復合材料黏土陶粒的研制

張雨晴 王建輝 毛選哲 米宏彪 孫 何 李周周

（西京學院陜西省混凝土結構安全與耐久性重點實驗室，陜西 西安710048）

粘土陶粒是以黏土或粉質黏土等為主要原料，經加工制作并在1050 ～1350℃高溫條件下燒制膨脹而成的一種人造輕集料[1]。用黏土陶粒取代混凝土中的粗骨料制作而成的輕骨料混凝土具有自重輕、保溫隔熱性好、節能效果顯著、抗裂效果明顯、高耐久性、高耐火性、工程綜合造價低等優點[2、3]，同時還可提高結構的強度和抗震性能，節約材料用量，提高構件運輸和吊裝效率[4、5]，因此在建筑領域具有較大的應用空間和發展前景。

黏土陶粒的質量受到原材料的組成、配合比、燒制溫度、燒制時間等多方面的影響，并且任何一個條件的改變都有可能導致黏土陶粒質量發生較大的改變，因此研制出黏土陶粒的最佳材料組成、配合比、燒制溫度和燒制時間就至關重要。本文主要針對黏土與粉煤灰、鋸末、大白粉和高鈣粉等材料在不同的配合比和不同溫度情況下燒制而成的黏土陶粒的質量進行對比分析，從而最終得出最好的研制方案。

1 原材料及研制方案

1.1 原材料

1.1.1 黏土

黏土是來源于內蒙古某地。篩除黏土中的雜質，然后恒溫105℃烘12h，干燥后部分密封保存備用，部分用來進行物理和化學分析。

其顆粒分析結果見表1，相關物理性能分析結果見表2。由

表1 黏土顆粒分析結果

表2 黏土物理特性分析結果

表3 黏土化學成分及燒失量(%)

表4 粉煤灰化學成分及燒失量(%)

表1、表2 數據可知，該黏土的粒徑分配比較均勻，級配較好，物理特性較好。

對粘土中不同化學成分及燒失量進行分析，分析結果見表3。

1.1.2 鋸末

鋸末先在80℃恒溫情況加烘12h，干燥后密封保存備用。

1.1.3 粉煤灰

恒溫105℃烘12h，干燥后部分密封保存備用，部分用來進行化學分析，分析結果見表4。

1.1.4 大白粉和高鈣粉

表5 黏土陶粒第一批次研制方案

（續表5）

表6 黏土陶粒第二批次研制方案

表7 黏土陶粒第三批次研制方案

采用市場上購買的普通大白粉和高鈣粉。

1.2 研制方案

本次研究將黏土、粉煤灰、鋸末、大白粉和高鈣粉5 種原材料按照不同的組合方式和不同的質量配合比進行搭配研制。研制過程分為三個批次，共制定48 種燒制方案，每種方案燒制時間均為10 分鐘。具體方案見表5、表6 和表7。

2 實驗結果及分析

1100℃的燒制條件下: 各方案條件下的黏土顆粒都沒有出現膨脹和熔融的顯現，只有個別黏土顆粒表面呈現出淺褐色。

1150℃的燒制條件下: 方案1、3、4 條件下的黏土顆粒顏色呈現灰褐色，局部發生了收縮；方案2、5 條件下的黏土顆粒顏色為淺褐色，局部有熔融且體積變大的情況；方案6、7、8、9 條件下的黏土顆粒顏色為深褐色，局部略有膨脹，但表面有少量氣孔；方案10、11、12 條件下的黏土顆粒顏色呈褐色，體積略有增大，但方案11、12 條件下的黏土顆粒表面有少量氣孔出現。

1180℃的燒制條件下:方案1、3、4 條件下的黏土顆粒顏色變為深褐色，有熔融現象，但體積沒有增大；方案2、5、6、7、8、9 條件下的黏土顆粒顏色顏色變為深褐色，發生熔融且體積略有增加，但表面有較多的氣孔；方案10、11、12 條件下的黏土顆粒顏色顏色變為褐色，發生熔融體積增加明顯，但方案11、12 條件下的黏土顆粒表面有較多的氣孔，而方案10 條件下的黏土顆粒表面較為光滑。

1200℃的燒制條件下:方案1、3、4、6、7、8、9 條件下的黏土顆粒顏色變為深褐色，有熔融現象，但體積沒有增大；方案2、5、10、11、12 條件下的黏土顆粒顏色顏色變為深褐色，發生熔融體積變大，但表面有較多的氣孔。

黏土顆粒在高溫條件下會發生化學反應，首先體現在顏色發生變化，以褐色為正常反應色，顏色較淺說明溫度低反應不徹底，顏色深說明溫度過高顆粒被燒壞；其次發生熔融伴有體積的改變，體積收縮說明反應產生的氣體全部流失，體積略有增加說明產生的氣體量較少，體積增加明顯說明產生的氣體量充足；體積增加但表面不光滑、有氣孔，說明反應熔融之后陶粒表面的張力過小不能阻擋氣體外溢[6]；體積增加但表面光滑，說明反應熔融之后表面張力能夠將氣體完全的包裹起來，形成質量較好的陶粒。

綜上所述，方案10 在1180℃條件下的黏土顆粒燒制而成的陶粒質量顏色為褐色、體積增加明顯且表面光滑，質量最好。經測定該條件下研制的黏土陶粒體積膨脹率達60%、表觀密度為990Kg/m3、吸水率1.6%、粒型系數為1.3。從各種參數指標來評判，該條件下研制的黏土陶粒質量都是很好的，可以用于工程使用。

3 結論

3.1 內蒙古某地的黏土可以與粉煤灰、鋸末、大白粉和高鈣粉進行復合生產黏土陶粒，但是在不同材料組合、不同配合比、不同溫度條件下得到的陶粒的質量不盡相同。

3.2 黏土與大白粉、鋸末在1180℃條件下按照94：3：3 的配合比研制的黏土陶粒質量最好。