1 輕骨料混凝土概念、特性
採用輕粗骨料、輕細骨料（或普通砂）、膠凝材料、外加劑和水配製而成的，幹表觀密度不大於1900kg/m3的混凝土，稱為輕骨料混凝土。
按其在建築中的用途分為以下三類：
（1）保溫輕骨料混凝土，主要用於屋面、地面，起保溫隔熱作用的保溫墊層，一般是採用現場澆築的方式。
（2）結構保溫輕骨料混凝土，主要是用於牆體圍護結構中作為非承重的隔牆，有一定的保溫效果，產品形式包括輕骨料砌塊、輕骨料牆板等製品，也可以現場澆築。
（3）結構輕骨料混凝土，用於承重的配筋構件、預應力構件或構築物，一般是現場澆築，可做成構件現場拼裝。
輕骨料是指堆積密度不大於1200kg/m3的粗細骨料的總稱。目前用於配製輕骨料混凝土的輕骨料一般分為三類：（1）天然輕骨料，包括浮石、蛭石等輕質火山渣。（2）人造輕骨料，包括粘土陶粒、頁岩陶粒、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）、空心陶瓷微珠等超輕骨料以及聚苯乙烯顆粒等有機骨料。由以上輕骨料為骨料配製的混凝土均可以成為相應的輕骨料混凝土，如陶粒混凝土。
由於輕骨料混凝土具有一些獨特的性能優勢，因此在一些特殊工程領域得到了廣泛應用，總結起來，輕骨料混凝土主要具有以下特性：
（1）相對的輕質高強。輕骨料混凝土強度可以做到30 MPa -50MPa，同時幹表觀密度可以控制在1200 kg/m3-1900kg/m3之間，因此自重可以降低20%-50%，這在一定程度上可以降低建築物的自重，有利於構件製品的輕量化、並降低構件尺寸。
（2）具有一定的保溫隔熱性能。材料的導熱係數一般與材料的幹表觀密度呈正相關性，隨著多孔輕骨料的摻入，輕骨料混凝土的導熱係數大大降低，使其具有一定的保溫性能，尤其當幹表觀密度降低到一定程度時，可以作為自保溫牆體材料來使用。
（3）抗震性能好。輕骨料混凝土由於其含有大量的多孔輕骨料的存在，可以大量吸收地震荷載下的衝擊波能量，具有很好的減震效果。資料表明，輕骨料混凝土的抗震性能為普通混凝土的1.3倍以上。
（4）抗凍性好。輕骨料為多孔結構，可以緩解水結冰產生的膨脹壓力，使得輕骨料混凝土具有良好的抗凍性。
（5）無鹼-骨料效應。輕骨料中雖然都含有活性成分，但至今尚未見到有關輕骨料混凝土由於鹼骨料反應造成破壞的報道。
（6）綜合經濟效益好。儘管輕骨料自身的價格比普通石子貴，導致輕骨料混凝土的單方造價高於同強度等級的普通混凝土，但是由於其減輕了結構自重，縮小斷面尺寸，增加使用面積，降低基礎荷載而具有顯著的綜合經濟效益。採用陶粒混凝土建造高樓，可降低建築物自重30%~40%，減少勞動強度20%，減少材料運輸重量30%~40%，降低工程造價10%。尤其用於橋樑及高層、大跨結構或舊橋的維修加固工程會產生更大的經濟效益。
2國內外輕骨料發展歷史
2.1國外概況
1907年美國開始研製粘土、頁岩陶粒，1918年取得製造技術專利，1945年美國建有8個陶粒廠，到1953年增加到37個，1956年陶粒總產量達到250萬m3，七十年代平均陶粒年總產量約1800萬m3，八十年代平均陶粒年總產量約2300萬m3。由於市場飽和，九十年代至今北美地區平均陶粒年總產量約2200萬m3左右。主要品種是頁岩陶粒、粘土陶粒、粉煤灰陶粒等，堆積密度360 kg/m3～900kg/m3。美國大塊頁岩陶粒生產技術世界領先。
