輕骨料混凝土的研究和發(fā)展現(xiàn)狀

張 少 勇

(山西六建集團(tuán)有限公司，山西 太原 030024)

輕骨料混凝土的研究和發(fā)展現(xiàn)狀

張 少 勇

(山西六建集團(tuán)有限公司，山西 太原 030024)

分析了輕骨料混凝土所具有的輕質(zhì)高強(qiáng)、抗震性能好、耐久性好、綜合效益好等特性，并探討了輕骨料混凝土在我國的發(fā)展應(yīng)用現(xiàn)狀，指出輕骨料混凝土具有較好的經(jīng)濟(jì)利用價值，可促進(jìn)能源與資源的可持續(xù)發(fā)展。

輕骨料混凝土，荷載，經(jīng)濟(jì)，效益

0 引言

輕骨料混凝土是指在混凝土中使用輕粗、細(xì)骨料配制而成的干表觀密度在1 950 kg/m3以下的混凝土。早在1920年德國S.J已經(jīng)開始研究采用燒結(jié)黏土作為人造輕骨料，之后美國采用這種方法開始大規(guī)模的生產(chǎn)人造輕骨料，二戰(zhàn)后西歐也才開始生產(chǎn)和使用這種輕骨料。美國和前蘇聯(lián)由于加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)，限制生產(chǎn)天然骨料，提倡采用人造輕骨料，使得人造輕骨料混凝土在國內(nèi)一度飛速發(fā)展，但是輕骨料混凝土并未應(yīng)用到結(jié)構(gòu)承重部位中，一定程度上限制了輕骨料混凝土的應(yīng)用。20世紀(jì)60年代美國采用輕骨料混凝土建造了休斯敦貝克廣場大廈，成為世界上第一棟輕骨料混凝土樓，并且取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。近幾年，西方發(fā)達(dá)國家在各個方面大力推廣輕骨料混凝土，其中CL50～CL60強(qiáng)度的輕骨料混凝土大量應(yīng)用于工程中，并且已經(jīng)配制出CL80的高強(qiáng)輕骨料混凝土，所得高強(qiáng)度輕骨料混凝土的干表觀密度在1 800 kg/m3～2 000 kg/m3之間。

我國研究輕骨料混凝土起步較晚，20世紀(jì)50年代末我國才開始研究輕骨料混凝土中的陶?；炷?，之后成功推廣了陶粒和頁巖陶粒等輕骨料混凝土，并且現(xiàn)在的年產(chǎn)量已經(jīng)高于500萬m3。我國所研制的陶粒輕骨料混凝土表觀密度一般在1 800 kg/m3～1 950 kg/m3，抗壓強(qiáng)度只能達(dá)到5.0 MPa～25 MPa，由于強(qiáng)度較低導(dǎo)致推廣受到限制。20世紀(jì)末輕骨料混凝土主要應(yīng)用于建筑外墻板中，替代框架結(jié)構(gòu)的砌塊填充墻，而在混凝土承重結(jié)構(gòu)中使用量較少。

1 輕骨料混凝土的特點(diǎn)

國內(nèi)外通常將輕骨料混凝土的強(qiáng)度等級用CL表示，并且當(dāng)強(qiáng)度達(dá)到CL30以上時即稱為高強(qiáng)輕骨料混凝土，其中輕骨料混凝土的主要特性如下。

1.1 輕質(zhì)高強(qiáng)

輕骨料混凝土由于其自重較輕，應(yīng)用到結(jié)構(gòu)中可以減輕結(jié)構(gòu)的自重，和同體積普通混凝土相比自重減輕20%～40%。輕骨料混凝土相比其他混凝土最大的優(yōu)勢就是既能保證具有較高的強(qiáng)度，又能減輕混凝土的自重。應(yīng)用到混凝土結(jié)構(gòu)中其最大的優(yōu)點(diǎn)就是減小了結(jié)構(gòu)自身荷載，提高了結(jié)構(gòu)的抗震性能，并且減小了結(jié)構(gòu)對地基承載力的要求。對于超高層建筑和大跨度橋梁等結(jié)構(gòu)，輕骨料混凝土具有較好的優(yōu)越性能和市場競爭力。J.Brakel研究了普通混凝土和輕骨料混凝土對大跨度橋梁的影響，研究表明建造的橋梁跨度越大，采用輕骨料混凝土所產(chǎn)生的效果越明顯，減小的結(jié)構(gòu)自重越多，產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益越明顯，詳細(xì)結(jié)果見表1。

表1 普通混凝土和輕骨料混凝土荷載影響 %

將輕骨料混凝土應(yīng)用到橋梁工程中時，可以大幅度降低橋梁的自身荷載，并且可以減少橋墩的數(shù)量，提高橋梁的有效承載能力，隨著橋梁跨度的增大這種效果越明顯。

1.2 抗震性能好

當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)的自重越大時受到的地震荷載越大，而當(dāng)采用輕骨料混凝土?xí)r，減輕了混凝土結(jié)構(gòu)的自重，有效降低結(jié)構(gòu)所受地震力。并且輕骨料混凝土的彈性模量較低，因此在地震荷載下延長了地震自振周期，增大了結(jié)構(gòu)的變形能力，對地震力進(jìn)行耗散。因此輕骨料混凝土是一種可以提高結(jié)構(gòu)抗震性能和抵抗動荷載的建筑材料。根據(jù)相關(guān)研究表明，陶粒輕骨料混凝土的相對抗震系數(shù)高達(dá)110，而普通混凝土的相對抗震系數(shù)為84，砌體結(jié)構(gòu)的相對抗震系數(shù)僅為64。1976年我國唐山大地震，在京津等地的輕骨料混凝土建筑物并未出現(xiàn)倒塌等較大破壞，而周邊其他建筑物均有不同程度的損壞。

