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陶粒混凝土国内外研究

供稿人:路炜  供稿时间:2011-12-20   关键字:陶粒混凝土  轻混凝土  集料  
轻混凝土因为重量轻,仅为普通混凝土的四分之一到二分之一,所以可以减小基础、降低造价、易于施工,从而引起国内外专业人员的密切关注,成为21世纪混凝土技术发展的重要分支技术之一。现有技术中此类材料一般都采用在混凝土中加入多孔的轻粗集料,如陶粒。
 
陶粒是以粘土、泥岩、煤矸石、粉煤灰等主要原料,经加工厂粉碎成粒或粉磨成球,再烧胀而成的人造骨料,它是一种外部具有紧硬外壳,表面有一层隔水保气的釉层,内部具有封闭微孔结构的多孔陶质粒状物。陶粒因其具有体轻、强度高、隔音、保温、耐火、耐化学侵蚀、抗冻优良性能,广泛用于保温混凝土,结构保温混凝土,高层结构混凝土。
 
国内外一些文献对含陶粒的混凝土进行了研究报道,现介绍如下供读者参考。
 
国内
 
天津市南郊保温材料厂申请的中国发明专利CN91109874.7[1]涉及一种框架结构建筑中填充墙体的砌块用全轻混凝土。该发明选用水泥、珍珠岩、陶粒及水为原料混合而成,用该混凝土制成的砌块整体强度高,解决了抹灰出现空鼓现象,与其它类型砌块比更具有突出的保温、隔热及隔音性能,且容重轻、吸水率小,施工方便不易破碎等优点,该混凝土制做的砌块可广泛应用于框架结构建筑中的填充材料,也可代替单层砖石结构的粘土砖。
 
蒋里军申请的中国发明专利CN92103883.6[2]涉及一种多孔质陶粒的无配料生产方法,及其陶粒和应用,涉及陶粒的生产方法和应用。它是结合我国拥有非常优异的、十分丰富的陶粒原料资源的实际,以一种含有适量的硅、镁、钙、铁、碳及有机质等成分的页岩为唯一原料,无需配料,经烧制而成的陶粒生产方法,并可以进行大规模生产。其生产的陶粒是多孔质的,轻质高强的,而且从微观上具有多孔质。用作高强轻骨科,制作加强混凝土、高强轻质水泥砂浆,以及塑料复合材料等。
 
蒋里军申请的另一项中国发明专利CN93116545.8[3]涉及一种陶粒防水混凝土,是以磨细的陶粒粉料或轻砂为集料,以水和硅酸盐水泥为胶凝浆体拌合而成的一种多功能防水混凝土(水泥砂浆),具有优良的抗渗,保温,耐磨,憎水,抗化学侵蚀,强度高,耐久性好,使用方便,成本低廉的特征,广泛用于建筑、水电、石油钻井、海港、海堤等工程。
 
大庆油田有限责任公司申请的中国发明专利CN02108886.1[4]涉及绿色环保型建筑材料的粉煤灰陶粒混凝土。解决了在制备粉煤灰陶粒混凝土时易离析分层的问题。其特征在于:各成分及配比按重量份如下:粉煤灰陶粒25~33份,胶结料17~26份,轻细集料42~51份,引气剂占胶结料1×10-4%,高效减水剂占胶结料0.6%及水。具有能够改善新拌混凝土的和易性的特点,不容易离析分层,强度达到45Mpa,降低水化热、提高耐久性和后期强度,大大减少环境污染。
 
同济大学申请的中国发明专利CN01131922.4[5]涉及一种混合型高性能轻混凝土及其生产工艺,属于土木建筑工程类的轻质混凝土材料。其组成为:水泥20~30%、砂15~25%、粉煤灰5~10%、矿渣10~15 %、石子20~25%、陶粒15~20%、复合外加剂1~2%;生产方法为先将水泥和陶粒搅拌混合,再加入其他组分混合,最后加入复合外加剂。该材料在抗压强度、保温性能、抗震、抗冻、抗渗以及耐火等性能上均比普通混凝土好。特别是其密度等级可达D1800,强度等级为CL50,完全符合承重构件或构筑物的要求。制成楼板的重量比普通混凝土轻15~16%,整个大楼可减轻25%。水泥用量可节省5%,劳动强度减少0.52日/m3,总造价可降低3~4%。采用了合适比例的矿渣和粉煤灰,不仅抗冻性、施工适应性强,因收缩性小而缩短到14天就完成收缩。
 
上海市建筑科学研究院完成的成果项目(0300080005)[6]研制了轻质陶粒混凝土,具有容重轻(900-1600kg/m3),强度高(CL10-20),可广泛应用于高层建筑楼面垫层、找平层;屋面保温;钢结构建筑楼面以及轻质砼构件等。具有良好的隔热、防火功能和降低建筑物自重。在上海世界贸易商城、上海证券大厦等得到广泛使用,受到建设方好评,在上海国际网球中心,该陶粒混凝土作为外装饰线条取得较好的外观效果。
 
