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1.陶粒的性能和分類1 按原料分類陶粒制備所用原材料不同，來源不同，制成陶粒的外觀、工作性以及應(yīng)用場景有所不同。1) 黏土陶粒。黏土陶粒是一種以黏土、亞黏土為原材料，加入適量的膠凝材料以及外加劑燒制而成的陶粒，黏土陶粒的粒徑一般在5 mm 以上，具有質(zhì)量輕、高度強(qiáng)以及保溫隔熱的特點(diǎn)，大量應(yīng)用于高層建筑結(jié)構(gòu)混凝土的制備、隔熱保溫工程、園林綠化、飲水凈化等領(lǐng)域。相關(guān)技術(shù)人員實驗測量發(fā)現(xiàn)陶?；炷恋拿芏容^輕，一般小于1 900 kg /m3。在對陶粒混凝土進(jìn)行力學(xué)抗壓測試時，能滿足實驗?zāi)繕?biāo)力學(xué)性能。進(jìn)行熱工測試，黏土陶粒輕骨料混凝土密度較低，相應(yīng)其導(dǎo)熱系數(shù)較普通混凝土低。
2) 頁巖陶粒。頁巖陶粒的原材料多為頁巖、板巖等。由于制備工藝不同，大致分為普通型頁巖陶粒，圓球形頁巖陶粒。兩者區(qū)別在于，圓球型頁巖陶粒較普通型陶粒多了“成球”的制作步驟。相關(guān)技術(shù)人員等研究不同制備方法對頁巖陶粒的影響，發(fā)現(xiàn)破碎法的孔隙率還是孔徑等都和成球法沒有差別，用這兩種燒結(jié)辦法都能制作出高性能的頁巖陶粒。
3) 粉煤灰陶粒。粉煤灰陶粒主要原材料是發(fā)電廠廢料———粉煤灰，粉煤灰陶粒廢物利用更加環(huán)保。粉煤灰陶粒加入粉煤灰、膠凝材料、水，成球燒結(jié)而成。粉煤灰陶粒內(nèi)部的孔隙較多，強(qiáng)度相對較低，較少用于配制高強(qiáng)度混凝土，但其保溫隔熱的性能較好，所以粉煤灰陶粒普遍應(yīng)用于隔音隔熱材料中。由于粉煤灰陶粒燒結(jié)工藝復(fù)雜、投入較大等缺點(diǎn)，其發(fā)展應(yīng)用較為困難，降低生產(chǎn)耗能成為現(xiàn)在粉煤灰陶粒研究的重點(diǎn)。
2 按生產(chǎn)工藝分類
1) 燒結(jié)型。燒結(jié)法是比較常用的制備陶粒的工藝，在燒結(jié)時，通過氧化鈉、氧化鉀、氧化鎂以及氧化鐵等氧化物的氧化作用下，使原材料的氧化硅、氧化鐵、氧化鋁等物質(zhì)生產(chǎn)硅酸鹽化合物，并在該化學(xué)反應(yīng)過程中生產(chǎn)大量氣體，使陶粒體積得到膨脹，并在內(nèi)部形成多氣孔，待陶粒冷卻，內(nèi)部呈現(xiàn)多孔隙，而陶粒的表面則發(fā)生還原反應(yīng)，生成堅硬的釉質(zhì)外殼。
2) 免燒型。免燒型陶粒不需要高溫?zé)Y(jié)，在制備陶粒時，加入水泥作為激發(fā)劑，水泥在陶粒的制作過程中提供堿性環(huán)境，使原材料可以相互反應(yīng)。陶粒原材料具有火山灰活性，通過原材料之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成具有膠凝性能的物質(zhì)，固結(jié)原材料中有害的重金屬物質(zhì)。溫久然利用粉煤灰和水泥為原材料，加入輕質(zhì)填充材料，經(jīng)過免燒法制備出了粉煤灰陶粒。該陶粒具有堆積密度低、性能優(yōu)良的特點(diǎn)。
