浅谈陶粒混凝土的性能与应用

摘要：陶粒混凝土是近年来发展较快的建筑材料，目前常用的有黏土陶粒混凝土、页岩陶粒混凝土和粉煤灰陶粒混凝土。陶粒混凝土的主要优点为轻质、高强；抗渗性、抗冻性等耐久性能好；还具有较好的保温、防火性能。这使得陶粒混凝土广泛应用于混凝土预制构件、桥梁结构、地下结构以及具有防火、保温等特殊要求的结构。

关键词：陶粒，耐久性，抗火性能，地下结构

中图分类号：TV331文献标识码： A

引言

随着我国社会经济和科学技术的不断进步，现代化建筑工程的发展，高层、超高层建筑越来越多，在结构设计理论相对比较完善的情况下，改善建筑材料成为提高结构性能的一个重要方向，在减轻结构自重方面，轻质、高强、高性能的陶粒混凝土在近些年的应用被普遍认可并不断发展。陶粒混凝土是由高强陶粒替代粗集料的一种新型轻骨料混凝土，目前使用最普遍的有黏土陶粒、页岩陶粒和粉煤灰陶粒。以粉煤灰陶粒为例，粉煤灰陶粒是以粉煤灰为主要原料, 加入一定量的胶结材料和水, 经机械混合成球, 高温煅烧而成的一种多孔轻骨料。生产方法主要有烧结机法、立窑法、回转窑法、自然养护法、蒸汽养护法、发泡蒸汽养护法等。陶粒混凝土具有重量轻、强度高、耐久性好、耐高温等特点，目前大量应用于海洋构筑物、高层建筑、大跨度桥梁和城市立交桥等工程中。陶粒混凝土的优点很多，但在应用过程中也存在众多技术难点:陶粒混凝土和普通混凝土相比，易分层离析；陶粒吸水率大，普通粘土陶粒常压下1 小时的吸水率一般达到10%左右； 陶粒混凝土在振动作用下，轻骨料易上浮，拌和物产生离析。这些缺点限制了陶粒混凝土的应用，本文结合陶粒混凝土的性能对其应用进行分析。

陶粒混凝土的主要性能

1.陶粒混凝土的优点

（1）质量轻

陶粒混凝土的密度一般为了 14~19.5kN/m3，通常比普通混凝土轻20~40%，但其强度可以达到 LC60。陶粒混凝土的质量轻则可减少地基荷载，节约材料用量，提高构件运输和吊装效率等。在高层和大跨结构上，陶粒混凝土轻质的综合技术经济效果更为显著。主要表现为：同样恒载下，可达到更大的跨度；不增加恒载前提下，截面高度可以增加；相同的基础条件下，可以增加层数或层高。

（2）高耐久性

由于陶粒的化学稳定性好，在同等强度、同等水灰比和同等水泥用量的前提下陶粒混凝土的抗渗性能明显优于普通混凝土，因此粉煤灰陶粒混凝土的耐蚀性能比普通混凝土强。试验研究表明陶粒混凝土的抗冻性能与普通混凝土基本相同，在我国寒冷地区可以放心使用。

陶粒表明粗糙、吸水性强，骨料与砂浆之间的粘结紧密、界面致密，强化了普通混凝土中最薄弱环节，同时其良好弹性协调性减少了内应力以及相应的微裂纹。

关于陶粒混凝土结构物的耐久性问题，还有人担心其钢筋可能比普通混凝土更易于遭受锈蚀。但试验研究和工程实测资料表明，在正常使用条件下，无论是预制的还是现浇的，室内的还是室外的，墙体还是雨罩，桥梁还是其他构筑物，陶粒混凝土保护层按一般设计要求(2～3cm)，使用20多年，钢筋都没有锈蚀现象。在一些较干燥地区，有的碳化深度虽已超过混凝土保护层的厚度，但钢筋仍然完好。这些都说明，陶粒混凝土耐久性是良好的。

（3）抗震性好

陶粒混凝土由于密度小、质量轻、弹性模量低，在地震荷载作用下所承受的地震力小，振动波的传递速度比较慢，且结构的自振周期长，对冲击能量的吸收快，减震效果显著。若不仅在承重结构采用轻骨料混凝土，在围护结构也采用轻骨料混凝土小砌块作填充墙，可大大减轻建筑物的质量，其抗震效果将更显著。极限变形高于普通混凝土。因而抗震性能较好。

（4）抗裂性好

陶粒混凝土和普通混凝土相比，热膨胀系数约较小，在同样的约束条件和温差作用下，陶粒混凝土的开裂趋势较小。对陶粒混凝土桥面板调查也表明：其开裂程度仅为普通混凝土桥面板的 1/3。