前蘇聯1925年開始研製粘土陶粒，1958年建有12個陶粒廠，1960?年的陶粒總產量達162萬m3，七十年代平均陶粒年總產量約1800萬m3，八十年代平均陶粒年總產量約5000萬m3，成為當時世界陶粒生產和應用第一大國，由於政治和經濟原因1991年陶粒總產量下降至3600萬m3，蘇聯解體後陶粒平均年總產量降至1200萬m3左右，主要品種是粘土陶粒、頁岩陶粒、粉煤灰陶粒等，堆積密度380 kg/m3～800kg/m3。東歐地區生產的陶粒品種與俄羅斯相近，目前平均年總產量約600萬m3。
北歐、西歐地區的陶粒生產技術比較發達：丹麥1939年開始研製粘土陶粒（Leca），1950年開始工業化生產，1959年研製成功大型窯內製粒雙筒迴轉窯焙燒專利工藝技術和設備，節能效果顯著，每條生產線年生產能力15萬m3～25萬m3。至七十年代末在丹麥已建有9條生產線（3個廠），陶粒堆積密度220 kg/m3～400kg/m3，最高年總產量約200萬m3，產品暢銷世界各地；至今在世界各地已建有此類生產線50餘條（其中歐洲34條），年總產量約1000萬m3，陶粒堆積密度260 kg/m3～520kg/m3。英國1963年研製成功燒結機法生產粉煤灰陶粒，至八十年代末先後在英國、荷蘭、波蘭、印度等國家建成約10條生產線，每條生產線年生產能力15萬m3～25萬m3，陶粒堆積密度750 kg/m3～900kg/m3，可以配製30MPa～50MPa陶粒混凝土。荷蘭1981年研製成功蒸養粉煤灰陶粒（Aardelite），陶粒堆積密度800 kg/m3～1000kg/m3，可以配製30MPa～60MPa陶粒混凝土，先後在荷蘭、美國、西班牙等國家建成約5條生產線，每條生產線年生產能力5萬m3～15萬m3。北歐、西歐地區八十年代平均陶粒年總產量約1800萬m3，由於市場飽和，九十年代至今已降為1600萬m3左右，主要品種是粘土陶粒、頁岩陶粒、粉煤灰陶粒等。
德國、日本、意大利、俄羅斯等國的天然輕骨料資源比較豐富，大量用於輕骨料混凝土及其製品，由於天然輕骨料性能有限、主要分佈於離城市偏遠的山丘地帶，這些國家還是紛紛發展陶粒生產。以日本為例，1973年陶粒年總產量達185萬m3（主要是頁岩陶粒，堆積密度400 kg/m3～800kg/m3），由於原料資源、環保要求和產業結構等原因，1990年的陶粒總產量降至100萬m3左右，近年來由於日本經濟的復甦和抗震、節能建築的要求，日本自產的陶粒已供不應求，每年進口陶粒約100萬m3，成為世界第一陶粒進口大國。
八十年代國外粉煤灰陶粒平均年總產量約500萬m3。九十年代起發達國家的發電廠燃料逐步改用重油或天然氣，粉煤灰陶粒產量逐年下降，到2001年國外粉煤灰陶粒的年總產量已不足140萬m3，產量下降的原因除了粉煤灰供應不足外，產品（堆積密度）單一、吸水率高、適應市場能力較差等也是重要因素。
二十世紀初英國等發達國家曾大量利用工業廢渣輕骨料配製混凝土及其製品，六十年代起，由於對建築製品的碳化係數、軟化係數、收縮率、耐久性等要求的不斷提高和對工業廢渣的二次開發利用，工業廢渣輕骨料已逐漸退出建築市場。現在除發展中國家外，發達國家已基本上不用工業廢渣輕骨料配製混凝土及其製品用於建築工程。
2.2國內概況
我國輕骨料及其混凝土和製品的發展已有50年曆史，主要分為三個階段：
