淺談陶粒混凝土的發展概況及其應用

田世龍++喻洋++吳歡洲++盛曉光++玉蘇甫

摘 要：陶粒混凝土具有輕質、抗裂、耐久、經濟等一系列優點，對于其性能和應用技術的研究在國內外早已展開，如今對其缺陷特性的研究也更加深入。在建筑工業化、機械化、綠色化的趨勢下，陶粒混凝土已然成為材料界熱點，陶粒混凝土在各方面的應用必將更加廣泛。從世界范圍內來看，裝配式建筑必將成為發展主流，那么陶粒混凝土在裝配式建筑的隔墻中的應用也具有廣泛前景。

關鍵詞：陶粒混凝土； 發展現狀； 應用； 內隔墻條板； 抗壓強度

前言

陶粒混凝土（ceramisite concrete）以輕質陶粒為骨料決定了它是一種輕骨料混凝土（light aggregate concrete），其粗骨料為黏土陶粒，而非以往常見的石子。黏土陶粒代替石子是一種創舉，黏土陶粒的粒徑通常在5毫米以上。容重不超過2000kg/m3，密度處于200～2000kg/m3之間，且強度能夠達到5～60 MPa的各種陶粒混凝土，可廣泛應用于各種結構，包括工民建的承重結構，具有相當廣闊的應用領域。

1.陶粒混凝土的優點

（1）質量輕

陶粒混凝土具有輕質的優勢，一般比普通混凝土輕20～40%，但強度能夠高達60MPa，減少建筑物的總體荷載是一個重要方面，它還能節約建筑材料的用量，產生經濟效益，也是一個其自身擴大應用的優勢。

（2）高耐久性

陶粒具有較強的化學穩定性，在水泥用量相同，水灰比和強度也相同的情況下，陶粒混凝土具備更優越的抗滲性，耐蝕能力更強。

（3）抗震性好

對比普通混凝土和陶粒混凝土的彈性模量與密度，用后者建造的建筑物在地震時承受較小的地震力，減震效果顯著。

（4）耐火性好

陶粒混凝土熱阻效應顯著，導熱緩慢。在建筑火災的實測中，陶粒混凝土材料耐火時間更長，強度降低更低。

（5）經濟安全

綜合考慮以上優點，陶粒混凝土的輕質帶來的減輕自重與方便基礎處理等影響為建筑物節約了一定的費用，整體可降低造價5%以上，耐火、耐久、抗震則帶來安全上的保障，因此陶粒混凝土的合理利用既經濟又安全。

2.陶粒混凝土的缺陷

陶粒混凝土具備較差的工作性，在現代施工中難以滿足要求。泵送施工時容易產生分層離析現象，進而產生堵泵的問題，使混凝土的泵送澆灌無法繼續進行，這是一個十分棘手的問題。

陶粒混凝土領域內公認的難題之一是陶粒上浮現象，G.C.Hoff R.Elimov研究發現了引氣作用能夠有助于混凝土的泵送，因此人們在施工中用引氣劑促進混凝土泵送的順利施工；歐洲研究者在提高混凝土的可泵性方面也有了新的發現，即使用減水劑或者穩定劑，泵送距離也增加，可達80米。另外，如何正確地反映陶粒混凝土的受力力學行為，仍然是一個具有挑戰性的問題。

3.陶粒混凝土的應用技術國外研究使用進展

美國很早就開始了陶粒混凝土的利用，20世紀初就成功利用了頁巖制作陶粒，生產的陶粒混凝土強度高達30MPa，很快就應用在各種建筑中。美國加利福尼亞一座大橋的建造采用了陶粒混凝土。緊跟著日本開始研究高性能混凝土，以改善其耐久性和不良工作性，最終取得了一定成果。現在，強度達到50、60MPa的陶粒混凝土已十分常見，并在國外大量生產使用。德國創新制造了特別適合生產預制隔墻板的超陶粒混凝土，原料為廢玻璃，預制混凝土隔墻板原料多種多樣，還有膨脹頁巖陶粒的，已投入使用。

4.陶粒混凝土的應用技術國內研究進展

我國陶粒混凝土發展起步較晚，直到1960年，才在河南洛河大橋上采用陶粒混凝土。我國的陶粒質量一直較差，因此發展比較緩慢。強度偏低而密度較大是阻礙陶粒混凝土發展的問題，因而主要在建筑橋梁的非承重結構中發揮作用，而難以承擔承重的角色，發展受到限制。上個世紀末，陶粒混凝土技術迅速發展，高強陶粒混凝土形成一定的規模的生產能力。使用陶粒混凝土的大型建筑物有珠海國際會議中心等。目前，我國陶粒混凝土的應用仍主要用于低強度的非承重結構，與國外廣泛應用相比，與發達國家相比，仍有較大的差距。

