商洛尾矿堆存量较大，综合利用率较低。采用尾矿制备免烧砖 、 陶粒 、泡沫混凝土
、透水砖 、发泡陶瓷 等高附加值产品，是目前尾矿综合利用的研究热点
。陶粒混凝土又称轻骨料混凝土，具有质轻、高强
、保温隔热
、抗震性好
、抗渗性佳
、耐火性好等优点
，广泛应用于装配式建筑、桥梁工程、地铁
、隧道等领域。研究人员采用页岩 、粉煤灰 、尾矿 、煤矸石 等为原料烧制轻质高强陶粒，以陶粒作为骨料制得高性能陶粒混凝土，主要研究陶粒预处理、孔结构
、配合比等对陶粒性能的影响。陶粒粒径及其级配对陶粒混凝土力学性能影响尚鲜见报道。本试验以商洛钒尾矿为主要原料烧制轻质高强陶粒


，研究陶粒粒径及其级配对陶粒混凝土抗压强度和抗折强度的影响，确定制备高性陶粒混凝土的最优陶粒粒径及级配。

1 试验部分

1.1 原料 采用陕西省商洛市山阳县大量堆存的钒尾矿作为主要原料
，加入黏土、长石为辅助原料
，采用高纯度 SiC 作为发泡剂
。经过前期试验探索得出制备钒尾矿基轻质高强陶粒的最优原料配方（ w/%）为：钒尾矿，80；黏土，10
；钾长石 10。发泡剂 SiC 加入量为 0.5%。

1.2 试验方法 原料经球磨
、陈腐
、成型、烘干后在1 125 ℃下保温 30 min 烧结，制得粒径分别为 10 mm、15 mm 和 20 mm 轻质高强陶瓷颗粒。每组陶粒粒径相差小于 2 mm，将不满足条件的陶粒去除
。然后将陶粒在水中浸泡 1 h，倒入模具等待浇注。为消除沙石
、混凝土配合比等因素影响，本研究采用纯水泥浆浇注，将硅酸盐水泥和水按 100∶18 质量比称量，加入质量分数 0.4% 聚羧酸减水剂
，快速搅拌直至混合均匀。再将水泥浆料慢慢浇注到放有陶粒的模具中

，1 d 后脱模，最后放入标准恒温恒湿养护箱中进行养护
。

1.3 测试方法 按照国标 GB/T 17431.2-2010《轻集料及其试验方法 第 2 部分
：轻集料试验方法》对钒尾矿基陶粒进行测试表征。陶粒混凝土的宏观形貌采用 TX5300 视频显微镜进行观察
。混凝土抗压强度和抗折强度采用 WDW-50 型万能试验机进行测试，每组数据重复测量 3 次，取平均值。

2 结果与讨论

2.1 不同粒级陶粒的制备 

      以商洛钒尾矿为主要原料，加入黏土
、钾长石为辅料，原料质量比为 8∶1∶1，发泡剂 SiC 添加量为 0.5%
，球磨 0.5 h
，加水 35%，搓

揉成块陈腐 24 h，然后成型为直径 8 mm、12 mm、16 mm 的陶粒生坯
，放入烘箱在 100 ℃下干燥 12 h，最后放入马弗炉从室温以 8 ℃ /min 的升温速率升至800 ℃
，再以 3 ℃ /min 升温至 1 125 ℃
，保温 30 min 后随炉冷却，制成粒径分别为 10 mm
、15 mm 和 20 mm的球状陶瓷颗粒。GB/T 17431.2-2010 要求轻集料陶粒的筒压强度大于等于 6.0 MPa，吸水率小于等于 10%，堆积密度小于等于 800 kg/m3。结合《轻集料及其试验方法》对不同粒径陶粒性能进行测试。3 组不同粒径陶粒的堆积密度、筒压强度和吸水率均满足国家标准，具体数据见表 1。由表 1 可知，随着陶粒粒度的增大
，其堆积密度和筒压强度均减小。这是因为陶粒粒度越大，陶粒与陶粒之间的空隙越大，导致堆积密度降低
，筒压强度随之降低
。3 组陶粒的吸水率差异不大
。

 

2.2 陶粒粒径对轻质骨料混凝土力学性能的影响 

      以粒径为 10 mm、15 mm 和 20 mm 的陶粒作为轻集料制备陶粒混凝土
，采用石子作为粗骨料制备混凝土进行对照。为消除其他因素的影响，采用纯水泥浆料进行浇注
。在恒温恒湿养护箱养护中，记录其 14 d、28 d 的抗折强度和抗压强度