第一階段：研究開發期。1956年我國開始陶粒及其混凝土和製品的研究和試驗，1963年分別在北京、大慶、上海研究開發並建成頁岩陶粒、粘土陶粒、粉煤灰陶粒（立窯法）工業性中間試驗線，1964年在瀋陽成功完成燒結機法粉煤灰陶粒工業性試驗，除立窯法粉煤灰陶粒外，均獲得圓滿成功。為我國陶粒及其混凝土和製品的生產、應用與發展開創了較好的技術基礎。
第二階段：初步發展期。1966年在天津建成我國第一條陶粒生產線（燒結機法粉煤灰陶粒），年生產能力5萬m3（後擴建為7萬m3）。到八十年代末，有的陶粒生產線已停業，全國陶粒生產線的總年生產能力約120萬m3，由於應用及市場原因，我國七、八十年代，全國陶粒平均年總產量約60萬m3，以普通型的粉煤灰陶粒、頁岩陶粒、粘土陶粒為主，平均堆積密度500 kg/m3～700kg/m3，主要應用於陶粒混凝土內、外牆板、樓板（預製或現澆，用於中高層建築），橋樑工程，煙囪內襯，隔熱或防腐墊層，混凝土砌塊等。天然輕骨料（吉林、黑龍江、內蒙古等地產的火山渣、浮石等）年平均總產量約40萬m3，工業廢渣輕骨料（煤渣、自燃煤矸石等）年平均總產量約35萬m3。
第三階段：快速發展期。九十年代起，隨著我國經濟和高層建築、節能建築的快速發展，輕骨料及其混凝土和製品以其綜合優勢步入了快速發展期。據不完全統計，1993年全國陶粒產量增至130萬m3，1996年250萬m3，2000年340萬m3，到2000年底全國已建有120餘條陶粒生產線，多數是年產量1.5萬m3～2萬m3小型生產線。主要產品是粘土陶粒（佔60%左右，平均堆積密度360 kg/m3～560kg/m3），其次為頁岩陶粒（佔30%左右，平均堆積密度400 kg/m3～600kg/m3）、粉煤灰陶粒（佔10%左右，平均堆積密度630 kg/m3～800kg/m3），高強陶粒也獲得一定發展，2000年總產量約4萬m3；1993年全國輕骨料混凝土小型砌塊總產量約300萬m3，1996年約650萬m3，2000年約1400萬m3；1993年全國輕骨料混凝土板材總產量約80萬m2，1996年約200萬m2，2000年約500萬m2。由於輕骨料混凝土製品的快速發展，天然輕骨料和工業廢渣輕骨料的生產和應用也快速增加，2000年全國天然輕骨料產量約80萬m3，工業廢渣輕骨料（主要是煤渣）全國總用量約450萬m3。
3我國輕骨料混凝土現狀
3.1現狀概述
目前，我國輕骨料混凝土的應用仍主要用於低強度的非承重結構，如生產小砌塊。在高層建築和大跨度的橋樑中應用與國外相比還很少，雖然現在也能配製出抗壓強度達70MPa 的結構輕骨料混凝土，但在工程中實際只用到LC40。在橋樑工程中的應用近幾年雖有所突破，但最大跨度僅達35m，且全用輕骨料混凝土的工程（包括橋樑、橋面板、承臺、橋墩、基礎）和使用輕骨料混凝土進行舊橋改造（修復、加固、加寬等） 的工程仍然很少。而輕骨料混凝土在採油平臺、水上漂浮物、船塢等特殊工程中應用也極少。高強輕骨料新品種、高性能輕骨料的研製和應用進展緩慢。在工程施工中，關於輕骨料混凝土的澆築技術，南京等地成功的嘗試泵送施工， 但大量輕骨料混凝土仍採用常規的方法，泵送混凝土技術應用很少，尚未能適應現代化施工的要求，與發達國家仍有不小的差距。總之，國內輕骨料混凝土過多偏重於牆體材料的應用，高強陶粒市場容量較小，因此用於承重結構的高性能陶粒的生產與開發並沒有受到應有的重視，只有少數企業生產吸水率小於5%，筒壓強度大於6.0MPa的高強陶粒，造成我國的輕骨料質量不高，所配製的結構用輕骨料混凝土的強度一般偏低，使其應用和發展受到一定的限制，需要通過政策引導提高結構輕骨料混凝土的應用。
