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。因為生產陶粒的原料很多，陶粒的品種也很多，因而顏色也就很多。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。

陶粒的粒徑一般為5～20㎜最大的粒徑為25㎜。陶粒一般用來取代混凝土中的碎石和卵石。

因為生產陶粒的原料很多，陶粒的品種也很多，因而顏色也就很多。免燒陶粒因所用固體廢棄物不同，顏色各異，一般為灰黑色，表面沒有光澤度，不如焙燒陶粒光滑。


輕質性是陶粒許多優良性能中最重要的一點，也是它能夠取代重質砂石的主要原因。陶粒的內部結構特征呈細密蜂窩狀微孔。這些微孔都是封閉型的，而不是連通型的。它是由于氣體被包裹進殼內而形成的，這是陶粒質輕的主要原因。


陶粒的細小顆粒部分稱為陶砂。在陶粒中有許多小于5㎜的細顆粒，在生產中用篩分機將這部分細小顆粒篩分出來，習慣上稱之為陶砂。陶砂的密度略高，化學和熱穩定性好。陶砂主要用于代替天然河砂或山砂配制輕集料混凝土、輕質砂漿，也可作耐酸、耐熱混凝土細集料。主要品種有黏土陶砂頁巖陶砂和粉煤灰陶砂等。使用陶砂的目的也是為降低建筑物自重。陶砂也可用于無土栽培和工業過濾。


陶粒的特性

1.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30~40MPa。陶粒的最大特點為外表堅硬，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。


2.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。


3.耐熱性好。陶粒具有優異的耐火性。普通陶粒混凝土或陶粒混凝土砌塊集保溫，抗震，抗凍，耐火等性能為一體，特別是耐火性是普通混凝土的4倍多。對相同的耐火周期，陶粒混凝土的板材厚度比普通混凝土薄20%。此外，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，陶粒混凝土能維持常溫下強度的85%。而普通混凝土只能常溫下強度的35%~75%。


4.抗震性能好。陶粒混凝土由于質量輕，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。而且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，但是陶粒混凝土具有優良的抗震性能也是一個重要原因。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建筑物損壞率為33%，而陶粒混凝土建筑損壞率只有5%。陶粒的抗震性能由此可見。


5.吸水率低，抗凍性能和耐久性能好。陶粒混凝土耐酸，堿腐蝕和抗凍性能優于普通混凝土。250號陶粒混凝土，15次凍融循環的強度損失不大于2%。1996年有關部門對全國自1985年以來所建的陶粒混凝土工程進行實測，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，測得碳化深度一般不大于30mm,后期強度還可以繼續增長。由此可見，陶粒混凝土是一種優良的建筑材料，應加大力度推廣使用。


6.優異的抗滲性。根據多次測試，陶粒混凝土的抗滲性能優于普通混凝土。以20MPa陶粒混凝土與普通混凝土為例，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0.9M)，至1980年檢查時未見滲漏現象。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。因此陶粒混凝土是制作水壩，地下工程的優良建筑材料之一。


陶粒的分類


(1)粉煤灰陶粒


以固體廢棄物為主要原料，加入一定量的膠結料和水，經加工成球，燒結燒脹或自然養護而成，粒徑在5㎜以上的輕粗集料，簡稱粉煤灰陶粒。


(2)黏土陶粒


以黏土、亞黏土等為主要原料，經加工制粒，燒脹而成的，粒徑在5㎜以上的輕粗集料，稱為黏土陶粒。


(3)頁巖陶粒


又稱膨脹頁巖。以黏土質頁巖、板巖等經破碎、篩分，或粉磨后成球，燒脹而成的粒徑在5㎜以上的輕粗集料為頁巖陶粒。頁巖陶粒按工藝方法分為：經破碎、篩分、燒脹而成的普通型頁巖陶粒;經粉磨、成球、燒脹而成的圓球形頁巖陶粒。


黏土陶粒、粉煤灰陶粒、頁巖陶粒適用于保溫用的、結構保溫用的輕集料混凝土，也可用于結構用的輕集料混凝土。目前頁巖陶粒的主要用途是生產輕集料混凝土小型空心砌塊和輕質隔墻板。


