高強(qiáng)輕骨料混凝土在高層建筑中的應(yīng)用前景分析

陳辰

引言

當(dāng)前我國輕骨料混凝土大多應(yīng)用于非承重構(gòu)件，例如做復(fù)合保溫隔墻、空心隔板墻、屋面板等。輕骨料混凝土也大量的應(yīng)用于輕骨料砌塊。而對于現(xiàn)澆高強(qiáng)輕骨料混凝土，應(yīng)用于高層建筑、橋梁工程、大跨度結(jié)構(gòu)中目前尚少。若將高強(qiáng)輕骨料混凝土應(yīng)用于高層建筑中，對于減輕高層建筑結(jié)構(gòu)自重，提高結(jié)構(gòu)抗震性能，改善地基的不均勻沉降方面具有顯著的效果。輕骨料的生產(chǎn)利用工業(yè)廢料，如廢棄鍋爐煤渣、火力發(fā)電站的粉煤灰等制作輕骨料混凝土，不僅可降低混凝土的生產(chǎn)成本，還變廢為寶，避免開山炸石，減輕環(huán)境污染及破壞。所以具有良好的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益，是一種可持續(xù)發(fā)展的綠色建筑材料。社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，人口不斷增加，使得建筑樓層逐漸增加，高層建筑結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展刺激了新材料，新結(jié)構(gòu)的發(fā)展，同時(shí)新材料的出現(xiàn)，也加速了高層建筑的發(fā)展。本文主要對輕骨料混凝土的特點(diǎn)以及高層建筑應(yīng)用高強(qiáng)輕骨料混凝土的必要進(jìn)行分析和探討。

1 高強(qiáng)輕骨料混凝土的特點(diǎn)

輕骨料混凝土是用水泥、輕粗骨料、輕細(xì)集料或者普通河砂、水配制而成的新型綠色建筑材料，表觀密度一般低于1950kg/m3。輕骨料分為天然輕骨料和人工輕骨料兩種。天然輕骨料包括：浮石、火山渣、工業(yè)廢料、粉煤灰陶粒、膨脹礦渣珠等。人工輕骨料包括：頁巖陶粒、粘土陶粒、膨脹珍珠巖等。相較普通混凝土，輕骨料混凝土具有容重低、保溫性能好、隔熱降噪的性能。目前最常采用的輕骨料是陶粒。

1.1 輕骨料混凝土容重低

輕骨料混凝土由于采用輕質(zhì)粗骨料，相較普通混凝土采用碎石、卵石作為粗骨料，其容重更低。應(yīng)用于結(jié)構(gòu)承重的高強(qiáng)輕骨料混凝土密度一般在1400～1900kg/m3，與相同強(qiáng)度等級的普通混凝土比，其干表觀密度低20～50%。結(jié)構(gòu)材料的輕質(zhì)使得整體結(jié)構(gòu)自重降低，其彈性模量較低，使得構(gòu)件及結(jié)構(gòu)變形性能更好，地震作用時(shí)耗能能力更好。

1.2 輕骨料混凝土保溫性能好

由于輕骨料混凝土使用的輕骨料具有多孔輕質(zhì)的特點(diǎn)，在使整體混凝土容重降低的同時(shí)，也使其導(dǎo)熱系數(shù)顯著降低。密度等級為1700的輕骨料混凝土在平衡含水率的條件下導(dǎo)熱系數(shù)低于0.87W/m·K，相比于普通混凝土的1.5W/m·K，減小40%以上[1]。

1.3 輕骨料混凝土耐熱性能好

熱量在輕骨料混凝土內(nèi)部傳導(dǎo)速率較低，使其具有更好的耐火性。一般建筑物發(fā)生火災(zāi)時(shí)，普通混凝土耐火1h，而輕骨料混凝土可耐火4h。在600℃高溫下，輕骨料混凝土能維持室溫強(qiáng)度的85%，而普通混凝土只能維持35～75%。

2 我國高層建筑結(jié)構(gòu)發(fā)近況及特點(diǎn)