陶粒對混凝土的影響2.1 陶粒用量對混凝土的影響
1) 力學(xué)性能。輕骨料經(jīng)過高溫的煅燒，表面活性較強(qiáng)，在與水泥接觸時，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，加固接觸面，同時陶粒表面粗糙多孔，與水泥石的接觸面積較大，彼此之間的咬合力也更能提高界面的粘結(jié)力。
混合骨料混凝土是在原有混凝土基礎(chǔ)上進(jìn)行改良，用一部分輕骨料代替原有舊骨料。相關(guān)技術(shù)人員等研究混合骨料混凝土軸心受壓應(yīng)力－應(yīng)變時發(fā)現(xiàn)，當(dāng)陶粒體積分?jǐn)?shù)占總骨料的20%時，混凝土的抗壓強(qiáng)度是最低，當(dāng)陶粒體積分?jǐn)?shù)占總骨料60%時，混凝土的抗壓強(qiáng)強(qiáng)度達(dá)到最大，從以上實驗數(shù)據(jù)可以知道，普通骨料和輕骨料之間存在合理的容積率大致在50%～ 60%，其工作性能和力學(xué)性能可以達(dá)到最佳。隨著陶粒用量在一定范圍內(nèi)的提升，陶?；炷撩芏认陆担馗魺嵝阅艿玫教嵘?，但超出一定范圍，其力學(xué)性能下降較快，并且出現(xiàn)骨料上浮的現(xiàn)象，影響混凝土的運(yùn)輸和泵送。
在進(jìn)一步研究混合骨料混凝土力學(xué)性能影響時，圖12 是陶粒不同取代率的混凝土抗壓強(qiáng)度，由圖1 可知，抗壓、抗折強(qiáng)度在陶粒用量小于50%時，次輕混凝土的抗壓強(qiáng)度變化基本平穩(wěn); 當(dāng)陶粒用量大于50%后，次輕混凝土的強(qiáng)度隨著陶粒用量的增加而不斷減少，在40% ～ 50%處混凝土抗壓強(qiáng)度下降幅度較大。由此可見，陶粒用量在40%時，混合骨料混凝土在保持較低密度的同時，力學(xué)性能最佳，陶粒是一種圓形或橢圓形的球體，該形態(tài)使水泥砂漿能夠均勻包覆在陶粒表面，在承受外部荷載的時候，陶粒受力較為均勻，較少出現(xiàn)應(yīng)力集中的現(xiàn)象，提高了混凝土的力學(xué)性能，并且在振動成型的時，顆粒之間的摩擦較小，緊密排列，形成較為緊密的均質(zhì)結(jié)構(gòu)
2) 工作性能。相關(guān)技術(shù)人員在研究混合骨料混凝土工作性能影響因素時，以普通混凝土配合比為基準(zhǔn)，改變陶粒在粗骨料中的體積取代率，在取得輕質(zhì)同時獲得更高的強(qiáng)度。實驗結(jié)果表明: 陶粒體積分?jǐn)?shù)占總骨料50%的時候，工作性能較好，混合骨料混凝土擴(kuò)展度最大，同時離析率最小。這是因為在混合骨料混凝土中，粗骨料由陶粒和石子組成，在粗骨料與膠凝材料拌和時，陶粒和石子兩種不同顆粒在漿體中互相干擾，形成互相阻礙的局面，影響混合骨料混凝土的工作性能。當(dāng)陶粒取代率為50%時，陶粒和石子的數(shù)量大致相同，工作性能取決于陶粒和碎石的相互影響，上層的陶粒和底部的碎石之間的相互影響可以達(dá)到最小，漿體移動速度可達(dá)到最快，此時的工作性能表現(xiàn)優(yōu)異。
2 陶粒預(yù)濕對混凝土的影響
