陶粒混凝土又稱輕骨料混凝土，具有質輕、高強、保溫隔熱、抗震性好、抗滲性佳、耐火性好等優點，廣泛應用于裝配式建筑、橋梁工程、地鐵、隧道等領域。研究人員采用頁巖 、粉煤灰 、尾礦 、煤矸石 等為原料燒制輕質高強陶粒，以陶粒作為骨料制得高性能陶粒混凝土，主要研究陶粒預處理、孔結構、配合比等對陶粒性能的影響。陶粒粒徑及其級配對陶粒混凝土力學性能影響尚鮮見報道。本試驗以商洛釩尾礦為主要原料燒制輕質高強陶粒，研究陶粒粒徑及其級配對陶粒混凝土抗壓強度和抗折強度的影響，確定制備高性陶粒混凝土的**優陶粒粒徑及級配。
1 試驗部分
1.1 原料 采用陜西省商洛市山陽縣大量堆存的釩尾礦作為主要原料，加入黏土、長石為輔助原料，采用高純度 SiC 作為發泡劑。經過前期試驗探索得出制備釩尾礦基輕質高強陶粒的**優原料配方（ w/%）為：釩尾礦，80；黏土，10；鉀長石 10。發泡劑 SiC 加入量為 0.5%。
1.2 試驗方法 原料經球磨、陳腐、成型、烘干后在1 125 ℃下保溫 30 min 燒結，制得粒徑分別為 10 mm、15 mm 和 20 mm 輕質高強陶瓷顆粒。每組陶粒粒徑相差小于 2 mm，將不滿足條件的陶粒去除。然后將陶粒在水中浸泡 1 h，倒入模具等待澆注。為消除沙石、混凝土配合比等因素影響，本研究采用純水泥漿澆注，將硅酸鹽水泥和水按 100∶18 質量比稱量，加入質量分數 0.4% 聚羧酸減水劑，快速攪拌直至混合均勻。再將水泥漿料慢慢澆注到放有陶粒的模具中，1 d 后脫模，**后放入標準恒溫恒濕養護箱中進行養護。
1.3 測試方法 按照國標 GB/T 17431.2-2010《輕集料及其試驗方法 第 2 部分：輕集料試驗方法》對釩尾礦基陶粒進行測試表征。陶粒混凝土的宏觀形貌采用 TX5300 視頻顯微鏡進行觀察。混凝土抗壓強度和抗折強度采用 WDW-50 型萬能試驗機進行測試，每組數據重復測量 3 次，取平均值。
2 結果與討論
2.1 不同粒級陶粒的制備 
      以商洛釩尾礦為主要原料，加入黏土、鉀長石為輔料，原料質量比為 8∶1∶1，發泡劑 SiC 添加量為 0.5%，球磨 0.5 h，加水 35%，搓
揉成塊陳腐 24 h，然后成型為直徑 8 mm、12 mm、16 mm 的陶粒生坯，放入烘箱在 100 ℃下干燥 12 h，**后放入馬弗爐從室溫以 8 ℃ /min 的升溫速率升至800 ℃，再以 3 ℃ /min 升溫至 1 125 ℃，保溫 30 min 后隨爐冷卻，制成粒徑分別為 10 mm、15 mm 和 20 mm的球狀陶瓷顆粒。GB/T 17431.2-2010 要求輕集料陶粒的筒壓強度大于等于 6.0 MPa，吸水率小于等于 10%，堆積密度小于等于 800 kg/m3。結合《輕集料及其試驗方法》對不同粒徑陶粒性能進行測試。3 組不同粒徑陶粒的堆積密度、筒壓強度和吸水率均滿足國家標準，具體數據見表 1。由表 1 可知，隨著陶粒粒度的增大，其堆積密度和筒壓強度均減小。這是因為陶粒粒度越大，陶粒與陶粒之間的空隙越大，導致堆積密度降低，筒壓強度隨之降低。3 組陶粒的吸水率差異不大。


2.2 陶粒粒徑對輕質骨料混凝土力學性能的影響 
      以粒徑為 10 mm、15 mm 和 20 mm 的陶粒作為輕集料制備陶粒混凝土，采用石子作為粗骨料制備混凝土進行對照。為消除其他因素的影響，采用純水泥漿料進行澆注。在恒溫恒濕養護箱養護中，記錄其 14 d、28 d 的抗折強度和抗壓強度。混凝土斷面圖，見圖 1。


