陶粒混凝土研究

Cement production 水泥生产 9

陶粒混凝土研究

毕建静 高 震

（山东科技大学 土木工程与建筑学院， 山东 青岛 266590）

中图分类号：TQ172 文献标识码：B 文章编号1007-6344（2019）01-0009-01

摘要：与传统的混凝土相比，陶粒混凝土（Ceramsite Concrete）以轻粗骨料取代了传统粗骨料，以轻细骨料取代了天然砂，并

与普通水泥、水等材料配制而成，具有强度可设计、质量轻、保温隔热性能好等优点，在工程领域应用日益广泛。同时，陶粒混凝

土耐火、抗震和耐久性能均优于传统混凝土，在国家大力发展抗震减灾、绿色环保的政策指导下，陶粒混凝土符合国家政策和工程

施工要求，具有良好的研究价值和应用前景。

关键词：陶粒混凝土；发展前景

0 绪论

在现代建筑行业中，混凝土是基础性材料，是现代建筑、基础设施与土木工

程施工中必不可少的材料，也是用途最为广泛和用量最大的材料之一。长期以来，

混凝土材料来源广泛，价格相对低廉，且具有良好的强度、性能及耐久度特点，

在当前乃至一段时间内都是土木工程、铁路、基础设施和水利工程的首选材料[1]。

自19世纪30年代以来，混凝土应用范围不断扩大，用量持续增长；至19世纪50

年代，钢筋混凝土出现后，混凝土应用范围进一步扩大；自20世纪30年预应力

混凝土问世以来，预应力混凝土具有自重轻、用量少、抗裂性能和刚度性能优异

等特点，逐步取代了钢结构和钢筋混凝土结构。

随着社会现代化发展，我国建筑行业、桥梁工程、铁路工程和水利工程快速

发展，高层建筑、超高层建筑等结构形式快速发展，这些结构形式具有自重和跨

度等问题，预应力混凝土施工技术要求高，现代工程建设面临新的挑战。在此背

景下，陶粒混凝土具有轻质、高强、耐久性能优异、抗震性能良好等特点，逐渐

成为混凝土领域应用与发展的主要趋势。

1 陶粒混凝土国内外研究现状

相较于国内，国外在陶粒混凝土研究与应用方面起步较早 [2-3]。自上世纪初期，

西方发达国家就开始了陶粒混凝土方面的研究，其目的是改善传统混凝土存在的

不足，并取得了良好的研究成果。陶粒混凝土最早于1913年在美国研制成功，受

限于相关规范与自身性能限制，陶粒混凝土研制后仅限于用于非承重结构。例如，

以陶粒混凝土为原材料建造的美国休斯敦贝壳广场大厦[4]，取得了良好的社会效益

与经济效益。上世纪90年代，陶粒混凝土在海上平台和浮桥工程建设方面取得了

良好的应用效果 。但同时，受限于陶粒混凝土自身性能及造价等因素制约，在工

程建设方面发展较为缓慢。至1995年，轻质骨料研究取得了突破性成果，高强陶

粒混凝土研制成果，陶粒混凝土发展进入高速发展阶段。

国内在陶粒混凝土方面研究起步较晚，自上世纪50年代以来，轻质骨料混凝土

研究和开发主要集中在人造轻质骨料方面，如粉煤灰颗粒、页岩陶粒等，经过较长时

间的研究，至50年代后期，我国北京建设成功第一栋以页岩陶粒混凝土建设的装配

式建筑，上世纪60年代初，河南平顶山建设完成洛河大桥是国内首座以轻集料混凝

土建设的桥梁，自此开始，陶粒混凝土的应用范围由陆地向桥梁建设延伸。直至1995

年，随着轻集料的研究成功，轻集料质量、施工技术得到显著改善，高强陶粒混凝土

在国内的研究与应用进入快速发展的阶段。进入二十一世纪以来，国内关于混凝土的

研究主要集中于陶粒混凝土性能改善及产品应用范围拓展方面。

通过研究国内外文献资料，发现陶粒混凝土研究具有较长的发展历史，但是

受限于轻集料的性能及研究，只有系统研究、开发、应用的国家和地区，陶粒混

凝土才有广阔的发展空间，同时，在陶粒混凝土的应用推动了国内外对陶粒混凝

土性能的研究。

2 陶粒混凝土定义及特点

2.1陶粒混凝土定义

陶粒混凝土是指以轻质骨料替代普通混凝土中天然石子，并加入适量河砂、

水泥等凝胶材料，加入一定量水配制而成的表面密度小于1950kg/m3的混凝土。根

据粗骨料种类的不同，可将陶粒混凝土划分为粉煤灰陶粒混凝土、自然煤矸石混

凝土和页岩陶粒混凝土等。相较于与普通混凝土，陶粒混凝土能够在确保强度要

求的前提下降低结构自重[7]，能够满足现代建筑结构化、轻质、高强、多功能发展

的需求，可用于轻型砌块、保温隔墙、轻型楼板和路面铺装等多种应用场景，是

一种用途广泛、性能可靠的建筑材料。

2.2 陶粒混凝土优点

在桥梁工程和高层建筑建设中，陶粒混凝土具有显著的应用优势[8]，具有以下

特点：

（1）轻质高强

陶粒混凝土干表观密度小于普通混凝土密度，普通混凝土干表观密度一般为

2450kg/m3，而陶粒混凝土则为1400kg/m3~1950kg/m3 的范围内。通过对比两者差异，

不难发现当陶粒混凝土容重在LC5.0~LC50.0 范围时，其容重仅为普通混凝土的80%，即在同等条件下，陶粒混凝土结构自重较普通混凝土结构轻20%-40%左右。

