摘要
本课题针对炉渣的资源化利用，将其作为主要原材料应用于硅酸盐陶粒的制备。通过研究炉渣粉细度、配合比及壳层结构对硅酸盐陶粒性能的影响，达到制备出高强壳层硅酸盐陶粒的目的。以壳层硅酸盐陶粒为研究对象，对其力学性能与耐久性进行综合研究；制备了壳层硅酸盐陶粒高强混凝土，并对混凝土进行抗冻融研究；开展了壳层硅酸盐陶粒应用于预应力高强混凝土管桩领域的研究。 炉渣硅酸盐陶粒的制备与性能研究。从炉渣粉细度、配合比及制备壳层结构三个方面展开研究，实现了高强壳层陶粒的制备，该种壳层陶粒表观密度为1940.1kg/m3、1h吸水率为2.3%、筒压强度达24.3MPa，具有吸水率低、筒压强度高的特点。对壳层陶粒进行坚固性研究，其质量损失仅为1.7%，满足国家标准坚固性指标Ⅰ类要求。对壳层陶粒进行快速碱-硅酸反应研究，其14d膨胀率为0.0341%，低于标准判定值0.10%，不具备碱集料危害；同时考虑了炉渣中存在SO3时，在实验过程中的碱-硅酸反应膨胀与钙矾石生成产生的膨胀综合作用下对试样膨胀性能的影响，结果显示，SO3含量达3.5%时，试样14d膨胀率为0.0561%，仍低于0.10%。此外，还对壳层陶粒进行了压碎指标、软化系数与冻融质量损失研究，结果分别为2.2%、0.96和1.28%，均满足标准要求。 高强硅酸盐陶粒混凝土的制备与抗冻融研究。在水泥用量为400kg/m3、W/C=0.4条件下，陶粒混凝土标准养护28d抗压强度达到63.4MPa、抗折强度为11.4MPa、干表观密度为2018.6kg/m3。对比同等条件下的普通混凝土，抗压强度与抗折强度分别高了3.8%与8.6%，干表观密度减轻了16.2%。将陶粒混凝土分别置于冻融介质为水、3%NaCl、5%NaCl、5%Na2SO4、10%Na2SO4溶液中进行50次冻融循环。冻融后的各组陶粒混凝土均表现出良好的抗冻性能，相对动弹性模量处于98.6~102.3%之间，质量出现了略微增加，增加范围在0.30~0.50%，抗压强度损失率在-2.1~2.4%之间。研究了混凝土中陶粒作为粗集料体积占比不同对陶粒混凝土冻融性能的影响，结果显示陶粒体积占比在40~50%时，占比增加对混凝土的抗冻性能起到一定提升，表明陶粒作为粗集料对混凝土的抗冻性能具有贡献作用。 壳层硅酸盐陶粒应用于预应力高强混凝土管桩领域的研究。水泥用量为480kg/m3、W/C=0.25条件下，陶粒混凝土管桩蒸养强度为91.1MPa，蒸压强度为106.9MPa，满足标准要求。探究矿物掺合料的掺加作用发现：单掺条件下粉煤灰、矿渣、石英粉的掺入均能改善混凝土的流动性，其中粉煤灰改善效果最明显，此外粉煤灰的掺入有利于提升试样蒸养强度，而石英粉的掺入对试样的蒸压强度提升最显著；研究掺合料复掺发现，合理的复掺能够起到掺合料间的优势互补作用，如：粉煤灰与石英粉复掺的试样蒸养强度与蒸压强度均较高，且复掺试样的拉压比数值整体高于单掺，表明矿物掺合料复掺能一定程度上改善单掺时混凝土脆性偏高的问题。 研究了自然养护、蒸汽养护、蒸压养护三种陶粒养护工艺对制备陶粒混凝土管桩性能的影响，三种陶粒混凝土的蒸养强度与蒸压强度分别在71.8~78.6MPa与125.9~134.1MPa之间，波动范围较小，表明陶粒养护条件对混凝土管桩强度影响不大。研究了在大体积粉煤灰掺量条件下胶凝材料的C/S对混凝土性能影响，结果表明在C/S=1.0时混凝土中水化相类型与水化物含量共同作用效果最佳，蒸压强度最大为124.5MPa。并对C/S不同的陶粒混凝土进行抗冻实验，结果发现C/S增加，混凝土的抗冻性能降低，C/S为0.6的试样抗冻性能最好，抗冻标号为D168，而C/S为1.2的试样抗冻性能最差，抗冻标号为D107。对试样破坏形式分析可知，冻融破坏的主要原因为混凝土基体中出现的微裂纹破坏。
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