1 轻骨料混凝土概念、特性

  采用轻粗骨料、轻细骨料（或普通砂）、胶凝材料、外加剂和水配制而成的，干表观密度不大于1900kg/m³的混凝土，称为轻骨料混凝土。

  按其在建筑中的用途分为以下三类：

  （1）保温轻骨料混凝土，主要用于屋面、地面，起保温隔热作用的保温垫层，一般是采用现场浇筑的方式。

  （2）结构保温轻骨料混凝土，主要是用于墙体围护结构中作为非承重的隔墙，有一定的保温效果，产品形式包括轻骨料砌块、轻骨料墙板等制品，也可以现场浇筑。

  （3）结构轻骨料混凝土，用于承重的配筋构件、预应力构件或构筑物，一般是现场浇筑，可做成构件现场拼装。

  轻骨料是指堆积密度不大于1200kg/m³的粗细骨料的总称。目前用于配制轻骨料混凝土的轻骨料一般分为三类：（1）天然轻骨料，包括浮石、蛭石等轻质火山渣。（2）人造轻骨料，包括粘土陶粒、页岩陶粒、粉煤灰陶粒、淤泥陶粒、煤矸石陶粒等陶粒。（3）珍珠岩（玻化微珠）、空心陶瓷微珠等超轻骨料以及聚苯乙烯颗粒等有机骨料。由以上轻骨料为骨料配制的混凝土均可以成为相应的轻骨料混凝土，如陶粒混凝土。

  由于轻骨料混凝土具有一些独特的性能优势，因此在一些特殊工程领域得到了广泛应用，总结起来，轻骨料混凝土主要具有以下特性：

  （1）相对的轻质高强。轻骨料混凝土强度可以做到30 MPa -50MPa，同时干表观密度可以控制在1200 kg/m³-1900kg/m³之间，因此自重可以降低20%-50%，这在一定程度上可以降低建筑物的自重，有利于构件制品的轻量化、并降低构件尺寸。

  （2）具有一定的保温隔热性能。材料的导热系数一般与材料的干表观密度呈正相关性，随着多孔轻骨料的掺入，轻骨料混凝土的导热系数大大降低，使其具有一定的保温性能，尤其当干表观密度降低到一定程度时，可以作为自保温墙体材料来使用。

  （3）抗震性能好。轻骨料混凝土由于其含有大量的多孔轻骨料的存在，可以大量吸收地震荷载下的冲击波能量，具有很好的减震效果。资料表明，轻骨料混凝土的抗震性能为普通混凝土的1.3倍以上。

  （4）抗冻性好。轻骨料为多孔结构，可以缓解水结冰产生的膨胀压力，使得轻骨料混凝土具有良好的抗冻性。

  （5）无碱-骨料效应。轻骨料中虽然都含有活性成分，但至今尚未见到有关轻骨料混凝土由于碱骨料反应造成破坏的报道。

  （6）综合经济效益好。尽管轻骨料自身的价格比普通石子贵，导致轻骨料混凝土的单方造价高于同强度等级的普通混凝土，但是由于其减轻了结构自重，缩小断面尺寸，增加使用面积，降低基础荷载而具有显著的综合经济效益。采用陶粒混凝土建造高楼，可降低建筑物自重30%~40%，减少劳动强度20%，减少材料运输重量30%~40%，降低工程造价10%。尤其用于桥梁及高层、大跨结构或旧桥的维修加固工程会产生更大的经济效益。

  2国内外轻骨料发展历史

  2.1国外概况

  1907年美国开始研制粘土、页岩陶粒，1918年取得制造技术专利，1945年美国建有8个陶粒厂，到1953年增加到37个，1956年陶粒总产量达到250万m³，七十年代平均陶粒年总产量约1800万m³，八十年代平均陶粒年总产量约2300万m³。由于市场饱和，九十年代至今北美地区平均陶粒年总产量约2200万m³左右。主要品种是页岩陶粒、粘土陶粒、粉煤灰陶粒等，堆积密度360 kg/m³～900kg/m³。美国大块页岩陶粒生产技术世界领先。