5.陶粒混凝土在墻體中的應用展望

在我國城市建設過程中，框架結構是建筑物的主要結構形式之一。在框架中使用輕質墻板僅占墻材總量的2%，而砌筑材料的大量采用，則帶來了施工工效差，占用建筑面積大等種種問題。有鑒于此，符合建筑技術進步的生產預制化、施工應用裝配化、產品標準化要求的輕質隔墻條板的研發變得愈發重要。

大量的實例表明，作為輕質隔墻的類型之一，相比于其它輕質內隔墻條板而言，陶粒混凝土內隔墻條板具有非常明顯的優勢。首先，它的功能十分齊全，生產、安裝速度最快，品質最好，成本最低，最具競爭力的墻材品種。這種內隔墻條板優勢很多：不僅輕質高強、保溫隔熱性能好、耐火性能好、抗滲性能好、隔聲性能好，而且生產自動化程度高、施工適應性強、綜合成本較低。我國每年的建筑工程量約為12億平方米，經計算，則每年需要的墻體材料超過30億平方米。所以作為新型墻體材料之一的陶粒混凝土條板內隔墻的研發利用不僅符合國家產業政策，而且具有積極的現實意義和很廣闊的發展前景。

陶粒混凝土內隔墻條板在國內得到了越來越廣泛的應用，未來陶粒混凝土的發展會逐漸向承重結構構件發展，高強、輕質一定是發展創新的追求熱點。隨著建筑工業化的不斷推進和國家鼓勵發展裝配式建筑這一政策的出臺，預制陶粒混凝土內隔墻條板必將擁有更為廣闊的發展前景。

6.陶粒混凝土抗壓強度隨機性的試驗研究

混凝土抗壓強度是應用的基石，為了研究其隨機性特征，我跟隨吳歡州同學進行了三方面的工作，即：（1）陶粒混凝土抗壓齡期強度試驗研究；（2）陶粒混凝土抗壓強度尺寸效應試驗研究；（3）陶粒混凝土單軸受壓本構關系試驗研究。

首先，進行了陶粒混凝土抗壓齡期強度試驗研究。以 9 個邊長為 150mm 的立方體試件為一組，共計 28 組（252 個）。通過試驗得到了每組陶粒混凝土試件的抗壓強度均值、標準差和變異系數隨齡期的變化規律。并利用對數模型、指數模型、雙曲線模型和三參數模型，分別對抗壓齡期強度均值歸一化曲線進行擬合，對數模型擬合度最佳，三參數模型次之，雙曲線模型再次之，指數模型則相對差一些。

研究陶粒混凝土 28d 后的抗壓齡期強度增長規律，充分考察隨機性對其產生的影響，而不局限于研究 28d 前的抗壓齡期強度，以滿足工程中的需要。發現：

（1）在 28d 內，陶粒混凝土抗壓齡期強度均值隨齡期單調增加，且 7d 內增長較快， 7d 后增長較慢。抗壓齡期強度標準差和變異系數隨齡期變化規律均不明顯，具有顯著的隨機性。

（2）在陶粒混凝土單軸受壓上升段過程中，應力具有顯著的隨機性。應力均值隨應變單調增加，整個過程增速比較均勻。應力標準差隨應變單調增加，且前期增長較快，后期增長緩慢。應力變異系數隨應變單調減小，且前期下降較快，后期下降緩慢，逐漸趨于常數。

（3）陶粒混凝土單軸受壓的峰值應變和峰值應力也具有顯著的隨機性，且兩者的變異系數比較接近，約為 10%。

關于陶粒混凝土抗壓強度尺寸效應的研究，我們僅涉及幾種尺寸。由于隨機性的影響，建立擬合度較高的理論模型變得十分困難。因此需要多考察幾種尺寸，將抗壓強度尺寸效應公式盡可能外推，以接近于工程中的實際情況。

結語

陶粒混凝土的一系列優點使它逐漸成為材料界的熱點，再結合我國建筑高度發展的客觀條件，陶粒混凝土在祖國大地上必大有用武之地。在材料的創新發展浪潮中，陶粒混凝土方興未艾，一直都是各高校的研究熱點，具備廣闊前景，隨著裝配式建筑成為主流，陶粒混凝土在墻體中的應用也將愈加更廣泛起來。

參考文獻

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【文章編號】1627-6868（2017）05-0001-02

【基金項目】揚州大學大學生科技創新項目