轻质陶粒

轻质陶粒（精选6篇）

轻质陶粒 篇1

赤泥是氧化铝工业的固体废渣,每生产1 t氧化铝大约排出1 t~2 t赤泥。目前我国赤泥年排放量超过5 000万t[1]。大量闲置堆存的赤泥不仅占用土地,而且污染周边环境,阻碍了铝工业的可持续发展。

轻质陶粒作为一种轻集料,具有保温隔热性能好、堆积密度低、吸声隔声、耐腐蚀、耐高温,可用于生产新型墙体材料。轻质陶粒结构形成过程是在高温下,由按一定比例配置的原料(包括赤泥、粉煤灰等)发生一系列化学反应而使坯体具有一定粘度,原料内部释放出气体,气体在液相中膨胀形成多孔轻质陶粒结构[2]。赤泥由于比表面积大、孔结构多、塑性较高,可用于生产多孔轻质陶粒。谢襄漓、王林江[3]等以赤泥为主要原料制备了烧胀陶粒,并分析了其微结构特征。尹国勋、邢明飞[2]等利用赤泥制备了轻质陶粒,并探讨了赤泥陶粒的制备技术方法和制备条件。在前期研究的基础上,本文以赤泥、粉煤灰、膨润土为主要原料,通过加入成孔剂来制备赤泥轻质陶粒,并探究成孔剂掺量对赤泥轻质陶粒性能的影响。

1 原材料

1.1 赤泥

选自山东某铝厂排放的赤泥,主要化学组成如表1所示。

1.2 粉煤灰

采用山东某热电厂Ⅱ级粉煤灰,主要化学组成如表2所示。

1.3 膨润土

购于济南某化工厂,潍坊华龙膨润土有限公司生产,淡黄色,主要化学组成如表3所示。

1.4 成孔剂

为自行配制的复合碳质材料,其在高温下发生反应放出气体,可以使陶粒内部形成多孔结构。

1.5 稳泡剂

自制,可在高温下提高熔体粘度。

2 试验

将赤泥、粉煤灰以及膨润土分别粉磨后过100目筛,按试验原料配比均匀混合,加入成孔剂、稳泡剂和适量的水搅拌并制成直径为5 mm~15 mm的陶粒样品,放入105℃干燥箱中干燥2 h后,置于450℃马弗炉中保温15 min,再以15℃/min的升温速率升温至1 150℃,并保温25 min,然后在空气中冷却,制得赤泥轻质陶粒。试验原料配比如表4所示。

分别掺加成孔剂0%、2%、4%、6%、8%,并制成试样A0、A1、A2、A3、A4,通过试验确定最佳成孔剂掺量。

3 试验结果与讨论

根据国标GB/T 17431.1-1998《轻集料及其试验方法》分别测试试样A0、A1、A2、A3、A4的表观密度、堆积密度、筒压强度和吸水率,实验结果如表5所示。

由表5可以看出,当成孔剂掺量由0%增加到8%时,陶粒的表观密度由1 478 kg/m3降低到623 kg/m3,堆积密度由1 263 kg/m3降低到433 kg/m3,筒压强度由9.3 MPa降低到1.9 MPa,吸水率由2.8%增加到15.6%。这是因为在高温烧结阶段,坯体产生足够多的液相,液相将成孔剂反应放出的气体包裹起来,形成以封闭气孔为主的孔结构,而且孔间壁致密,保证陶粒具有较高的筒压强度。随着成孔剂掺量的增加,陶粒内部孔结构增多,使表观密度降低;另一方面,孔结构增多使得陶粒孔隙率增加,内部烧结体不密实,筒压强度下降;再者,在高温烧结时,有一部分未被液相包裹起来的气体溢出,使得陶粒表面存在许多微小孔隙,成孔剂掺量越多,表面微小孔隙数越多,陶粒吸水率越高。当成孔剂掺量为8%时,筒压强度小于2.0 MPa,吸水率大于15%,不符合国标GB/T 17431.1-1998《轻集料及其试验方法》有关轻质陶粒的要求。综合以上分析,当成孔剂掺量为6%时,制得的轻质陶粒密度较低,筒压强度和吸水率满足要求。

陶粒试样A3破坏断口处的SEM图像如图1所示。从图中可以看出,在陶粒体系内部,气孔分布比较均匀,形状不规则,孔径大小不均匀,以封闭气孔为主,也存在少量开放气孔。同时,陶粒内部气孔间壁致密,使陶粒具有一定强度。这是由于在高温烧结过程中,稳泡剂可以与硅氧四面体连接生成连续网络,使熔体粘度提高。这有利于稳定气泡,使成孔剂反应形成的气孔相互独立且分布均匀,形成封闭气孔。另外气孔形状不规则,可能是由于在烧结过程中,坯体受热不均匀,导致熔体粘度有大有小,使气体膨胀时形成不规则气孔。成孔剂掺量过多会导致放出的气体过多,使气孔相互连通形成开放气孔过多。开放气孔对陶粒的筒压强度和吸水率不利,使陶粒筒压强度降低,吸水率增加。

4 结论

随着成孔剂掺量的增加,陶粒内部气孔数量增加,试样的表观密度、堆积密度和筒压强度均逐渐减小,吸水率逐渐增大。

当成孔剂掺量为6%时,陶粒内部气孔分布比较均匀,形状不规则,孔径大小不均匀,以封闭气孔为主,也存在少量开放气孔,同时,陶粒内部气孔间壁致密,试样性能最佳,其表观密度为731 kg/m3,堆积密度为547 kg/m3,筒压强度为3.3 MPa,吸水率为9.7%。

摘要：以赤泥、粉煤灰、膨润土为主要原料,掺加一定量的成孔剂和稳泡剂,通过烧结工艺制备了赤泥轻质陶粒。研究了成孔剂掺量对赤泥陶粒性能的影响。利用扫描电子显微镜对赤泥轻质陶粒进行了微观形貌分析。结果表明,当成孔剂产量为6%时,最佳试样的表观密度为731kg/m3,堆积密度为547kg/m3,筒压强度为3.3MPa,吸水率为9.7%。

关键词：赤泥,轻质陶粒,成孔剂

参考文献

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[2]尹国勋,邢明飞,余功耀.利用赤泥等工业固体废物制备陶粒[J].河南理工大学学报,2008,27(4).

