXP-7-13型箱式電阻爐高溫爐；混凝土試驗：NJ-160A型水泥凈漿攪拌機(jī)、JSJ-6300型混凝土攪拌機(jī)、100mm×100mm×100mm試模、DYEG-1200型數(shù)字式壓力試驗機(jī)、GL101A-3型電熱鼓風(fēng)干燥箱，ALH-Z2計數(shù)電子秤天平。1.3試驗方法1.3.1陶粒試驗（1）煅燒溫度設(shè)定為1120℃、1140℃、1160℃、1180℃、1200℃，保溫時間固定為20min，利用粉煤灰（粉煤灰摻量100%）作為原料制備陶粒，成球工藝選用手工成球，確定最優(yōu)煅燒溫度范圍。（2）煅燒溫度固定為（1）中的最優(yōu)值1160℃，保溫時間設(shè)定為20、30、40、50、60min，利用粉煤灰（粉煤灰摻量100%）作為原料制備陶粒，成球工藝選用手工成球，確定最優(yōu)保溫時間。（3）煅燒溫度固定為（1）中最優(yōu)值1160℃，保溫時間固定為（2）中最優(yōu)值20min，玻璃鋼廢渣粉按質(zhì)量摻量為5%、10%、20%、30%，成球工藝選用手工成球。1.3.2混凝土試驗標(biāo)準(zhǔn)砂和石子在使用前需要置于恒溫干燥箱中烘干12h以上，陶粒在使用前需要泡水24h，并保證陶粒表面呈飽和面干狀態(tài)。依據(jù)JGJ55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計計算，配合比按照C50混凝土進(jìn)行設(shè)計，參照GB5696—2006《預(yù)應(yīng)力混凝土管》，保證脫模強(qiáng)度不低于35MPa。計算出比較合適的混凝土配合比為：水泥∶水∶標(biāo)準(zhǔn)砂∶石子∶陶粒=1∶0.4∶2.05∶1∶1.25，圖1（a）、（b）為陶粒混凝土在水灰比為0.5時的拌合物及試塊成型，試塊表面未抹平時會出現(xiàn)如圖1（c）所示情況。由于陶粒的吸水率較高，試驗時需要先對陶粒進(jìn)行飽水處理，配合比計算時需扣除這部分水。圖1

水灰比為0.5的陶粒混凝土1.4性能測試方法根據(jù)GB/T14685—2011《建設(shè)用卵石、碎石》對陶粒的吸水率、壓碎指標(biāo)、表觀密度進(jìn)行測定。根據(jù)GB/T50080—2002《普通混凝土拌合物性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》，對混凝土的坍落度、抗壓強(qiáng)度、容重進(jìn)行測定。具體試驗測試和評價標(biāo)準(zhǔn)參照GB/T5696—2006《預(yù)應(yīng)力混凝土管》和實際工程需要。最終制備出符合工程需要的陶粒混凝土。2、結(jié)果與分析

2.12.1高強(qiáng)陶粒性能研究2.1.1煅燒溫度對陶粒性能的影響取保溫時間為20min，原料都是粉煤灰，手工搓球，制備成粒徑為1～2.5cm的陶粒，放置于烘箱中烘干12h，并取煅燒溫度1120、1140、1160、1180、1200℃，在高溫爐中燒制成型，冷卻后測試陶粒的性能，結(jié)果如圖2所示。圖2不同煅燒溫度對陶粒性能的影響由圖2可知，（1）陶粒的吸水率隨著溫度的增加而先變大后變小。當(dāng)煅燒溫度為1160℃時吸水率最高，達(dá)到了13.23%；當(dāng)煅燒溫度為1200℃時吸水率最低，為8.70%；煅燒溫度對吸水率的影響最大，但總體上沒有太大的變化。（2）隨著煅燒溫度的增加，陶粒的表觀密度先減小后增加再減小。