浅谈陶粒混凝土的发展概况及其应用

田世龙++喻洋++吴欢洲++盛晓光++玉苏甫

摘 要：陶粒混凝土具有轻质、抗裂、耐久、经济等一系列优点，对于其性能和应用技术的研究在国内外早已展开，如今对其缺陷特性的研究也更加深入。在建筑工业化、机械化、绿色化的趋势下，陶粒混凝土已然成为材料界热点，陶粒混凝土在各方面的应用必将更加广泛。从世界范围内来看，装配式建筑必将成为发展主流，那么陶粒混凝土在装配式建筑的隔墙中的应用也具有广泛前景。

关键词：陶粒混凝土； 发展现状； 应用； 内隔墙条板； 抗压强度

前言

陶粒混凝土（ceramisite concrete）以轻质陶粒为骨料决定了它是一种轻骨料混凝土（light aggregate concrete），其粗骨料为黏土陶粒，而非以往常见的石子。黏土陶粒代替石子是一种创举，黏土陶粒的粒径通常在5毫米以上。容重不超过2000kg/m3，密度处于200～2000kg/m3之间，且强度能够达到5～60 MPa的各种陶粒混凝土，可广泛应用于各种结构，包括工民建的承重结构，具有相当广阔的应用领域。

1.陶粒混凝土的优点

（1）质量轻

陶粒混凝土具有轻质的优势，一般比普通混凝土轻20～40%，但强度能够高达60MPa，减少建筑物的总体荷载是一个重要方面，它還能节约建筑材料的用量，产生经济效益，也是一个其自身扩大应用的优势。

（2）高耐久性

陶粒具有较强的化学稳定性，在水泥用量相同，水灰比和强度也相同的情况下，陶粒混凝土具备更优越的抗渗性，耐蚀能力更强。

（3）抗震性好

对比普通混凝土和陶粒混凝土的弹性模量与密度，用后者建造的建筑物在地震时承受较小的地震力，减震效果显著。

（4）耐火性好

陶粒混凝土热阻效应显著，导热缓慢。在建筑火灾的实测中，陶粒混凝土材料耐火时间更长，强度降低更低。

（5）经济安全

综合考虑以上优点，陶粒混凝土的轻质带来的减轻自重与方便基础处理等影响为建筑物节约了一定的费用，整体可降低造价5%以上，耐火、耐久、抗震则带来安全上的保障，因此陶粒混凝土的合理利用既经济又安全。

2.陶粒混凝土的缺陷

陶粒混凝土具备较差的工作性，在现代施工中难以满足要求。泵送施工时容易产生分层离析现象，进而产生堵泵的问题，使混凝土的泵送浇灌无法继续进行，这是一个十分棘手的问题。

陶粒混凝土领域内公认的难题之一是陶粒上浮现象，G.C.Hoff R.Elimov研究发现了引气作用能够有助于混凝土的泵送，因此人们在施工中用引气剂促进混凝土泵送的顺利施工；欧洲研究者在提高混凝土的可泵性方面也有了新的发现，即使用减水剂或者稳定剂，泵送距离也增加，可达80米。另外，如何正确地反映陶粒混凝土的受力力学行为，仍然是一个具有挑战性的问题。

3.陶粒混凝土的应用技术国外研究使用进展

美国很早就开始了陶粒混凝土的利用，20世纪初就成功利用了页岩制作陶粒，生产的陶粒混凝土强度高达30MPa，很快就应用在各种建筑中。美国加利福尼亚一座大桥的建造采用了陶粒混凝土。紧跟着日本开始研究高性能混凝土，以改善其耐久性和不良工作性，最终取得了一定成果。现在，强度达到50、60MPa的陶粒混凝土已十分常见，并在国外大量生产使用。德国创新制造了特别适合生产预制隔墙板的超陶粒混凝土，原料为废玻璃，预制混凝土隔墙板原料多种多样，还有膨胀页岩陶粒的，已投入使用。

4.陶粒混凝土的应用技术国内研究进展

我国陶粒混凝土发展起步较晚，直到1960年，才在河南洛河大桥上采用陶粒混凝土。我国的陶粒质量一直较差，因此发展比较缓慢。强度偏低而密度较大是阻碍陶粒混凝土发展的问题，因而主要在建筑桥梁的非承重结构中发挥作用，而难以承担承重的角色，发展受到限制。上个世纪末，陶粒混凝土技术迅速发展，高强陶粒混凝土形成一定的规模的生产能力。使用陶粒混凝土的大型建筑物有珠海国际会议中心等。目前，我国陶粒混凝土的应用仍主要用于低强度的非承重结构，与国外广泛应用相比，与发达国家相比，仍有较大的差距。