據不完全統計，到2000年底全國已建有120餘條陶粒生產線，陶粒產量340萬m3。主要產品是粘土陶粒（佔60% 左右，平均堆積密度360 kg/ m3-560kg/ m3），其次為頁岩陶粒（佔30%左右，平均堆積密度400 kg/m3-600kg/m3）、粉煤灰陶粒（佔10%左右，平均堆積密度630 kg/m3-800kg/m3），高強陶粒也獲得一定發展，2000年總產量約4萬m3。2011年全國陶粒總產量約600萬m3，2013年產量預計已突破650萬m3，產值突破30億元。2012年我國陶粒空心砌塊工業總產量達到1100萬m3，預計，到2016年將達到1800萬m3。2012年我國陶粒空心砌塊銷售收入，按市場銷售量佔總產量的90%、平均每立方米售價300元計算，將達到29.3億元，預計2016年將超過50億元。2000年全國輕骨料混凝土板材產量約500萬m2 。由於輕骨料混凝土製品的快速發展，天然輕骨料和工業廢渣輕骨料的生產和應用也快速增加，2000年全國天然輕骨料產量約80萬m3，工業廢渣輕骨料（主要是煤渣）全國總用量約450萬m3。2013年天然輕骨料和工業廢渣輕骨料已分別突破100萬m3和500萬m3。
3.2主要的產品形式
3.2.1各種類型的陶粒（砂）
目前我國輕骨料從業企業近千家，陶粒企業最多，大部分為5萬m3以下的產能，產品品種主要為頁岩陶粒、粘土陶粒、粉煤灰陶粒。部分企業採用工業廢棄物作為原料來生產陶粒，如北京建工華創科技發展有限公司生產的燒結煤矸石輕骨料是由煤矸石經過破碎，粉磨，成球后用迴轉窯在1100°C左右燒結，具有均勻的孔結構，孔徑介於5微米-300微米之間，孔壁為連續的、相對無裂縫缺陷、高強度的玻璃相構成。具有質地均勻、強度高、物理化學性能穩定、耐久性能好、質量輕以及保溫性能好等特點。還有廣州華穗陶粒製品有限公司採用淤泥等製備的環保陶粒。
雖然我國陶粒產品品種多樣，但是在某些工藝、指標尤其應用領域與先進國家相比還是存在較大的差距，市面上的建築陶粒筒壓強度普遍在3MPa-6MPa，而日本生產的陶粒筒壓強度保持在10MPa -12MPa，更值得關注的是在於其產品服務於應用的理念，其產品在生產過程中就引入了餘溫淬水的環節，具有一定溫度的陶粒浸水後，陶粒內空氣體積迅速萎縮，因此大量水分被倒吸進陶粒內部孔隙中，表幹後便採用密封包裝，保持一定溼度，這就為下游製備輕骨料混凝土提供了很好的原料，製備出的輕骨料混凝土，工作性極佳。國內製備輕骨料混凝土一般均是採用，臨時預溼的陶粒，臨時澆水預溼後，水分顯然不能進入到陶粒的深層結構中，很難起到良好的內部後養護的作用。而且實驗證明，雖然國外陶粒價格較高，但是製備成最終產品輕骨料混凝土後性價比極高，不但降低了水泥用量，而且材料工作性、力學性能都達到了超高的水準。正是一些諸如陶粒形狀、大小、生產工藝等小細節的改進才成就了製備60MPa以上強度輕骨料混凝土的技術。
3.2.2幹拌輕骨料混凝土粉料
幹拌輕骨料粉料是由水泥、摻合料、輕骨料和外加劑經工廠製成的均勻幹拌粉料，在施工現場使用時，直接水混合攪拌製成輕骨料混凝土進行澆築。主要應用於樓地面墊層、廚廁墊層、防潮層和屋面保溫、找坡層，具有輕質高強、保溫隔熱、施工簡單等顯著特點。
