輕骨料混凝土的發(fā)展現(xiàn)狀與展望

高　旭　翁維素　孫　婧

(河北建筑工程學(xué)院，河北 張家口 075000)

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輕骨料混凝土的發(fā)展現(xiàn)狀與展望

高旭翁維素孫婧

(河北建筑工程學(xué)院，河北 張家口 075000)

主要介紹了輕骨料混凝土的發(fā)展過程以及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，闡述了輕骨料混凝土抗震性能、熱工性能和耐久性等方面的突出優(yōu)勢，分析了現(xiàn)階段存在的不足，并對未來輕骨料的發(fā)展提出了客觀的評價(jià).

輕骨料；發(fā)展現(xiàn)狀；展望；混凝土

0　引　言

輕骨料混凝土是指采用輕粗骨料、輕砂(或普通砂)、水泥和水配制而成的干表觀密度不大于1950 kg/m3的混凝土[1].根據(jù)用途可以分為三類：第一類為保溫輕骨料混凝土，主要用于保溫的圍護(hù)結(jié)構(gòu)或熱工構(gòu)筑物；第二類為結(jié)構(gòu)保溫輕骨料混凝土，主要用于既承重又保溫的圍護(hù)結(jié)構(gòu)；第三類為結(jié)構(gòu)輕骨料混凝土，主要用于承重構(gòu)件或構(gòu)筑物.其中起重要作用的輕骨料又可以分為天然輕骨料和人造輕骨料，天然輕骨料使用較多的有浮石、火山渣、自燃煤矸石等；人造輕骨料應(yīng)用最多的是人造陶粒.混凝土作為土木行業(yè)必不可少的一部分，也在扮演著重要的角色，但是一方面，混凝土容重大，比強(qiáng)度低，造價(jià)相對較高等缺點(diǎn)也是一個不爭的事實(shí)，另一方面，混凝土的大量使用加劇了砂、石等天然骨料的無節(jié)制開采，造成了不可挽回的環(huán)境破壞現(xiàn)象.基于此，對于輕骨料的研究是很有必要的，輕骨料的使用和發(fā)展可以在某些特定條件下得到改善.

1　輕骨料混凝土的研究現(xiàn)狀

1.1國外研究現(xiàn)狀

國外對于輕骨料混凝土的研究大概可以上探到上世紀(jì)二十年代，美國經(jīng)歷了十余年的探索，成功研制出頁巖陶粒，申請了專利技術(shù)，并以此作為骨料用于混凝土制作，成功研制出輕骨料混凝土.輕骨料混凝土的成功量產(chǎn)，使它的使用跨度從傳統(tǒng)的房屋、橋梁建造業(yè)一度延伸到了船舶制造行業(yè).輕骨料混凝土應(yīng)用初期，受到強(qiáng)度的影響，只能夠用于非承重構(gòu)件或者圍護(hù)結(jié)構(gòu)，這個現(xiàn)象一直持續(xù)到六十年代，美國突破性的放棄普通混凝土，轉(zhuǎn)而全部采用輕骨料混凝土作為結(jié)構(gòu)材料，成功建造了世界上首幢輕骨料混凝土大樓——休斯頓貝殼廣場大廈.關(guān)于橋梁方面，美國在本世紀(jì)初修建了全長2716米的Benicia-Martinez大橋，其中最大跨度處達(dá)到了200米.

在第二次世界大戰(zhàn)之后，歐洲各國開始將輕骨料混凝土進(jìn)行生產(chǎn)使用.在此期間，輕骨料混凝土技術(shù)得到快速發(fā)展，其中挪威一度被認(rèn)為是世界上結(jié)構(gòu)輕骨料混凝土和高強(qiáng)混凝土應(yīng)用最先進(jìn)的國家之一[6]，于20世紀(jì)末修建完工的Stolma橋和Raftsund橋是當(dāng)時世界上跨度最大的懸臂橋，主跨可以達(dá)到300米，英國也成功建造了北海石油平臺，為高強(qiáng)輕骨料混凝土的研究提供了經(jīng)驗(yàn).