  前苏联1925年开始研制粘土陶粒，1958年建有12个陶粒厂，1960?年的陶粒总产量达162万m³，七十年代平均陶粒年总产量约1800万m³，八十年代平均陶粒年总产量约5000万m³，成为当时世界陶粒生产和应用第一大国，由于政治和经济原因1991年陶粒总产量下降至3600万m³，苏联解体后陶粒平均年总产量降至1200万m³左右，主要品种是粘土陶粒、页岩陶粒、粉煤灰陶粒等，堆积密度380 kg/m³～800kg/m³。东欧地区生产的陶粒品种与俄罗斯相近，目前平均年总产量约600万m³。

  北欧、西欧地区的陶粒生产技术比较发达：丹麦1939年开始研制粘土陶粒（Leca），1950年开始工业化生产，1959年研制成功大型窑内制粒双筒回转窑焙烧专利工艺技术和设备，节能效果显著，每条生产线年生产能力15万m³～25万m³。至七十年代末在丹麦已建有9条生产线（3个厂），陶粒堆积密度220 kg/m³～400kg/m³，最高年总产量约200万m³，产品畅销世界各地；至今在世界各地已建有此类生产线50余条（其中欧洲34条），年总产量约1000万m³，陶粒堆积密度260 kg/m3～520kg/m³。英国1963年研制成功烧结机法生产粉煤灰陶粒，至八十年代末先后在英国、荷兰、波兰、印度等国家建成约10条生产线，每条生产线年生产能力15万m³～25万m³，陶粒堆积密度750 kg/m³～900kg/m³，可以配制30MPa～50MPa陶粒混凝土。荷兰1981年研制成功蒸养粉煤灰陶粒（Aardelite），陶粒堆积密度800 kg/m³～1000kg/m³，可以配制30MPa～60MPa陶粒混凝土，先后在荷兰、美国、西班牙等国家建成约5条生产线，每条生产线年生产能力5万m³～15万m³。北欧、西欧地区八十年代平均陶粒年总产量约1800万m³，由于市场饱和，九十年代至今已降为1600万m³左右，主要品种是粘土陶粒、页岩陶粒、粉煤灰陶粒等。

  德国、日本、意大利、俄罗斯等国的天然轻骨料资源比较丰富，大量用于轻骨料混凝土及其制品，由于天然轻骨料性能有限、主要分布于离城市偏远的山丘地带，这些国家还是纷纷发展陶粒生产。以日本为例，1973年陶粒年总产量达185万m³（主要是页岩陶粒，堆积密度400 kg/m³～800kg/m³），由于原料资源、环保要求和产业结构等原因，1990年的陶粒总产量降至100万m³左右，近年来由于日本经济的复苏和抗震、节能建筑的要求，日本自产的陶粒已供不应求，每年进口陶粒约100万m³，成为世界第一陶粒进口大国。

  八十年代国外粉煤灰陶粒平均年总产量约500万m³。九十年代起发达国家的发电厂燃料逐步改用重油或天然气，粉煤灰陶粒产量逐年下降，到2001年国外粉煤灰陶粒的年总产量已不足140万m³，产量下降的原因除了粉煤灰供应不足外，产品（堆积密度）单一、吸水率高、适应市场能力较差等也是重要因素。

  二十世纪初英国等发达国家曾大量利用工业废渣轻骨料配制混凝土及其制品，六十年代起，由于对建筑制品的碳化系数、软化系数、收缩率、耐久性等要求的不断提高和对工业废渣的二次开发利用，工业废渣轻骨料已逐渐退出建筑市场。现在除发展中国家外，发达国家已基本上不用工业废渣轻骨料配制混凝土及其制品用于建筑工程。