目前研究較多的高性能混凝土，由于水膠比較低，在水泥水化過程中，常會出現(xiàn)嚴(yán)重的自收縮現(xiàn)象，以往在混凝土加入膨脹劑解決混凝土收縮的問題，但隨著混凝土朝著高強(qiáng)、高性能方向發(fā)展，混凝土的水灰比不斷減少，出現(xiàn)膨脹劑爭奪水泥水化有限水分，造成混凝土的水泥顆粒不能完全水化現(xiàn)象。由楊全兵通過研究發(fā)現(xiàn)混凝土在水中養(yǎng)護(hù)雖會在一定程度緩解自收縮現(xiàn)象，但是混凝土內(nèi)部收縮仍在繼續(xù)。最佳解決混凝土自收縮的辦法是尋找特定材料，以取代混凝土中組成部分。陶粒內(nèi)部存在大量相互連通的孔隙，這些孔隙使陶粒具有吸水的能力，在混凝土養(yǎng)護(hù)過程中，隨著水泥的硬化，陶粒內(nèi)部水分“反哺”給水泥，使水泥進(jìn)一步充分水化。陶粒的“微泵”作用降低了集料與水泥接觸面的水灰比，硬化過程中，提高了水泥石的致密度，同時減少了集料表面分層現(xiàn)象的出現(xiàn)，陶粒與水泥石界面結(jié)合更加緊密，大為改善陶粒混凝土的性能。
預(yù)濕陶粒會為水泥水化補(bǔ)充水分，使水泥漿水化更加徹底，自收縮減少。如陶粒沒有預(yù)濕，制備出的輕骨料混凝土出現(xiàn)明顯自收縮，導(dǎo)致混凝土的早期開裂。相關(guān)技術(shù)人員使用預(yù)濕和未預(yù)濕兩種陶砂，試驗中預(yù)濕后的輕骨料混凝土自收縮程度減少，而未預(yù)濕的陶?；炷恋氖湛s程度較高，由試驗可以總結(jié)，輕骨料的預(yù)濕有利于減少輕骨料混凝土自收縮現(xiàn)象。
陶粒預(yù)濕時長對混凝土的工作性能有影響，高英力等研究不同預(yù)濕程度對經(jīng)時坍落度損失的影響，他們分別選用未潤濕、潤濕1、12、24、72 h 的陶粒制備成混凝土，并分析混凝土坍落度經(jīng)時損失的差異。圖2 為預(yù)濕時間不同，輕骨料混凝土坍落度經(jīng)時損失有差異，由圖2 可知，未預(yù)濕的陶?；炷恋奶涠葥p失在5 組中為最大，陶粒預(yù)濕時間越長，混凝土的坍落度經(jīng)時損失越少，而預(yù)濕時間超過24 h的混凝土，其坍落度損失明顯得到抑制，基本達(dá)到了飽和吸水的狀態(tài)，此時混凝土坍落度經(jīng)時損失較小并且坍落度較大
2 陶粒預(yù)濕對混凝土的影響
陶粒吸水率對混凝土性能影響較大，相關(guān)技術(shù)人員等將陶粒置于不同溫度下，測量其吸水率，實驗表明: 隨著溫度的升高，陶粒中空氣體積變大，水的表面張力下降，陶粒的吸水率也下降，“微泵”作用減弱。可以得出結(jié)論: 不同溫度下，陶粒吸水率會改變，同時陶粒的“微泵”作用也會有差異。
相關(guān)技術(shù)人員等研究陶粒吸水率對研究陶粒－水泥石界面影響，選用三種不同吸水率的陶粒，分別為低吸水率、中吸水率以及高吸水率的陶粒。將三種不同吸水率的陶粒分別和W/C= 0．30 的水泥漿進(jìn)行拌和制備成輕骨料混凝土，測定陶粒－水泥石界面( 陶粒表面附近1 mm 內(nèi)) 的水化程度。
圖3 是吸水率不同的陶粒制備的輕骨料混凝土，由圖34可知，隨著陶粒吸水率的增大，陶粒與混凝土石邊界的水化反應(yīng)也愈加明顯，“自養(yǎng)護(hù)”效果顯著。在90d 的時候，水泥內(nèi)含水量仍在不斷增加，水泥仍在繼續(xù)水化，“自養(yǎng)護(hù)”仍在繼續(xù)。
