陶粒的性能及分類
閱讀：675發布時間：2011-1-18
1、 什么是陶粒
顧名思義，陶粒就是陶質的顆粒。陶粒的外觀特征大部分呈圓形或橢圓形球體，但也有一些仿碎石陶粒不是圓形或橢圓形球體，而呈不規則碎石狀。陶粒形狀因工藝不同而各異。它的表面是一層堅硬的外殼，這層外殼呈陶質或釉質，具有隔水保氣作用，并且賦予陶粒較高的強度。陶粒的外觀顏色因所采用的原料和工藝不同而各異。焙燒陶粒的顏色大多為暗紅色、赭紅色，也有一些特殊品種為灰黃色、灰黑色、灰白色、青灰色等。
壓裂支撐劑是一種陶瓷顆粒產品，具有很高的壓裂強度，主要用于油田井下支撐，以增加石油天然氣的產量，屬環保產品。此產品利用鋁礬土等多種原材料，用陶瓷燒結而成，是天然石英砂、玻璃球、金屬球等中低強度支撐劑的替代品，對增產石油天然氣有良好效果。石油天然氣深井開采時，高閉合壓力低滲透性礦床經壓裂處理后，使含油氣巖層裂開，油氣從裂縫形成的通道中匯集而出。用陶粒支撐材料隨同高壓溶液進入地層充填在巖層裂隙中，起到支撐裂隙不因應力釋放而閉合的作用，從而保持高導流能力，使油氣暢通，增加產量。實踐證明，使用陶粒支撐劑壓裂的油井可提高產量３０－５０％，還能延長油氣井服務年限。
壓裂支撐劑可廣泛用于深井，高壓油氣層的壓裂改造。以鋁礬土為王要原料經破碎細磨成微粉后，配以各種添加劑，反復混練，制粒，拋光．高溫燒結而成，該產品具有耐壓強度高，密度低，圓球度好，光潔度高，導流能力強等優點。經中國石油勘探開發研究院廊坊分院支撐評價實驗室檢測，各項性能指標*達到SY/T5108-2006、SY/T6302-1997標準，目前處于水平。
2、陶粒的性能
陶粒之所以在世界得到快速發展，是因為它具有其他材料所不具備的許多優異性能，這一優異性能，這一優異性能使它具有了其他材料無法取代的作用。這些優異性能有以下幾個方面。
① 密度小、質輕
陶粒自身的堆積密度小于1100kg/m3，一般為300～900kg/m3。以陶粒為骨料制作的混凝土密度為1100～1800kg/m3，相應的混凝土抗壓強度為30.5～40.0Mpa。陶粒的zui大特點是外表堅硬，而內部有許許多多的微孔。這些微孔賦予陶粒質輕的特性。200號粉煤灰陶粒混凝土的密度為1600kg/m3左右，而相同標號的普通混凝土的密度卻高達2600kg/m3，二者相差1000kg/m3。
② 保溫、隔熱
陶粒由于內部多孔，故具有良好的保溫隔熱性，用它配制的混凝土熱導率一般為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熱環境。
③ 耐火性優異
普通粉煤灰陶?；炷粱蚍勖夯姨樟Ｆ鰤K集保溫、抗震、抗凍、耐火等性能于一體，特別是耐火性是普通混凝土的4倍多。對相同的耐火周期，陶粒混凝土的板材厚度比普通混凝土薄20%。此外，粉煤灰陶粒還可以配制耐火度1200℃以下的耐火混凝土。在650℃的高溫下，陶粒混凝土能維持常溫下強度的85%。而普通混凝土只能維持常溫下強度的35%～75%。
④ 抗震性能好
陶粒混凝土由于質量輕，彈性模量低，抗變形性能好，故具有較好的抗震性能。在1976年唐山大地震中，天津建造的4棟陶?；炷链蟀褰ㄖ就旰?，并能照常使用。而其周圍相當數量的磚混建筑都不同程度地受到震害。這雖然與建筑結構體系有關，但是陶粒混凝土具有優良的抗震性能也是一個重要原因。1976年意大利費留利地區發生9級的強烈地震，統計資料表明，磚混建筑物損壞率達40%～60%，框架結構黏土空心磚建筑損壞率為33%，而陶?；炷两ㄖp壞率只有5%。陶粒的抗震性能由此可見。
