陶粒應用在混凝土中的現狀

陶粒的產生替代了原有的石子，其物理效果和特點也比原有更加突出，在價格和原料的來源也更加便宜，

 陶粒是一種新型的建筑材料，它以輕質、隔熱、隔音、防潮、防凍、消震、耐酸等優點著稱，用它來代替過傳統碎石、石子的人應該了解，它不僅節能、環保，而且更能減少成本。陶粒的種類繁多，有可以用來栽培的，有可用于廣場屋面的，有可用于橋梁的，根據陶粒的抗壓強度不一樣，使用領域也不近相同。

 1 陶粒用量對混凝土的影響

 1) 力學性能。輕骨料經過高溫的煅燒，表面活性較強，在與水泥接觸時，發生化學反應，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力。

混合骨料混凝土是在原有混凝土基礎上進行改良，用一部分輕骨料代替原有舊骨料。Bing Han 等研究混合骨料混凝土軸心受壓應力－應變時發現，當陶粒體積分數占總骨料的20%時，混凝土的抗壓強度是最低，當陶粒體積分數占總骨料60%時，混凝土的抗壓強強度達到最大，從以上實驗數據可以知道，普通骨料和輕骨料之間存在合理的容積率大致在50%～ 60%，其工作性能和力學性能可以達到最佳。隨著陶粒用量在一定范圍內的提升，陶?；炷撩芏认陆?，保溫隔熱性能得到提升，但超出一定范圍，其力學性能下降較快，并且出現骨料上浮的現象，影響混凝土的運輸和泵送。

在進一步研究混合骨料混凝土力學性能影響時，圖2 是陶粒不同取代率的混凝土抗壓強度，由圖2 可知，抗壓、抗折強度在陶粒用量小于50%時，次輕混凝土的抗壓強度變化基本平穩; 當陶粒用量大于50%后，次輕混凝土的強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，力學性能最佳，陶粒是一種圓形或橢圓形的球體，該形態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，較少出現應力集中的現象，提高了混凝土的力學性能，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結構。

 2) 工作性能。吳勇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，改變陶粒在粗骨料中的體積取代率，在取得輕質同時獲得更高的強度。實驗結果表明: 陶粒體積分數占總骨料50%的時候，工作性能較好，混合骨料混凝土擴展度最大，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。當陶粒取代率為50%時，陶粒和石子的數量大致相同，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到最小，漿體移動速度可達到最快，此時的工作性能表現優異。

 2 陶粒預濕對混凝土的影響

 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，常會出現嚴重的自收縮現象，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、高性能方向發展，混凝土的水灰比不斷減少，出現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象。由楊全兵通過研究發現混凝土在水中養護雖會在一定程度緩解自收縮現象，但是混凝土內部收縮仍在繼續。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，在混凝土養護過程中，隨著水泥的硬化，陶粒內部水分“反哺”給水泥，使水泥進一步充分水化。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象的出現，陶粒與水泥石界面結合更加緊密，大為改善陶?；炷恋男阅?。

 預濕陶粒會為水泥水化補充水分，使水泥漿水化更加徹底，自收縮減少。如陶粒沒有預濕，制備出的輕骨料混凝土出現明顯自收縮，導致混凝土的早期開裂。Cusson使用預濕和未預濕兩種陶砂，試驗中預濕后的輕骨料混凝土自收縮程度減少，而未預濕的陶?；炷恋氖湛s程度較高，由試驗可以總結，輕骨料的預濕有利于減少輕骨料混凝土自收縮現象。

 陶粒預濕時長對混凝土的工作性能有影響，高英力等研究不同預濕程度對經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時損失的差異。圖3 為預濕時間不同，輕骨料混凝土坍落度經時損失有差異，由圖3 可知，未預濕的陶?；炷恋奶涠葥p失在5 組中為最大，陶粒預濕時間越長，混凝土的坍落度經時損失越少，而預濕時間超過24 h的混凝土，其坍落度損失明顯得到抑制，基本達到了飽和吸水的狀態，此時混凝土坍落度經時損失較小并且坍落度較大。

