輕骨料混凝土

1、輕骨料混凝土的發(fā)展及應(yīng)用姓名：呂浩陽學(xué)號：g201409106系別：建筑工程學(xué)院輕骨料混凝土的發(fā)展及應(yīng)用摘要：輕骨料混凝土的應(yīng)用具有巨大的直接和間接技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，針對國內(nèi)外輕骨料混凝土技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，對輕骨料混凝土的性能進(jìn)行了詳細(xì)的分析。探討了輕骨料混凝土應(yīng)用中存在的問題，并對解決措施予以展望。關(guān)鍵詞：輕骨料；混凝土；耐久性1前言混凝土是現(xiàn)代工程結(jié)構(gòu)中最大宗的建筑材料之一。全世界混凝土年產(chǎn)量約90億噸，我國占40%以上，每年要用掉20億噸以上的天然骨料。對骨料等資源的大量開采已造成了很多地方出現(xiàn)資源匾乏、耕地破壞、山林遭毀等問題。利用天然輕骨料、工業(yè)廢料輕骨料、人造輕骨料等制成的輕骨料混凝土具

2、有密度較小、相對強(qiáng)度高以及保溫、抗凍性能好等優(yōu)點(diǎn)，降低結(jié)構(gòu)自重的同時也在很大程度上節(jié)約水泥、鋼筋等建筑材料，具有明顯的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。利用工業(yè)固體廢棄物如粉煤灰、鍋爐煤渣、煤矸石等制備輕質(zhì)混凝土，可降低混凝土的生產(chǎn)成本，廢物利用，減少城市或廠區(qū)的污染，減少堆積廢料占用的土地用量，可以有效地利用資源和保護(hù)環(huán)境1。2輕骨料混凝土的發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀2.1國外應(yīng)用現(xiàn)狀美國早在1913年就研制成功了頁巖陶粒(國外又稱膨脹頁巖)，很快就用它配制成抗壓強(qiáng)度為30-35MPa的輕集料混凝土，并應(yīng)用在了房屋建筑、船舶制造和橋梁工程中。20世紀(jì)60年代中期，美國采用輕骨料混凝土取代普通混凝土，修建了52層218米高

3、的休斯頓貝殼廣場大廈，所用輕骨料混凝土的干表觀密度為1840 kg/m3，抗壓強(qiáng)度32-42MPa，取得了顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。2001美國在California用輕骨料混凝土建成的Benicia-Martinez橋，該橋總長2716米，最大跨度200米，所用輕骨料混凝土28天抗壓強(qiáng)度為45MPa，干表觀密度1920 kg/m3。1993年以來美國每年輕骨料使用量都在350-415萬m3，其中用于結(jié)構(gòu)混凝土部分占80萬m3左右。 20世紀(jì)90年代初期，挪威、日本等國家研究了高性能輕骨料混凝土的配方、生產(chǎn)工藝、高性能輕骨料等，重點(diǎn)在于改善混凝土的工作性和耐久性，并取得了一定的成果。例如，英國采用高

4、強(qiáng)輕骨料混凝土建造了北海石油平臺；挪威已成功應(yīng)用CL60級輕骨料混凝土建造了世界上跨度最大的懸臂橋；日本則在1998年成立了一個由18家公司組成的高強(qiáng)輕骨料混凝土研究委員會，專門研究粉煤灰輕骨料混凝土。如今，國外發(fā)達(dá)國家高性能輕骨料混凝土的應(yīng)用已取得了豐富的經(jīng)驗。CL 50-CL60輕骨料混凝土已在工程中大量使用，結(jié)構(gòu)輕骨料混凝土的抗壓強(qiáng)度最高為80MPa，其表觀密度在1800-2000kg/m3之間。2.2國內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)狀我國的輕骨料混凝土的研究始于20世紀(jì)50年代，以陶粒混凝土的研制居多，沸石和煤矸石等輕骨料混凝土產(chǎn)量較少。先后研制成粘土陶粒、頁巖陶粒和燒結(jié)粉煤灰陶粒等人造輕骨料。我國輕骨料混

5、凝土在承重結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用與發(fā)展始于60年代初期：1960年在河南平頂山建成了第一座輕骨料混凝土大橋-洛河大橋，此后在其他橋梁上也部分應(yīng)用了輕骨料混凝土。到了90年代初期，由于我國的輕骨料質(zhì)量較差，以粉煤灰為主的其它品種陶粒的質(zhì)量不盡人意，所配制的結(jié)構(gòu)用輕骨料混凝土的表觀密度一般為1800-1950kg/m3，抗壓強(qiáng)度為5.0-25MPa，即密度較大，而強(qiáng)度偏低，輕骨料混凝土主要用作一些非承重結(jié)構(gòu)，而很少用于結(jié)構(gòu)工程。同時由于造價原因，在非結(jié)構(gòu)工程中的經(jīng)濟(jì)效益不顯著，使其應(yīng)用和發(fā)展受到一定的限制。直到20世紀(jì)90年代中后期，在國內(nèi)外輕骨料混凝土技術(shù)迅速發(fā)展的推動下，我國高強(qiáng)輕骨料混凝土的研究和應(yīng)用