⑤ 吸水率低，抗凍性能和耐久性能好
陶?；炷聊退?、堿腐蝕和抗凍性能優于普通混凝土。250號粉煤灰陶?；炷?，15次凍融循環的強度損失不大于2%。1976年有關部門對全國自1985年以來所建的陶?；炷凉こ踢M行了實測，結果表明，無論是預制的還是現澆的，室內的與室外的，所含鋼筋均未銹蝕，測的碳化深度一般不大于30㎜，后期強度還可以繼續增長。由此可見，陶粒混凝土是一種優良的建筑材料，應大力推廣使用。
⑥ 抗滲性優異
據多次測試，陶粒混凝土的抗滲性能優于普通混凝土。以20MPa陶?；炷僚c普通混凝土為例，經多次測試進行比較，普通混凝土的抗滲指數為B6，而陶?；炷羷t可達到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年檢查時沒有發現滲漏現象。寧波建造的兩條20MPa陶?；炷炼诖ㄝd重量80t），水上作業13年，從未出現滲漏現象。因此陶粒混凝土是制作水壩，地下工程的優良建筑材料之一。
⑦ 抗堿集料反應能力優異
陶?；炷敛坏透g（酸、堿）性能優于普通混凝土。而且具有優異的抗堿集料反應能力。
混凝土的主要成分是水泥和集料。集料包括碎石和砂子，如果石子和砂子這些集料是白云石、石灰石或其他含有SiO2的巖石，如蛋白石、火山巖等，水泥中的堿就會和這些集料發生堿集料反應，引起巖石礦物解體或造成膨脹使混凝土開裂而崩潰，造成建筑破壞。這就是堿集料反應。每年國內國外都有大量的建筑物因混凝土的堿集料反應而損毀。美國20世紀80年代，統計全國50萬座公路橋梁，其中有20萬座因堿集料反應造成不同程度的毀壞。*每年因堿集料反應造成的損失可以達上千億美元。
由于陶粒不含有這些火性巖石成分，堿含量也非常低，所以它在使用過程中不會與水泥發生堿集料反應。至今為止，國內外的陶粒混凝土建筑，還沒有發現一起堿集料反應的事例。事實已經表明，陶粒具有優異的抗堿集料反應能力，可在一定程度上增加安全性，延長建筑物的使用壽命。
⑧ 適應性強
經國內外幾十年生產實踐證明，根據各地資源條件不同，可分別采用黏土、頁巖、粉煤灰或其他固體廢棄物生產陶粒。根據用途不同和市場需要，可以生產不同堆積密度和粒度的陶粒產品（超輕陶粒、結構保溫用陶粒、結構用陶粒），也可生產有特殊用途的陶粒，如耐高溫陶粒、耐酸陶粒和花卉陶粒等。
在使用陶粒時，可按實際需要采用不同類型的陶粒配制不同密度和強度等級的無砂大孔、全輕、超輕鋼筋或預應力混凝土；可以預制成各種類型的墻體制品和建筑構件，也可用于填充，現澆，滑模等施工作業。對于各種建筑體系，如框架填充或自承重砌塊建筑、一模三板、全裝配大板、內澆外掛、全線澆滑模建筑等都能適用。任何建筑物中的墻體（砌塊、外墻板、內隔墻條板），樓板、屋面板、梁柱和部分基礎等，都可用陶?；炷羴碇谱?，這是其它任何一種新型墻體*的。
3、陶粒的分類
（1） 按陶粒的原料分類
① 粉煤灰陶粒
以固體廢棄物為主要原料，加入一定量的膠結料和水，經加工成球，燒結燒脹或自然養護而成，粒徑在5㎜以上的輕粗集料，簡稱粉煤灰陶粒。
粉煤灰陶粒的生產工藝：