圖3  不同預濕時間下輕骨料混凝土坍落度經時損失

1.3  陶粒吸水率對混凝土的影響

 陶粒吸水率對混凝土性能影響較大，陳上偉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?？梢缘贸鼋Y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。

 陳建武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) 的水化程度。

圖4  不同吸水率陶粒的輕骨料混凝土吸水率

 圖4 是吸水率不同的陶粒制備的輕骨料混凝土，由圖4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也愈加明顯，“自養護”效果顯著。在90d 的時候，水泥內含水量仍在不斷增加，水泥仍在繼續水化，“自養護”仍在繼續。

 鄭秀華等探討了不同吸水率陶粒對輕骨料混凝土力學性能的影響。在研究力學性能時，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%。

 圖5 是不同吸水率陶粒制成的輕骨料混凝土抗壓強度隨時間變化，如圖5 所示，通過對比吸水率不同的陶粒配制混凝土的強度，隨著陶粒吸水率的增加，配制成的混凝土的強度也在不斷變強，尤其是在混凝土養護后期，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，使混凝土的強度一直在增加。

 鄭秀華等總結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，實驗顯示，吸水率大的陶?？箖瞿芰Υ笥谖市〉奶樟Ｖ苽涞幕炷?，當陶粒吸水率越高時，對混凝土養護越徹底，水泥石在吸水率高的陶粒養護下，變得致密，圖6 是凍融次數不同時輕骨料混凝土相對彈性模量，由圖6 可知，當吸水率在7%左右時，達到了最佳狀態。

圖5  凍融次數不同時輕骨料混凝土相對彈性模量

 鄭秀華等在探討了陶粒不同吸水率下的混凝土抗滲性能時，陶粒吸水率與混凝土抗滲性也有一定的關系。實驗研究證明，越小的陶粒，自養護的性能也就越差，其抗滲性能表現也較差，高吸水率陶粒配制的混凝土尤其在后期，其抗滲性能提高越多。

 2  陶?；炷链嬖诘膯栴}

目前陶?；炷翉V泛應用于橋梁、高層、大跨度結構以及舊的橋梁加固維修中。但在使用過程中，陶?；炷寥源嬖诤芏鄦栴}，如陶粒自身質量較輕，振搗時會造成混凝土輕骨料的上浮，從而混凝土力學性能下降。在陶?；炷脸尚蜁r，還易出現收縮干裂的現象，影響結構的性能等大量問題仍需攻克。

2.1 離析泌水問題

在混凝土振搗過程中，骨料和膠凝材料之間的密度差和骨料的移動速度呈正比關系，圖7 是輕骨料上浮現象，如圖7 所示，輕骨料的質量較輕，在流動度較大時，會出現輕骨料上浮的情況，骨料上浮對混凝土的各項性能指標都會降低，影響建筑的正常使用。

圖7  輕骨料上浮

當使用泵送施工時，陶?；炷镣瑯右装l生分層離析現象，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致混凝土水膠比下降，混凝土無法泵送。當泵送的壓力減小時，在壓力作用下，陶粒吸入的水分被擠出，當陶粒中的水進入混凝土中，會導致混凝土的泌水以及上下分層，并且堵塞泵管，當在澆筑現場時，壓力的消失，擠出的水分會引起混凝土的力學強度和耐久度變差。

2.2  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，但是在養護后期，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行研究。

2.3  耐久性問題

輕骨料吸水率大于普通骨料，當輕骨料吸水率較高的時候，抗凍性能就會下降，內部毛細孔水在溫度降低時，發生形態的變化，體積膨脹，造成混凝土耐久性變差，同時隨著凍融次數的增長，混凝土的力學性能也會急劇降低。

陶粒的種類和特點被研發的越來越多，其產品設計范圍之廣，未來將成為混凝土行業中不可缺少的一種主要材料。