幹拌輕骨料混凝土具有容重輕、保溫隔熱，環保性 施工性能好、定量包裝無需現場稱量、配製工藝簡單、抗壓強度高等突出優點。
（1）輕質性：幹密度為500 kg/m3-700 kg/m3相當於普通水泥混凝土的1/5，應用於樓面墊層，屋面找坡，大大降低結構重量，從而降低了主體的結構造價。層面可以承重，可以按使用要求鋪設排水坡度，大大方便設計和施工。
（2）保溫隔熱性：導熱係數為0.08 W/（m.k）-0.102W/（m.k），熱阻為普通混凝土的20-30倍。
（3）低彈減震性：輕骨料具有低的彈性模量，從而使其對沖擊荷載具有良好的吸收和分散作用。
（4）隔音性：複合輕骨料混凝土中的輕骨料分佈均勻，具備有效的隔音功能。
幹拌輕骨料混凝土墊層可提高各樓層之間的保溫、隔熱、隔音及承載力；可減輕屋面荷載；可方便地面內管線的佈置和安裝。用於防潮層還可防止樓地面回潮；保持樓地面乾燥，對保護各種木地板、塑膠板、陶瓷地板不變形、不退色以及地下室防潮、防水等相當有利，且降低房屋荷載，極大降低房屋建造成本。目前，中國混凝土與水泥製品協會（CCPA）輕骨料及輕骨料混凝土分會會員中有部分企業從事這一產品的生產，代表性的企業有河南美賽克公司、北京騰龍正利防水保溫工程材料有限公司。
3.2.3輕骨料砌塊
輕骨料砌塊一般主要是採用陶粒、珍珠岩或天然輕骨料替代石子，並與膠凝材料、添加劑、水製備而成的混凝土砌塊。在此基礎上有些其企業還複合了泡沫、苯板等材料製備出複合強骨料混凝土砌塊產品。如浙江上虞科元天龍牆體材料有限公司開發了具有自保溫功能的陶粒增強加氣砌塊新產品，該產品以燒結陶粒為骨料並與引氣水泥漿有機複合。具有質輕、高強、隔熱保溫、防火、隔音、環保、極低的收縮率、較強的抗滲性、尺寸精度高、外表美觀、砌築飾面方便等特點。以該產品為外牆材料可以滿足建築節能50%的要求，使保溫系統與建築物同壽命；以該產品為內隔牆材料，可減小牆體厚度，增加建築使用面積。（1）採用陶粒和引氣漿體有機複合生產自保溫牆體材料，充分利用了陶粒本身具有的良好隔熱性能，以及引氣漿體體積密度小、填充性好的優點。克服了傳統建築材料重量大、保溫性差以及現有外牆保溫材料施工工藝複雜、成本高、壽命短、不耐火等缺陷，填補了國內建築高性能自保溫外牆材料的空白。（2）利用燒結陶粒作為輕骨料大幅度降低材料乾燥收縮率，分散收縮產生的應力，進而進一步採用減縮劑減縮技術，使常壓養護製品的收縮率達到高壓蒸養製品的要求。其絕對收縮率是高壓蒸養製品的1/4，並與燒結粘土磚相當。解決了新型牆體材料易開裂、滲水的頑症。（3）在國內外首次研製成功了適合輕骨料加氣混凝土砌塊連續生產的全自動機械切割系統，解決了規模化連續生產的技術難題，保證了產品尺寸精度，在砌築過程中可以降低砌築材料的用量並提高了牆體質量。
3.1.4輕骨料混凝土牆板等構件製品
輕骨料混凝土不僅能在保證強度的同時大大減輕構件重量，從而減少吊裝，運輸的成本，而且，將其應用於預製外牆時，在國內大部分地區，其極低的導熱係數使得牆體自身的保溫性能即可滿足當地建築節能規範要求， 從而會大大降低產業化住宅的建設成本，為產業化住宅在中國的發展注入強大的動力。
