摘要：研究了两种吸水率的页岩陶粒所配制的轻集料混凝土力学性能、抗渗性能及陶粒微观结构。研究结果表明：随着预湿程度的提高，吸水率大的页岩陶粒混凝土强度及强度发展都优于吸水率小的页岩陶粒混凝土。用吸水率较大页岩陶粒的配制的混凝土，随龄期的延长，其抗渗性能改善程度越大。吸水率较大页岩陶粒可以充分地发挥其在混凝土中的“微泵”作用，从而获得优良的性能。
关键词：轻集料混凝土；页岩陶粒；抗渗性；吸水率；预湿程度
中图分类号:TU528.2 文献标识码 A
0前言
目前在标准中尚没有对高性能陶粒的吸水率做出规定，所以高性能陶粒的吸水率成为工程界争论的焦点。一种观点认为，高性能轻集料必须具有与普通集料相近的极低的吸水率，施工时不须对轻集料饱和预湿就可实现泵送[1]；另一种观点认为，吸水率太小的轻集料其“微泵”作用有可能丧失，对改善界面结构不利，且对其原材料及生产工艺的要求较高，势必增加其成本和生产工艺的难度，所以主张24h吸水率应不大于5%。 到底吸水率以多大为好，是否越小越好，还有待科学研究和工程实践加以解决。本文采用了两种不同吸水率的轻集料，研究其对所配制的轻集料混凝土力学性能、抗渗性能的影响，以探究不同吸水率的轻集料对轻集料混凝土性能的影响规律，为制定轻集料混凝土有关规范提供基础数据。
1. 原材料
水泥：哈尔滨生产的42.5级普通水泥。粉煤灰：哈尔滨三电厂Ⅱ级灰。细集料：普通河砂，视密度2.65g/m3，堆积密度1550kg/m3，细度模数2.45。粗集料：湖北宜昌生产的800级圆球型页岩陶粒，最大粒径20mm，1h吸水率为2.4％，筒压强度为7.8MPa，陶粒表面有一层近乎瓷质的釉层，表面较光滑，见图1。哈尔滨宾县生产的800级圆球型页岩陶粒，最大粒径20mm，1h吸水率7.1％，筒压强度7.6MPa，陶粒表面有一层近乎陶质层，表面有肉眼可见开放孔，表面粗糙，内部含有大量连通的开放孔，见图2。外加剂：UNF-5萘系高效减水剂和SJ-2引气剂。
2. 试验方法
对吸水率小的陶粒只进行了1h预湿处理，对吸水率大的陶粒进行了1h及72h的预湿处理。采用水胶比相同的水泥砂浆，搅拌方式为先搅拌水泥砂浆，然后放入不同预湿处理的集料进行搅拌，调整减水剂用量，保持工作性一致。
抗渗性试验：采用清华大学研制的NEL法快速测定氯离子扩散系数，评定轻集料混凝土抗渗性；
3. 试验结果及分析
4.1两种页岩陶粒的吸水规律
对陶粒吸水速率进行测定，湖北宜昌陶粒代号为RY， 哈尔滨宾县陶粒代号为RY，结果见表1。
由表1可见，BY陶粒和RY陶粒浸水中后，10min吸水率分别为2.1%和5.5%，达1h吸水率的87.5%和77.5%，可见初期吸水速度极快；随着时间延长，陶粒的吸水速度逐渐变缓，但BY陶粒在24h后吸水率变化缓慢，5d达到饱和状态；而RY陶粒吸水过程较长，5d~6d后变化极其缓慢，到25d达到饱和。尽管两者的孔隙率相近，但吸水率发展出现不同变化规律，这与其内部结构有关。从图1和图2可知BY陶粒内部存在大量封闭球型孔，而RY陶粒内部存在大量连通不规则的孔，因此，RY陶粒的吸水率高且吸水时间长。
4.2 抗压强度
抗压强度的试验结果见表2。
