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【摘要】以粉煤灰、陶粒、水泥为基本配料， 适当加入石膏、石灰等激发剂来激发粉煤灰的活性， 采用正交配合比实验方案，浇注成型自然养护的方法制成大掺量粉煤灰陶粒混凝土立方体试块，测定出不同配合比的抗压强度和容重，旨在找出各种材料掺量与粉煤灰试块抗压强度、容重的关系， 为配制出适合于新疆村镇建筑的新型粉煤灰陶粒混凝土，用于生产轻质保温墙体材料提供理论依据。
【关键词】粉煤灰；陶粒混凝土；正交设计；抗压强度
0前言
随着世界能源危机的深入，和减少温室气体排放的呼吁日益增大。世界各国均投入大量的人力、物力进行节能研究。全世界建筑能耗占到了总能耗的30～40%，故各国都把建筑节能列为节能工作的重点。在建筑中墙体材料用量位居所有建筑材料之首，达到70%，同时也是消耗原料、能源的一类重要建筑制品。墙体材料的优劣对于建筑节能起着举足轻重的作用。目前新疆粘土砖的比例仍占到整个墙材的83%[1～6]，村镇建筑所占比例更大，粘土砖的生产不但浪费宝贵的土地资源而且耗费能源、污染环境，同时保温效果差，随着能源与土地消耗日益严峻，开发新型墙材势在必行。本文以建筑节能为目的，通过试验研究，探索出适合于新疆村镇建筑的新型粉煤灰陶粒混凝土，用于生产轻质保温墙体材料。
1 原材料组成
1.1 组成成分的确定
通过查阅相关资料了解到，组成粉煤灰陶粒混凝土需要有胶凝材料，水泥是一种很好的胶凝材料，水泥的加入会增加粉煤灰陶粒混凝土的抗压强度，但是增大水泥用量会使粉煤灰陶粒混凝土的成本加大。在原料中掺入石灰和石膏同样会增加粉煤灰的活性，加速水化作用，提高强度，这样不仅能节约成本，而且能更好地满足力学性能要求。在骨料的选择上，选择用陶粒取代同体积的砂石粗细骨料，考虑一方面减轻材料的质量，另外是陶粒表面有很多孔洞，可以提高粉煤灰陶粒混凝土的保温性能。确定原料主要为水泥、粉煤灰、石灰、建筑石膏、陶粒和水。
1.2 原材料选用
（1） 粉煤灰：新疆石河子市越隆达建材有限公司生产的一级粉煤灰。其成分含量如表1所示。
（2） 水泥：新疆石河子天辰水泥有限公司生产的天业牌P·O 32.5级水泥。
（3） 骨料：粗骨料选用粒径为（5.0-10.0）mm的页岩陶粒；细骨料选用粒径为（0.16-5）mm的页岩陶粒。
（4）石灰和石膏：建筑中常采用的普通石灰和建筑石膏。
（5）水：普通饮用自来水。
1.3 试验仪器
主要的实验仪器包括钢制捣棒、150mm×150mm ×150mm试模、万能压力实验机等。
2 试验方案及方法
2.1 正交试验设计
实验设计采用正交实验的方法进行，以粉煤灰、水泥、石灰、石膏四种材料用量作为此试验中影响粉煤灰陶粒混凝土抗压强度的四个主要因素，每个因素取3个水平。Lg（34）正交方案设计，具体正交实验方案见表2。
2）各材料用量均按质量计算。
2.2 试件的制作及养护
以JGJ-51—2002《轻骨料混凝土技术规程》[7]，GB/T50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》[8]为依据，制作试块。试验前先将陶粒进行筛分，然后将筛分好的陶粒装袋在水中泡24小时，实验前提前从水中取出，晾干，待无水流出后方可用于实验；试验时按比例准确称量好各种材料，拌合均匀后加水，边加水边搅拌，直至拌合均匀，骨料拌合采用人工；把拌合均匀的粉煤灰混凝土骨料装进150mm×150mm×150mm的钢试模中，人工用钢制捣棒振捣密实；试件的养护按照《普通混凝土力学性能试验方法》（GB50081）的要求进行，在实验室自然养护，养护2天后拆模，在自然条件下养护到28天，测定其抗压强度。做抗压强度前，测量试件的尺寸、称量试件的重量并做好记录。
