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陶粒是一种在回转窑中经发泡生产的轻骨料。它具有球状的外形,表面光滑而坚硬,内部呈蜂窝状,有密度小、热导率低、强度高的特点。在耐火材料行业中,陶粒主要用于作隔热耐火材料的骨料。
陶粒自身的堆积密度小于1100kg/m3,一般为300~900kg/m3。以陶粒为骨料制作的混凝土密度为1100~1800kg/m3,相应的混凝土抗压强度为30.5~40.0Mpa。陶粒的最大特点是外表坚硬,而内部有许许多多的微孔。这些微孔赋予陶粒质轻的特性。200号粉煤灰陶粒混凝土的密度为1600kg/m3左右。我国陶粒砂主要用于石油支撑剂,也是需求量最大的陶粒砂品种之一,也叫石油压裂支撑剂陶粒砂。
陶粒具有优异的性能,如密度低、筒压强度高、孔隙率高,软化系数高、抗冻性良好、抗碱集料反应性优异等。特别由于陶粒密度小,内部多孔,形态、成分较均一,且具一定强度和坚固性,因而具有质轻,耐腐蚀,抗冻,抗震和良好的隔绝性等多功能特点。利用陶粒这些优异的性能,可以将它广泛应用与建材、园艺、食品饮料、耐火保温材料、化工、石油等部门,应用领域越来越广,还在继续扩大。
在陶粒发明和生产之初,它主要用于建材领域,由于技术的不断发展和人们对陶粒性能的认识更加深入,陶粒的应用早已超过建材这一传统范围,不断扩大它的应用新领域。陶粒在建材方面的应用,已经由100%下降到80%,在其他方面的应用,已占20%。随着陶粒新品质、新用途的不断开发,它在其他方面的比例将会逐渐增大。
陶粒之所以在全世界得到快速发展,是因为它具有其他材料所不具备的许多优异性能,这一优异性能使它具有了其他材料无法取代的作用。这些优异性能有以下几个方面。
保温、隔热
华文陶粒提供的陶粒由于内部多孔,故具有良好的保温隔热性,用它配制的混凝土热导率一般为0.3~0.8W/(m·k),比普通混凝土低1~2倍。所以,陶粒建筑都有良好的热环境。
耐火性优异
普通粉煤灰陶粒混凝土或粉煤灰陶粒砌块集保温、抗震、抗冻、耐火等性能于一体,特别是耐火性是普通混凝土的4倍多。对相同的耐火周期,陶粒混凝土的板材厚度比普通混凝土薄20%。此外,粉煤灰陶粒还可以配制耐火度1200℃以下的耐火混凝土。在650℃的高温下,陶粒混凝土能维持常温下强度的85%。而普通混凝土只能维持常温下强度的35%~75%。
抗震性好
陶粒混凝土由于质量轻,弹性模量低,抗变形性能好,故具有较好的抗震性能。在1976年唐山大地震中,天津建造的4栋陶粒混凝土大板建筑均基本完好,并能照常使用。而其周围相当数量的砖混建筑都不同程度地受到震害。这虽然与建筑结构体系有关,但是陶粒混凝土具有优良的抗震性能也是一个重要原因。1976年意大利费留利地区发生9级的强烈地震,统计资料表明,砖混建筑物损坏率达40%~60%,框架结构黏土空心砖建筑损坏率为33%,而陶粒混凝土建筑损坏率只有5%。陶粒的抗震性能由此可见。
吸水率低,抗冻性能和耐久性能好
陶粒混凝土耐酸、碱腐蚀和抗冻性能优于普通混凝土。250号粉煤灰陶粒混凝土,15次冻融循环的强度损失不大于2%。1996年有关部门对全国自1985年以来所建的陶粒混凝土工程进行了实测,结果表明,无论是预制的还是现浇的,室内的与室外的,所含钢筋均未锈蚀,测的碳化深度一般不大于30mm,后期强度还可以继续增长。由此可见,陶粒混凝土是一种优良的建筑材料,应大力推广使用。
抗渗性优异
据多次测试,陶粒混凝土的抗渗性能优于普通混凝土。以20MPa陶粒混凝土与普通混凝土为例,经多次测试进行比较,普通混凝土的抗渗指数为B6,而陶粒混凝土则可达到B18至B25。1970年天津用20MPa的陶粒混凝土建造的防空通道(深3m,地下水位0.9 m),至1980年检查时没有发现渗漏现象。宁波建造的两条20MPa陶粒混凝土囤船(载重量80t),水上作业13年,从未出现渗漏现象。因此陶粒混凝土是制作水坝,地下工程的优良建筑材料之一。
抗碱
陶粒混凝土不但耐腐蚀(酸、碱)性能优于普通混凝土。而且具有优异的抗碱集料反应能力。
混凝土的主要成分是水泥和集料。集料包括碎石和砂子,如果石子和砂子这些集料是白云石、石灰石或其他含有SiO2的岩石,如蛋白石、火山岩等,水泥中的碱就会和这些集料发生碱集料反应,引起岩石矿物解体或造成膨胀使混凝土开裂而崩溃,造成建筑破坏。这就是碱集料反应。每年国内国外都有大量的建筑物因混凝土的碱集料反应而损毁。美国20世纪80年代,统计全国50万座公路桥梁,其中有20万座因碱集料反应造成不同程度的毁坏。全世界每年因碱集料反应造成的损失可以达上千亿美元。
由于陶粒不含有这些火性岩石成分,碱含量也非常低,所以它在使用过程中不会与水泥发生碱集料反应。国内外的陶粒混凝土建筑,还没有发现一起碱集料反应的事例。事实已经表明,陶粒具有优异的抗碱集料反应能力,可在一定程度上增加安全性,延长建筑物的使用寿命。
陶粒,顾名思义,就是陶质的颗粒。陶粒的外观特征大部分呈圆形或椭圆形球体,但也有一些仿碎石陶粒不是圆形或椭圆形球体,而呈不规则碎石状。
陶粒形状因工艺不同而各异。它的表面是一层坚硬的外壳,这层外壳呈陶质或釉质,具有隔水保气作用,并且赋予陶粒较高的强度。
因为生产陶粒的原料很多,陶粒的品种也很多,因而颜色也就很多。焙烧陶粒的颜色大多为暗红色、赭红色,也有一些特殊品种为灰黄色、灰黑色、灰白色、青灰色等。免烧陶粒因所用固体废弃物不同,颜色各异,一般为灰黑色,表面没有光泽度,不如焙烧陶粒光滑。
陶粒的粒径一般为5~20㎜最大的粒径为25㎜。陶粒一般用来取代混凝土中的碎石和卵石。
轻质性是陶粒许多优良性能中最重要的一点,也是它能够取代重质砂石的主要原因。陶粒的内部结构特征呈细密蜂窝状微孔。这些微孔都是封闭型的,而不是连通型的。它是由于气体被包裹进壳内而形成的,这是陶粒质轻的主要原因。
陶粒的细小颗粒部分称为陶砂。在陶粒中有许多小于5㎜的细颗粒,在生产中用筛分机将这部分细小颗粒筛分出来,习惯上称之为陶砂。陶砂的密度略高,化学和热稳定性好。陶砂主要用于代替天然河砂或山砂配制轻集料混凝土、轻质砂浆,也可作耐酸、耐热混凝土细集料。主要品种有黏土陶砂页岩陶砂和粉煤灰陶砂等。使用陶砂的目的也是为降低建筑物自重。陶砂也可用于无土栽培和工业过滤。