两种陶粒随着预湿程度的增加，早期(7d)强度降低，后期(56d)强度增加。但用吸水率小的陶粒所配制的混凝土B系列早期强度下降较大，B1较B0下降了12.1%；用吸水率大的陶粒所配制的混凝土R系列早期强度下降幅度相对较小，R1较R0下降了仅5.9%；普通混凝土(N2)早期和后期强度增长率都是最低的。而且同是干陶粒，虽然B0陶粒的筒压强度较R0陶粒略高，但R0混凝土强度明显高于B0混凝土。出现这种结果的主要原因是由于两者吸水率明显不同，导致混凝土中陶粒界面处的水胶比不同，由于R0陶粒的吸水率高，使得R0混凝土界面处的净水胶比小于B0混凝土陶粒界面处的净水灰比，R0混凝土陶粒界面处水泥石密实度更高，其次B0陶粒与水泥石的界面机械啮合力低于R0陶粒也导致了其强度降低。因此，不能单纯以陶粒的筒压强度来评价轻集料混凝土的抗压强度，而应以混凝土的合理强度来评价[2]。同时不能忽视陶粒表面与水泥浆间的水化反应对轻集料混凝土强度的影响[3, 4, 5]。
对比未预湿陶粒混凝土相同龄期的强度， R0早期和后期抗压强度(56d)比B0的分别提高了13.7%和10.6%。这主要是由于吸水率大的页岩陶粒，界面处水胶比降低幅度大，水泥石致密度高；其次后期自养护能力强，导致水泥石致密度进一步提高；另外，其表面粗糙，也增加了集料和水泥石的黏结强度。从强度发展来看，高性能轻集料也不是像有人认为的吸水率越低越好。本研究的结论证明1h吸水率为7.1%的陶粒混凝土强度及强度发展都优于吸水率小的陶粒混凝土。
4.3抗渗性能
为与同强度等级普通混凝土作对比，增加一组配合比N1。抗渗性试验结果见表3。
由表3可知：吸水率不同的页岩陶粒，在相同的预湿处理条件下对抗渗性能的影响不同。B系列陶粒混凝土抗渗性比R系列陶粒混凝土的差，且更接近普通混凝土N2 (为同体积配合比普通混凝土)。因此，就提高抗渗性而言，配制混凝土时宜选用吸水性强的陶粒。
用预湿程度不同、吸水率不同的陶粒配制的混凝土随养护龄期发展，对抗渗性的影响规律明显不同。R系列混凝土，随预湿程度增加，28d抗渗性降低，而随养护龄期的延长，陶粒“微泵”作用的逐渐发挥，抗渗性明显提高。如28d时R2的抗渗性低于R0；而90d时R2的氯离子扩散系数较28d的降低了60.8%，且R2抗渗性超过了R0，说明预湿处理更有利于后期抗渗性能提高，仅用28d的抗渗性评价陶粒混凝土不能真实反映其抗渗性。
在相同强度等级下，R1与N1比，28d时的氯离子扩散系数降低42%，90d时氯离子扩散系数降低64%，说明陶粒混凝土比普通混凝土抗渗性好，且后期抗渗性降低幅度大。在体积配合比相同的条件下，LC30陶粒混凝土(R1)比C60普通混凝土(N2)抗渗性好。由此可见，页岩陶粒预湿程度越高，其返水能力越强，随养护龄期的延长，集料与水泥石界面结构改善更加明显，其抗渗性提高幅度越大，对提高抗渗性越有利。
通过本试验研究得知，页岩陶粒吸水率越小，其自养护能力越差，用陶粒所配制的混凝土的抗渗性也较差，尤其是后期的抗渗性提高幅度有限。本人认为若从耐久性考虑，高性能陶粒应当具有≮5%的吸水率。
4. 结论
(1) 用吸水率大的陶粒配制的混凝土早期和后期抗压强度都比用吸水率小的陶粒配制的混凝土高，且早期强度下降幅度小。
(2)预湿处理后的陶粒混凝土抗渗性降低；而高吸水率陶粒90d时抗渗性，随陶粒预湿程度提高而提高。
（3）对于用含水率高的陶粒配制的混凝土，仅以28d评价抗渗性往往不能真实反映陶粒混凝土抗渗性能力。
（4）用吸水率大的陶粒配制的混凝土的抗渗性比用吸水率小的陶粒配制的混凝土好。用适当预湿处理的高吸水率的陶粒配制混凝土，可以充分发挥陶粒自养护能力,以确保陶粒混凝土具有优良的抗渗性。
参考文献
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.刘巽伯. 房材与应用.轻集料强度和强度标号. 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