  2.2国内概况

  我国轻骨料及其混凝土和制品的发展已有50年历史，主要分为三个阶段：

  第一阶段：研究开发期。1956年我国开始陶粒及其混凝土和制品的研究和试验，1963年分别在北京、大庆、上海研究开发并建成页岩陶粒、粘土陶粒、粉煤灰陶粒（立窑法）工业性中间试验线，1964年在沈阳成功完成烧结机法粉煤灰陶粒工业性试验，除立窑法粉煤灰陶粒外，均获得圆满成功。为我国陶粒及其混凝土和制品的生产、应用与发展开创了较好的技术基础。

  第二阶段：初步发展期。1966年在天津建成我国第一条陶粒生产线（烧结机法粉煤灰陶粒），年生产能力5万m³（后扩建为7万m³）。到八十年代末，有的陶粒生产线已停业，全国陶粒生产线的总年生产能力约120万m³，由于应用及市场原因，我国七、八十年代，全国陶粒平均年总产量约60万m³，以普通型的粉煤灰陶粒、页岩陶粒、粘土陶粒为主，平均堆积密度500 kg/m³～700kg/m³，主要应用于陶粒混凝土内、外墙板、楼板（预制或现浇，用于中高层建筑），桥梁工程，烟囱内衬，隔热或防腐垫层，混凝土砌块等。天然轻骨料（吉林、黑龙江、内蒙古等地产的火山渣、浮石等）年平均总产量约40万m³，工业废渣轻骨料（煤渣、自燃煤矸石等）年平均总产量约35万m³。

  第三阶段：快速发展期。九十年代起，随着我国经济和高层建筑、节能建筑的快速发展，轻骨料及其混凝土和制品以其综合优势步入了快速发展期。据不完全统计，1993年全国陶粒产量增至130万m³，1996年250万m³，2000年340万m³，到2000年底全国已建有120余条陶粒生产线，多数是年产量1.5万m³～2万m³小型生产线。主要产品是粘土陶粒（占60%左右，平均堆积密度360 kg/m³～560kg/m³），其次为页岩陶粒（占30%左右，平均堆积密度400 kg/m³～600kg/m³）、粉煤灰陶粒（占10%左右，平均堆积密度630 kg/m³～800kg/m³），高强陶粒也获得一定发展，2000年总产量约4万m³；1993年全国轻骨料混凝土小型砌块总产量约300万m³，1996年约650万m³，2000年约1400万m³；1993年全国轻骨料混凝土板材总产量约80万m2，1996年约200万m2，2000年约500万m2。由于轻骨料混凝土制品的快速发展，天然轻骨料和工业废渣轻骨料的生产和应用也快速增加，2000年全国天然轻骨料产量约80万m³，工业废渣轻骨料（主要是煤渣）全国总用量约450万m³。

  3我国轻骨料混凝土现状

  3.1现状概述

  目前，我国轻骨料混凝土的应用仍主要用于低强度的非承重结构，如生产小砌块。在高层建筑和大跨度的桥梁中应用与国外相比还很少，虽然现在也能配制出抗压强度达70MPa 的结构轻骨料混凝土，但在工程中实际只用到LC40。在桥梁工程中的应用近几年虽有所突破，但最大跨度仅达35m，且全用轻骨料混凝土的工程（包括桥梁、桥面板、承台、桥墩、基础）和使用轻骨料混凝土进行旧桥改造（修复、加固、加宽等） 的工程仍然很少。而轻骨料混凝土在采油平台、水上漂浮物、船坞等特殊工程中应用也极少。高强轻骨料新品种、高性能轻骨料的研制和应用进展缓慢。在工程施工中，关于轻骨料混凝土的浇筑技术，南京等地成功的尝试泵送施工， 但大量轻骨料混凝土仍采用常规的方法，泵送混凝土技术应用很少，尚未能适应现代化施工的要求，与发达国家仍有不小的差距。总之，国内轻骨料混凝土过多偏重于墙体材料的应用，高强陶粒市场容量较小，因此用于承重结构的高性能陶粒的生产与开发并没有受到应有的重视，只有少数企业生产吸水率小于5%，筒压强度大于6.0MPa的高强陶粒，造成我国的轻骨料质量不高，所配制的结构用轻骨料混凝土的强度一般偏低，使其应用和发展受到一定的限制，需要通过政策引导提高结构轻骨料混凝土的应用。

