陶粒,顧名思義,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。
陶粒的性能
顆粒之所以在*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。
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。
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。
耐火性優異
普通粉煤灰陶粒混凝土或粉煤灰陶粒砌塊集保溫、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?;炷恋陌宀暮穸缺绕胀ɑ炷帘?0%。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?;炷聊芫S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%。
抗震性能好
陶?;炷劣捎谫|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棟陶粒混凝土大板建筑均基本完好,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?;炷辆哂袃灹嫉目拐鹦阅芤彩且粋€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。
吸水率低,抗凍性能和耐久性能好
陶?;炷聊退帷A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?;炷潦且环N優良的建筑材料,應大力推廣使用。
抗滲性優異
據多次測試,陶?;炷恋目節B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,而陶粒混凝土則可達到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陶粒混凝土囤船(載重量80t),水上作業13年,從未出現滲漏現象。因此陶?;炷潦侵谱魉畨?,地下工程的優良建筑材料之一。
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?;炷两ㄖ?,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。
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。
陶粒的用途
陶粒具有優異的性能,如密度低、筒壓強度高、孔隙率高,軟化系數高、抗凍性良好、抗堿集料反應性優異等。特別由于陶粒密度小,內部多孔,形態、成分較均一,且具一定強度和堅固性,因而具有質輕,耐腐蝕,抗凍,抗震和良好的隔絕性等多功能特點。利用陶粒這些優異的性能,可以將它廣泛應用與建材、園藝、食品飲料、耐火保溫材料、化工、石油等部門,應用領域越來越廣,還在繼續擴大。在陶粒發明和生產之初,它主要用于建材領域,由于技術的不斷發展和人們對陶粒性能的認識更加深入,陶粒的應用早已超過建材這一傳統范圍,不斷擴大它的應用新領域。現在陶粒在建材方面的應用,已經由*下降到80%,在其他方面的應用,已占20%。隨著陶粒新用途的不斷開發,它在其他方面的比例將會逐漸增大。
陶粒生產設備
生產陶粒的主體設備主要包括:原料貯存倉、降塵室、引風機、主窯體、噴煤系統、控制柜等。其中原料倉下部的喂料器、窯體轉速和拱煤量均為無級調速,以便調整其工藝參數,在保證產品質量的前提下獲得zui大的產量。
生產頁巖陶粒的輔助設備有:破碎機、篩選機、皮帶輸送機、上料機、出料機等。
生產粉煤灰及黏土陶粒的輔助設備有:輪碾機、雙軸攪拌機、制粒機、篩選機、上料皮帶機等。
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。
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)
在操作中應注意了望,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。