目前國家建材行業標準江蘇建華新型牆材公司生產的輕骨料混凝土牆板已大量應用於萬科的住宅項目中。其生產的輕骨料混凝土牆板有著其它任何牆體材料無法擬比的優勢，如高強度高、表面平滑、整體性好、耐腐蝕、收縮小、抗大氣老化、防火、防水、隔音、隔熱、保溫及安裝走線方便、可鑿、可切割、可釘掛。而且還具有很好的經濟性主要體現在可以降低荷載，減少基礎結構造價建華輕質牆板質量輕、其容重為750㎏/m3～1350㎏/m3僅為普通磚牆容重的一半甚至三分之一。如果一幢建築物從基礎結構設計上就開始考慮建華輕質牆板，可大大減少結構和基礎造價，而且優化樑柱結構，室內整體佈局更趨合理，提高使用性能。體薄，增大使用面積按國家建築隔牆條板的規範，用建華輕質牆板85mm和100mm的板分別可替代傳統的120mm厚和180mm厚的磚牆。85mm厚的建華輕質牆板與120mm的磚牆加抹灰後的厚度160mm相比足足少了75mm，顯而易見，使用建華輕質隔牆板，建造13m的牆體可增加1m2的使用面積，使用率增加3%-5%，所增加的使用面積價值遠高於牆板造價。
北京建工華創科技發展股份有限公司就採用強度等級L5.0~L10的輕骨料混凝土，容重介於500kg/m3~1000kg/m3之間，不僅具備良好的隔熱功能，而且具有很強的吸聲功能，非常適用於內隔牆等輕質圍護結構
3.1.5結構輕骨料混凝土
目前我國結構輕骨料混凝土應用比例較低，只有少量高層建築、橋樑採用了現澆結構輕骨料混凝土來降低自重，這也是我國高強結構陶粒生產較少，質量較低的原因之一。而美國的結構輕骨料混凝土應用比例達到了35%。因此我國結構輕骨料混凝土的發展潛力巨大，尤其是傳統砂石料資源日益枯竭以及國家大力發展住宅產業化的背景下，結構輕骨料混凝土的一些優勢逐漸顯現，相信隨著產業的轉型升級，結構輕骨料混凝土的應用會逐步得到擴大。
4產業前景展望
當前我國產業結構處於深入調整時期，國家正在大力推廣住宅產業化，建築人工成本的增加，裝配式構件製品必將得到大量應用，而且許多超高層建築、大跨徑橋樑被修建，隨著建築的增高、橋樑跨徑的增大， 採用傳統普通混凝土顯得就越來越困難。輕骨料混凝土以其輕質、高強、多功能的特點在大跨徑結構、高層建築、軟土地基以及多震地區等工程中有著廣泛的應用前景。對於輕骨料生產來說，出於保護耕地的要求，粘土陶粒必將禁止生產，利用工業廢料製造輕骨料必將成為主流，不僅降低生產成品，還可以變廢為寶，同時減少了天然骨料的開採，有利於環境的保護，符合現代可持續發展的要求。因此隨著住宅產業化的推廣、砂石資源的匱乏，輕骨料混凝土必將會越來越多應用到結構承重部位，而不再僅僅侷限於非承重結構。因此輕骨料混凝土發展趨勢主要降體現在以下方面：
4.1 高強高耐久性輕骨料混凝土
高強、高耐久性的輕骨料混凝土將會越來越多地用於高層建築、大跨橋樑、隧道以及海洋工程中。挪威已在北海石油平臺用混凝土的研究製備出一種高強輕骨料混凝土， 其28d 抗壓強度為50MPa～100MPa，而幹表觀密度不到1865kg/m3。
4.2 用廢棄物生產輕骨料
研究顯示，可用的廢棄物包括：汙水處理廠淤泥煅燒所得的粉煤灰、垃圾焚燒所得的粉煤灰、浮石細粉、汙染港口、河流和隧道所挖淤泥、採石場石粉、回收混凝土所產生的石粉、水處理工廠的淤泥、煤的附屬物煤矸石。上述廢棄物採用燒結法均可以生產出合格的輕骨料，並可以極大地降低陶粒的生產成本，有條件的企業和地區可以綜合利用進行開發。
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