2.3 正交试验结果及分析
2.3.1 正交试验结果
根据表1和表2设计的实验方案，参照JGJ-51-2002《轻骨料混凝土技术规程》[7]，通过实验得到不同参量下28d抗压强度与28d表观密度实验数据，具体实验结果表3。
2.3.2 实验结果分析
2.3.2.1 试验结果的直观分析
从表3可以看出，混凝土材料立方体28d抗压强度变化范围为12.8～21.5 Mpa，变化幅度很大，说明本次试验设计的原料掺量对材料抗压强度影响较大；28d表观密度变化范围为13.236～15.206 kN /m3，变化幅度较小，变化规律与抗压强度变化规律基本符合。本次试验可以配制出强度大于10 Mpa、表观密度小于19kN /m3的轻骨料混凝土材料。
2.3.2.2 试验结果的极差分析
为进一步研究各原料对混凝土材料抗压强度和表观密度的影响，对试验数据进行极差分析，结果见表3所示。
根据极差分析数据结果，绘制各因素与材料28d抗压强度极差分析R值、材料28d表观密度极差分析R值的关系图，见图1～图2所示。
由图1、图2和表3可以看出，本次试验，对混凝土28d抗压强度影响顺序为A>C>D>B，其中水泥是影响混凝土28d抗压强度的关键因素；对混凝土28d表观密度影响顺序为A>D>B>C，其中水泥是影响混凝土材料28d表观密度影最显著的因素。
各因素用量与混凝土28d抗压强度和28d表观密度二个指标的K值关系曲线，如图3-图4所示。
4 容重与各因素水平的关系
由图3可知，混凝土28d抗压强度随A的增加而显著增大，对混凝土抗压强度的影响最大，其抗压强度变化范围为12.8MPa ～21.5MPa；随B掺量的增加而减小，接近线性关系，但变化幅度不大；强度随掺量C的增加先降低后增加，水平2之后增幅较快，强度随掺量D的增加二增加，水平2之前增幅平缓，水平2之后增幅较快。
由图4可知，材料28d表观密度随A的增加而增大，水平2之前增幅较快，水平2之后增幅平缓，随B、C掺量的增加呈现而先降低后增加的变化趋势，表观密度随D的增加呈现线性增大的变化规律。本次设计的正交实验中水泥、石灰、石膏和粉煤灰掺量改变对混凝土容重影响不大，变化范围为13.236 kN/m3 ～15.206 kN/m3。
3 结论
大掺量粉煤灰陶粒混凝土实验研究表明，胶凝材料掺量对平均抗压强度影响的显著顺序是水泥、石灰、石膏和粉煤灰。28d抗压强度变化范围为12.8MPa～21.5MPa，其抗压强度都大于JC-239-2001粉煤灰混凝土多孔砖行业标准规定的Mu15，12MPa的要求，满足强度指标的前提下，可以根据当地工程实际情况和经济性原则选择所需的配合比。另外，在设计的正交实验中水泥、石灰、石膏和粉煤灰掺量改变对混凝土容重影响不大，变化范围为13.236 kN/m3～15.206 kN/m3，其平均容重也符合标准规定。
参考文献
[1]阿肯江·托呼提，亓国庆，陈汉清.新疆南疆地区传统土坯房屋震害及抗震技术措施[J]. 工程抗震与加固改造，2008，30（1）：82～86.
[2]葛学礼，王亚勇，申世元.村镇建筑地震灾害与抗震减灾措施[J].工程质量，2005，（12）：1～2.
[3]张帆.小城镇住宅新型墙材结构体系研究[D].天津：天津大学，2005
[4]黄丽华，周大伟.掺多种工业废渣的陶粒混凝土轻质隔墙板[J].新型建筑材.2006.2： 52～53.
[5]杜锐，张星魁粉煤灰陶粒混凝土配合比的试验研究[J].商品混凝土.2010.11：48～49
[6]邵永健， 殷志文.陶粒混凝土砌块的配合比设计与抗压强度试验[J].混凝土.2007.10：107～108.