[3]谢襄漓,王林江,赵建新等.烧胀赤泥陶粒的制备[J].桂林工学院学报,2008,28(,2).

污泥烧制轻质陶粒技术应用前景 篇2

目前主要的污泥处置方法有土地利用、卫生填埋、焚烧处理和水体消纳等几种。土地利用存在重金属污染的风险;卫生填埋对污泥的土力学性质要求较高, 且需要进行预干燥和地基防渗处理;焚烧因其高昂的能耗和处理费用而不能广泛应用。可见, 开发高效环保的污泥处理处置方法显得刻不容缓。

污泥陶粒是以污水厂的污泥为主要原料加以一定量的辅料、外加剂, 经造粒、焙烧而成的一种建材, 陶粒作为一种轻骨料, 具有密度小、强度高、保温、隔热性能好的优点, 近年来得到了迅速发展, 在高层建筑、公路桥墩、海运码头、保温隔热、环保滤料等方面已开始广泛使用, 并已得到市场的接受。污泥烧制陶粒可以大量的消耗脱水污泥, 不但处理成本大大低于焚烧法, 而且可以避免污泥二次污染, 尤其符合我国固废处理的无害化、减量化和资源化原则将有广阔的发展前景。

本文在介绍了国内外污水厂污泥制轻质陶粒研究现状的基础上, 以广东某污泥制轻质陶粒为例, 从陶粒制备工艺、污染物防治措施, 以及经济环境效益等方面探讨了污泥制轻质陶粒的可行性及应用前景。

1 污泥烧制陶粒国内外的研究现状

1.1 国外研究现状

污泥陶粒最早由Nakouzi等提出, 认为污泥掺加辅料后, 经造粒、焙烧可成为一种合格的建材 (NakouziS, et.al, 1998) 。日本在90年代初就提出利用污泥焚烧灰可以烧制水泥和轻质陶粒, 1994年美国威斯康辛建成世界上第一家利用城巿污泥生产陶粒的工厂, 年产量约10万m3, 主要集中在对污泥焚烧飞灰的利用 (Tay J H, et.al, 2002;JordanMM, et.al, 2005) 。目前国外运用三页回转窑烧制陶粒技术上已经比较成熟, 也已尝试投入工业化生产。

1.2 国内研究现状

20世纪90年代以来, 我国学者也进行了大量污泥制轻质陶粒的研究, 并取得了一定的成果。

池长江等人在1995年以污泥为主要原料, 掺以粘土和少量固体燃料研制生产出污泥陶粒, 使污泥变废为宝, 有利于改善环境污染, 具有较好的社会效益和经济效益效益。

2009年清华大学金宜英对采用污水厂污泥制陶粒的烧结工艺及配方进行了研究, 结果表明, 烧结温度对陶粒性能影响最大, 而由于污泥本身熔点低, 具有助熔作用, 适宜的烧结温度与配方中污泥掺加量密切相关.最佳污泥烧制陶粒工艺条件为, 污泥最大掺加量80%, 350℃预热20min, 1060℃烧结15min。

2011年, 南京林业大学赵怡以城市污水处理厂的脱水污泥作为主要材料, 添加粘土和炉渣烧制陶粒滤料:结果表明陶粒烧制的最佳配比和工艺条件为:炉渣20%, 污泥50%, 粘土30%, 水38%, 预热温度400℃, 预热时间20min, 焙烧温度1000℃, 焙烧时间30min。

2012年, 安徽工业大学钱伟以湿态水处理污泥作为主要原料, 混合粉煤灰和集料尾泥制备了陶粒, 陶粒烧成过程模拟了回转窑工况条件。结果表明:当污泥掺入量较高时, 污泥中有机成分的高温分解使陶粒坯体有较强的烧胀作用。当陶粒坯体中污泥质量含量为50%、粉煤灰和集料尾泥分别为25%时, 1040℃短时烧结后的陶粒样品具有较为理想的轻集料性能, 其堆积密度为760kg/m3, 筒压强度为5.2MPa。浸出实验表明:随着污泥掺量的增加, 从陶粒中浸出重金属离子量的增加幅度较小。这说明陶粒结构对污泥中的重金属有较强的稳定和固定作用, 污泥陶粒的使用不会对环境造成二次污染。

2012年, 浙江大学章金骏以“污泥烧制陶粒的技术路径与控制因子研究”为题进行了博士论文研究, 结果认为污泥烧制轻质陶粒可行, 并建立了一套生活污泥低温干燥后烧制陶粒并最终建材化应用的处置工艺。

2 广东某污泥制陶粒企业运行情况

广东某污泥烧制陶粒项目, 以城市生活污水厂污泥、陶瓷抛光渣、印染污泥、造纸污泥粘土等混烧年产10万m3轻质陶粒, 设2条生产线, 日生产能力320m3, 单条窑日产160m3。总投资3500万元, 总占地7755m2。该项目2012年开始建设, 目前已投入试运行, 工况良好。

