摘要：研究了兩種吸水率的頁巖陶粒所配制的輕集料混凝土力學性能、抗滲性能及陶粒微觀結構。研究結果表明：隨著預濕程度的提高，吸水率大的頁巖陶粒混凝土強度及強度發展都優于吸水率小的頁巖陶粒混凝土。用吸水率較大頁巖陶粒的配制的混凝土，隨齡期的延長，其抗滲性能改善程度越大。吸水率較大頁巖陶粒可以充分地發揮其在混凝土中的“微泵”作用，從而獲得優良的性能。
關鍵詞：輕集料混凝土；頁巖陶粒；抗滲性；吸水率；預濕程度
中圖分類號:TU528.2 文獻標識碼 A
0前言
目前在標準中尚沒有對高性能陶粒的吸水率做出規定，所以高性能陶粒的吸水率成為工程界爭論的焦點。一種觀點認為，高性能輕集料必須具有與普通集料相近的極低的吸水率，施工時不須對輕集料飽和預濕就可實現泵送[1]；另一種觀點認為，吸水率太小的輕集料其“微泵”作用有可能喪失，對改善界面結構不利，且對其原材料及生產工藝的要求較高，勢必增加其成本和生產工藝的難度，所以主張24h吸水率應不大于5%。 到底吸水率以多大為好，是否越小越好，還有待科學研究和工程實踐加以解決。本文采用了兩種不同吸水率的輕集料，研究其對所配制的輕集料混凝土力學性能、抗滲性能的影響，以探究不同吸水率的輕集料對輕集料混凝土性能的影響規律，為制定輕集料混凝土有關規范提供基礎數據。
1. 原材料
水泥：哈爾濱生產的42.5級普通水泥。粉煤灰：哈爾濱三電廠Ⅱ級灰。細集料：普通河砂，視密度2.65g/m3，堆積密度1550kg/m3，細度模數2.45。粗集料：湖北宜昌生產的800級圓球型頁巖陶粒，最大粒徑20mm，1h吸水率為2.4％，筒壓強度為7.8MPa，陶粒表面有一層近乎瓷質的釉層，表面較光滑，見圖1。哈爾濱賓縣生產的800級圓球型頁巖陶粒，最大粒徑20mm，1h吸水率7.1％，筒壓強度7.6MPa，陶粒表面有一層近乎陶質層，表面有肉眼可見開放孔，表面粗糙，內部含有大量連通的開放孔，見圖2。外加劑：UNF-5萘系高效減水劑和SJ-2引氣劑。
2. 試驗方法
對吸水率小的陶粒只進行了1h預濕處理，對吸水率大的陶粒進行了1h及72h的預濕處理。采用水膠比相同的水泥砂漿，攪拌方式為先攪拌水泥砂漿，然后放入不同預濕處理的集料進行攪拌，調整減水劑用量，保持工作性一致。
抗滲性試驗：采用清華大學研制的NEL法快速測定氯離子擴散系數，評定輕集料混凝土抗滲性；
3. 試驗結果及分析
4.1兩種頁巖陶粒的吸水規律
對陶粒吸水速率進行測定，湖北宜昌陶粒代號為RY， 哈爾濱賓縣陶粒代號為RY，結果見表1。
由表1可見，BY陶粒和RY陶粒浸水中后，10min吸水率分別為2.1%和5.5%，達1h吸水率的87.5%和77.5%，可見初期吸水速度極快；隨著時間延長，陶粒的吸水速度逐漸變緩，但BY陶粒在24h后吸水率變化緩慢，5d達到飽和狀態；而RY陶粒吸水過程較長，5d~6d后變化極其緩慢，到25d達到飽和。盡管兩者的孔隙率相近，但吸水率發展出現不同變化規律，這與其內部結構有關。從圖1和圖2可知BY陶粒內部存在大量封閉球型孔，而RY陶粒內部存在大量連通不規則的孔，因此，RY陶粒的吸水率高且吸水時間長。
4.2 抗壓強度
抗壓強度的試驗結果見表2。
兩種陶粒隨著預濕程度的增加，早期(7d)強度降低，后期(56d)強度增加。但用吸水率小的陶粒所配制的混凝土B系列早期強度下降較大，B1較B0下降了12.1%；用吸水率大的陶粒所配制的混凝土R系列早期強度下降幅度相對較小，R1較R0下降了僅5.9%；普通混凝土(N2)早期和后期強度增長率都是最低的。而且同是干陶粒，雖然B0陶粒的筒壓強度較R0陶粒略高，但R0混凝土強度明顯高于B0混凝土。出現這種結果的主要原因是由于兩者吸水率明顯不同，導致混凝土中陶粒界面處的水膠比不同，由于R0陶粒的吸水率高，使得R0混凝土界面處的凈水膠比小于B0混凝土陶粒界面處的凈水灰比，R0混凝土陶粒界面處水泥石密實度更高，其次B0陶粒與水泥石的界面機械嚙合力低于R0陶粒也導致了其強度降低。因此，不能單純以陶粒的筒壓強度來評價輕集料混凝土的抗壓強度，而應以混凝土的合理強度來評價[2]。同時不能忽視陶粒表面與水泥漿間的水化反應對輕集料混凝土強度的影響[3, 4, 5]。
