碎石型页岩陶粒混凝土的设计与性能优化研究

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1、第一章前言第一章前言1.1选题背景与意义混凝土作为现代工程施工的重要建筑材料，自1824年英国人亚斯普丁发明波特兰水泥到后来混凝土的诞生，至今已逾150年的历史，在混凝土材料的发展历程中，其一直向着高性能的方向发展。高性能混凝土（HighPerformanceConcrete，简称HPC）是指具有高强度、高耐久性、高流动性等多方面的优越性能的混凝土。在HPC的研究中，人们一直追求的目标都是混凝土的强度和施工[1,2]性能，而其轻质问题却一直未能引起人们的重视。普通混凝土的性能缺陷主要是自重大、导热系数大，使其作为房

2、屋建筑材料时保温性能差，作为结构材料时为支撑其自重设计的结构尺寸较大。轻质混凝土的出现为解决混凝土的这一缺点找到了途径。现代工程中的轻质混凝土主要有加气混凝土、泡沫混凝土和轻骨料混凝土。其中加气混凝土和泡沫混凝土[3]由于其强度低，抗裂、拉能力差等因素，主要应用于工程中的非承重结构；而轻骨料混凝土具有轻质、强度可设计性、高耐久、保温隔热、隔音的多功能性能，其可以像其它轻质混凝土一样应用于非承重结构，同时由于它的强度可设计性，也可以应用于工程中的一些主要承重结构。轻骨料混凝土能够在保证一定强度的前提下有效的减轻结构自

3、重，顺应了混凝土轻质、高强、多功能的发展方向。碎石型页岩陶粒作为碎石型页岩陶粒混凝土的主要原料，每立方米混凝土3中约占0.7m，碎石型页岩陶粒混凝土的应用大大的减少了对天然集料资源的开采。碎石型页岩陶粒混凝土除了在性能和功能比普通混凝土有显著地优势外，作为一种现代环保建筑材料，其环保优势随着可持续发展战略的贯彻实施日益[4]突出。现代建筑工程向着大跨度、高层方向发展，为减轻结构自重、减小结构断面、提高建筑保温隔热性能，人们对混凝土提出了轻质高强的要求。轻骨料混凝土由于其粗骨料选用的轻骨料具有轻质多孔性，降低了混凝土

4、的容重，调查研究表明：轻骨料混凝土与普通混凝土相比，轻骨料混凝土能有效的减小建[5]筑物自重的20%~40%，推广结构轻骨料取代普通混凝土在高层、大跨的建筑中应用可使工程造价降低10%~20%，轻骨料混凝土在建筑工程中的应用具有良1万方数据第一章前言[6]好的经济效益和技术前景。地震对建筑物造成的影响与建筑物的上部结构自重成正比。当建筑物采用轻骨料混凝土后，建筑的整个结构自重下降，这就降低了地震对建筑的影响。同时，由于轻骨料混凝土的弹性模量较低，地震时建筑结构的自振周期变长，使得建筑物的变形能力得到了增强，同时在建

5、筑物梁体破坏时能消耗更多的变形能。因此，运用轻骨料混凝土的建筑物结构的抗震性能较好。轻骨料能有效地避免混凝土的碱集料反应。由于轻骨料的“双微孔”微泵作用，轻骨料中的轻骨料与水泥浆体的界面接触区性能优于普通混凝土，界面区粘结非常好，结构更加均匀，有效的堵住了水路，同时由于轻骨料具有吸水性，轻骨料内部所含的水分有利于水泥的后期水化作用（即轻骨料混凝土的内部自养护），从而避免了[7,8,9]微裂缝的产生，有效的提高了混凝土的抗渗性。一般当建筑物发生火灾时，普通混凝土的耐火时间仅约一个小时，而轻骨料混凝土的耐火时间长达4个

6、小时，大大的减轻了建筑物火灾造成的影响。轻骨料混凝土在现代建筑工程的应用主要限于利用其保温隔热性能砌块、内隔墙板等非承重结构。建筑工程人员对轻骨料混凝土的系统性认识不够，导致轻骨料混凝土在承重结构中的应用受到了限制。因此对结构轻骨料混凝土的配制和系统的工作性能以及力学性能的研究，从理论上和实验结果上证明轻骨料混凝土在承重结构中的可行性，改变建筑工程人员对轻骨料混凝土的认识，使得轻骨料混凝土在建筑工程中得到广泛的应用。江西省星子县境内有丰富的页岩资源，页岩储量2亿立方米，属含碳绢云母类板岩，长期以来作为加工建材板和台

7、球桌面的原料，并在星子县形成了拥有600多家板岩加工企业的产业群，由于选择性取材和切割加工，每年都会产生大量的边角废料。为综合利用这些板岩废料，南昌大学材料学院承担完成的江西省科技支撑项目“利用星子板岩废料制备轻质高强建材陶粒及其产业化研究”（编号20111BBG7002-3）成功利用板岩废料烧制出轻质高强建材陶粒，并3在星子县横塘镇建成年产10万m建材陶粒示范生产线。为推进该产品在建筑工程中的应用，本课题选择利用湖北宜昌优质陶粒制备轻质陶粒混凝土（主要考虑宜昌碎石型页岩陶粒产品种类齐全，利用宜昌页岩陶粒制备轻骨料

8、混凝土所得实验数据可为星子页岩陶粒混凝土的制备提供参考），并研究其物理力学性能，为星子县页岩陶粒在高强混凝土中应用奠定基础。2万方数据第一章前言1.2碎石型页岩陶粒混凝土的性能优势碎石型页岩陶粒混凝土（CrushedShaleCeramsiteConcrete，简称CSCC）是指粗骨料采用碎石型页岩陶粒的轻骨料混凝土。其性能优越，在现代建筑工程中得到了愈来愈