[7]丁威，龚洛书，沈玄，等.JGJ-51—2002《轻骨料混凝土技术规程》[J].中国建筑科学研究院.2002.
[8]陆建雯，姚燕，杨静，等.GB/T50082 —2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》[J].中国建筑科学研究院.2009.
【关键词】粉煤灰；陶粒混凝土；正交设计；抗压强度
0前言
随着世界能源危机的深入，和减少温室气体排放的呼吁日益增大。世界各国均投入大量的人力、物力进行节能研究。全世界建筑能耗占到了总能耗的30～40%，故各国都把建筑节能列为节能工作的重点。在建筑中墙体材料用量位居所有建筑材料之首，达到70%，同时也是消耗原料、能源的一类重要建筑制品。墙体材料的优劣对于建筑节能起着举足轻重的作用。目前新疆粘土砖的比例仍占到整个墙材的83%[1～6]，村镇建筑所占比例更大，粘土砖的生产不但浪费宝贵的土地资源而且耗费能源、污染环境，同时保温效果差，随着能源与土地消耗日益严峻，开发新型墙材势在必行。本文以建筑节能为目的，通过试验研究，探索出适合于新疆村镇建筑的新型粉煤灰陶粒混凝土，用于生产轻质保温墙体材料。
1 原材料组成
1.1 组成成分的确定
通过查阅相关资料了解到，组成粉煤灰陶粒混凝土需要有胶凝材料，水泥是一种很好的胶凝材料，水泥的加入会增加粉煤灰陶粒混凝土的抗压强度，但是增大水泥用量会使粉煤灰陶粒混凝土的成本加大。在原料中掺入石灰和石膏同样会增加粉煤灰的活性，加速水化作用，提高强度，这样不仅能节约成本，而且能更好地满足力学性能要求。在骨料的选择上，选择用陶粒取代同体积的砂石粗细骨料，考虑一方面减轻材料的质量，另外是陶粒表面有很多孔洞，可以提高粉煤灰陶粒混凝土的保温性能。确定原料主要为水泥、粉煤灰、石灰、建筑石膏、陶粒和水。
1.2 原材料选用
（1） 粉煤灰：新疆石河子市越隆达建材有限公司生产的一级粉煤灰。其成分含量如表1所示。
（2） 水泥：新疆石河子天辰水泥有限公司生产的天业牌P·O 32.5级水泥。
（3） 骨料：粗骨料选用粒径为（5.0-10.0）mm的页岩陶粒；细骨料选用粒径为（0.16-5）mm的页岩陶粒。
（4）石灰和石膏：建筑中常采用的普通石灰和建筑石膏。
（5）水：普通饮用自来水。
1.3 试验仪器
主要的实验仪器包括钢制捣棒、150mm×150mm ×150mm试模、万能压力实验机等。
2 试验方案及方法
2.1 正交试验设计
实验设计采用正交实验的方法进行，以粉煤灰、水泥、石灰、石膏四种材料用量作为此试验中影响粉煤灰陶粒混凝土抗压强度的四个主要因素，每个因素取3个水平。Lg（34）正交方案设计，具体正交实验方案见表2。
2）各材料用量均按质量计算。
2.2 试件的制作及养护
以JGJ-51—2002《轻骨料混凝土技术规程》[7]，GB/T50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》[8]为依据，制作试块。试验前先将陶粒进行筛分，然后将筛分好的陶粒装袋在水中泡24小时，实验前提前从水中取出，晾干，待无水流出后方可用于实验；试验时按比例准确称量好各种材料，拌合均匀后加水，边加水边搅拌，直至拌合均匀，骨料拌合采用人工；把拌合均匀的粉煤灰混凝土骨料装进150mm×150mm×150mm的钢试模中，人工用钢制捣棒振捣密实；试件的养护按照《普通混凝土力学性能试验方法》（GB50081）的要求进行，在实验室自然养护，养护2天后拆模，在自然条件下养护到28天，测定其抗压强度。做抗压强度前，测量试件的尺寸、称量试件的重量并做好记录。
2.3 正交试验结果及分析
2.3.1 正交试验结果
根据表1和表2设计的实验方案，参照JGJ-51-2002《轻骨料混凝土技术规程》[7]，通过实验得到不同参量下28d抗压强度与28d表观密度实验数据，具体实验结果表3。