鄭秀華等探討了不同吸水率陶粒對輕骨料混凝土力學(xué)性能的影響。在研究力學(xué)性能時，分別使用4 種不同吸水率陶粒，吸水率分別為0、2．4%、7．1%以及14．1%。
不同吸水率陶粒的輕骨料混凝土吸水率
通過對比吸水率不同的陶粒配制混凝土的強(qiáng)度，隨著陶粒吸水率的增加，配制成的混凝土的強(qiáng)度也在不斷變強(qiáng)，尤其是在混凝土養(yǎng)護(hù)后期，這種增長尤其明顯，這是因為高吸水率的陶粒在水泥石水化后期，仍能提供充足的水化用水，使混凝土的強(qiáng)度一直在增加。
相關(guān)技術(shù)人員等總結(jié)陶粒不同吸水率對混凝土耐久性影響，陶粒吸水率與輕骨料混凝土凍融情況有關(guān)，實驗顯示，吸水率大的陶?？箖瞿芰Υ笥谖市〉奶樟Ｖ苽涞幕炷?，當(dāng)陶粒吸水率越高時，對混凝土養(yǎng)護(hù)越徹底，水泥石在吸水率高的陶粒養(yǎng)護(hù)下，變得致密，圖5 是凍融次數(shù)不同時輕骨料混凝土相對彈性模量，由圖5 可知，當(dāng)吸水率在7%左右時，達(dá)到了最佳狀態(tài)。
相關(guān)技術(shù)人員等在探討了陶粒不同吸水率下的混凝土抗?jié)B性能時，陶粒吸水率與混凝土抗?jié)B性也有一定的關(guān)系。實驗研究證明，越小的陶粒，自養(yǎng)護(hù)的性能也就越差，其抗?jié)B性能表現(xiàn)也較差，高吸水率陶粒配制的混凝土尤其在后期，其抗?jié)B性能提高越多。、、、
當(dāng)使用泵送施工時，陶?；炷镣瑯右装l(fā)生分層離析現(xiàn)象，并且坍落度的損失也會加快，在壓力作用下，陶粒吸收混凝土中的水分從而導(dǎo)致混凝土水膠比下降，混凝土無法泵送。當(dāng)泵送的壓力減小時，在壓力作用下，陶粒吸入的水分被擠出，當(dāng)陶粒中的水進(jìn)入混凝土中，會導(dǎo)致混凝土的泌水以及上下分層，并且堵塞泵管，當(dāng)在澆筑現(xiàn)場時，壓力的消失，擠出的水分會引起混凝土的力學(xué)強(qiáng)度和耐久度變差。
收縮與徐變問題高吸水率的陶?；炷猎缙诘氖湛s變形會比同等輕度的普通混凝土低，但是在養(yǎng)護(hù)后期，其收縮變形仍會很大。
目前混凝土徐變研究較多的是受壓徐變，但是混凝土受拉徐變破壞的研究比較少，尤其是輕骨料的受拉徐變需要研究人員進(jìn)行研究。
耐久性問題
輕骨料吸水率大于普通骨料，當(dāng)輕骨料吸水率較高的時候，抗凍性能就會下降，內(nèi)部毛細(xì)孔水在溫度降低時，發(fā)生形態(tài)的變化，體積膨脹，造成混凝土耐久性變差，同時隨著凍融次數(shù)的增長，混凝土的力學(xué)性能也會急劇降低。輕骨料混凝土在我國快速發(fā)展，取得了令人矚目的成就，不僅可以節(jié)約砂石等自然資源的使用，與普通混凝土相比，可以大幅度減輕結(jié)構(gòu)自身重量，減輕了地基的荷載，節(jié)省了材料的運(yùn)輸量，隨著大跨度結(jié)構(gòu)以及海事工程的日益增多，陶?；炷恋陌l(fā)展勢不可擋。隨著土木工程的科研人員對輕骨料混凝土的深入研究，我們要面對大量問題，這些問題的解決有利于陶?；炷恋耐茝V使用。陶?；炷林挥懈吨T于實際工程中，才能發(fā)揮最大的價值。