2.1 生产工艺

该项目采用回转窑焚烧工艺, 窑内成球方式。主要生产流程包括:污泥陈化、烧制、冷却和筛分等, 其流程示意图如下图1。

2.2 污染防治措施

回转窑烧制过程中会产生酸性气体、烟尘和二噁英等大气污染物, 该企业经过多方案比选, 采用“旋风除尘器+余热利用烘干系统+活性炭喷射+布袋除尘器+湿式洗涤塔 (加碱) +生物除臭”工艺处理。

从试运行的效果来看, 处理工艺可行。

2.3 经济效益分析

根据企业估计, 该项目正常投产后, 年销售收入约3000万元, 总成本费用约2200万元, 税后利润约为800万元, 投资收益率为23%左右, 具有较好的经济效益。

2.4 环境效益分析

该项目正常投产后, 每年消纳当地污泥20万吨, 大大减轻当地日益严峻的污泥处理问题, 同时缓解当地现存的利用粘土制造陶粒而造成的生态破坏。

污泥在烧制处理过程中, 大量病原菌被高温杀死, 且重金属固结在陶粒中, 消除了污泥农用过程中, 重金属从农产品进入食物链, 最终进入人体, 并在人体内富集的问题, 避免了二次污染的产生, 真正体现了固体废物处理的无害化、减量化、资源化原则, 环 (下转第121页) (上接第119页) 境效益显著。

3 结语

1) 陶粒作为轻集料的一大类, 是目前污泥轻集料制造的研究热点;

2) 从广东某污泥制陶粒项目的运行情况看, 利用污泥烧制陶粒技术上是可行的。

摘要：本文介绍了国内外污泥制轻质陶粒研究现状的基础上, 从陶粒制备工艺、污染防治措施、经济效益和环境效益等方面探讨了污泥制轻质陶粒的可行性和应用前景。

关键词：污泥,轻质陶粒,可行性

参考文献

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[2]池长江.生产垃圾陶粒和污泥陶粒的方法[P].中国:95101220, 1995.

[3]金宜英.采用污水厂污泥制陶粒的烧结工艺及配方研究[J].中国环境科, 2009.

[4]赵怡.污泥陶粒的制作及特性研究[J].广州化工, 2011.

[5]钱伟.水处理污泥陶粒的制备及其对重金属的固定[J].非金属矿, 2012.

轻质陶粒 篇3

陶粒是以黏土、亚黏土等为主要原料,经加工制粒、烧胀而成的,其粒径在5 mm以上的轻粗骨料,适用于保温、也可用于结构用轻骨料混凝土[1]。目前国内外对于煤矸石生产陶粒方面的研究比较多,但对于高岭土尾矿在陶粒方面生产应用的研究很少,而利用高岭土尾矿和煤矸石为原料烧制陶粒的研究尚未见报道。本课题以高岭土尾矿和煤矸石为原料生产轻质高强陶粒,实现了废弃物的综合利用,不仅具有重要的环保意义,而且生产的产品具有优异的性能。

1 试验

1.1 原材料

高岭土尾矿取自龙岩地区,为高岭土原矿水洗后的尾矿,含铝较原矿高,粒级较细;煤矸石取自龙岩地区,为页岩质黏土煤矸石。高岭土尾矿和煤矸石的化学成分见表1。

%

1.2 配方设计

根据里列和威尔逊提出适合烧成陶粒的黏土化学组成范围(如图1所示):Si O253%~79%,Al2O312%~26%,其它氧化物熔剂(Na2O+K2O+Ca O+Mg O+Fe2O3+Fe O)8%~24%[2]。

通过表1化学成分分析可知,高岭土尾矿的化学成分以Si O2和Al2O3为主,含量分别为73.93%和16.05%,其它氧化物熔剂成分较少,约为5.62%,高岭土尾矿的Si O2和Al2O3含量均在烧成陶粒化学组成范围,但氧化物熔剂含量略低于8%的要求,而煤矸石的氧化物熔剂含量约12.12%,在高岭土尾矿中掺入煤矸石,调整配比中混合料的化学成分,且高岭土尾矿作为黏土尾矿具有粒度细,表面积大,易于粘结的特点[3],保证了混合料具有足够的塑性制粒。根据初期试验的结果及原有资料的分析,设计高岭土尾矿和煤矸石的比例为0.6∶1,其混合料的化学成分如表2所示。

%

由于混合料中Si O2和Al2O3含量较高,要达到一定黏度,需要的温度也较高[4],因此,为了降低烧成温度,需要在混合料中加入一定量的助溶剂,根据已有的研究表明,一般K2O和Na2O的含量为2%~7%时,可以在较低的温度下与其它组分形成低共熔物,并能有效地扩大软化温度范围[5]。因此,本试验在混合料中分别加入1%、2%、3%、4%的分析纯氢氧化钾。

1.3 试样制备

将各种原料球磨破碎后过0.16 mm的方孔筛,在105℃下干燥后按m(高岭土尾矿)∶m(煤矸石)=0.6∶1的比例混合,加入适量的水混合均匀,手制成球直径在10~20 mm,成球后放入干燥箱,在温度105℃下烘干1~2 h。

1.4 烧成制度

陶瓷的烧结一般起始于称为泰曼(Tammann)温度处,即M.P.(熔点)×0.6,当温度达到M.P.×0.9时,烧结大致结束[6]。Ignacio Merino等提出最大烧结温度1200℃[7]。根据杨时元[8]的研究表明,陶粒的烧胀温度一般为1100~1180℃,而在试验室高温炉中的焙烧时间为8~12 min。由于本试验中混合料含有较高的Si O2和Al2O3,同时又加入了不同量的分析纯氢氧化钾作为助熔剂,为了更好地分析不同温度下保温时间对混合料烧成陶粒的影响,分别设定4个不同烧成温度1000、1100、1150、1200℃,保温时间分别为8、9、10 m、11 min。