5.陶粒混凝土在墙体中的应用展望

在我国城市建设过程中，框架结构是建筑物的主要结构形式之一。在框架中使用轻质墙板仅占墙材总量的2%，而砌筑材料的大量采用，则带来了施工工效差，占用建筑面积大等种种问题。有鉴于此，符合建筑技术进步的生产预制化、施工应用装配化、产品标准化要求的轻质隔墙条板的研发变得愈发重要。

大量的实例表明，作为轻质隔墙的类型之一，相比于其它轻质内隔墙条板而言，陶粒混凝土内隔墙条板具有非常明显的优势。首先，它的功能十分齐全，生产、安装速度最快，品质最好，成本最低，最具竞争力的墙材品种。这种内隔墙条板优势很多：不仅轻质高强、保温隔热性能好、耐火性能好、抗渗性能好、隔声性能好，而且生产自动化程度高、施工适应性强、综合成本较低。我国每年的建筑工程量约为12亿平方米，经计算，则每年需要的墙体材料超过30亿平方米。所以作为新型墙体材料之一的陶粒混凝土条板内隔墙的研发利用不仅符合国家产业政策，而且具有积极的现实意义和很广阔的发展前景。

陶粒混凝土内隔墙条板在国内得到了越来越广泛的应用，未来陶粒混凝土的发展会逐渐向承重结构构件发展，高强、轻质一定是发展创新的追求热点。随着建筑工业化的不断推进和国家鼓励发展装配式建筑这一政策的出台，预制陶粒混凝土内隔墙条板必将拥有更为广阔的发展前景。

6.陶粒混凝土抗压强度随机性的试验研究

混凝土抗压强度是应用的基石，为了研究其随机性特征，我跟随吴欢州同学进行了三方面的工作，即：（1）陶粒混凝土抗压龄期强度试验研究；（2）陶粒混凝土抗压强度尺寸效应试验研究；（3）陶粒混凝土单轴受压本构关系试验研究。

首先，进行了陶粒混凝土抗压龄期强度试验研究。以 9 个边长为 150mm 的立方体试件为一组，共计 28 组（252 个）。通过试验得到了每组陶粒混凝土试件的抗压强度均值、标准差和变异系数随龄期的变化规律。并利用对数模型、指数模型、双曲线模型和三参数模型，分别对抗压龄期强度均值归一化曲线进行拟合，对数模型拟合度最佳，三参数模型次之，双曲线模型再次之，指数模型则相对差一些。

研究陶粒混凝土 28d 后的抗压龄期强度增长规律，充分考察随机性对其产生的影响，而不局限于研究 28d 前的抗压龄期强度，以满足工程中的需要。发现：

（1）在 28d 內，陶粒混凝土抗压龄期强度均值随龄期单调增加，且 7d 内增长较快， 7d 后增长较慢。抗压龄期强度标准差和变异系数随龄期变化规律均不明显，具有显著的随机性。

（2）在陶粒混凝土单轴受压上升段过程中，应力具有显著的随机性。应力均值随应变单调增加，整个过程增速比较均匀。应力标准差随应变单调增加，且前期增长较快，后期增长缓慢。应力变异系数随应变单调减小，且前期下降较快，后期下降缓慢，逐渐趋于常数。

（3）陶粒混凝土单轴受压的峰值应变和峰值应力也具有显著的随机性，且两者的变异系数比较接近，约为 10%。

关于陶粒混凝土抗压强度尺寸效应的研究，我们仅涉及几种尺寸。由于随机性的影响，建立拟合度较高的理论模型变得十分困难。因此需要多考察几种尺寸，将抗压强度尺寸效应公式尽可能外推，以接近于工程中的实际情况。

结语

陶粒混凝土的一系列优点使它逐渐成为材料界的热点，再结合我国建筑高度发展的客观条件，陶粒混凝土在祖国大地上必大有用武之地。在材料的创新发展浪潮中，陶粒混凝土方兴未艾，一直都是各高校的研究热点，具备广阔前景，随着装配式建筑成为主流，陶粒混凝土在墙体中的应用也将愈加更广泛起来。

参考文献

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[6]吴欢州. 陶粒混凝土抗压强度随机性的试验研究.硕士论文，2017（5）：63.

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【文章编号】1627-6868（2017）05-0001-02

【基金项目】扬州大学大学生科技创新项目