  据不完全统计，到2000年底全国已建有120余条陶粒生产线，陶粒产量340万m³。主要产品是粘土陶粒（占60% 左右，平均堆积密度360 kg/ m³-560kg/ m³），其次为页岩陶粒（占30%左右，平均堆积密度400 kg/m³-600kg/m³）、粉煤灰陶粒（占10%左右，平均堆积密度630 kg/m³-800kg/m³），高强陶粒也获得一定发展，2000年总产量约4万m³。2011年全国陶粒总产量约600万m³，2013年产量预计已突破650万m³，产值突破30亿元。2012年我国陶粒空心砌块工业总产量达到1100万m³，预计，到2016年将达到1800万m³。2012年我国陶粒空心砌块销售收入，按市场销售量占总产量的90%、平均每立方米售价300元计算，将达到29.3亿元，预计2016年将超过50亿元。2000年全国轻骨料混凝土板材产量约500万m2 。由于轻骨料混凝土制品的快速发展，天然轻骨料和工业废渣轻骨料的生产和应用也快速增加，2000年全国天然轻骨料产量约80万m³，工业废渣轻骨料（主要是煤渣）全国总用量约450万m³。2013年天然轻骨料和工业废渣轻骨料已分别突破100万m³和500万m³。

  3.2主要的产品形式

  3.2.1各种类型的陶粒（砂）

  目前我国轻骨料从业企业近千家，陶粒企业最多，大部分为5万m³以下的产能，产品品种主要为页岩陶粒、粘土陶粒、粉煤灰陶粒。部分企业采用工业废弃物作为原料来生产陶粒，如北京建工华创科技发展有限公司生产的烧结煤矸石轻骨料是由煤矸石经过破碎，粉磨，成球后用回转窑在1100°C左右烧结，具有均匀的孔结构，孔径介于5微米-300微米之间，孔壁为连续的、相对无裂缝缺陷、高强度的玻璃相构成。具有质地均匀、强度高、物理化学性能稳定、耐久性能好、质量轻以及保温性能好等特点。还有广州华穗陶粒制品有限公司采用淤泥等制备的环保陶粒。

虽然我国陶粒产品品种多样，但是在某些工艺、指标尤其应用领域与先进国家相比还是存在较大的差距，市面上的建筑陶粒筒压强度普遍在3MPa-6MPa，而日本生产的陶粒筒压强度保持在10MPa -12MPa，更值得关注的是在于其产品服务于应用的理念，其产品在生产过程中就引入了余温淬水的环节，具有一定温度的陶粒浸水后，陶粒内空气体积迅速萎缩，因此大量水分被倒吸进陶粒内部孔隙中，表干后便采用密封包装，保持一定湿度，这就为下游制备轻骨料混凝土提供了很好的原料，制备出的轻骨料混凝土，工作性极佳。国内制备轻骨料混凝土一般均是采用，临时预湿的陶粒，临时浇水预湿后，水分显然不能进入到陶粒的深层结构中，很难起到良好的内部后养护的作用。而且实验证明，虽然国外陶粒价格较高，但是制备成最终产品轻骨料混凝土后性价比极高，不但降低了水泥用量，而且材料工作性、力学性能都达到了超高的水准。正是一些诸如陶粒形状、大小、生产工艺等小细节的改进才成就了制备60MPa以上强度轻骨料混凝土的技术。

  3.2.2干拌轻骨料混凝土粉料

  干拌轻骨料粉料是由水泥、掺合料、轻骨料和外加剂经工厂制成的均匀干拌粉料，在施工现场使用时，直接水混合搅拌制成轻骨料混凝土进行浇筑。主要应用于楼地面垫层、厨厕垫层、防潮层和屋面保温、找坡层，具有轻质高强、保温隔热、施工简单等显著特点。