      從圖 1 可看出，4 組混凝土澆注均較為致密，斷裂時，陶粒拔出和斷裂都有發生，陶粒表面與水泥之間結合緊密。陶粒混凝土及石子混凝土的 14 d 和 28 d 抗壓強度測試結果，見表 2。由表 2 可知，3 組陶粒混凝土的抗壓強度均比石子混凝土的抗壓強度低。這是因為石子是致密型粗骨料，具有較高的抗壓強度。陶粒屬于多孔材料，抗壓強度較低。隨著陶粒粒徑的增大，陶粒混凝土的抗壓強度降低。這是因為陶粒粒徑越小，其筒壓強度越大，導致陶粒混凝土的抗壓強度越高。粒徑 10 mm 陶粒制備的陶粒混凝土 28 d 抗壓強度達到 52.7 MPa。


      陶粒混凝土及石子混凝土的 14 d 和 28 d 抗折強度測試結果，見表 3。由表 3 可知，3 組陶粒混凝土的抗折強度均比石子混凝土高。這是因為陶粒屬于多孔材料，陶粒表面的孔洞使其與水泥結合更加緊密，導致斷裂時需要更大載荷，抗折強度更高。粒徑為15 mm 陶粒制備的陶粒混凝土抗折強度**高，28 d 抗折強度比石子混凝土高 64%。陶粒混凝土的抗折強度與陶粒的粒徑無線性關系。綜合考慮，粒徑為15 mm 的陶粒制備的陶粒混凝土力學性能較優。


2.3 陶粒級配對陶粒混凝土性能的影響 
     將粒徑為 10 mm、15 mm 和 20 mm 3 種陶粒按體積比 1∶1組合得到 V(10 mm)∶V(15 mm)=1∶1， V(10 mm))∶V(20 mm)=1∶1 和 V(15 mm)∶V(20 mm)=1∶1 此 3組粗集料。將以上 3 種陶粒按體積比 1∶1∶1 配比得到第 4 組粗集料。然后采用純水泥漿料進行澆注，在恒溫恒濕養護箱養護中，記錄其 14 d、28 d 的抗壓強度和抗折強度。不同陶粒級配混凝土的斷面圖，見圖 2。從圖 2可看出，4組陶粒混凝土澆注均較為致密，小粒徑陶粒分布在大粒徑陶粒之間。


      不同陶粒級配制備陶粒混凝土的 14 d 和 28 d 抗壓強度測試結果，見表 4。對比表 2 和表 4 可看出，不同粒徑陶粒配合作為粗集料制備的陶粒混凝土，其抗壓強度均有提升。其中陶粒配比 V(10 mm）∶ V(15mm） =1∶1 制備的陶粒混凝土抗壓強度**高，達到58.5 MPa，較粒徑 10 mm 陶粒混凝土 28 d 抗壓強度高11%；另外，與粒徑為 20 mm 的陶粒配合的 3 組陶粒混凝土抗壓強度均比 20 mm 陶粒混凝土高。這表明以不同粒徑的陶粒配合作為粗集料，提高陶粒的堆積密度，有利于提高陶粒混凝土的抗壓強度。


      不同陶粒級配制備陶粒混凝土的 14 d 和 28 d 抗折強度測試結果，見表 5。由表 5 可知，不同粒徑陶粒級配使陶粒混凝土的抗折強度有所提升。其中陶粒配比 V(10 mm)∶V(15 mm)=1∶1 制備的陶粒混凝土28 d 抗折強度**高，達到 16.2 MPa，比石子混凝土的抗折強度高 76%。加入粒徑為 20 mm 的陶粒，陶粒級配為V(10 mm)∶V(15 mm)∶V(20 mm)=1∶1∶1時，該組陶粒混凝土的抗折強度為 13.8 MPa，說明過大粒徑陶粒的加入不利于陶粒混凝土抗折強度的增大。綜上所述，陶粒配比 V(10 mm) ∶ V(15 mm)=1 ∶ 1 制備的陶粒混凝土力學性能**佳。


3 結論
      采用 80% 商洛釩尾礦為主要原料制備不同粒徑的輕質高強陶瓷顆粒，研究陶粒粒徑及陶粒級配對陶粒混凝土抗壓強度和抗折強度的影響，單一陶粒粒徑為 15 mm 制備的陶粒混凝土力學性能較好。陶粒配比 V(10 mm)∶V(15 mm)=1∶1 制備的陶粒混凝土力學性能**優，28 d 抗壓強度達到 58.5 MPa， 28 d 抗折強度為 16.2 MPa。