原料（粉煤灰+定量的外加劑）混磨 — 制粒 — 燒脹 —堆放 — 運輸（裝袋）
生產粉煤灰陶粒宜采用雙筒回轉窯，即窯體的預熱段和干燥段可單獨控制其轉速，以便根據原料的狀態控制其預熱時間。黏土陶粒近年來由于受到土地資源的限制，在某些地區已被禁止生產和使用。但有些地區可以利用河道淤泥、廢棄山土等進行生產。其工藝過程為：
原料攪拌 — 制粒— 篩選— 燒結 —堆放— 運輸（裝袋）
在操作中應注意的是，防止物料在窯內結團而影響質量。
目前我國陶粒的生產設備都采用的是工業回轉窯。圓筒形的主窯體與水平呈3°左右的傾角放置在托滾上。物料在高的一端進入窯內，在窯體做回轉運動的作用下，物料從高處（窯尾）滾落至低處（窯頭），同時，在窯頭處，高壓風機將煤粉（或天然氣等其他燃料）噴入窯內，并使其充分燃燒，產生的熱量使物料發生物理和化學變化，產生膨脹現象，冷卻后既為陶粒。
② 黏土陶粒
以黏土、亞黏土等為主要原料，經加工制粒，燒脹而成的，粒徑在5㎜以上的輕粗集料，稱為黏土陶粒。
③ 頁巖陶粒
又稱膨脹頁巖。以黏土質頁巖、板巖等經破碎、篩分，或粉磨后成球，燒脹而成的粒徑在5㎜以上的輕粗集料為頁巖陶粒。頁巖陶粒按工藝方法分為：經破碎、篩分、燒脹而成的普通型頁巖陶粒；經粉磨、成球、燒脹而成的圓球形頁巖陶粒。
黏土陶粒、粉煤灰陶粒、頁巖陶粒適用于保溫用的、結構保溫用的輕集料混凝土，也可用于結構用的輕集料混凝土。目前頁巖陶粒的主要用途是生產輕集料混凝土小型空心砌塊和輕質隔墻板。
頁巖陶粒的生產工藝：
采礦 — 一次破碎 — 二次破碎 — 篩選 — 暫存 — 喂料 — 燒結 —成品分級篩選 —堆放—運輸（裝袋）
在操作中，應注意喂料量、給煤量、窯體轉速、引風量它們之間的匹配關系，使它們調整到*的工藝狀態。
用粉煤灰及其它工業廢渣生產套陶粒是許多相關人士多年研制的課題。如今高強、輕體粉煤灰陶粒已經成功問世，各項性能指標均優于頁巖和黏土陶粒。這其中除掌握其工藝要求外，外加劑也是影響其性能的主要原因。外加劑主要包括粘接劑、膨化劑和礦化劑等。不同成分的粉煤灰其外加劑成分也不盡相同。
④ 垃圾陶粒
隨著城市不斷發展壯大，城市的垃圾越來越多，處理城市垃圾，成為一個日益突出的問題。
垃圾陶粒是將城市生活垃圾處理后，經造粒、焙燒生產出燒結陶粒?；驅⒗鵁尤胨嘣炝?，自然養護，生產出免燒垃圾陶粒。垃圾陶粒具有原料充足、成本低、能耗少、質輕高強等特點。垃圾陶粒除了可制成墻板、砌塊、磚等新型墻體材料外，還可用作保溫隔熱、樓板、輕質混凝土、水處理凈化等用途，具有廣闊的市場。
⑤煤矸石陶粒
煤矸石是采煤過程中排出的含碳量較少的黑色廢石，是我國排放量zui大的固體廢棄物，其排放與堆積不僅占用大量耕地，同時對地表、大氣造成了很大污染。煤矸石的化學成分與黏土比較相似，煤矸石含有較高的碳及硫，燒失量較大。只有在一定溫度范圍內才能產生足夠數量黏度適宜的熔融物質，具有膨脹性能。根據它的特點，我國已研制出煤矸石陶粒。
煤矸石陶粒是將符合燒脹要求的煤矸石經破碎、預熱、燒脹、冷卻、分級、包裝而生產出來的。得到的陶粒產品質量*符合國家標準，部分技術指標超過國家標準，達到了國外同類產品質量，該產品具有創新性、*行、屬環保類產品。
⑥ 生物污泥陶粒