本试验对氢氧化钾掺量、烧成温度以及保温时间3个因素设定4种水平,以筒压强度、堆积密度和吸水率作为指标,设计正交试验方案,因素水平表如表3所示。

1.5 试验方法

轻集料的筒压强度、吸水率、堆积密度试验按照GB/T17431.2—2010《轻集料及其试验方法第2部分:轻集料试验方法》进行。

2 试验结果分析

2.1 功效系数法分析

正交试验结果见表4,总功效系数的极差分析见表5。

由表4可知,第11号试样测试的总功效系数最大为0.863,相应的试验条件是A3B3C1,又由表5的极差R和K值可以看出,对于总功效系数d,因素的主次顺序为B>A>C,并且因素A、B、C比较好的水平是A3B3C1。

2.2 综合平衡法分析

综合平衡法分析则是将各考核指标按单一指标进行分析,然后再把各指标的计算分析结果综合平衡,得出结论,结果如表6所示。

由表6可知,影响筒压强度的因素主次顺序是B>C>A,简压强度越大越好,因此,因素A较好的水平是A2或A3,因素B较好的水平是B2或B3,因素C较好的水平是C3或C4;影响堆积密度的因素主次顺序是B>A>C,堆积密度则是越小越好,因此,因素A较好的水平是A3或A4,因素B较好的水平是B3或B4,因素C较好的水平是C1或C2;影响吸水率的因素主次顺序是B>A>C,吸水率则是越小越好,因此,因素A较好的水平是A3或A4,因素B较好的水平是B3,因素C较好的水平是C4。

通过结合功效系数法和综合平衡法分析可得出,对于A和B因素,较佳的水平分别为A3和B3,而对于因素C,功效系数法中,其R值为0.046,相对于其它2个因素影响较小;在综合平衡法中,因素C的水平对于筒压强度的影响较大,但对堆积密度和吸水率的影响较小,因此,结合2种分析法考虑宜选择C4为较佳水平。最后综合分析得出同时取得较高筒压强度、较低堆积密度和吸水率的最佳试验条件是A3B3C4,即氢氧化钾掺加量为3%,烧成温度为1150℃,保温时间11 min。在此工艺条件下制作陶粒试样,按GB/T17431.1—2010《轻集料及其试验方法第1部分:轻集料》测试各项性能,测试结果见表7。

2.3 SEM微观分析

烧胀陶粒的内部结构是由气孔和孔间壁2大部分构成。其气孔由发气原料焙烧时产生膨胀形成的,孔间壁由焙烧形成的玻璃体、莫来石晶体等构成[9]。通过图2的XRD射线分析可知,烧成陶粒成分以石英和莫来石为主。A3B3C4条件下陶粒的SEM照片见图3。

由图3(a)可以看出,在A3B3C4条件下烧成的陶粒孔隙多数细密且单独不连通。图3(b)可看出孔间壁相对密实,主要由无定形的硬质玻璃体和高硬度的莫来石构成,同时可通过图3(c)可看出,在陶粒表面具有一层硬厚瓷质,内外部的结构保证了生产出的陶粒既有较高的筒压强度,又有较低的堆积密度和吸水率。

3 结论

(1)以煤矸石、高岭土尾矿为主要原料,添加氢氧化钾为助熔剂,在烧成温度为1150℃,氢氧化钾掺量为3%,保温11min的条件下,可以烧制出800级的轻质高强陶粒,其各项性能指标符合GB/T 17431.1—2010中规定的人造高强轻粗集料的指标要求。

(2)烧成温度对高岭土尾矿-煤矸石烧制陶粒的性能指标影响大,添加适量的氢氧化钾对烧制的性能有所改善,而保温时间对于烧制陶粒的筒压强度影响较大,但对堆积密度及吸水率影响较小。

(3)高岭土尾矿-煤矸石烧制轻质高强陶粒的开发应用,为综合利用固体废弃物,尤其是更好地利用高岭土尾矿开辟了新的途径,所制得的产品性能优异,对龙岩地区煤矸石、高岭土尾矿废料的处理具有重要意义。

参考文献

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[2]赵连强,王忠英.粘土矿物在烧结粉煤灰陶粒中的应用研究[J].湖北地矿,1993(3):41-47.

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[4]李虎杰,陶军.煤矸石制备高强陶粒的试验研究[J].非金属矿,2010(5):20-22.

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[8]杨时元.陶粒原料性能及其找寻方向的探讨[J].建材地质,1997,93,(4):14-19.

轻质陶粒 篇4

1 混凝土基准配合比的设计

混凝土强度设计等级为CL20,按照国家相关标准规定,设计强度应为

fcu0=fcuk+1.645σ=20+1.645*=28.2MPa。

采用绝对体积法,设计混凝土的基准配合比为:W:C:S:TL=230:366:798:340

2 实验原料

P.0425水泥,龙岩十大牌;

高效泵送剂(TH-4),惠安胜石;

聚羧酸超高效减水剂(Point-S),厦门科之杰产;

陶粒(粒径5-20mm),上海;

细砂(细度模数2.0),闽江;

粉煤灰(2级)南埔电厂;

机制砂(2.5-5),港盈建材。

3 试验结果与讨论

3.1 粉煤灰掺量的确定

粉煤灰作为传统的矿物掺和料应用在混凝土中已经三十多年了[3],其品质及其均匀性是保证混凝土质量的前提。粉煤灰在高性能混凝土中的掺量,根据其品质、均匀性和混凝土设计要求的不同而适当调整[4]。