前蘇聯(lián)對于輕骨料混凝土的研究時間較短，但是對于全輕混凝土的研究走在世界前端.由于全輕混凝土自身容重較小，用在建筑工程中可以大幅度降低樓體重量，對結(jié)構(gòu)抗震起到一定作用.

日本方面專門成立了高強(qiáng)人造輕骨料混凝土研究委員會，由十八家公司聯(lián)合建立，致力于高強(qiáng)粉煤灰輕骨料研究.在輕骨料混凝土應(yīng)用方面，日本多用于非結(jié)構(gòu)承重構(gòu)件，并且別出心裁的應(yīng)用到各種園林景觀布置當(dāng)中，提高觀賞性.

1.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀

國內(nèi)對于輕骨料混凝土的研究始于上世紀(jì)五十年代，開始階段只是延續(xù)前蘇聯(lián)方面的經(jīng)驗(yàn)仿造輕骨料，當(dāng)時主要是以陶粒為主，并且強(qiáng)度較低，多數(shù)用于圍護(hù)外墻板或在框架結(jié)構(gòu)中充當(dāng)填充墻體.

在六十年代初期，隨著技術(shù)的日趨成熟和經(jīng)驗(yàn)的逐漸積累，我國開始了結(jié)構(gòu)用輕骨料混凝土的研究，并完成了一些工程實(shí)例，其中的河南平頂山洛河大橋，這是國內(nèi)首座輕骨料混凝土大橋，具有代表性意義.

在20世紀(jì)末，我國對于輕骨料混凝土的研究加快了步伐，尤其是高強(qiáng)輕骨料在橋梁和建筑方面的應(yīng)用有了突破性進(jìn)展.以此為背景，建成了珠海國際會議中心，20層以上使用輕骨料混凝土建造，強(qiáng)度達(dá)到40 MPa；云南建工醫(yī)院的主體全部使用高強(qiáng)輕骨料混凝土建造，使用完好；在橋梁方面，位于天津的永定新河大橋成功在輕骨料混凝土當(dāng)中加入了預(yù)應(yīng)力體系，完成了一次大膽的探索.

2　輕骨料混凝土特征

2.1比強(qiáng)度高

輕骨料相對普通混凝土中的砂石骨料質(zhì)量偏低，在制作混凝土?xí)r可以大幅度降低其輕骨料混凝土的容重.同時近年來對高強(qiáng)輕骨料混凝土的研究日漸深入，LC40～LC50強(qiáng)度的輕骨料混凝土容重一般可以控制在2000 kg/m3以下，相對普通混凝土來說自重降低了20%～40%.比強(qiáng)度的提高，不僅可以降低建筑物自身重量，減小梁板柱等構(gòu)件的尺寸，而且隨著建筑物整體重量的下降，對地基土的承載能力要求也進(jìn)一步放寬，同時降低基礎(chǔ)部位造價(jià).

2.2抗震性能好

根據(jù)抗震規(guī)范，在地震發(fā)生時，建筑物受到的地震力與自身重量有直接關(guān)系，自重越大，相對來說地震對建筑物造成的破壞力越強(qiáng).同時，輕骨料混凝土的彈性模量相對較小，地震波傳來時，可以有效延長結(jié)構(gòu)的自振周期，減小自振頻率，利用自身相對較大的變形抵消掉一部分能量，保護(hù)建筑物，將危害降到最低.

2.3保溫效果好

輕骨料混凝土具有較低的導(dǎo)熱系數(shù)，所以在現(xiàn)代建筑工程中的外墻部位得到大量使用.一方面可以減少室內(nèi)與外部空氣的熱交換，達(dá)到節(jié)能減排的環(huán)保效果.另一方面，可以省去建筑外墻的保溫做法，加快施工進(jìn)度，節(jié)約材料和資金，還可以減少墻厚，增大室內(nèi)空間.