（5）耐火性好

陶粒是经高温（1200～1300℃）焙烧而成的，内含有较多的二氧化硅（SiO2）和三氧化二铝（Al2O3），所以陶粒混凝土的导热系数低，热阻值大，其热导率仅为普通混凝土的 12~33%。建筑火灾实测表明，在650℃高温下，陶粒混凝土的强度损失约15%，耐火时间约4h；而普通混凝土的强度损失约25%～65%，耐火时间约1h；按此推算，在同一耐火周期内，陶粒混凝土板的厚度可比普通混凝土板厚度减薄约20%~30%。

（6）经济

尽管陶粒混凝土单方造价比同强度等级的普通密度混凝土高，但由于其减轻了建筑物的自重、降低基础处理费用，缩小结构断面和增加使用面积，可降低工程造价 5～10％，因而具有显著的综合经济效益。

2.陶粒混凝土的缺点

与普通骨料混凝土相比，陶粒混凝土存在的不足之处有：

1)抗折强度和弹性模量较低，脆性较大。陶粒混凝土的弹性模量约低 25-65%。陶粒混凝土弹性模量低，与同标号普通混凝土相比，在硬化时和长期荷载作用下会产生过大的变形和徐变。这些缺点限制了它在工程建设中的广泛应用。

2)陶粒混凝土的工作性比普通骨料混凝土的工作性较差。陶粒表面粗糙多孔，所以拌制混凝土的和易性较差，要满足同等和易性的要求，则其单位水泥用量往往要比普通混凝土多；陶粒的密度小容易上浮，产生分层离析，使拌和物不均匀，影响到混凝土的力学性能；陶粒的吸水率高，净用水量不易控制，且给泵送施工带来较大问题。

3)陶粒强度较弱，配制较高强度的混凝土所需水泥用量较多。

陶粒混凝土的应用

陶粒混凝土已广泛用于高层建筑、桥梁、地下建筑等工程，主要应用有以下几个方面。

1.陶粒混凝土及其制品建筑工程

⑴ 陶粒混凝土砌块

以陶粒为骨料, 火山灰渣或矿渣为辅料, 水泥为胶凝材料, 经混合配制成非承重或承重砌块，不仅具有良好的强度和保温隔热性能, 收缩性和抗冻性也较好。

⑵ 陶粒混凝土及其板材和构件

陶粒混凝土复合屋面板具有良好的隔热保温性能, 而且构造简单, 施工方便, 是优良的内墙体材料。隔墙板中混凝土应用低强度, 低弹性模量, 其干燥收缩值和导热系数较小, 隔声隔热性能良好。

（3）特殊条件混凝土制品

根据陶粒混凝土的特点, 可以制作各种特殊功能的混凝土制品。如用粉煤灰陶粒制作耐火混凝土制品, 不仅比其他耐火材料成本低, 而且强度以及抵抗化学侵蚀性能均好。近年来, 在多层、高层、大跨度及承重结构中, 较多地采用了陶粒混凝土, 发挥了陶粒混凝土的技术经济优势, 其中尤以粉煤灰陶粒混凝土应用最为广泛。天津湖北路16层两幢大开间剪力墙住宅, 全部使用粉煤灰陶粒混凝土。

2.桥梁工程

陶粒混凝土具有密度小、强度高、抗冲击性能优、耐久性好等特点，用于静荷载影响较大的桥梁工程，效果尤为显著。桥梁跨径＞14m的梁式结构，陶粒混凝土，比普通混凝土自重减轻20%～30%，构件的计算应力相应降低，使受力钢筋面积减少，可节约钢筋用量，桥墩基础的受力也相应减少。唐津高速公路上的永定新河大桥, 其南北引桥上部结构即采用了陶粒混凝土，工程实践综合评价, 社会、经济效益显著。

3.陶粒混凝土地下工程

由于粉煤灰陶粒混凝土的抗渗性能和耐蚀性能好，在欧美等发达国家已大量应用于地下工程：隧道、地铁、地下库房和车库等；某些抗渗工程直接采用粉煤灰陶粒回填，主要有：埋地管道回填、地下挡土墙回填、河流堤坝回填等；获得经济、高效、耐久等综合效果。

结语

在我国,陶粒混凝土的发展与利用，尤其是粉煤灰陶粒混凝土的发展与利用, 符合利废、节能节土、保护环境的基本国策。陶粒混凝土具有良好的施工性能和耐久性能, 已被广泛应用于各种建筑体系中, 并取得了较好的经济效益和社会效益。轻质、高强、高性能的陶粒混凝土是今后建筑材料发展的主要趋势。