2、强陶粒及其基本原理

    2.1高强陶粒的技术要求

根据现行国家标准《轻集料及其试验方法》(CB/T17431.1-2010)，高强陶粒是指其密度等级、筒压强度和强度标号满足表1要求的结构用人造轻粗骨料。

表1不同密度等级的高强陶粒筒压强度和强度标号

高强陶粒的最大粒径不大于20mm，粒型系数不大于2.0,1h吸水率小于10%(烧结工艺生产的粉煤灰陶粒不大于20%)，含泥量和泥块含量分别不大于2%和0.5%，煮沸质量损失和烧失量分别不大于5%，氯离子含量不大于0.02%

2.2生产高强陶粒的基本原理

业内生产经验认为，堆积密度大的陶粒，对膨胀系数的要求不高，原料要求低，容易烧成，而对超轻陶粒，需要较高的膨胀系数，原料要求高，难烧。但是要烧制生产出符合标准要求的高性能的高强陶粒，也绝非易事。高强陶粒既要密度轻也要强度高，这就要求其内部具有大量均匀分布的微细孔，以满足堆积密度的要求；同时，陶粒内部基本由高强度的玻陶体组成，表皮层需要一定厚度，无裂纹或裂纹较少，以达到简压强度高和吸水率低的要求。基于此，一般可以选用具有中低膨胀性能的原料，膨胀系数1.5~2为宜。为了达到上述要求，除碎石型页岩陶粒外，一般大多数高强陶粒均需经过多组分物料进行配料调整与优化。

原料的组分不但决定着陶粒的膨胀性能，也决定着陶粒的烧成强度。苏联陶粒研究所通过研究提岀，陶粒的筒压强度和原料中的基本氧化物含量有 :  窑炉  f=1.1013-0.26si02+0.1275(Fe2O3+FeO+0.074A2O3+0.0065y

式中f-陶粒的筒压强度，MPa；

y-陶粒的堆积密度，kg/m³

上式虽然并没有完全反映出原料所有组成对陶粒强度的影响，如Na₂O和K₂0，但由上式仍可看出，SiO₂的含量过高，可致使陶粒的筒压强度降低，而增加Al₂O₃和Fe₂O₃的含量可以提高陶粒的筒压强度，另外陶粒的堆积密度对陶粒的筒压强度也具有较大的影响，堆积密度大，强度也会相应提高。

表2列出了不同原料氧化物组分的筒压强度和堆积密度的比值，即比强度。比强度是衡量材料轻质高强的一个重要指标，比强度越大，说明越轻质高强，即材料的密度低而强度高。如果我们将陶粒的筒压强度与其堆积密度之比称之为比强度的话，可以看出，随着Al₂O₃含量的增加，其比强度提高。

表2 不同原料陶粒的筒压强度与堆积密度比值

注：表中数据源自《第四届全国轻骨料及轻骨料混凝土学术讨论会论文集》^[3]

由表2数据可以看出，以粉煤灰为主要原料的序号4与序号3相比，在氧化铁总含量相差不大的情况下，A2O3含量的百分比增加约1%，其陶粒的比强度提高20%左右，与以页岩为主要原料的序号1相比提高72%~106%。因此，原料的氧化物组分对陶粒的筒压强度具有重要的影响，这主要是由于在较佳的焙烧环境下，陶粒内部形成了较多的 CaO●Al₂O₃●2SiO₂的玻璃相。   隧道窑

一般情况下，生产高强陶粒的化学组成范围为：

SiO₂：55%~65%, Al₂O₃:18%~25%,Fe₂O₃+FeO:6%~10%,CaO+Mg0:4%~6%,K₂O+Na₂O:2%~5%。与超轻陶粒相比，高强陶粒配料时混合料的Al₂O₃含量高3%~10%，Fe₂O₃+FeO含量高2%~3%，Na₂O+K₂O含量高1%~3%，烧失量低2%~5%。当然，这只是个数据统计的结果，对具体的固体废弃物来说，需要根据其情况进行实验室的配料试烧试验决定。

根据上述高强陶粒的基本原理，利用固体废弃物生产高强陶粒，各组分的配料调整就显得尤其重要。

本文来源《砖瓦》杂志，作者：孙晓南、刘 蓉、李寿德、李慧娴