當(dāng)煅燒溫度為1140℃，陶粒的表觀密度最小，為1430kg/m3；而當(dāng)煅燒溫度為1120℃時，表觀密度反而最大，達(dá)到了1710kg/m3；由此可見煅燒溫度對陶粒表觀密度影響最顯著。（3）當(dāng)煅燒溫度為1140℃時，陶粒的體積最大的，為72cm3；當(dāng)煅燒溫度為1120℃時，陶粒的體積最小，為43cm3，比最大時減小了40.28%；由于試驗所得陶粒比較少，可以認(rèn)為總體上陶粒的體積隨煅燒溫度的變化不顯著，分析原因可能是煅燒溫度過低時，表層陶粒會產(chǎn)生未燒結(jié)充實的現(xiàn)象，當(dāng)煅燒溫度過高時，會產(chǎn)生表層陶粒焙燒成大塊的現(xiàn)象[9]。2.1.2保溫時間對陶粒性能的影響取煅燒溫度為1160℃，原料為純粉煤灰，手工搓球，制備成粒徑為1～2.5cm的陶粒，放置于烘箱中烘干12h，并取保溫時間為20、30、40、50、60min于高溫爐中燒制成型，冷卻后測試陶粒的性能，結(jié)果如圖3所示。圖3不同保溫時間對陶粒性能的影響由圖3可知，（1）陶粒的吸水率隨著保溫時間的增加而先減小后增加，當(dāng)保溫時間為20min時，吸水率最高，達(dá)到了13.23%；當(dāng)保溫時間為40min時，吸水率最低；保溫時間對吸水率的影響最大。（2）隨著保溫時間的增加，陶粒的表觀密度先變小后變大，保溫時間為40min時，陶粒的具有最小的表觀密度，為1500kg/m3；當(dāng)保溫時間為50min時，表觀密度最大，達(dá)到了1740kg/m3；由此可見保溫時間對陶粒表觀密度影響最大。（3）當(dāng)保溫時間為40min時，陶粒的體積最大；當(dāng)保溫時間為60min時，陶粒的體積最小；由于試驗所得陶粒比較少，可以認(rèn)為總體上陶粒的體積隨煅燒溫度的變化不顯著。2.1.3玻璃鋼渣摻量對陶粒性能的影響玻璃鋼摻量取5%、10%、20%、30%，手工搓球，制備成粒徑為1～2.5cm的陶粒，放置于烘箱中烘干12h，并取煅燒溫度為1160℃，保溫時間20min，于高溫爐中燒制成型，冷卻后測試陶粒性能，結(jié)果如圖4所示。圖4不同玻璃鋼摻量對陶粒性能的影響由圖4可知，（1）陶粒的吸水率隨著玻璃鋼摻量的增加而先變小后變大。當(dāng)玻璃鋼摻量為30%時，吸水率最高，達(dá)到了20.00%；當(dāng)玻璃鋼摻量為10%時，吸水率最低，為14.56%；因此玻璃鋼摻量對吸水率的影響最顯著，但總體上沒有太大的變化。（2）隨著玻璃鋼摻量的加大，陶粒的表觀密度呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢。當(dāng)玻璃鋼摻量為20%和30%時，兩者的陶粒的表觀密度最小，均為1530kg/m3；當(dāng)玻璃鋼摻量為10%時，陶粒的表觀密度最大，達(dá)到了1640kg/m3，比最小增加了7.19%，此時玻璃鋼摻量對陶粒表觀密度影響最顯著。（3）當(dāng)玻璃鋼摻量為30%時，陶粒的體積最大，達(dá)到了62cm3；當(dāng)玻璃鋼摻量為5%時，陶粒的體積最小，為52cm3，比最大時減小了16.67%；由于試驗所得陶粒比較少，可以認(rèn)為總體上陶粒的體積隨煅燒溫度的變化不顯著。