1.3 抗裂性好

輕骨料混凝土熱膨脹系數(shù)和彈性模量均小于普通混凝土，因此在輕骨料混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)生熱脹冷縮時產(chǎn)生的拉壓應(yīng)力較普通混凝土小，由此產(chǎn)生的裂縫較少，因此輕骨料混凝土具有較好的抗裂性能，直接提高了輕骨料混凝土的耐久性，降低了混凝土結(jié)構(gòu)在使用過程中的維護(hù)費(fèi)用。

1.4 耐久性好

當(dāng)混凝土中使用陶粒等輕骨料時，可以減小水泥等膠凝材料發(fā)生堿骨料反應(yīng)，一定程度上延長了結(jié)構(gòu)的使用壽命。輕骨料混凝土中由于輕骨料和水泥石粘結(jié)力較強(qiáng)，因此具有較好的抗侵蝕能力，從而提高其耐久性能。

1.5 耐火性好

輕骨料混凝土由于采用的輕骨料具有質(zhì)輕、多孔的特征，因此采用輕骨料配制出的混凝土導(dǎo)熱系數(shù)低于普通混凝土，具有較好的保溫性能。因此在發(fā)生火災(zāi)時能減少室內(nèi)外熱交換量，從而提高其耐火性。在發(fā)生火災(zāi)事故時，普通混凝土可以耐燒1 h，而輕骨料混凝土具有保溫隔熱性能并且可以耐燒4 h。在600 ℃高溫下，輕骨料混凝土可以保持其原有強(qiáng)度的85%，而普通混凝土僅能達(dá)到原有強(qiáng)度的40%。

1.6 綜合效益好

輕骨料混凝土中由于采用的輕骨料為人造骨料，因此造價較天然骨料高，但是由于人造輕骨料質(zhì)量輕，在配制同體積的混凝土?xí)r使用量較少，直接降低了混凝土的造價，并且應(yīng)用到上部結(jié)構(gòu)中時減輕了基礎(chǔ)和地基的荷載，減少了地基處理時產(chǎn)生的費(fèi)用，帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。國內(nèi)外已經(jīng)建設(shè)好的輕骨料混凝土結(jié)構(gòu)，其總造價較普通混凝土結(jié)構(gòu)減少10%～20%。根據(jù)美國咨詢公司的經(jīng)驗(yàn)，使用輕骨料混凝土建設(shè)橋梁時，不考慮以后的維護(hù)費(fèi)用，只考慮建設(shè)橋梁時可以減少工程造價的10%～15%。綜合考慮到橋梁的耐久性等，對輕骨料混凝土橋梁進(jìn)行全壽命周期成本計算，所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益尤為明顯。

2 輕骨料混凝土在國內(nèi)的應(yīng)用

1)20世紀(jì)80年代初，鐵道部研制出CL60高強(qiáng)輕骨料混凝土，并且采用粉煤灰陶粒混凝土制作了金山公路的預(yù)應(yīng)力箱梁，降低了原結(jié)構(gòu)20%的自重，是我國輕骨料混凝土應(yīng)用的成功案例。

2)20世紀(jì)末，在唐津高速公路中部分應(yīng)用了輕骨料混凝土，將初始設(shè)計的24 m普通混凝土梁增加至35 m，同樣恒荷載情況下跨度延長了12 m。

3)21世紀(jì)初，輕骨料混凝土在我國建筑結(jié)構(gòu)中正式被應(yīng)用，其中珠海國際20層以上部分采用輕骨料混凝土進(jìn)行設(shè)計和施工，而本溪市建溪大廈等整體結(jié)構(gòu)全部采用輕骨料混凝土建設(shè)。

3 結(jié)語

當(dāng)前我國正處于飛速發(fā)展期，能源和資源的使用量急劇增加，因此考慮到能源和資源的可持續(xù)發(fā)展，必須對工業(yè)廢料和建筑垃圾等進(jìn)行重新利用，減少資源的開采；對能源進(jìn)行充分合理的利用，減少對能源的浪費(fèi)，因此發(fā)展輕骨料混凝土極為必要。

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[5] 徐錦平,陳建華,周紹豪.輕骨料混凝土的應(yīng)用研究及展望[J].國外建材科技,2007,28(5):11-13.

Researchanddevelopmentstatusoflightweightaggregateconcrete

ZHANGShao-yong

(ShanxiSixthConstructionGroupCo.,Ltd,Taiyuan030024,China)

This paper analyzed the high strength light weight, good seismic performance, good durability, good comprehensive benefits and other characteristics of lightweight aggregate concrete, discussed the development and application situation of lightweight aggregate concrete in our country, pointed out that the lightweight aggregate concrete had good economic and use value, could promote the sustainable development of energy and resources.

lightweight aggregate concrete, load, economy, efficiency

1009-6825(2014)33-0107-02

2014-09-16

張少勇(1965- )，男，工程師

TU528

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