粉煤灰陶粒是以粉煤灰为主要原材料,经过高温焙烧而成的一种人工轻骨料。该轻骨料具有发达的孔隙结构和较轻的重量。以粉煤灰陶粒为粗骨料配制的混凝土表观密度通常低于1950Kg/m3,与普通混凝土相比,具有轻质高强、抗震性能好、导热系数低、耐久性能好等优点,是近几年新兴起来的一种功能增强材料。因此研究粉煤灰陶粒轻骨料混凝土不仅可以减少粉煤灰固体废弃物对环境的污染,同时还可以开发出一种既具有普通混凝土的力学性能,又具有保温性能的高效益生态建筑材料。本文以宁夏产粉煤灰陶粒为研究对象,以粉煤灰陶粒的化学成分和结构为切入点,采用宏观力学和微观分析的研究方法,对粉煤灰陶粒轻骨料混凝土的力学性能、抗冻性能、抗硫酸盐侵蚀性能、导热性能、高温性能及微观形貌特征等开展了系统深入的研究。主要获得了以下几个方面的研究成果:1.通过使用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和红外(IR)微观结构测试手段研究了宁夏本地区粉煤灰陶粒。研究表明,宁夏粉煤灰陶粒中含有大量硅酸盐和铝硅酸盐的玻璃体和莫来石等晶相物质,这些晶相物质可以通过发生二次水化反应来改善粉煤灰陶粒外部裂纹等缺陷;同时粉煤灰陶粒外核分布着大量孔隙结构,能使水泥浆体和矿物掺合料修复陶粒表面,对陶粒具有增强增韧的作用。在此基础上,试验研究了不同筒压强度粉煤灰陶粒、不同预湿条件和水灰比对轻骨料混凝土抗压强度的影响。研究表明,轻骨料混凝土的强度不仅取决于水灰比,还取决于陶粒自身的筒压强度;陶粒预湿时间会对轻骨料混凝土不同龄期的强度产生显著影响;浸水预湿和真空预湿法对混凝土的后期强度发展优于加压预湿法。接下来重点研究了矿物掺合料对不同龄期轻骨料混凝土立方体抗压强度、轴心抗压强度和弹性模量的影响。研究结果表明,复合矿物掺合料与粉煤灰陶粒具有协同作用效果,具体为:三掺>双掺>单掺,其中三掺矿物掺合料可以充分发挥其超叠加效应和修复作用,增强粉煤灰陶粒轻骨料混凝土的界面强度;SEM分析也发现,复掺矿物掺合料可以使混凝土界面过渡区连接紧密,裂隙减小。2.针对宁夏水工结构受冻融破坏、硫酸盐侵蚀严重的问题,经力学性能试验优选出了 10个粉煤灰陶粒轻骨料混凝土配合比,开展了水冻和5%硫酸钠盐冻试验。研究表明,水灰比为0.3的轻骨料混凝土在300次5%硫酸钠盐冻循环中的损伤大于在300次水冻循环中的损伤,但仍然满足抗冻300次的标准;复掺矿物掺合料可以增强轻骨料混凝土的抗冻性能,在300次5%硫酸钠盐冻条件下T1组相对动弹性模量比基准C0组提高了 9.1%。采用干湿循环加速试验方法对粉煤灰陶粒轻骨料混凝土进行抗硫酸盐侵蚀性能试验,研究表明,在相同干湿循环次数下降低水灰比可以延缓硫酸盐的侵蚀作用;三掺粉煤灰(10%)+矿粉(10%)+硅灰(5%)和粉煤灰(15%)+矿粉(15%)+硅灰(5%)能显著提高轻骨料混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能。3.采用防护热板法研究粉煤灰陶粒轻骨料混凝土的导热系数。结果表明,在相同水灰比条件下,饱和状态下轻骨料混凝土的导热系数大于干状态下的导热系数;粉煤灰陶粒轻骨料混凝土的导热系数随水灰比的增大而减小,当水灰比由0.3变为0.4时,导热系数由0.39W/(m·K)下降到0.30 W/(m·K);在水灰比为0.3、骨料、砂率不变的条件下,掺加不同矿物掺合料(粉煤灰、矿粉和硅灰)的轻骨料混凝土的导热系数均低于基准组0.39 W/(m·K)。4.通过研究粉煤灰陶粒轻骨料混凝土高温性能发现,通过烘箱100℃干燥、并且在升温时采用阶梯升温的方式可以减少轻骨料混凝土在试验过程中的爆裂现象;掺加粉煤灰、硅灰和矿粉能明显减少混凝土表面的网状裂纹;SEM研究表明,轻骨料混凝土高温膨胀造成的骨料破坏较少;复掺矿物掺合料可以增强轻骨料混凝土的耐高温性能。5.利用DeST-h软件进行建筑模型热能耗分析可知,粉煤灰陶粒轻骨料钢筋混凝土结构比普通钢筋混凝土结构全年累计总能耗节能56.5%,基本满足建筑节能50%的目标。通过以上试验,筛选出了适合西北寒冷灌区的新型结构保温粉煤灰陶粒轻骨料混凝土品种,同时也发现矿物掺合料可以显著提高轻骨料混凝土的力学和耐久性能。