(4)垃圾陶粒


隨著城市不斷發展壯大，城市的垃圾越來越多，處理城市垃圾，成為一個日益突出的問題。垃圾陶粒是將城市生活垃圾處理后，經造粒、焙燒生產出燒結陶粒。或將垃圾燒渣加入水泥造粒，自然養護，生產出免燒垃圾陶粒。垃圾陶粒具有原料充足、成本低、能耗少、質輕高強等特點。垃圾陶粒除了可制成墻板、砌塊、磚等新型墻體材料外，還可用作保溫隔熱、樓板、輕質混凝土、水處理凈化等用途，具有廣闊的市場。


(5)煤矸石陶粒


煤矸石是采煤過程中排出的含碳量較少的黑色廢石，是我國排放量最大的固體廢棄物，其排放與堆積不僅占用大量耕地，同時對地表、大氣造成了很大污染。煤矸石的化學成分與黏土比較相似，煤矸石含有較高的碳及硫，燒失量較大。只有在一定溫度范圍內才能產生足夠數量黏度適宜的熔融物質，具有膨脹性能。根據它的特點，我國已研制出煤矸石陶粒。煤矸石陶粒是將符合燒脹要求的煤矸石經破碎、預熱、燒脹、冷卻、分級、包裝而生產出來的。得到的陶粒產品質量完全符合國家標準，部分技術指標超過國家標準，達到了國外同類產品質量，該產品具有創新性、先進行、屬環保類產品。


(6)生物污泥陶粒


污水處理廠處理完污水后所產生的、并含有大量的生物污泥，生物污泥有的制成農用肥，有的直接用于綠化，也有的排放到海里或者焚燒，這樣會造成二次生態環境污染。以生物污泥為主要原材料，采用烘干、磨碎、成球、燒結成的陶粒，稱為污水處理生物污泥陶粒。用生物污泥代替部分黏土來燒制陶粒既節省黏土，又保護農田，也起到了一定的環保作用。


(7)河底泥陶粒


大量的江河湖水經過多年的沉積形成了很多泥沙。利用河底泥替代黏土，經挖泥、自然干燥、生料成球、預熱、焙燒、冷卻制成的陶粒稱為河底泥陶粒。利用河底泥制造陶粒，不但會減少建材制造業與農業用地爭土，而且還為河底泥找到了合理出路，解決了河底泥的二次污染問題，達到了廢棄物資源化的目的。


陶粒的性質


陶粒是一種在回轉窯中經發泡生產的輕骨料。它具有球狀的外形，表面光滑而堅硬，內部呈蜂窩狀，有密度小、熱導率低、強度高的特點。在耐火材料行業中，陶粒主要用于作隔熱耐火材料的骨料。


陶粒分為黏土陶粒、頁巖陶粒、粉煤灰陶粒和煤矸石陶粒。耐火材料主要使用頁巖陶粒，其化學成分為SiO?=58%-62%，A1?O?=19%-22%，Fe?O?=7%-8%。物理性能：堆積密度400-510kg/m3，筒壓強度2.5MPa，耐火度1290℃，粒度10-5mm、5-3mm、3-1mm、1-0.3mm。


陶粒的制造


陶粒的生產包括原材料處理、配料、成型、預燒、焙燒、冷卻和篩分等過程。其中，最為重要的是焙燒過程。焙燒過程中，料球軟化并具有一定的黏度，料球中的發泡物質產生氣體，促使料球膨脹，隨后冷卻形成多孔輕集料。


陶粒中各種化學成分的作用和控制范圍如下。


①陶粒中的熔質物質為SiO?、Al?O?，熔劑物質為CaO、MgO、Fe?O?、K?O和Na?O等。熔質物質含量越低，需要焙燒的溫度越低。但比值過小時，液相黏度太小，膨脹氣體容易溢出，對發泡不利。熔質與熔劑比值越高，需要焙燒溫度越高，液相黏度太高，也對發泡不利。經驗說明：熔質和熔劑的比例為3.5-10時，有良好的膨脹性能。


②SiO?的含量宜控制在55%-65%，A1?O?的含量宜控制在13%-23%。


③CaO、MgO的含量宜控制在6%-8%。鈣、鎂是助熔物質，起稀釋液相的作用。但是，鈣、鎂含量過高，縮小焙燒溫度范圍，降低發泡性能，并導致結圈。同理，K?O+Na?O的含量以2.5%-5.0%為佳。如果鉀、鈉過高，液相黏度太低，不利于膨脹。


④Fe?O?的含量4%-10%。Fe?O?含量過高，縮小焙燒溫度范圍;Fe?O?含量過低，發泡物質含量不足，致使陶瓷的體積密度偏高。陶粒的膨脹類似于漂珠，也是碳-鐵氧化-還原反應。