复合材料黏土陶粒的研制

2020-03-24张雨晴王建辉毛选哲米宏彪李周周

科学技术创新 2020年3期

张雨晴王建辉毛选哲米宏彪孙何李周周

（西京学院陕西省混凝土结构安全与耐久性重点实验室，陕西西安710048）

粘土陶粒是以黏土或粉质黏土等为主要原料，经加工制作并在1050 ～1350℃高温条件下烧制膨胀而成的一种人造轻集料[1]。用黏土陶粒取代混凝土中的粗骨料制作而成的轻骨料混凝土具有自重轻、保温隔热性好、节能效果显著、抗裂效果明显、高耐久性、高耐火性、工程综合造价低等优点[2、3]，同时还可提高结构的强度和抗震性能，节约材料用量，提高构件运输和吊装效率[4、5]，因此在建筑领域具有较大的应用空间和发展前景。

黏土陶粒的质量受到原材料的组成、配合比、烧制温度、烧制时间等多方面的影响，并且任何一个条件的改变都有可能导致黏土陶粒质量发生较大的改变，因此研制出黏土陶粒的最佳材料组成、配合比、烧制温度和烧制时间就至关重要。本文主要针对黏土与粉煤灰、锯末、大白粉和高钙粉等材料在不同的配合比和不同温度情况下烧制而成的黏土陶粒的质量进行对比分析，从而最终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

黏土是来源于内蒙古某地。筛除黏土中的杂质，然后恒温105℃烘12h，干燥后部分密封保存备用，部分用来进行物理和化学分析。

其颗粒分析结果见表1，相关物理性能分析结果见表2。由

表1 黏土颗粒分析结果

表2 黏土物理特性分析结果

表3 黏土化学成分及烧失量(%)

表4 粉煤灰化学成分及烧失量(%)

表1、表2 数据可知，该黏土的粒径分配比较均匀，级配较好，物理特性较好。

对粘土中不同化学成分及烧失量进行分析，分析结果见表3。

1.1.2 锯末

锯末先在80℃恒温情况加烘12h，干燥后密封保存备用。

1.1.3 粉煤灰

恒温105℃烘12h，干燥后部分密封保存备用，部分用来进行化学分析，分析结果见表4。

1.1.4 大白粉和高钙粉

表5 黏土陶粒第一批次研制方案

（续表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

采用市场上购买的普通大白粉和高钙粉。

1.2 研制方案

本次研究将黏土、粉煤灰、锯末、大白粉和高钙粉5 种原材料按照不同的组合方式和不同的质量配合比进行搭配研制。研制过程分为三个批次，共制定48 种烧制方案，每种方案烧制时间均为10 分钟。具体方案见表5、表6 和表7。

2 实验结果及分析

1100℃的烧制条件下: 各方案条件下的黏土颗粒都没有出现膨胀和熔融的显现，只有个别黏土颗粒表面呈现出浅褐色。

1150℃的烧制条件下: 方案1、3、4 条件下的黏土颗粒颜色呈现灰褐色，局部发生了收缩；方案2、5 条件下的黏土颗粒颜色为浅褐色，局部有熔融且体积变大的情况；方案6、7、8、9 条件下的黏土颗粒颜色为深褐色，局部略有膨胀，但表面有少量气孔；方案10、11、12 条件下的黏土颗粒颜色呈褐色，体积略有增大，但方案11、12 条件下的黏土颗粒表面有少量气孔出现。

1180℃的烧制条件下:方案1、3、4 条件下的黏土颗粒颜色变为深褐色，有熔融现象，但体积没有增大；方案2、5、6、7、8、9 条件下的黏土颗粒颜色颜色变为深褐色，发生熔融且体积略有增加，但表面有较多的气孔；方案10、11、12 条件下的黏土颗粒颜色颜色变为褐色，发生熔融体积增加明显，但方案11、12 条件下的黏土颗粒表面有较多的气孔，而方案10 条件下的黏土颗粒表面较为光滑。

1200℃的烧制条件下:方案1、3、4、6、7、8、9 条件下的黏土颗粒颜色变为深褐色，有熔融现象，但体积没有增大；方案2、5、10、11、12 条件下的黏土颗粒颜色颜色变为深褐色，发生熔融体积变大，但表面有较多的气孔。

黏土颗粒在高温条件下会发生化学反应，首先体现在颜色发生变化，以褐色为正常反应色，颜色较浅说明温度低反应不彻底，颜色深说明温度过高颗粒被烧坏；其次发生熔融伴有体积的改变，体积收缩说明反应产生的气体全部流失，体积略有增加说明产生的气体量较少，体积增加明显说明产生的气体量充足；体积增加但表面不光滑、有气孔，说明反应熔融之后陶粒表面的张力过小不能阻挡气体外溢[6]；体积增加但表面光滑，说明反应熔融之后表面张力能够将气体完全的包裹起来，形成质量较好的陶粒。

综上所述，方案10 在1180℃条件下的黏土颗粒烧制而成的陶粒质量颜色为褐色、体积增加明显且表面光滑，质量最好。经测定该条件下研制的黏土陶粒体积膨胀率达60%、表观密度为990Kg/m3、吸水率1.6%、粒型系数为1.3。从各种参数指标来评判，该条件下研制的黏土陶粒质量都是很好的，可以用于工程使用。