根据确定的CL20混凝土的基准配合比,按超量取代法用粉煤灰置换部分水泥,超量系数为1.5,经过抗压强度试验确定粉煤灰的最终掺量,试验配合比及结果见表1。

由表1可知,粉煤灰混凝土的抗压强度与测试龄期有着密切的关系,随着混凝土养护龄期的增加,混凝土的抗压强度也同步增长。由于粉煤灰的火山灰活性反应在水化后期才显示出来,故粉煤灰混凝土的早期强度发展缓慢,由上表可知粉煤灰混凝土的3d、7d抗压强度略低于不掺粉煤灰的基准混凝土;在水化后期,粉煤灰与水泥水化产物Ca(OH)发生二次反应生成低钙硅比的C-S-H凝胶体等产物,增加了混凝土密实度[5],提高了后期强度,所以混凝土的28d抗压强度高于不掺粉煤灰的基准混凝土,并且当粉煤灰掺量为15%时,混凝土的28d抗压强度最高,因此文中粉煤灰的最佳掺量为15%。采用超量取代法在混凝土中利用粉煤灰替代水泥,当粉煤灰掺量为15%时,1m3混凝土大约节省水泥40kg;利用粉煤灰替代水泥不但节约资金、降低建筑成本同时也弥补了粉煤灰混凝土早期强度低的缺点。

3.2 外加剂掺量的确定

目前,减水剂和引气剂已成为配制商品混凝土不可缺少的组分[6]。高效减水剂使混凝土在不增加水泥用量的情况下大幅度降低混凝土的用水量使硬化后的混凝土密实度大大增加,从而也提高了混凝土的强度。

本课题进行6组试验研究,确定混凝土中泵送剂的掺量,经试验验证表明高效泵送剂掺量在1.8%时,流动性和抗压强度均达到要求。根据混凝土的抗压强度,试验配合比和结果见表2。

由表2可知,当混凝土中高效泵送剂的掺量为1.8%,混凝土的抗压强度和流动性达到设计的要求。

3.3 机制砂掺量的确定

为满足陶粒混凝土的可泵性对砂取代一定比例的机制砂,提高混凝土的工作度,并每一配合比生产出两方的陶粒混凝土用42M汽车泵做泵送试验,试验数据及结果如表3所示。

由表3可知,在机制砂取代量为20%时混凝土的强度最高、流动性和可泵性最好,机制砂的使用解决了闽江砂由于过度开采,使得砂变得越来越细的问题,通过机制砂的部分取代,提高了砂的综合细度模数,从而改善了混凝土的工作性,特别是陶粒混凝土的可泵性,在当地现有的材料中成为不可缺少的组分。机制砂和粉煤灰的使用提高混凝土的胶结黏度,降低新拌混凝土的泌水,减少离析与分层,使混凝土的工作性得到大幅度的提高,从而节约了建筑资金。

4 结论

(1)陶粒轻质混凝土配合比为C:F:S:TL=241:64:742:328,粉煤灰掺量为15%,高效泵送剂掺量1.8%,机制砂的取代量20%,配制的CL20陶粒混凝土抗压强度达到32.4MPa。

(2)利用粉煤灰、高效泵送剂、机制砂、陶粒配制的CL20级陶粒混凝土,1m3混凝土约节省水泥50kg。

(3)随掺入粉煤灰量的增加,混凝土前期强度呈下降趋势,实验表明,通过采用超量取代可以弥补混凝土前期强度的部分损失,28d后的力学性能良好,完全能满足验收需要。

(4)机制砂的使用,有利于改善细砂的细度模数,解决了闽江砂由于过度开采,使得砂粒变得越来越细的问题,在当地成为陶粒混凝土不可缺少的组分。

(5)加入一定比例的机制砂,可提高混凝土的可泵性及工作度,利用42M汽车泵做泵送试验,实现90m泵送距离。

摘要：为解决陶粒轻质混凝土泵送过程中陶粒与水泥砂浆分离的难题,利用陶粒、粉煤灰、机制砂、高效泵送剂配制出CL20配合比的轻质混凝土,当粉煤灰掺量为15%,高效泵送剂掺量1.8%,机制砂的取代量20%,配制的CL20陶粒轻质混凝土强度达到32.4MPa。表观密度低至1500kg/m3。经实验研究,完成90m的泵送距离。

关键词：陶粒混凝土,轻质混凝土,泵送混凝土,配合比优化设计

参考文献

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[5]宋军伟,方坤河.复掺磷渣、粉煤灰及硅灰的砂浆配合比优化研究[J].混凝土,2006(4):7-10.

轻质陶粒 篇5

本实验以页岩陶粒为粗骨料,中砂为细骨料,水泥和Ⅰ级粉煤灰为胶凝材料,添加减水剂、引气剂等配制轻质高强混凝土。

通过体积法设计配合比,利用水胶比,粗、细骨料与浆体三者比例调控坍落度、表观密度及强度。并与目前常用的陶粒混凝土对比,研究低成本大流动度轻质高强陶粒混凝土。

1 实 验

1.1 原材料

水泥:重庆拉法基水泥有限公司生产的拉法基42.5R普通硅酸盐水泥;粉煤灰:绵阳市坤辉建材有限责任公司生产的Ⅰ级粉煤灰,水泥与粉煤灰的化学成分见表1。

%

陶粒:系在1000℃左右高温作用下,黏土类矿物排出气体而产生膨胀,形成的内部具有灰黑色多孔疏松结构、质轻、表面具有坚硬外壳的圆形或椭圆形颗粒[4]。实验所用陶粒的颗粒级配为单粒级,最大粒径15 mm,粒型系数1.5,其技术指标见表2。