2.4耐久性好

輕骨料混凝土較低的熱膨脹系數(shù)可以使它在溫度發(fā)生較大突變的情況下，產(chǎn)生較小的內(nèi)部拉壓應(yīng)力，在一定范圍內(nèi)減少甚至避免了裂縫出現(xiàn).而裂縫是影響混凝土耐久性的一大重要因素，減少裂縫的產(chǎn)生相當(dāng)于提高了結(jié)構(gòu)的耐久性.同時，輕骨料內(nèi)部豐富的孔隙結(jié)構(gòu)使得它在凍融循環(huán)測試中也有很好的表現(xiàn).

3　輕骨料混凝土存在的不足

3.1離析現(xiàn)象明顯

在混凝土攪拌工程中，輕骨料的移動速度與骨料和膠凝材料之間的密度差是成正比關(guān)系的[12].由于輕骨料特有的輕質(zhì)因素，導(dǎo)致相比普通混凝土來說，骨料在攪拌過程中具有較大的上浮速度，更加容易突破膠凝材料的粘滯阻力，造成離析現(xiàn)象.

3.2坍落度損失大

輕骨料混凝土一般伴隨有內(nèi)部多孔隙的特征，這直接導(dǎo)致了輕骨料吸水能力的提高，并且在制備后期，骨料的吸水率會隨著輕骨料混凝土配制時間的延長有進(jìn)一步增大的趨勢.過大的吸水率降低了輕骨料混凝土的流動性，造成較大的坍落度損失.

3.3高壓泵送條件差

在高壓泵送條件下，會進(jìn)一步加大輕骨料的吸水能力，降低混凝土的工作性能.而且在高壓作用下，拌合物中的水泥漿體也會隨著水一并進(jìn)入到輕骨料的孔隙中，對混凝土造成一系列影響.

4　總結(jié)與展望

在輕骨料混凝土快速發(fā)展的幾十年時間里，我國對輕骨料的研究完成了從無到有，從少到多的轉(zhuǎn)變，混凝土的密度逐漸降低，強(qiáng)度越來越高，但是現(xiàn)在仍然面臨著許許多多的問題，有待于我們?nèi)ソ鉀Q.

首先，在當(dāng)今如此大的建筑市場影響下，縱使我國地大物博，自然資源豐富，也無法避免能源枯竭的一天，所以在土木行業(yè)遵行可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略是刻不容緩的，我們要加快新型混凝土材料方面的研究，減少對天然砂石等不可再生資源的需求，保護(hù)生態(tài)環(huán)境.另外，在之前的大部分輕骨料混凝土研究中，輕骨料的造價(jià)往往比普通骨料要相對較高一些，在大面積施工時，會對建設(shè)方或施工方造成一定的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，影響輕骨料混凝土技術(shù)的推廣，所以如何合理的降低制作成本也成為了一個研究者需要考慮的問題.最后，輕骨料混凝土的工作性能一直以來是比較難突破的一個重要環(huán)節(jié)，如果這個難關(guān)不能攻克，將直接影響輕骨料混凝土在施工現(xiàn)場的大面積應(yīng)用，前期所做出的研究成果無法付諸于工程實(shí)踐，要使其輕骨料混凝土大量推廣，這是必不可少的一個環(huán)節(jié).

[1]中華人民共和國建設(shè)部.JGJ51-2002輕骨料混凝土技術(shù)規(guī)程[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2002

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[12]NEVILLE A M.Properties of concrete[M].New York:John Wiley and Sons,1996:45～46

Development Status and Prospect of the Lightweight Aggregate Concrete

GAO Xu,WENG Wei-su,SUN Jing

(Hebei University of Architecture,Hebei Zhangjiakou 075000,China)

This article first introduces the development process and the research status at home and abroad of lightweight aggregate concrete.Then,it expounds the seismic performance of lightweight aggregate concrete,thermal performance and durability of outstanding advantages.At last,it analyzes its present shortage and presents objective evaluation on its future development.

lightweight aggregate;development status;prospect;concrete

2016-03-17

河北省張家口市科技局0811012B-2；2016年河北省研究生創(chuàng)新資助項(xiàng)目

高旭(1991-)，男，碩士研究生.

TU 528.2

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