LC30掺废渣陶粒混凝土试验研究

　　［摘要］采用正交设计，用42.5普通硅酸盐水泥、硼泥陶粒、粉煤灰和硅锰渣等材料，配制抗压强度达到30MPa、密度低于1950kg/m3的结构轻骨料混凝土。
　　[关键词]轻骨料；轻骨料混凝土；硼泥陶粒；硼泥陶粒混凝土；硅锰渣
　　利用工业废渣制作混凝土，化废为宝，有利于可持续发展。笔者用正交试验的方法，进行了掺工业废渣的LC30硼泥陶粒混凝土试验研究。
　　1.原材料
　　本试验采用辽阳市小屯水泥厂生产的42.5级普通硅酸盐水泥、选自辽阳市第二热电厂的Ⅱ级粉煤灰、灯塔市昌明墙体材料厂代生产的普通型硼泥陶粒、太子河河砂（中砂）和自来水，分别根据GBl75-1999《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》、GBl767l-1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》、GB/T17421.1-2《轻集料及其实验方法》、JGJ51-2002《轻骨料混凝土技术规程》、GB/T14688-2001《建筑用砂》和JGJ63-89《混凝土拌合用水标准》的相关规定进行检验，质量均符合轻骨料混凝土用料要求。
　　为了环保利废，选用辽阳市铁合金厂生产硅锰钢的废渣——硅锰渣作为细轻骨料，并使用了鞍山市三合外加剂有限公司生产的UNF-5萘系高效减水剂，采用测定水泥砂浆流动度(减水率)试验来检验UNF-5高效减水剂的减水效果。实验发现在掺加占胶凝材料质量的1.4%时，减水率为20.8%，完全符合试验的要求。
　　2.试验方案
　　根据JGJ51-2002和大量的文献资料，考虑把水泥用量（A）、粉煤灰掺量（B）和轻砂（硅锰渣）砂率（C）作为因素。因素A的水平分别为420kg/m3、450kg/m3和480kg/m3；因素B的水平分别为0%、10%、20%；因素C的水平分别为20%、40%和60%。其中B为占胶凝材料质量的百分比，C为占细骨料总体积的百分比。
　　本试验选用正交表L9(34)。
　　试验采用100mm×100mm×l00mm混凝土强度立方体试件，以7天的立方体抗压强度、28天的立方体抗压强度、28天龄期轻骨料混凝土干表观密度作为分析评价试验结果的依据。轻骨料混凝土按照《轻骨料混凝土试验规程》JGJ51-2002进行检验。混凝土抗压强度按GB/T50081-2002进行检验。
　　根据轻骨料混凝土技术规程(JGJ51—2002，J215—2002)，本试验采用使用未预湿处理轻粗骨料的搅拌工艺。
　　3.配合比设计与试拌量计算
　　本试验按JGJ51-2002的规定，采用绝对体积法计算LC30使用减水剂的掺废渣硼泥陶粒混凝土配合比。按粉煤灰超出水泥的体积，扣除同体积的细骨料用量；使用1.4%C的高效减水剂后，按减水率20.8%减少水的用量。
　　陶粒混凝土试拌量15L，试验中各组材料试拌量分别为：
　　C1组：水泥6.3kg、砂8.35kg、硅锰渣1.50kg、减水剂88.5g、陶粒6.3kg、水2.63kg；
　　C2组：水泥5.67kg、粉煤灰0.95kg、砂6.02kg、硅锰渣2.86kg、减水剂79.5g、陶粒6.3kg、水2.73kg；
　　C3组：水泥5.04kg、粉煤灰1.89kg、砂3.80kg、硅锰渣4.04kg、减水剂70.5g、陶粒6.3kg、水2.82kg；
　　C4组：水泥6.75kg、砂6.08kg、硅锰渣2.89kg、减水剂94.5g、陶粒6.03kg、水2.94kg；
　　C5组：水泥6.08kg、粉煤灰1.01kg、砂3.81kg、硅锰渣4.07kg、减水剂85.5g、陶粒6.03kg、水3.03kg；
　　C6组：水泥5.40kg、粉煤灰2.03kg、砂7.13kg、硅锰渣1.27kg、减水剂75.0g、陶粒6.03kg、水2.85kg；