2.2陶粒混凝土性能研究2.2.1水灰比對混凝土性能的影響水泥取3.6kg，標(biāo)準(zhǔn)砂取7.389kg，陶粒取8.1kg，水灰比為0.4、0.45、0.5，水分別取1.8、1.62、1.44kg進(jìn)行攪拌，首先將水泥放在100mm×100mm×100mm模具內(nèi)，然后將形成的試塊在室溫下養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期，再用壓力試驗機(jī)測量，結(jié)果如圖5所示。圖5不同水灰比對混凝土性能的影響由圖5可知，隨著水灰比的增大，試塊的抗壓強(qiáng)度先減小后增加。同時，隨著水灰比的變大，混凝土的坍落度也會變大。由此可見，水灰比越大，容易產(chǎn)生離析和泌水的現(xiàn)象，會降低膠體與骨料的粘結(jié)力，使得攪拌的混凝土的稠度比較低，整體的流動性越大，加大了施工難度，同時漿體凝結(jié)硬化后的密實性也會下降，嚴(yán)重影響混凝土強(qiáng)度[10]。2.2.2陶粒摻量對混凝土性能的影響水泥取3.6kg，標(biāo)準(zhǔn)砂取7.389kg，水灰比為0.4，陶粒摻量分別取0、2.7、4.5kg進(jìn)行攪拌，再將水泥放在100mm×100mm×100mm模具內(nèi)，形成的試塊在室溫下規(guī)定齡期后用壓力試驗機(jī)測量，結(jié)果如圖6所示。圖6不同陶粒摻量對混凝土性能的影響由圖6可知，隨著陶粒摻量的增加，會對混凝土的塌落度、抗壓強(qiáng)度以及容重產(chǎn)生顯著的影響。（1）陶粒摻量越大，攪拌所得混凝土的稠度降低，流動性增大。摻量在0和2.7kg時坍落度由2.3cm增加到4.2cm，變化不大，但是當(dāng)摻量增加到4.5kg時，塌落度增大較為顯著，為18.5cm，此時會產(chǎn)生離析現(xiàn)象，漿體凝結(jié)硬化后的密實性也會下降，從而影響混凝土的質(zhì)量。（2）隨著陶粒摻量的增加，試塊的抗壓強(qiáng)度先變小后增大。陶粒摻量由0增加到2.7kg時，抗壓強(qiáng)度從47.76MPa降低至36.67MPa，摻量增至4.5kg時抗壓強(qiáng)度再次增加到52.36MPa，摻量為4.5kg時展現(xiàn)出最佳抗壓強(qiáng)度。可見水泥需要適量的水灰比來維持較好的性能。（3）隨著陶粒摻量的增加，試樣容重逐漸減小，與陶粒摻量呈負(fù)相關(guān)變化。結(jié)合抗壓強(qiáng)度、容重與坍落度的影響得知，不同陶粒摻量（不同水灰比）對混凝土性能產(chǎn)生不同影響。當(dāng)水灰比為0.5時，混凝土具有較好的性能；水灰比過大導(dǎo)致混凝土流動性較大，容易泌水，產(chǎn)生離析現(xiàn)象影響混凝土的強(qiáng)度；水灰過小，造成混凝土流動性較差，混凝土振動過程非常困難，不利于現(xiàn)場施工和運輸，質(zhì)量難以得到保證。同時，混凝土的孔隙結(jié)構(gòu)也受水灰比影響較大，當(dāng)水泥使用量達(dá)到一定程度時，由于水灰比的增加，混凝土的孔隙率變大，膠體和骨材的粘附力就會下降，混凝土的各方面力學(xué)性能都會下降。此外陶粒粒徑增大，級配變差，單級配也會引起混凝土的分離現(xiàn)象。因此，陶粒和石頭的合理混合有助于發(fā)揮混凝土的性能優(yōu)勢。結(jié)論

（1）保溫時間和玻璃鋼渣摻量一定時，陶粒的吸水率受煅燒溫度的影響較小，但表觀密度會隨著煅燒溫度的增加呈現(xiàn)先減小后增加的趨勢。表觀密度和吸水率對陶粒性能的影響不同，溫度為1160℃時陶粒的性能較為理想。陶粒表面產(chǎn)生了輕微的氣孔會比較粗糙，其比表面積也會隨之增加，因此密度比偏高，硬度適中。（2）保溫時間會同時