  干拌轻骨料混凝土具有容重轻、保温隔热，环保性 施工性能好、定量包装无需现场称量、配制工艺简单、抗压强度高等突出优点。

  （1）轻质性：干密度为500 kg/m³-700 kg/m³相当于普通水泥混凝土的1/5，应用于楼面垫层，屋面找坡，大大降低结构重量，从而降低了主体的结构造价。层面可以承重，可以按使用要求铺设排水坡度，大大方便设计和施工。

  （2）保温隔热性：导热系数为0.08 W/（m.k）-0.102W/（m.k），热阻为普通混凝土的20-30倍。

  （3）低弹减震性：轻骨料具有低的弹性模量，从而使其对冲击荷载具有良好的吸收和分散作用。

  （4）隔音性：复合轻骨料混凝土中的轻骨料分布均匀，具备有效的隔音功能。

  干拌轻骨料混凝土垫层可提高各楼层之间的保温、隔热、隔音及承载力；可减轻屋面荷载；可方便地面内管线的布置和安装。用于防潮层还可防止楼地面回潮；保持楼地面干燥，对保护各种木地板、塑胶板、陶瓷地板不变形、不退色以及地下室防潮、防水等相当有利，且降低房屋荷载，极大降低房屋建造成本。目前， （CCPA）轻骨料及轻骨料混凝土分会会员中有部分企业从事这一产品的生产，代表性的企业有河南美赛克公司、北京腾龙正利防水保温工程材料有限公司。

  3.2.3轻骨料砌块

  轻骨料砌块一般主要是采用陶粒、珍珠岩或天然轻骨料替代石子，并与胶凝材料、添加剂、水制备而成的混凝土砌块。在此基础上有些其企业还复合了泡沫、苯板等材料制备出复合强骨料混凝土砌块产品。如浙江上虞科元天龙墙体材料有限公司开发了具有自保温功能的陶粒增强加气砌块新产品，该产品以烧结陶粒为骨料并与引气水泥浆有机复合。具有质轻、高强、隔热保温、防火、隔音、环保、极低的收缩率、较强的抗渗性、尺寸精度高、外表美观、砌筑饰面方便等特点。以该产品为外墙材料可以满足建筑节能50%的要求，使保温系统与建筑物同寿命；以该产品为内隔墙材料，可减小墙体厚度，增加建筑使用面积。（1）采用陶粒和引气浆体有机复合生产自保温墙体材料，充分利用了陶粒本身具有的良好隔热性能，以及引气浆体体积密度小、填充性好的优点。克服了传统建筑材料重量大、保温性差以及现有外墙保温材料施工工艺复杂、成本高、寿命短、不耐火等缺陷，填补了国内建筑高性能自保温外墙材料的空白。（2）利用烧结陶粒作为轻骨料大幅度降低材料干燥收缩率，分散收缩产生的应力，进而进一步采用减缩剂减缩技术，使常压养护制品的收缩率达到高压蒸养制品的要求。其绝对收缩率是高压蒸养制品的1/4，并与烧结粘土砖相当。解决了新型墙体材料易开裂、渗水的顽症。（3）在国内外首次研制成功了适合轻骨料加气混凝土砌块连续生产的全自动机械切割系统，解决了规模化连续生产的技术难题，保证了产品尺寸精度，在砌筑过程中可以降低砌筑材料的用量并提高了墙体质量。

  3.1.4轻骨料混凝土墙板等构件制品

  轻骨料混凝土不仅能在保证强度的同时大大减轻构件重量，从而减少吊装，运输的成本，而且，将其应用于预制外墙时，在国内大部分地区，其极低的导热系数使得墙体自身的保温性能即可满足当地建筑节能规范要求， 从而会大大降低产业化住宅的建设成本，为产业化住宅在中国的发展注入强大的动力。