　　C7组：水泥7.20kg、砂3.86kg、硅锰渣4.13kg、减水剂100.5g、陶粒5.75kg、水3.24kg；
　　C8组：水泥6.48kg、粉煤灰1.08kg、砂7.20kg、硅锰渣0.69kg、减水剂90.0g、陶粒5.75kg、水3.06kg；
　　C9组：水泥5.76kg、粉煤灰2.16kg、砂5.03kg、硅锰渣2.38kg、减水剂81.0g、陶粒5.75kg、水2.15kg；
　　4.试验数据处理与试验结果
　　试验时，采用标准养护。C1～C9各组试验数据如下：
　　24h湿密度分别为1644、1590、1578、1642、1580、1609、1612、1699、1640（单位为kg/m3）；
　　7d抗压强度分别为22.99、22.23、17.96、23.37、20.24、21.95、24.89、26.60、25.75（单位为MPa）；
　　28d抗压强度分别为29.17、27.27、26.70、31.73、30.02、29.83、32.40、31.73、30.12（单位为MPa）；
　　28d龄期干表观密度分别为1555、1513、1445、1521、1436、1587、1474、1613、1559（单位为kg/m3）；
　　通过极差分析表明，对7天抗压强度，影响因素按大小排序为A>C>B；对28天抗压强度，影响因素按大小排序为A>B>C；对28天干表观密度，影响因素按大小排序为C>A>B。
　　方差计算结果分析表明：①水泥用量对7天抗压强度、28天抗压强度的影响特别显著，对28天干表观密度的影响显著；②粉煤灰的掺量对7天抗压强度、28天抗压强度的影响显著，对28天干表观密度的影响较小；③硅锰渣的掺量7天抗压强度的影响显著、对28天抗压强度的影响较小、对28天干表观密度的影响特别显著。
　　同时，还进行了多元线性回归分析。硼泥陶粒混凝土的性质与各个因素都有关系。因此，有必要建立一个多元的关系式，确定出所研究的指标与各个影响因素在各种水平时的定量关系。
　　多元线性分析的基本思路是：将一维线性分析所确定的各个回归方程按相关系数进行加权平均。即：
　　(i=1,2,3)（1）
　　在对试验数据进行一维线性分析的基础上，按式（1）进行多元线性分析，得到如下近似的定量关系：
　　①硼泥陶粒混凝土7天抗压强度y1与水泥用量x1、粉煤灰掺量x2和硅锰渣掺量x3有如下关系：
　　y1=5.596771+0.040499x1-2.07023x2-1.8255x3（2）
　　②硼泥陶粒混凝土28天抗压强度y2与水泥用量x1、粉煤灰掺量x2和硅锰渣掺量x3有如下关系：
　　y2=12.2937+0.039923x1-3.69454x2-0.0263x3（3）
　　③硼泥陶粒混凝土28天干表观密度y3与水泥用量x1、粉煤灰掺量x2和硅锰渣掺量x3有如下关系：
　　y3=1519.553+0.19553x1+7.592055x2-209.885x3（4）
　　再将各组试验配比分别代入（2）（3）（4）式，与试验数据进行比较，分析表明，当材料用量在表2所确定的限值内，用上述关系计算的硼泥陶粒混凝土7天抗压强度值、28天抗压强度值、28天干表观密度值与试验值相差均不大。
　　可见，用硼泥陶粒作粗骨料可以配制出强度等级为LC30的结构轻骨料混凝土。根据试验结果，采用综合平衡法进行参数优化选择，可确定水泥用量为A3（480kg/m3），能保证28天抗压强度满足LC30要求；粉煤灰掺量以B2（占胶凝材料的10%）为宜；硅锰渣的掺量可为C3（细骨料体积的60%），这样即环保利废，又能保证在高强的基础上实现“轻质”。确定基本配合比后，需再按JGJ51-2002《轻骨料混凝土技术规程》计算具体的每立方米材料用量。
　　参考文献
　　［1］李井永.掺工业废渣的硼泥陶粒混凝土试验研究.沈阳建筑大学,硕士研究生学位论文.2006.3
　　［2］JGJ51-2002轻骨料混凝土技术规程.北京:中国建筑工业出版社,2002