。混凝土断面图
，见图 1
。

 

      4 组混凝土浇注均较为致密
，断裂时，陶粒拔出和断裂都有发生，陶粒表面与水泥之间结合紧密。陶粒混凝土及石子混凝土的 14 d 和 28 d 抗压强度测试结果，见表 2
。由表 2 可知，3 组陶粒混凝土的抗压强度均比石子混凝土的抗压强度低。这是因为石子是致密型粗骨料
，具有较高的抗压强度
。陶粒属于多孔材料
，抗压强度较低
。随着陶粒粒径的增大

，陶粒混凝土的抗压强度降低
。这是因为陶粒粒径越小
，其筒压强度越大，导致陶粒混凝土的抗压强度越高
。粒径 10 mm 陶粒制备的陶粒混凝土 28 d 抗压强度达到 52.7 MPa。

 

      陶粒混凝土及石子混凝土的 14 d 和 28 d 抗折强度测试结果，见表 3。由表 3 可知，3 组陶粒混凝土的抗折强度均比石子混凝土高
。这是因为陶粒属于多孔材料
，陶粒表面的孔洞使其与水泥结合更加紧密
，导致断裂时需要更大载荷，抗折强度更高

。粒径为15 mm 陶粒制备的陶粒混凝土抗折强度最高，28 d 抗折强度比石子混凝土高 64%
。陶粒混凝土的抗折强度与陶粒的粒径无线性关系
。综合考虑
，粒径为15 mm 的陶粒制备的陶粒混凝土力学性能较优
。

 

2.3 陶粒级配对陶粒混凝土性能的影响 

     将粒径为 10 mm
、15 mm 和 20 mm 3 种陶粒按体积比 1∶1组合得到 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组粗集料。将以上 3 种陶粒按体积比 1∶1∶1 配比得到第 4 组粗集料。然后采用纯水泥浆料进行浇注
，在恒温恒湿养护箱养护中
，记录其 14 d
、28 d 的抗压强度和抗折强度。不同陶粒级配混凝土的断面图，见图 2
。从图 2可看出，4组陶粒混凝土浇注均较为致密，小粒径陶粒分布在大粒径陶粒之间。

 

      不同陶粒级配制备陶粒混凝土的 14 d 和 28 d 抗压强度测试结果，见表 4。对比表 2 和表 4 可看出，不同粒径陶粒配合作为粗集料制备的陶粒混凝土，其抗压强度均有提升
。其中陶粒配比 V(10 mm）∶ V(15mm） =1∶1 制备的陶粒混凝土抗压强度最高，达到58.5 MPa
，较粒径 10 mm 陶粒混凝土 28 d 抗压强度高11%；另外，与粒径为 20 mm 的陶粒配合的 3 组陶粒混凝土抗压强度均比 20 mm 陶粒混凝土高。这表明以不同粒径的陶粒配合作为粗集料，提高陶粒的堆积密度，有利于提高陶粒混凝土的抗压强度
。

 

      不同陶粒级配制备陶粒混凝土的 14 d 和 28 d 抗折强度测试结果
，见表 5。由表 5 可知，不同粒径陶粒级配使陶粒混凝土的抗折强度有所提升。其中陶粒配比 V(10 mm)∶V(15 mm)=1∶1 制备的陶粒混凝土28 d 抗折强度最高，达到 16.2 MPa，比石子混凝土的抗折强度高 76%

。加入粒径为 20 mm 的陶粒，陶粒级配为V(10 mm)∶V(15 mm)∶V(20 mm)=1∶1∶1时，该组陶粒混凝土的抗折强度为 13.8 MPa，说明过大粒径陶粒的加入不利于陶粒混凝土抗折强度的增大。综上所述，陶粒配比 V(10 mm) ∶ V(15 mm)=1 ∶ 1 制备的陶粒混凝土力学性能最佳

。

 

3 结论

      采用 80% 商洛钒尾矿为主要原料制备不同粒径的轻质高强陶瓷颗粒，研究陶粒粒径及陶粒级配对陶粒混凝土抗压强度和抗折强度的影响，单一陶粒粒径为 15 mm 制备的陶粒混凝土力学性能较好。陶粒配比 V(10 mm)∶V(15 mm)=1∶1 制备的陶粒混凝土力学性能最优
，28 d 抗压强度达到 58.5 MPa
， 28 d 抗折强度为 16.2 MPa。