  目前国家建材行业标准江苏建华新型墙材公司生产的轻骨料混凝土墙板已大量应用于万科的住宅项目中。其生产的轻骨料混凝土墙板有着其它任何墙体材料无法拟比的优势，如高强度高、表面平滑、整体性好、耐腐蚀、收缩小、抗大气老化、防火、防水、隔音、隔热、保温及安装走线方便、可凿、可切割、可钉挂。而且还具有很好的经济性主要体现在可以降低荷载，减少基础结构造价建华轻质墙板质量轻、其容重为750㎏/m³～1350㎏/m³仅为普通砖墙容重的一半甚至三分之一。如果一幢建筑物从基础结构设计上就开始考虑建华轻质墙板，可大大减少结构和基础造价，而且优化梁柱结构，室内整体布局更趋合理，提高使用性能。体薄，增大使用面积按国家建筑隔墙条板的规范，用建华轻质墙板85mm和100mm的板分别可替代传统的120mm厚和180mm厚的砖墙。85mm厚的建华轻质墙板与120mm的砖墙加抹灰后的厚度160mm相比足足少了75mm，显而易见，使用建华轻质隔墙板，建造13m的墙体可增加1m2的使用面积，使用率增加3%-5%，所增加的使用面积价值远高于墙板造价。

建华轻质隔墙板

  北京建工华创科技发展股份有限公司就采用强度等级L5.0~L10的轻骨料混凝土，容重介于500kg/m³~1000kg/m³之间，不仅具备良好的隔热功能，而且具有很强的吸声功能，非常适用于内隔墙等轻质围护结构

轻骨料混凝土空心墙板（条板）            现浇自保温轻骨料混凝土剪力墙（LC30）

轻骨料混凝土外墙挂板

  3.1.5结构轻骨料混凝土

  目前我国结构轻骨料混凝土应用比例较低，只有少量高层建筑、桥梁采用了现浇结构轻骨料混凝土来降低自重，这也是我国高强结构陶粒生产较少，质量较低的原因之一。而美国的结构轻骨料混凝土应用比例达到了35%。因此我国结构轻骨料混凝土的发展潜力巨大，尤其是传统砂石料资源日益枯竭以及国家大力发展住宅产业化的背景下，结构轻骨料混凝土的一些优势逐渐显现，相信随着产业的转型升级，结构轻骨料混凝土的应用会逐步得到扩大。

  4产业前景展望

  当前我国产业结构处于深入调整时期，国家正在大力推广住宅产业化，建筑人工成本的增加，装配式构件制品必将得到大量应用，而且许多超高层建筑、大跨径桥梁被修建，随着建筑的增高、桥梁跨径的增大， 采用传统普通混凝土显得就越来越困难。轻骨料混凝土以其轻质、高强、多功能的特点在大跨径结构、高层建筑、软土地基以及多震地区等工程中有着广泛的应用前景。对于轻骨料生产来说，出于保护耕地的要求，粘土陶粒必将禁止生产，利用工业废料制造轻骨料必将成为主流，不仅降低生产成品，还可以变废为宝，同时减少了天然骨料的开采，有利于环境的保护，符合现代可持续发展的要求。因此随着住宅产业化的推广、砂石资源的匮乏，轻骨料混凝土必将会越来越多应用到结构承重部位，而不再仅仅局限于非承重结构。因此轻骨料混凝土发展趋势主要降体现在以下方面：

  4.1 高强高耐久性轻骨料混凝土

  高强、高耐久性的轻骨料混凝土将会越来越多地用于高层建筑、大跨桥梁、隧道以及海洋工程中。挪威已在北海石油平台用混凝土的研究制备出一种高强轻骨料混凝土， 其28d 抗压强度为50MPa～100MPa，而干表观密度不到1865kg/m³。

  4.2 用废弃物生产轻骨料

  研究显示，可用的废弃物包括：污水处理厂淤泥煅烧所得的粉煤灰、垃圾焚烧所得的粉煤灰、浮石细粉、污染港口、河流和隧道所挖淤泥、采石场石粉、回收混凝土所产生的石粉、水处理工厂的淤泥、煤的附属物煤矸石。上述废弃物采用烧结法均可以生产出合格的轻骨料，并可以极大地降低陶粒的生产成本，有条件的企业和地区可以综合利用进行开发。