前言：工业废渣陶粒混凝土性能及其影响因素
近年来，工业废渣的综合利用技术得到了长足的进步，粉煤灰、矿渣粉在建设领域得到了广泛的应用，但钢渣的利用率还很低，钢渣数量约为粗钢产量的 12 % ～ 20 %。
钢渣的弃置堆积不仅占用了大量的土地资源，还对环境造成了污染。钢渣的化学成分与水泥熟料相似，化学成分以 CaO 和 SiO
为主，但它的生成温度比硅酸盐水泥熟料的高了很多，其矿物结晶致密、晶粒较大，水化速度缓慢，是一种具有潜在活性的胶结材料，通过激发可获得胶凝性替代水泥用以制备自保温墙体材料。
本文以工业废渣作为胶凝材料，以陶粒作为轻骨料，通过引气技术改善陶粒制品的流动性、粘聚性和保水性，并降低陶粒制品的导热系数，增加墙体材料的热阻，通过对影响废渣陶粒混凝土性能各因素的研究，优化得到自重轻、保温隔热性能好、强度较高的以工业废渣为胶凝材料的陶粒混凝土。
本研究中配制了不同配合比的混凝土样本用于各种性能测试，其编号和配合比见表1。
表1 工业废渣陶粒混凝土配合比
测试了养护制度对工业废渣陶粒混凝土强度的影响，测试结果见表 2。
配合比采用表?1 中 A1，蒸汽养护温度为 50℃。
表 2 养护制度对陶粒混凝土强度的影响
从表 2 可以看出 2 d 蒸养的陶粒混凝土试块强度为最高。说明在蒸汽养护条件下，有利于促进水玻璃的碱激发作用，加速 Si - O 键断裂，形成更多的水化硅酸盐，从而使得混凝土的强度得到提高。当养护时间为 2 d 时，强度可达到7.3 MPa。但随蒸养时间延长，并
无助于提高陶粒混凝土的强度。自然养护的条件下，随着养护龄期的增长，强度增大，当 28 d 的强度为 6.5 MPa，
这是因为随着龄期的增长，矿渣和钢渣的水化程度越来越充分，试件抗压强度提高。
根据上述试验结果，陶粒混凝土在 50 ℃ 下蒸养 2 d 的强度大于其自然养护 28 d 的强度，从经济性和实用性角度考虑，试件养护采取蒸养 2 d 为宜。
为考查胶凝材料组成对陶粒混凝土强度的影响，分别采用矿粉与钢渣粉的比例为 70:30，60:40，50:50的胶凝材料进行试验，配合比见表 1 中 A1 - A3，试验结果见表 3。
钢渣粉与矿渣粉双掺时，两者有相互活化的效果，可作为混凝土工程中一种理想的活性矿物掺合料。
由于矿渣微粉中主要是以处于亚稳态的玻璃体为主，而钢渣微粉中主要是以过烧的 C
S、C
S 为主，在早期基本没有水化，只是起到填充作用，无法对混合材的活性起到主导作用。因此钢渣微粉的活性较同龄期矿渣微粉的活性低得多，钢渣微粉与矿渣微粉复掺，复合粉的活性随着钢渣微粉在复合粉中的比例增加活性逐渐降低。由表 3 可以看出矿粉与钢渣的比例为70:30 的混凝土试块强度为最高，说明钢渣的活性相对于矿渣较低，难于激发，导致陶粒混凝土的抗压强度随着钢渣含量的增大有较大幅度的降低。
表 3 胶凝材料组成对陶粒混凝土强度的影响
研究了骨胶比对陶粒混凝土强度、容重和软化系数的影响，配合比表 1 中 B1、B2 和 B3，测试结果见图1。从图 1 可看到，随骨胶比增大，陶粒混凝土的强度大幅度降低，当骨胶比从 1.5 增加至 2.0 和 2.5 时，强度从 9.7 MPa，分别降低至 5.4 MPa 和 3.9 MPa，而容重
降低很有限，因而比强度也呈大幅降低的趋势。随骨料用量增加，浆体含量减少，浆体与骨料界面数量增加，在骨料强度不太低的情况下，以废渣为胶凝材料的浆体与骨料界面可能是最薄弱的环节，尤其当混凝土拌合物匀质性较差时，浆体与骨料的粘结性能较差，导致混凝土的强度降低。因此，对于工业废渣的陶粒混凝土，通过骨料调整轻混凝土容重和热工性能时，应选用合理的骨料品种，若选用不合理，可能会导致其力学性能和物理性能较大幅度的降低 。由图1，采用600级陶粒的，混凝土的软化系数相对较大，均大于0.8，且随骨料用量增加，陶粒混凝土的软化系数还有所增加。需要指出的是，不同等级的骨料对陶粒混凝土的强度、容重及软化系数等性能的影响存在显著的差异。
图 1 骨胶比对陶粒混凝土性能的影响