中砂:细度模数2.5,表观密度2600 kg/m3,含水率3%。

减水剂:四川柯帅外加剂有限责任公司生产的KS-20型粉质萘系减水剂。

引气剂:四川柯帅外加剂有限责任公司生产的三萜皂甙粉质引气剂。

1.2 原材料的前期处理

由于溶液较粉体具备较好的拌合均一性,故将引气剂配制成固含量为1%的溶液;再将粉质减水剂加入到引气剂溶液中,将计算的总用水除去润湿用水、砂中含水及引气剂溶液中用水量后的水与外加剂溶液拌合均匀。

1.3 实验配合比设计

1.3.1 确定陶粒用量

轻骨料陶粒为本体系中降低表观密度的最主要材料,应最大量使用。根据所用陶粒堆积后空隙率为43%,结合混凝土大流动度与高强目标,确定陶粒最大体积掺量为35%。

1.3.2 确定减水剂及引气剂用量

加入减水剂能够减小需水量,降低水灰比。为保证混凝土大流动度和高强的特征,根据该减水剂的建议掺量,并结合本体系低成本等特点,确定用量为胶凝材料的0.8%。

引气剂的加入能改善混凝土的和易性,减小泌水和离析,还能进一步降低混凝土的表观密度。本实验体系设计引气量为5%,通过实验确定当引气剂掺量为胶凝材料的0.01%时,混凝土的含气量为设计值。

1.3.3 粉煤灰掺量

为降低成本,提高混凝土的流动性,减小混凝土密度,提高混凝土后期强度,采用Ⅰ级粉煤灰等量取代15%水泥。

1.3.4 配合比设计

本实验采用体积法设计配合比(见表3),基本设计原理见式(1)、式(2)、式(3):

式中:Ve、Vw、Vc、Vf、Va、Vs、Vg分别为浆体、水、水泥、矿物外加剂、空气、细集料及粗集料的体积,m3/m3。

式中:W/B——水胶比;

ρw、ρf、ρc——分别为水、矿物外加剂和水泥的密度,kg/m3。

通过各组分体积含量、密度和浆体密度计算相应含量。

1.4 实验工艺

首先把陶粒倒入混凝土搅拌机中,将35%的拌合水预润湿陶粒,再加入砂、水泥、粉煤灰与配制好的外加剂进行搅拌。拌合好后按GB 50080—2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》中稠度试验方法测试坍落度,然后在100 mm×100 mm×100 mm的立方体模具中成型,而后在振动台上振实,静置24h脱模,在(20±2)℃的水中标养28 d。

到达养护龄期后,按GB 50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行强度测试。

2 实验结果与分析

按表3配合比配制的混凝土性能测试结果见表4。

注:(1)A5与A6组成型效果不佳,没有进行进一步研究。

2.1 水胶比对混凝土表观密度与强度的影响

水胶比是本体系控制抗压强度与表观密度的主要手段之一。由表4可见:

(1)A、B两组试件的抗压强度均与水胶比呈反比关系。A、B两组比较分析可知,水胶比相同时,砂含量增加会提高体系强度。这是因为砂含量的增加,会加大对水泥浆中水分的吸收,使得浆体体系的水灰比降低,以致强度增加。对于轻质混凝土,主要抗压损坏为轻质骨料断裂,而使得界面过渡区的影响变弱。砂含量的增加降低了水泥浆体的用量,降低了成本,但使工作性变差,以至水胶比降低后难以较好成型。

(2)试件的水胶比与实际表观密度呈反比。这是因为用水量的增加导致了试块中水蒸发后的孔隙率增加,而使表观密度降低。在水胶比相同时,由于B组试件的砂含量较少,使其表观密度小于A组试件。

2.2 陶粒掺量对混凝土表观密度与强度的影响

陶粒是本实验降低表观密度所用的主要轻质粗骨料,其技术指标尤其是筒压强度对试件强度等方面有较大的影响。为对比本体系所用35%陶粒的性能,设计了25%陶粒的对比组,砂掺量为20%;由表4数据及分析可知,水胶比小时成型困难,水胶比大时强度又低,因此,本实验组取水胶比为0.45和0.40进行实验。陶粒体积掺量为25%、砂掺量为20%时,轻集料混凝土的表观密度和强度见表5。

C1、C2分别与相同水胶比的A3、A4试件对比可见,在陶粒体积掺量减小到25%时,混凝土的表观密度和强度增大,并且增加率较高。这是因为轻骨料含量降低,水泥浆体积增加,表观密度增加(表观密度超过了轻质混凝土规定的范围,但超量不多)。而由于轻骨料含量降低,低强度骨料量有所改善,水泥浆体的体积增加,密实度增大,在水胶比相同条件下可以较大的提高强度。

2.3 混凝土密度与强度的关系(见图1、图2)

从图1、图2均可看出,2组试件的28 d抗压强度与表观密度呈正增长关系,即随着试件表观密度的增加,28 d抗压强度逐步增大。不管是针对单一A组还是B组来说,骨料的量都是固定的,本体系是通过水胶比或者可以说是浆体密度来调节混凝土的表观密度。水胶比越小,浆体密度增加,浆体中水含量降低,胶凝材料用量增加,由试件中水分蒸发而导致的空隙降低,密实度加大,表观密度和强度也随着增大。因此,必须权衡轻质与高强的矛盾。