（2）耐火性能佳

陶粒混凝土由于采用了轻质骨料，因此，陶粒混凝土在施工完成后具有多孔

特性，其线膨胀系数和导热系数均较普通混凝土小，因此，陶粒混凝土尤其适用

于高温、保温、抗火能力要求较高的结构建设中。在发生火灾的建筑中，陶粒混

凝土能够抵抗火灾约4小时左右，而普通混凝土结构仅能支撑1个小时左右。通

过试验对比，在600℃试验环境下，普通混凝土强度降低约25%至65%左右，而

陶粒混凝土强度降低仅约15%左右。

（3）抗震性能强

通常来说，建筑自重越大，在地震中所承受的地震力越大，两者呈正相关关系。

当建筑结构采用陶粒混凝土时，由于混凝土强度、自重、变形能力得到改善，因此，

当地震灾害发生时，建筑物所承受的地震力将大大降低。此外，由于陶粒混凝土具有

较低的弹性模量，因此，在建筑建设中采用陶粒混凝土能够延长建筑固有振动周期，

当建筑遭到破坏时会抵消大量变性能，可见，陶粒混凝土具有良好的抗震性能。

（4）耐久性能良好

以页岩陶粒替代石子作为骨料，能够改善混凝土碱集料反应的发生，从而起

到延长建筑寿命的重要作用。同时，相较于石子，页岩陶粒与水泥凝胶性能更好，

基质界面粘贴牢固，从而提高了建筑结构抵抗有害物质侵入的能力。上世纪70年

代，国内研究机构对1958年后建成的陶粒混凝土结构进行实地研究，研究结果表

明，采用陶粒混凝土为原料现浇、预制的各种结构，其内部钢筋均无锈蚀现象，

碳化深度也小于30mm，混凝土结构强度不仅没有像普通混凝土结构一样降低，反

而呈现持续增长趋势。

（5） 良好的经济效益

陶粒是一种很好的绿色材料，原料来源广泛，可以利用工业废料、生活垃圾生产

人造陶粒，即减少了对环境的污染，又使废弃物得到再生利用。在工程应用中使用陶

粒混凝土，无论在降低自重方面还是保温隔热方面，均可降低工程量，节约工程费用。

2.3陶粒混凝土缺点

（1）陶粒混凝土工作性差

在探讨陶粒混凝土应用优势的同时，我们也应理性看待陶粒混凝土应用缺点，其

中，陶粒混凝土工作性差是制约其应用的重要因素，主要是干燥陶粒在吸水后导致混

凝土搅拌物坍落度下降，当吸水率越大时，坍落度损失越大，而且，由于陶粒和水泥

砂浆密度存在较大的差异，导致陶粒混凝土在搅拌过程中易出现分层离析的问题，因

此，陶粒混凝土易分层离析、坍落度损失大，加之在压力的作用下，轻集料易出现吸

收混凝土中的水分的问题，多种因素导致泵送陶粒混凝土易出现堵泵的问题。

（2）力学性能不足

与普通混凝土相比，陶粒混凝土在抗压强度、抗拉强度等方面没有显著差异，

但是，其抗弯强度、弯曲抗拉强度较弱，仅为普通混凝土强度的75%左右，因此，

在选用混凝土时应结合工程特点、混凝土抗弯强度、弯曲抗拉强度等多方面因素。

3 应用前景

与普通混凝土相比，陶粒混凝土在结构、性能等方面具有显著的优势，同时，

也存在诸多制约因素，还需要进一步理论和实践研究。虽然，我国在陶粒混凝土方面

的研究起步较晚，在轻集料产品质量控制和生产工艺等方面与国外发达国家相比存在

一定的差距，如国内生产的人造颗粒偏粗、粒型不佳、颗粒级配不善等问题，而且，

生产设备、生产工艺相对落后，陶粒生产能耗居高不下，造成一定的环境污染，而且

所生产的陶粒不适宜在墙体保温或结构工程中应用，因此，在现有资源条件下，国内

相关领域专家、学者应借鉴国外发达国家研究成果、实践经验，加快陶粒混凝土理论、

生产及应用研究，推动国内陶粒混凝土技术的快速发展。

参考文献

[1]杜婷，郭太平，林怀立等.混凝土材料的研究现状和发展应用[J].混凝土，

2006，(5)：7-9

[2]李建华.国外轻骨料混凝土应用[J].北京：中国建筑工业出版社，1982

[3]苏锡楠.今日轻混凝土[M].北京：中国建筑工业出版社，1984

[4]雍本.特种混凝土设计与施工[M].北京：中国建筑工业出版社，1993

作者简介：毕建静（1992.9- ），女，山东科技大学土木工程与建筑学院硕士研究生，研究方向：结构工程。