轻骨料陶粒混凝土的应用现状①

□□ 付丽文，黄丽华 (辽宁建筑职业学院，辽宁 辽阳 111000)

引言

轻骨料包括可以用于减轻混凝土容重的所有骨料，如天然浮石、膨胀珍珠岩等，以及人工制造的骨料陶粒(使用黏土、页岩、粉煤灰等成球造粒、烧结而成)。陶粒是轻骨料的一种，陶粒混凝土则是轻骨料混凝土的一种。陶粒是应用最多的一种轻骨料，特别是承载结构用的轻骨料混凝土，只有一些高强陶粒能够满足强度要求。轻骨料混凝土的强度等级用LC表示，LC30以上的高强轻骨料混凝土的表观密度为1600～1900 kg/m3，比相同强度等级的普通混凝土轻25%～30%。而普通混凝土是由胶凝材料、粗细骨料、水及其他外加剂按照适量的比例配制而成的人工石材，表观密度为1950～2500 kg/m3。高强轻骨料混凝土的强度等级应不低于LC50，容重一般在1900～2000 kg/m3，可以用于梁板等结构。目前，实际工程中使用的轻骨料混凝土强度等级最高为LC65，容重2000 kg/m3左右，需要使用高强的陶粒轻骨料。

轻骨料陶粒混凝土具有轻质、高强、保温隔热性能好、耐火性和抗震性能好等优点，广泛应用于土木工程建筑中，它既可以减轻结构自重，又可以减少地基荷载，对建筑结构有利。轻骨料陶粒混凝土与普通混凝土比较，也具有良好的技术经济指标。国外陶粒混凝土应用于工程建设有100多年的历史，已建有大量的轻骨料混凝土建筑。轻骨料陶粒混凝土具有较小的密度，它能够减轻建筑物的自重并降低建筑物基础的处理费用，还能减小结构的横截面积并增加建筑物的使用面积，由此可降低工程造价5% ～10%，因此具有显著的经济效益和社会效益。

1 轻骨料陶粒

陶粒，就是陶质的颗粒。我国陶粒产品主要有页岩陶粒、粉煤灰陶粒和黏土陶粒等。陶粒一般是具有强度高、吸水率低、密度小的焙烧或免烧陶粒。我们课题组的成员近十年来研制了硼泥陶粒及免烧陶粒，相关文献已有介绍。图1至图3是我们课题组研制的免烧陶粒，其中图1为多壳层纤维免烧陶粒，图2是一般型免烧陶粒，图3为研制的高强陶粒。陶粒的外观呈圆形或椭圆形球体，我们课题组研制的免烧陶粒外观大多数呈圆形，而烧制的以椭圆形球体较多。陶粒的表面有一层坚硬的外壳，这层外壳呈陶质或釉质，具有隔水、保气的作用，并使其具有较高的强度。我们研制的免烧陶粒呈灰白色，而烧制的硼泥陶粒呈暗红色。

目前，由于我国的轻骨料质量较差，所生产的各品种陶粒质量不尽如人意，结构构件所用的轻骨料陶粒密度较大，而强度偏低，使其应用和发展受到了一定的限制。

2 轻骨料陶粒混凝土的应用现状

图2 一般型免烧陶粒

图3 高强免烧陶粒

在国外，应用轻骨料混凝土最广泛的国家是美国，其轻骨料的质量在不断提高，使得轻骨料陶粒混凝土也越来越多地用于建筑物的承重构件。美国用于建筑行业的轻骨料混凝土制品占80%，其中结构混凝土占30%，设计、施工、安装、检测等技术已成熟完善。轻骨料陶粒混凝土应用实例如美国休斯顿广场大厦使用页岩陶粒混凝土;荷兰尼美金马斯·瓦尔运河上的杜肯伯格塞桥采用预应力黏土陶粒混凝土为材料，全长188.80 m，3 跨，跨距分别为37.40 m，122.20 m，37.40 m。

轻骨料陶粒混凝土是一种新型混凝土，我国的用量正在逐年上升。按JGJ 51—2002《轻骨料混凝土技术规程》的规定，轻骨料混凝土是指用轻粗骨料、轻砂(或普通砂)、水泥和水配制而成的干表观密度≯1950 kg/m3的混凝土。

目前，我国轻骨料陶粒混凝土已经形成一定的产业规模，其中，陶粒混凝土砌块占70%左右;陶粒混凝土板材，其中包括空心隔墙板、复合保温墙板、屋面板、楼板等，大约占轻骨料混凝土的15%左右;现浇高强混凝土，包括高层框架建筑、桥梁工程等，大约占轻骨料混凝土的2% ～3%;应用在其他方面，如耐火隔热制品、吸声砖、园林和花卉、化工用品等，大约占轻骨料混凝土的12%。天津市政工程研究院研制的LC50结构轻骨料混凝土在永定新河大桥得到应用;珠海国际会议中心20层以上部位全部采用LC40轻骨料混凝土;阜新22层的商业大厦、本溪20层建溪大厦均是以自燃煤矸石混凝土为主体结构材料;铁道部大桥局桥梁科技研究所将LC40粉煤灰陶粒高强混凝土成功应用于金山公路跨度为22 m的箱形预应力桥梁，使桥梁的自重降低了20%以上。陶粒混凝土作为一种轻骨料混凝土已广泛应用于工业与民用建筑的预制和现浇混凝土工程中。