由于A组试件砂用量是B组的2倍,故在水胶比相同条件下,A组试件的表观密度大于B组。A、B两组试件的浆体体积分别是45%和55%,但二者浆体密度是不变的,此时B组试件的水含量和胶凝材料用量相对A组试件有所增加,这是为了填充更大的空隙。这样,B组试件的和易性增加,使得B组试件的水胶比降到0.3还能成型。而A组由于胶凝浆体的缺少,使得水胶比减小到0.4时就不能成型。

2.4 混凝土坍落度与抗压强度的关系(见图3、图4)

根据坍落度测试,再结合相应的抗压强度,选择坍落度不小于160 mm,满足轻质(表观密度小于1950 kg/m3)高强混凝土的最佳组为A3组,即28 d抗压强度达42.5 MPa,表观密度为1932 kg/m3,坍落度为162 mm。

2.5 成本分析

以A3试件为例,与轻质高强混凝土(坍落度为165 mm,28 d抗压强度为41.2 MPa)[5]的成本进行大致比较,其中部分因产地等而造成的差别没有统计。结果见表6。

由表6可见,本实验设计的大流动度轻质高强混凝土成本为283.49元/m3,较轻质高强混凝土(成本为344.41元/m3)的成本降低17.69%。

3 结 论

(1)通过体积法设计配合比,当陶粒体积掺量为35%,砂为10%时,可制得实际表观密度为1766 kg/m3、28 d抗压强度为33.6 MPa的轻质高强混凝土;调整水胶比为0.30,当实际表观密度为1879 kg/m3时,28 d抗压强度可达51.1 MPa;陶粒体积掺量不变,砂为20%时,水胶比降到0.35,就难以成型。

(2)通过对比实验,调整陶粒体积掺量为25%,砂为20%,可制得表观密度为2025 kg/m3、28 d抗压强度超过60 MPa的高强混凝土。在水胶比为0.40,陶粒体积掺量从35%降到25%时,28 d抗压强度增长率近40%。

(3)根据大流动度轻质高强混凝土要求得出最佳配比为A3组,按此配比配制的高强混凝土28 d抗压强度达到42.5MPa,实际表观密度为1932 kg/m3,坍落度为162 mm,且成本比轻质高强混凝土(坍落度165 mm,28 d抗压强度41.2 MPa)降低17.69%。

(4)水胶比与陶粒掺量对混凝土的表观密度和抗压强度影响很大,在其它材料用量固定的情况下,水胶比越小,表观密度越大,抗压强度越高。

参考文献

[1]张华英.陶粒轻质高强混凝土的试验研究[J].佛山科学技术学院学报,2009,27(5):43-46.

[2]刘强,赵传文.高强页岩粉煤灰陶粒混凝土配合比研究[J].粉煤灰,2000(5):19-22.

[3]JGJ 55—2000,普通混凝土配合比设计规程[S].

[4]郭宏云.陶粒混凝土配合比设计[J].武汉大学学报,2007,40:522-525.

轻质陶粒 篇6

煤矸石陶粒是将符合烧胀要求的煤矸石经过破碎、预热、 烧胀、冷却、分级等工艺生产出来的,是人造轻骨料中的一种, 堆积密度不大于1200 kg/m3。装配式住宅由于具备节能、节时、节地、节材、节水,建筑垃圾减少90%,施工模板减少85%,人工节省20%~30%,且施工现场基本无粉尘、无噪声等诸多功能特点和环保优势,在节能环保建筑的推广应用中得到越来越广泛的应用[1,2,3]。轻骨料混凝土不仅能保证强度,同时能大大减轻构件质量,极大减少了吊装和运输的成本,然而,为了进一步推广轻骨料混凝土在装配式住宅中的应用,需要将其做得更轻。目前,对于高强轻骨料混凝土的研究比较多,而对于轻骨料混凝土的轻质性关注的比较少,有学者用高性能陶粒配制轻骨料混凝土,28 d抗压强度达到35.5 MPa,干密度为1380 kg/m3[4];也有研究者探讨了1000~1400级轻骨料混凝土密度和强度的关系,但线性关系并不理想[5]。在满足混凝土强度的前提下,轻骨料混凝土究竟能做到多轻,轻质化的极限又是怎样的,目前还没有进行深入的研究,轻骨料混凝土更优良的性能有待挖掘。因此,本研究利用废弃煤矸石烧制而成的环保型煤矸石陶粒和陶砂作为骨料对轻骨料混凝土进行轻质化的研究探讨,通过粉煤灰掺量和体积砂率等因素,研究其抗压强度和干表观密度的变化关系以及它们之间的具体关系,探讨不同强度等级下的最小干密度,为轻骨料混凝土在预制装配式住宅中的广泛应用提供理论基础和数据支撑。

1实验

1.1原材料

水泥:北京金隅牌P·O42.5水泥;粉煤灰:北京石景山电力公司生产的Ⅱ级灰。细骨料:北京建工华创有限公司提供的煤矸石陶砂,粒径为0.25~1 mm和2~5 mm,编号分别为S1和S2;粗骨料:北京建工华创有限公司提供的圆球形煤矸石陶粒, 粒径为5~10 mm,编号为G1,骨料的基本性能如表1所示。减水剂:江苏博特生产的液态聚羧酸减水剂,减水率为20%~ 25%。

1.2实验方法

试验中煤矸石陶粒混凝土的抗压强度采取100 mm×100 mm×100 mm的混凝土试件,用型号为SYE-3000的压力试验机进行7 d和28 d的抗压强度测试;导热系数的测试采用JTRG-Ⅲ型建筑热流计式导热仪;按照JGJ 51—2002《轻骨料混凝土技术规程》中的烘干法测试试件的28 d干表观密度。为保证轻骨料混凝土良好的工作性能,所使用的煤矸石陶粒均采取预湿30 min,并参考高性能轻骨料混凝土工作性能评价体系[6]。