6、開始出現(xiàn)了新的轉(zhuǎn)機(jī)，高強(qiáng)輕骨料的生產(chǎn)已形成一定的規(guī)模。在此背景下，輕骨料混凝土又開始在高層建筑和橋梁工程中獲得應(yīng)用。如珠海國際會議中心采用了LC 30泵送輕骨料混凝土，武漢證券大廈64-68層樓板使用了LC35輕骨料混凝土，云南建工醫(yī)院主體結(jié)構(gòu)使用LC40輕骨料混凝土，天津永定新河大橋引橋應(yīng)用了預(yù)應(yīng)力LC40高強(qiáng)輕骨料混凝土。 目前，我國輕集料混凝土的應(yīng)用仍主要用于低強(qiáng)度的非承重結(jié)構(gòu)，如生產(chǎn)小砌塊。在高層建筑和大跨度的橋梁中的應(yīng)用與國外相比還很少，雖然現(xiàn)在也能配制出抗壓強(qiáng)度達(dá)70MPa的結(jié)構(gòu)輕集料混凝土，但在工程中實(shí)際只用到LC 40。在工程施工中，南京等地雖成功的嘗試泵送施工，但大量輕集料混

7、凝土仍采用常規(guī)的方法，泵送混凝土技術(shù)應(yīng)用很少，尚未能適應(yīng)現(xiàn)代化施工的要求，與發(fā)達(dá)國家仍有不小的差距 2。3輕骨料混凝土的特點(diǎn)3.1輕骨料混凝土組成結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 輕集料混凝土的組成除用輕集料代替普通混凝土的天然巖石集料外，其余材料組成與普通混凝土基本相同。而輕集料對混凝土主要性能的影響與普通集料對混凝土主要性能的影響有許多相同之處，輕集料與普通集料的不同點(diǎn)主要是質(zhì)輕、內(nèi)部具有高度的多孔性、在水泥漿中具有吸水放水的作用，本身強(qiáng)度低，彈性模量低。輕集料多孔性使輕集料混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生了以下變化: (1)輕集料與水泥石界面層致密，缺陷減少:輕集料吸收水泥中部分水分，使界面區(qū)水灰比降低，硬化水泥石密實(shí)度增加

8、；輕集料中預(yù)濕吸收的水隨水泥水化進(jìn)程不斷釋放出來，補(bǔ)充水泥水化用水，進(jìn)一步提高了界面區(qū)結(jié)構(gòu)密實(shí)性；輕集料早期吸水，使普通集料表面常見的水囊在輕集料混凝土中消失，減少了界面缺陷；吸入輕集料表面開放孔中的水泥漿的錨固作用，提高了界面強(qiáng)度。(2)輕集料混凝土中孔含量增加:輕集料中孔的存在，可以有效的緩解凍漲、堿集料反應(yīng)等膨脹作用。(3)水泥石內(nèi)受返水的養(yǎng)護(hù)作用，使水泥水化程度提高，水泥石孔隙率降低、孔徑減?。环邓饔脺p少早期的開裂，且隨輕集料預(yù)濕程度的提高，養(yǎng)護(hù)齡期的延長，水泥石結(jié)構(gòu)變化愈明顯。3.2輕骨料混凝土的性能特點(diǎn) 與普通混凝土相比輕集料混凝土具有如下獨(dú)特的性能特點(diǎn): (1)比強(qiáng)度高:40-

9、50MPa的輕集料混凝土體積密度可保持在1700kg/m3-1900 kg/m3，比普通混凝土輕1/5左右。 (2)具有隔熱、保溫、保濕功能:體積密度為1750kg/m3的輕集料混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)大大低于普通密度混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)，因此從建筑節(jié)能方面考慮，采用輕集料混凝土作墻體材料，較傳統(tǒng)的實(shí)心粘士磚或普通混凝土可節(jié)能約30% -50%。 (3)耐火性好:耐火能力是普通混凝土的4倍。在650高溫下，輕集料混凝土能維持室溫時強(qiáng)度的85%，而普通混凝土只能維持35%-75%。 (4)抗震性能好:其構(gòu)筑物在地震荷載下對沖擊波能量吸收快，減震效果好。陶?；炷料鄬拐鹣禂?shù)為109，普通混凝土為84，磚砌體