2.1 我國高層建筑發(fā)展近況

目前對高層建筑的定義國內(nèi)外并未統(tǒng)一，根據(jù)我國《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2010）定義：10層及10層以上或房屋高度大于28m的建筑物視作高層建筑。現(xiàn)代高層建筑是商業(yè)化、城市化和工業(yè)化的產(chǎn)物，而現(xiàn)代高層建筑的發(fā)展離不開新型材料，新型結(jié)構(gòu)和新技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步。超高層建筑的高度近年不斷刷新，492m高的上海環(huán)球金融中心已正式投入使用；432m高的廣州西塔結(jié)構(gòu)已封頂。除上述代表性超高層建筑外，建筑主體為118層，總高為632m，結(jié)構(gòu)高度為580m的上海中心于2008年底動(dòng)工，2016年開始試運(yùn)營?？梢钥闯?，如今高層建筑也反映了一個(gè)國家以及一個(gè)地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平。

2.2 我國高層建筑發(fā)展特點(diǎn)

我國高層建筑具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：高度越來越高；超限、復(fù)雜高層建筑越來越多；推廣應(yīng)用高強(qiáng)混凝土和高強(qiáng)鋼筋；鋼-混凝土組合構(gòu)件發(fā)展迅速[2]。超高層建筑高度的不斷增加，其意義不僅僅局限于高度，同時(shí)也帶動(dòng)了整個(gè)建筑行業(yè)的發(fā)展，例如新型建筑材料的研制，新型結(jié)構(gòu)形式，以及設(shè)備制造等行業(yè)的發(fā)展。

3 高強(qiáng)輕骨料混凝土在我國高層建筑中應(yīng)用的必要性

高強(qiáng)輕骨料混凝土一般是指強(qiáng)度等級在CL40及以上的輕骨料混凝土。將高強(qiáng)輕骨料混凝土應(yīng)用于高層建筑的結(jié)構(gòu)承重構(gòu)件，例如：梁、板、柱、承重墻等結(jié)構(gòu)單元中。由于輕骨料混凝土的應(yīng)用降低構(gòu)件的容重，從而降低整個(gè)結(jié)構(gòu)的自重，使得在荷載不變的情況下，可以增加設(shè)計(jì)樓層的層數(shù)，提高土地使用率，并且我國軟土地基和地震多發(fā)地帶，可利用高強(qiáng)輕骨料混凝土替代普通混凝土作為承重構(gòu)件。

中國是一個(gè)多地震的國家，震驚世人的1976年唐山大地震，2008汶川大地震，給中國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展造成了極大的損失，同時(shí)也使人民的生命財(cái)產(chǎn)蒙受了巨大的損失。提高高層建筑的抗震性能成為一個(gè)研究的熱點(diǎn)。眾所周知，地震作用對建筑結(jié)構(gòu)的影響與建筑結(jié)構(gòu)的自身質(zhì)量成正比，質(zhì)量越大的建筑結(jié)構(gòu)，其地震反應(yīng)越強(qiáng)烈；質(zhì)量越小的建筑結(jié)構(gòu)，其地震反應(yīng)越小[3]。這就對建筑結(jié)構(gòu)的材料提出了質(zhì)輕的要求，但不能一味的降低結(jié)構(gòu)材料的質(zhì)量而忽視了強(qiáng)度，要保證結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)承載力。目前應(yīng)用于高層建筑中的結(jié)構(gòu)材料主要有：鋼、鋼筋和混凝土。采用鋼結(jié)構(gòu)形式的高層建筑：強(qiáng)度高、結(jié)構(gòu)自重輕、延性好、結(jié)構(gòu)在荷載作用下變形能力大。

4 結(jié)語

綜上所述，材料為結(jié)構(gòu)服務(wù)，結(jié)構(gòu)為人類服務(wù)。新建筑材料的研發(fā)與推廣必然促進(jìn)建筑結(jié)構(gòu)的發(fā)展。輕骨料作為一種可持續(xù)發(fā)展、綠色環(huán)保的建筑材料，有必要進(jìn)一步推廣應(yīng)用于土木工程領(lǐng)域。將高強(qiáng)輕骨料混凝土應(yīng)用于高層建筑中，不僅適應(yīng)高層建筑領(lǐng)域的發(fā)展趨勢，同時(shí)也符合社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的要求。

[1]李路蘋.陶粒輕集料結(jié)構(gòu)混凝土的性能試驗(yàn)及其節(jié)能效果分析[D].浙江大學(xué)，2015.

[2]徐培福，王翠坤，肖從真.中國高層建筑結(jié)構(gòu)發(fā)展與展望[J].建筑結(jié)構(gòu)，2009，39（09）：28～32.

[3]林鋒.高層建筑結(jié)構(gòu)與材料的抗震分析和設(shè)計(jì)探討[J].建設(shè)科技，2015，（13）：72～73.