煤矸石陶粒混凝土的配合比设计采取JGJ 51—2002中的绝对体积法,选取体积砂率和粉煤灰掺量为因素变量,具体配合比参数如表2所示。

2实验结果及讨论

2.1粉煤灰掺量对煤矸石陶粒混凝土性能的影响

不同粉煤灰掺量下煤矸石陶粒混凝土的7 d、28 d抗压强度和干表观密度如表3所示。

由表3可知,在净水胶比为0.30和0.36时,煤矸石陶粒混凝土的抗压强度均随粉煤灰掺量的逐渐增加先提高后降低,粉煤灰掺量为20%时抗压强度最高。煤矸石陶粒混凝土的7 d抗压强度均达到了28 d抗压强度的80%以上,前期强度发展很快,说明普通混凝土强度随龄期增长的规律不适用于轻骨料混凝土[7]。煤矸石陶粒混凝土前期强度增长较快,其原因主要是由陶粒的多孔特性所决定的,经过预湿的煤矸石陶粒在水泥浆中具有明显的吸水和返水特性,当水泥水化逐渐消耗水分,水泥浆中的相对湿度小于陶粒中相对湿度时,陶粒中的水会逐渐释放出来,起到内养护作用[8,9],供水泥继续水化。

此外,由表3还可知,煤矸石陶粒混凝土干表观密度随粉煤灰掺量的增加先增大后减小,和抗压强度的变化规律一致, 干表观密度和抗压强度有一定的内在关系,相关的研究也表明,轻骨料混凝土的强度和干密度之间存在良好的正相关关系[5]。

2.2体积砂率对煤矸石陶粒混凝土性能的影响

本研究使用的煤矸石陶粒为500级,筒压强度为3.2 MPa, 混凝土配合比中体积砂率为0.35~1.00,净水胶比为0.3,混凝土配制过程中没有出现离析和泌水的情况,成型后进行7 d、 28 d抗压强度以及28 d干表观密度的测试,结果见表4。

由表4可知,从LS8到LS1,随着体积砂率的不断减小, 煤矸石陶粒混凝土的28 d干表观密度和抗压强度逐渐降低, 当体积砂率大于0.48时,干表观密度和抗压强度减小的趋势较缓;当体积砂率小于0.48时,干密度和抗压强度减小幅度增大。煤矸石陶粒混凝土干密度和抗压强度随体积砂率减小而减小,主要是由于混凝土中的陶砂强度比500级陶粒的强度高、密度比陶粒的大,体积砂率小,混凝土中的陶粒砂所占体积就小,从而干密度和抗压强度逐渐减小。可见,提高体积砂率可以提高混凝土强度,但轻骨料混凝土的密度也随之增大[10]。同时也可以看到,不同砂率下煤矸石陶粒混凝土的7 d和28 d抗压强度相近,前期强度发展较快。

2.3 LC10~LC20煤矸石陶粒混凝土的轻质化结果

图1为满足LC10~LC20强度等级下的28 d抗压强度随28 d干表观密度的变化规律。

由图1可知,LC10~LC20强度等级下的28 d抗压强度和干表观密度表现出良好的线性关系,通过线性拟合得到关系:

y=0.073x-66.63,R2=0.82。

将表3和表4中强度等级为LC10~LC20的煤矸石陶粒混凝土进行最小干表观密度的结果评价可知:

(1)符合LC10级煤矸石陶粒混凝土最轻的是编号为WF0的配合比,其28 d抗压强度为18.7 MPa,干表观密度为1145 kg/m3,密度等级达到1100级;

(2)符合LC15级煤矸石陶粒混凝土最轻的是编号为LS3的配合比,其28 d抗压强度为22.1 MPa,干表观密度为1220 kg/m3,密度等级达到1200级;

(3)符合LC20级煤矸石陶粒混凝土最轻的是编号为LS7的配合比,其28 d抗压强度为28.6 MPa,干表观密度为1297 kg/m3,密度等级达到1300级。

2.4 LC10~LC20煤矸石陶粒混凝土的导热系数

得到LC10~LC20煤矸石陶粒混凝土的最小干密度后,对其导热系数进行测试,结果如表5所示。

由表5可知,本研究处于最小干密度的LC10~LC20强度等级下煤矸石陶粒混凝土的导热系数分别为0.1941、0.2050和0.2341 W/(m·K),与JGJ 51—2002要求的导热系数相比, 分别降低了37.39%、43.06%和44.26%,该区段的结构保温混凝土的保温性能得到了较大的提升,这将促进结构保温一体化混凝土的发展和应用。

3结语

(1)通过调节粉煤灰掺量和体积砂率可以较好地控制轻骨料混凝土的干表观密度和强度,煤矸石陶粒混凝土强度等级为LC10级的最小干表观密度为1145 kg/m3,密度等级达到1100级;强度等级为LC15级的最小干表观密度为1220 kg/m3, 密度等级达到1200级;强度等级为LC20级的最小干表观密度为1297 kg/m3,密度等级达到1300级。

(2)随着粉煤灰掺量的增加,煤矸石陶粒混凝土的抗压强度先提高后降低,最佳掺量为20%;随着体积砂率的减小, 煤矸石陶粒混凝土的抗压强度和干表观密度均逐渐减小, 当体积砂率小于0.48时,干密度和抗压强度的减小幅度增大。将处于LC10、LC15和LC20强度等级煤矸石陶粒混凝土的抗压强度和干表观密度进行曲线拟合,通过线性拟合得到:y=0.073x-66.63,线性相关系数R2=0.82。