對比未預濕陶粒混凝土相同齡期的強度， R0早期和后期抗壓強度(56d)比B0的分別提高了13.7%和10.6%。這主要是由于吸水率大的頁巖陶粒，界面處水膠比降低幅度大，水泥石致密度高；其次后期自養護能力強，導致水泥石致密度進一步提高；另外，其表面粗糙，也增加了集料和水泥石的黏結強度。從強度發展來看，高性能輕集料也不是像有人認為的吸水率越低越好。本研究的結論證明1h吸水率為7.1%的陶粒混凝土強度及強度發展都優于吸水率小的陶粒混凝土。
4.3抗滲性能
為與同強度等級普通混凝土作對比，增加一組配合比N1。抗滲性試驗結果見表3。
由表3可知：吸水率不同的頁巖陶粒，在相同的預濕處理條件下對抗滲性能的影響不同。B系列陶粒混凝土抗滲性比R系列陶粒混凝土的差，且更接近普通混凝土N2 (為同體積配合比普通混凝土)。因此，就提高抗滲性而言，配制混凝土時宜選用吸水性強的陶粒。
用預濕程度不同、吸水率不同的陶粒配制的混凝土隨養護齡期發展，對抗滲性的影響規律明顯不同。R系列混凝土，隨預濕程度增加，28d抗滲性降低，而隨養護齡期的延長，陶粒“微泵”作用的逐漸發揮，抗滲性明顯提高。如28d時R2的抗滲性低于R0；而90d時R2的氯離子擴散系數較28d的降低了60.8%，且R2抗滲性超過了R0，說明預濕處理更有利于后期抗滲性能提高，僅用28d的抗滲性評價陶粒混凝土不能真實反映其抗滲性。
在相同強度等級下，R1與N1比，28d時的氯離子擴散系數降低42%，90d時氯離子擴散系數降低64%，說明陶粒混凝土比普通混凝土抗滲性好，且后期抗滲性降低幅度大。在體積配合比相同的條件下，LC30陶粒混凝土(R1)比C60普通混凝土(N2)抗滲性好。由此可見，頁巖陶粒預濕程度越高，其返水能力越強，隨養護齡期的延長，集料與水泥石界面結構改善更加明顯，其抗滲性提高幅度越大，對提高抗滲性越有利。
通過本試驗研究得知，頁巖陶粒吸水率越小，其自養護能力越差，用陶粒所配制的混凝土的抗滲性也較差，尤其是后期的抗滲性提高幅度有限。本人認為若從耐久性考慮，高性能陶粒應當具有≮5%的吸水率。
4. 結論
(1) 用吸水率大的陶粒配制的混凝土早期和后期抗壓強度都比用吸水率小的陶粒配制的混凝土高，且早期強度下降幅度小。
(2)預濕處理后的陶粒混凝土抗滲性降低；而高吸水率陶粒90d時抗滲性，隨陶粒預濕程度提高而提高。
（3）對于用含水率高的陶粒配制的混凝土，僅以28d評價抗滲性往往不能真實反映陶粒混凝土抗滲性能力。
（4）用吸水率大的陶粒配制的混凝土的抗滲性比用吸水率小的陶粒配制的混凝土好。用適當預濕處理的高吸水率的陶粒配制混凝土，可以充分發揮陶粒自養護能力,以確保陶粒混凝土具有優良的抗滲性。
參考文獻
1.Y. Asai, Y. Itoh, S. Kanie, H. Seek. Study on the Characteristics of High-Strength Lightweight Concrete for Ice Waters Proceedings of the 4th International Offshore and Polar Engineering Conference. Osaka. Japan. 1994, 4: 363~368
2.劉巽伯. 房材與應用.輕集料強度和強度標號. 1999, 1: 6~10
3.S. L. Sarkar, S. Chandra, L. Berntsson. Cement and Concrete Composites. 1992, 14(3): 239~248
4.M. H. Zhang, O. E. Gjørv. Cement and Concrete Research. 1990, (20): 884~890
5.R. Wasserman, A. Bentur. Cement and Concrete Composites. 1996, 18(1): 67~76