10、為64。 (5)耐久性好: 輕集料混凝土具有與高性能普通密度混凝土相當(dāng)?shù)哪途眯浴Ｈ?0-100MP的高強(qiáng)輕集料混凝土具有非常低的滲透性和良好的抗凍性。Holm等人把輕集料混凝土的高抗?jié)B性歸結(jié)于輕集料與水泥石之間優(yōu)良的界面以及混凝土整體結(jié)構(gòu)更加均勻等原因。 (6)抗裂性好:同普通混凝土相比，輕集料混凝土的熱膨脹系數(shù)和彈性模量小，使得由于冷縮和干縮作用引起的拉應(yīng)力相對較?。煌瑫r，輕集料具有自養(yǎng)護(hù)作用，可減少輕集料混凝土的開裂，這對改善結(jié)構(gòu)的耐久性是十分有利的。 (7)無堿集料效應(yīng):輕集料中雖然都含有活性成分，但至今尚未見到有關(guān)輕集料混凝土由于堿集料反應(yīng)造成破壞的報道。(8)綜合經(jīng)濟(jì)效益好:盡管輕骨

11、料自身的價格比普通石子貴，但是由于其減輕了結(jié)構(gòu)自重，縮小斷面尺寸，增加使用面積，降低基礎(chǔ)荷載而具有顯著的綜合經(jīng)濟(jì)效益2。4輕骨料混凝土存在的主要問題 (1)比普通混凝土更加容易遭受裂縫的影響。加入適量的纖維可以減少裂縫。在相同纖維摻量條件下，纖維越短，纖維數(shù)量越多，需要包裹纖維的水泥漿的量越多，混凝土的粘度越大，越不易離析。 (2)輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土的集料易于漂浮在拌和物表面，產(chǎn)生上大下小的分層離析結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致工作性能差，不能滿足現(xiàn)代混凝土建筑施工的要求，為此，開展控制輕集料混凝土分層離析技術(shù)的研究十分必要，通過摻加礦物摻各料、調(diào)整砂率、摻加適宜品種的纖維和減小輕集料粒徑等技術(shù)措施可配制工作性能好，

12、易泵送的CL40-CL60高強(qiáng)輕集料混凝土。(3)輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土除了坍落度損失問題外，還有粘性大的問題，這給泵送施工也造成很大的困難，影響了高強(qiáng)混凝土推廣應(yīng)用。就目前混凝土材料技術(shù)水平來說，要徹底解決這個問題還有一定的困難?，F(xiàn)在一般采用一些綜合措施使輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土粘性和坍落度損失在一定程度上得以改善。如歐洲一些國家采取集料常壓預(yù)濕處理、加壓預(yù)濕、沸煮預(yù)濕等探索，部分工程中有應(yīng)用。(4)高強(qiáng)混凝土的養(yǎng)護(hù)問題必須充分重視，早期要做好保溫保水養(yǎng)護(hù)。與普通混凝土不同之處:一方面，水灰比低，用水量少，早期水化反應(yīng)用水量相對較大，因而很少有多余的水分，而且混凝土表面也會因失水發(fā)生干縮裂紋；另一方面，輕質(zhì)高

13、強(qiáng)混凝土水泥用量大，水泥活性高，反應(yīng)速度快，水化熱高，體積稍大的混凝土結(jié)構(gòu)中心部位水化熱高峰期的溫度可達(dá)到900左右，因此輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土的表面保溫養(yǎng)護(hù)非常重要。防止輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土表面裂紋，對保持高耐久性有重要意義3。5結(jié)語隨著現(xiàn)代建筑技術(shù)的發(fā)展，輕骨料混凝土以其輕質(zhì)、高強(qiáng)、多功能的特點(diǎn)在大跨結(jié)構(gòu)、高層建筑、軟土地基以及海上平臺、移動結(jié)構(gòu)等工程中有著廣泛的應(yīng)用前景。利用工業(yè)廢渣等制備的輕骨料混凝土，可降低生產(chǎn)成本，并可減少污染，做到廢物利用，有利于環(huán)境保護(hù)，符合現(xiàn)代可持續(xù)發(fā)展的要求。加強(qiáng)對輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)性能和耐久性能的研究，制定輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工規(guī)程，促進(jìn)輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土在高層建筑，大跨度橋梁及海工構(gòu)筑物中的廣泛應(yīng)用。作為與傳統(tǒng)的普通混凝土不同的新材料，輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土具有自身的特點(diǎn)與優(yōu)點(diǎn)，要求廣大的技術(shù)工作者了解與掌握，以更好地促進(jìn)其在更廣闊的土木建設(shè)工程中得到普遍的認(rèn)同和廣泛應(yīng)用，對輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土的探討與實(shí)踐必將有助于我國建設(shè)事業(yè)的發(fā)展。參考文獻(xiàn)：1蔡路，陳太林.輕骨料混凝土