目前，建筑业使用的混凝土轻骨料品种很多，除自然轻骨料浮石、炉渣、珍珠岩，还有黏土陶粒、粉煤灰陶粒、煤矸石陶粒、页岩陶粒、淤泥陶粒等，但这些材料的产量远不能满足建筑市场的需要。我国经济建设正在快速发展，大量的基础设施在建和待建，混凝土需求量巨大。目前，我国的轻骨料有天然轻骨料、工业废料轻骨料和人造轻骨料等3类，其中工业废料轻骨料通常是用粉煤灰、矿渣、煤矸石等工业废料制成的。图4为轻骨料陶粒混凝土拌制图，图5为我们课题组所研制的轻骨料陶粒免烧混凝土砌块。外粘纤维的免烧陶粒，外皮最后是球与纤维的粘结，球上带纤维，球与球的纤维产生了不可小视的机械咬合力。在拌制混凝土时，就不用再掺加纤维，避免了纤维在混凝土水泥浆料中出现打团现象，起到纤维应有的作用，同时改善混凝土制品的抗拉强度等性能。用外粘纤维的陶粒制作轻骨料混凝土，会显著提高混凝土的性能及强度指标。

图4 轻骨料陶粒混凝土拌制图

图5 轻骨料陶粒免烧混凝土砌块

3 轻骨料混凝土的优势

3.1 轻骨料陶粒混凝土耐火性能好

在高层建筑或阳光暴晒的地方，如果使用热阻低的普通混凝土材料，温度很容易传递，会使钢筋损坏;而轻骨料混凝土则不同，其导热系数低，热阻大，不容易导热，能很好地保护钢筋。对相同的耐火周期，陶粒混凝土板材的厚度比普通混凝土薄20%。此外，采用粉煤灰陶粒还可以配制耐火度1200℃以下的耐火混凝土。在650℃的高温下，陶粒混凝土能维持常温下强度的85%，而普通混凝土只能维持常温下强度的35%～75%。

3.2 轻骨料陶粒混凝土的保温隔热性能良好

陶粒建筑具有良好的热环境。表观密度为1750 kg/m3的高强轻骨料混凝土的导热系数为0.84 W/(m·K)，大大低于普通密度的混凝土的导热系数1.5 W/(m·K)。

3.3 轻骨料混凝土的抗震性能好

地震的波动和冲击力很大，普通混凝土材料承受的地震力大，而轻骨料混凝土材料本身密度小、质量轻，承受荷载的能力较强，有很好的减震效果。陶粒混凝土的质量轻，弹性模量低，抗变形性能好，故具有较好的抗震性能。

3.4 轻骨料混凝土材料的耐久性良好

轻骨料混凝土具有良好的抗渗性、抗冻性和抵抗各种化学侵蚀的能力，与普通混凝土材料相比具有更好的耐久性。一般建筑物发生火灾时，普通密度的混凝土的耐火时间为1 h，而轻骨料混凝土的耐火时间达4 h。在600℃高温下，轻骨料混凝土能维持室温强度的85%，而普通密度的混凝土只能维持室温强度的35%～75%。

此外，轻骨料混凝土还具有良好的抗渗性以及抗辐射的性能。

4 结语

陶粒具有轻质、节能利废、成本低廉、生产原材料丰富、生产工艺简单、生产周期短等特点。黏土陶粒、粉煤灰陶粒、页岩陶粒适用于保温用的轻集料混凝土，也可用于结构用的轻集料混凝土。目前，页岩陶粒的主要用途是生产轻集料混凝土小型空心砌块和轻质隔墙板。陶粒混凝土用作低温热水地板辐射供暖系统的蓄热层，可以使取暖房间室温的稳定性大大提高。目前，我国深圳、上海、北京、天津、沈阳等城市在建筑工程中已普遍采用陶粒混凝土。陶粒作为一种较好的轻骨料，不仅绿色环保，还可作为轻集料与胶凝材料配合，制作免烧砖、轻体砌块、屋面板材及保温材料;或与耐火胶凝材料配合制成砌块或轻质耐火砖。总之，陶粒与陶粒混凝土作为一种新型轻质高强的建筑材料，其应用前景非常广阔。

［1］JGJ 51—2002、J 215—2002，轻骨料混凝土技术规程［S］.北京:中国建筑工业出版社，2002.

［2］黄丽华.一种多壳层免烧陶粒的研制［J］.建筑砌块与砌块建筑，2013(3):36－38.

［3］徐杰.污泥烧结制陶粒机理及工艺研究［D］.沈阳:沈阳航空工业学院，2009.

［4］曹刚.高强轻骨料混凝土试验研究［D］.西安:西北工业大学，2004.

［5］余宗芳.陶粒轻质混凝土在桥面铺装工程中的应用研究［D］.重庆:重庆大学，2007.

［6］龚洛书，柳春圃.轻集料混凝土［M］.北京:中国铁道出版社，1996.