污水處理廠處理完污水后所產生的、并含有大量的生物污泥，生物污泥有的制成農用肥，有的直接用于綠化，也有的排放到海里或者焚燒，這樣會造成二次生態環境污染。目前，以生物污泥為主要原材料，采用烘干、磨碎、成球、燒結成的陶粒，稱為污水處理生物污泥陶粒。用生物污泥代替部分黏土來燒制陶粒既節省黏土，又保護農田，也起到了一定的環保作用。
⑦ 河底泥陶粒
大量的江河湖水經過多年的沉積形成了很多泥沙。利用河底泥替代黏土，經挖泥、自然干燥、生料成球、預熱、焙燒、冷卻制成的陶粒稱為河底泥陶粒。利用河底泥制造陶粒，不但會減少建材制造業與農業用地爭土，而且還為河底泥找到了合理出路，解決了河底泥的二次污染問題，達到了廢棄物資源化的目的。
（2）按陶粒的強度分類
陶粒按強度分為高強陶粒和普通陶粒。
① 高強陶粒
根據（輕集料及其試驗方法）GB/T 17431.1—1998新標準，高強陶粒是指強度標號不小于25MPa的結構用輕粗集料。其技術要求除密度等級、筒壓強度、強度標號、吸水率有特定指標外，其他指標（顆粒級配、軟化系數、粒型系數、有害物質含量等）與超輕、普通陶粒相同。生產高強陶粒時產量較低，耗能較大，附加值高，銷售價格比超輕陶粒、普通陶粒高50%左右。用高強陶粒配制高標號及預應力輕骨料混凝土必須均質。
② 普通陶粒
根據《輕集料及其試驗方法》GB/T 17431.1—1998新標準，普通陶粒是指強度標號小于25MPa的結構用輕粗集料。普通陶粒應用較廣，市場潛力大。
（3）按陶粒密度分類
陶粒按密度分為一般密度陶粒、超輕密度陶粒、特輕密度陶粒三類。
① 一般密度陶粒
一般密度陶粒是指密度大于500kg/m3的陶粒。它的強度一般相對較高，多用于結構保溫混凝土或高強混凝土。
② 超輕密度陶粒
超輕密度陶粒一般是指300～500kg/m3的陶粒。這種陶粒一般用于保溫隔熱混凝土及其制品。
③ 特輕密度陶粒
特輕密度陶粒是指小于300kg/m3的陶粒。它的保溫隔熱性能非常優異，但強度較差。一般用于生產特輕保溫隔熱混凝土及其制品。
（4）按陶粒形狀分類
陶粒按形狀分為碎石型陶粒、圓球形陶粒和圓柱形陶粒。
① 碎石形陶粒
碎石型陶粒一般用天然礦石生產，先將石塊粉碎、焙燒，然后進行篩粉；也可用天然及人工輕質原料如浮石、火山渣、煤渣、自然或煅燒煤矸石等，直接破碎篩分而得。
② 圓球形陶粒
圓球形陶粒是采用圓盤造粒機生產。先將原料磨粉，然后加水造粒，制成圓球再進行焙燒或養護而成。目前我國的陶粒大部分是這種品種。
③ 圓柱形陶粒
圓柱型陶粒一般采用塑性擠出成型。先制成泥條，再切割成圓柱形狀。這種陶粒適合于塑性較高的等黏土原料，產量相對較低。圓柱料坯若采用回磚窯焙燒，圓柱體在窯內滾動成橢圓形。
（5）按陶粒性能分類
① 高性能陶粒
高性能陶粒是指強度較高、吸水率較低、密度較小的焙燒或免燒陶粒。輕集料的資源豐富，品種繁多。它有天然輕集料、固體廢棄物輕集料和人造輕集料之分。根據它們的生成條件及性能看來，可以用來配制高性能混凝土的只有經特殊加工的高性能陶粒。國外一般稱它為高性能輕集料，在我國也可稱它為高強陶粒。
高性能陶粒是采用合適的原材料，經特殊加工工藝，所制造出的不同密度等級、高強度、低孔隙率、低吸水率的人造輕集料。這種輕集料的某些性能與普通密實集料相似，與普通輕集料相比性能更為*。
② 普通性能陶粒
普通性能陶粒是相對于高性能陶粒而言。即它的強度比高性能陶粒略低?？紫堵事愿?、吸水率也高。但它的綜合性能仍優于普通集料。