研究了不同水胶比下陶粒混凝土的强度、软化系数和容重，配合比见表 1 中 A1、B2 和 C，测试结果见图2。由图 2 可以看出随着水胶比的增大，陶粒混凝土强度明显降低，水胶比从 0.54 增加至 0.575 和 0.61，抗压强度则从 7.3 MPa，降低至 6.0 MPa 和 5.4 MPa。跟
普通混凝土相似。在骨料和胶凝材料用量不变的情况下增加用水量，将导致浆体强度及浆体和骨料界面区强度降低。此外用水量如过多，拌合物流动性过大，浆体黏度变低，轻骨料离析上浮严重，导致混凝土骨料分布的不均匀，造成混凝土的强度降低。从测试结果来看，水胶比对陶粒混凝土容重的影响很小，在这种情况下，陶粒混凝土的比强度也有明显降低。因此在保证和易性的前提下，陶粒混凝土的强度应适当降低水胶比。
图 2 水胶比对陶粒混凝土性能的影响
研究了引气剂对以工业废渣为胶凝材料的陶粒混凝土性能的影响，配合比见表 1 中 B2、D1 和 D2，测试结果见图 3。由图 3 可见随着引气剂掺量的增大，陶粒混凝土强度明显降低，因为引气含量增大，浆体中引入的气泡越多，体积密度降低即陶粒混凝土容重降低，
陶粒混凝土强度就变低;从图 3 也可看出，陶粒混凝土强度降低幅度较容重降低幅度大得多，因而比强度也是随着引气剂掺量的增大呈明显降低趋势，具体来看，当引气剂掺量较小和较大时，陶粒混凝土的强度损失均较大，而当引气剂掺量为 0.05 % －0.1 % 时，强度损失并不大。在陶粒混凝土中掺加引气剂有正反两方面作用，一方面掺入引气剂后，由于引入大量的气泡，浆体的体积密度降低，使得浆体的体积密度与陶粒的体积密度差减小，浆体下沉、陶粒上浮的速度降低，其抗离析泌水性显著提高，混凝土匀质性提高，这可从搅拌前后陶粒混凝土拌合物容重差值逐渐减小得以证明。另一方面，由于浆体中引入了大量气泡，将导致浆体强度以及浆体与骨料之间的结合力降低。轻骨料混凝土的受力破坏又有别于普通混凝土。胶凝材料强度较高时，轻集料混凝土的抗压强度主要取决于集料的强度，轻骨料混凝土的破坏往往是轻集料被压碎，当胶凝材料抗压强度低于轻集料时，引入气体才会使抗压强度下降。研究也表明，骨料强度对陶粒混凝土性能影响很大，骨料等级及用量应与配制的废渣陶粒混凝土设计强度和容重相匹配，当胶凝材料或骨料强度较低时，会导致陶粒混凝土强度有较大幅度较低。在骨料强度不太低的情况下，以废渣为胶凝材料的浆体与骨料界面可能是最薄弱的环节，而当骨料强度较低时，破坏则发生在骨料中。如何合理地在轻骨料混凝土中使用引气剂是值得进一步研究的课题。
图 3 引气剂对陶粒混凝土性能的影响
研究了水玻璃掺量对陶粒混凝土性能的影响，配合比见表 1 中 B2、E1 和 E2，测试结果见图 4。
图 4 水玻璃对陶粒混凝土性能的影响
由图 4 可见水玻璃对混凝土强度的影响。随着水玻璃掺量的增大，陶粒混凝土强度提高。这是由于随水玻璃掺量的增加，浆体中碱度提高，促进钢渣和矿粉玻璃相迅速解离，加速水化，从而提高硬化浆体强度。而掺加水玻璃对陶粒混凝土的容重及软化系数的影响不是很明显。
工业废渣陶粒混凝土的热工性能
研究表明:骨料用量对废渣陶粒混凝土的强度影响较大；增大水胶比使得废渣陶粒混凝土强度有所降低；掺加引气剂可明显改善陶粒混凝土和易性，但引气剂掺量过大，会导致陶粒混凝土强度损失较大；增加水玻璃用量，废渣陶粒混凝土强度有所提高。水胶比及水玻璃用量对陶粒混凝土的容重和软化系数影响不大，而掺加引气剂后陶粒混凝土的容重明显降低。以矿粉、钢渣等工业废弃物为胶凝材料，并采用引气技术可制备理想的轻质自保温墙体材料。
通过研究，得到了较优的废渣陶粒混凝土配比，粗骨料为 600 级陶粒，矿粉与钢渣比例为 70:30，骨胶比为 2.0，砂率为 0.40，水胶比为 0.61，水玻璃掺量为 10 %，引气剂掺量为 0.1 %。
该材料胶凝材料主要采用矿粉和钢渣，与采用水泥为胶凝材料的陶粒混凝土相
比，干燥收缩要小得多，因而也减小了墙体因干燥收缩引起的开裂的风险。此外，该材料可吸纳大量工业废弃物、减少工业废渣造成的环境污染，为其资源化利用提供一条新的途径。