国外
 
德国通过采用混合型集料的配料方案,以筒压强度较低的普通粘土陶粒研制成功了低表观密度、高性能的轻集料混凝土(MA型高性能轻混凝土),它可现浇或预制,且可泵性好、施工方便。试验研究表明,在其中加入碎石可抵御微裂纹的扩展;加入陶料可明显改善集料与砂浆界面的粘结牢度;加入矿渣和粉煤灰,可使混凝土孔隙率下降、强度增长[7]。
 
日本Kansai Electric Power Co Inc申请的专利JP2003089564[8]涉及一种强度优良、操作性能好的轻混凝土,其组分是水泥450-550kg/m3、烧过的废玻璃110-210kg/m3、陶瓷细粉末(作为轻细集料)20-70kg/m3、轻粗集料250-350kg/m3和掺混物5-15kg/m3
 
日本KYOCERA CORP申请的专利JP2002173352[9]涉及一种高刚度和高比刚度的轻质混凝土,包含水泥和硅化物陶瓷颗粒集料,这些集料表面有二氧化硅膜。
 
美国海军水下作战中心McBride, S. P.等人研究了以陶瓷微球作为基本集料的混凝土,测试了它们的机械性能,包括抗压强度、抗张强度、抗弯强度和断裂强度。发现加入大量陶瓷微球不仅大大降低混凝土密度,而且造成强度下降。提高陶瓷微球和水泥之间的界面强度可以减少强度损失。掺和微硅粉可使陶瓷微球混凝土的抗压强度提高80%、抗张强度提高35%、抗弯强度提高60%,断裂强度提高41%[10]。
 
日本KUMAGAI GUMI CO LTD申请的专利JP11343155[11]涉及部分或所有集料都被陶瓷集料取代的超轻混凝土,将波特兰水泥549、粒径5-15mm的烧过的膨胀页岩人造集料、粒径0.6-5mm的烧过的陶瓷集料(超轻集料)与水混合,加入增塑剂成型固化28天,得到混凝土抗压强度35.3N/mm2
 
日本NISHIKAWA CONCRETE KK申请的专利JP2001026902[12]涉及持水性混凝土板材料,持水集料包含碎砖、烘焙瓦片、陶瓷材料、天然轻石、硅藻砂和防水人工集料,与混凝土灰泥混合,浇铸成需要的形状.
 
俄罗斯SELIVANOV NIKOLAJ P申请的专利RU2010095[13]揭示一种混凝土混合物包括(pts.wt.)水泥-CaO灰浆l、粗集料2.14-4、细集料和水0.3-0.6。粗集料为10-20或10-40 mm碎石和5-10mm砂砾(比例 1:(3-7) ),细集料为粒径模量(Mk)为1.7-3的砂或压碎的陶瓷体(Mk值3)或它们的混合物。
 
参考文献

[1]天津市南郊保温材料厂. 制做砌块用全轻混凝土. CN91109874.7(申请日1991.10.26公开日1992.04.01)
[2]蒋里军. 一种多孔质陶粒的无配料生产方法及其陶粒和应用. CN92103883.6(申请日1992.05.20公开日1993.02.24)
[3]蒋里军. 陶粒防水混凝土. CN93116545.8(申请日1993.08.28公开日1994.09.28)
[4]大庆油田有限责任公司. 粉煤灰陶粒混凝土. CN02108886.1(申请日2002.04.21公开日2002.10.23)
[5]同济大学. 混合型高性能轻混凝土及其生产工艺. CN01131922.4(申请日2001.10.16公开日2003.04.23)
[6]上海市建筑科学研究院. 轻质陶粒混凝土. 成果项目年度编号:0300080005成果公布日期:2003
[7]祁景玉 张国欣 冯奇等. MA型轻混凝土的力学性能. 建筑技术.2003,34(10).-755-757
[8] Kansai Electric Power Co Inc; Kinki Concrete Industry Co Ltd. Lightweight concrete composition, and lightweight concrete panel. JP2003089564(申请日2001.09.12公开日2003.03.28)
[9] KYOCERA CORP. HIGH-RIGIDITY CONCRETE. JP2002173352(申请日2000.12.06公开日2002.06.21)
[10] McBride, S. P.; Shukla, A.; Bose, A. Processing and characterization of a lightweight concrete using cenospheres. Journal of Materials Science, 37(19),4217-4225,2002
[11] KUMAGAI GUMI CO LTD. Super-lightweight concrete. JP11343155(申请日1998.05.29公开日1999.12.14)
[12] NISHIKAWA CONCRETE KK. WATER HOLDING CONCRETE FLOOR MATERIAL. JP2001026902(申请日1999.07.14公开日2001.01.30)
[13] SELIVANOV NIKOLAJ P (RU); SELIVANOV VADIM N (RU); SELIVANOV SERGEJ N (RU);et al. Concrete mixt for building and reconstruction operations - fine aggregate, water, coarse aggregate fraction and cement or cement-lime mortar. RU2010095(申请日1993.04.13公开日1994.03.30)

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