2.3.2 实验结果分析
2.3.2.1 试验结果的直观分析
从表3可以看出，混凝土材料立方体28d抗压强度变化范围为12.8～21.5 Mpa，变化幅度很大，说明本次试验设计的原料掺量对材料抗压强度影响较大；28d表观密度变化范围为13.236～15.206 kN /m3，变化幅度较小，变化规律与抗压强度变化规律基本符合。本次试验可以配制出强度大于10 Mpa、表观密度小于19kN /m3的轻骨料混凝土材料。
2.3.2.2 试验结果的极差分析
为进一步研究各原料对混凝土材料抗压强度和表观密度的影响，对试验数据进行极差分析，结果见表3所示。
根据极差分析数据结果，绘制各因素与材料28d抗压强度极差分析R值、材料28d表观密度极差分析R值的关系图，见图1～图2所示。
由图1、图2和表3可以看出，本次试验，对混凝土28d抗压强度影响顺序为A>C>D>B，其中水泥是影响混凝土28d抗压强度的关键因素；对混凝土28d表观密度影响顺序为A>D>B>C，其中水泥是影响混凝土材料28d表观密度影最显著的因素。
各因素用量与混凝土28d抗压强度和28d表观密度二个指标的K值关系曲线，如图3-图4所示。
4 容重与各因素水平的关系
由图3可知，混凝土28d抗压强度随A的增加而显著增大，对混凝土抗压强度的影响最大，其抗压强度变化范围为12.8MPa ～21.5MPa；随B掺量的增加而减小，接近线性关系，但变化幅度不大；强度随掺量C的增加先降低后增加，水平2之后增幅较快，强度随掺量D的增加二增加，水平2之前增幅平缓，水平2之后增幅较快。
由图4可知，材料28d表观密度随A的增加而增大，水平2之前增幅较快，水平2之后增幅平缓，随B、C掺量的增加呈现而先降低后增加的变化趋势，表观密度随D的增加呈现线性增大的变化规律。本次设计的正交实验中水泥、石灰、石膏和粉煤灰掺量改变对混凝土容重影响不大，变化范围为13.236 kN/m3 ～15.206 kN/m3。
3 结论
大掺量粉煤灰陶粒混凝土实验研究表明，胶凝材料掺量对平均抗压强度影响的显著顺序是水泥、石灰、石膏和粉煤灰。28d抗压强度变化范围为12.8MPa～21.5MPa，其抗压强度都大于JC-239-2001粉煤灰混凝土多孔砖行业标准规定的Mu15，12MPa的要求，满足强度指标的前提下，可以根据当地工程实际情况和经济性原则选择所需的配合比。另外，在设计的正交实验中水泥、石灰、石膏和粉煤灰掺量改变对混凝土容重影响不大，变化范围为13.236 kN/m3～15.206 kN/m3，其平均容重也符合标准规定。
参考文献
[1]阿肯江·托呼提，亓国庆，陈汉清.新疆南疆地区传统土坯房屋震害及抗震技术措施[J]. 工程抗震与加固改造，2008，30（1）：82～86.
[2]葛学礼，王亚勇，申世元.村镇建筑地震灾害与抗震减灾措施[J].工程质量，2005，（12）：1～2.
[3]张帆.小城镇住宅新型墙材结构体系研究[D].天津：天津大学，2005
[4]黄丽华，周大伟.掺多种工业废渣的陶粒混凝土轻质隔墙板[J].新型建筑材.2006.2： 52～53.
[5]杜锐，张星魁粉煤灰陶粒混凝土配合比的试验研究[J].商品混凝土.2010.11：48～49
[6]邵永健， 殷志文.陶粒混凝土砌块的配合比设计与抗压强度试验[J].混凝土.2007.10：107～108.
[7]丁威，龚洛书，沈玄，等.JGJ-51—2002《轻骨料混凝土技术规程》[J].中国建筑科学研究院.2002.
[8]陆建雯，姚燕，杨静，等.GB/T50082 —2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》[J].中国建筑科学研究院.2009.