《輕骨料混凝土》課件

2021/3/81

輕骨料混凝土

王林2021/3/82輕混凝土的分類（1）輕集料混凝土（2）多孔混凝土（3）輕集料多孔混凝土（4）大孔混凝土2021/3/83大孔混凝土2021/3/84加氣混凝土2021/3/85主要內(nèi)容1.前言2.輕骨料混凝土的定義及分類3.輕骨料性能4.輕骨料混凝土的配合比和制備要點(diǎn)5.輕骨料混凝土的優(yōu)點(diǎn)6.輕集料混凝土存在的問題7.輕骨料混凝土的技術(shù)性質(zhì)8.輕骨料混凝土在國內(nèi)的發(fā)展9.輕骨料混凝土在國外的發(fā)展10.工程應(yīng)用情況11.經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益及應(yīng)用前景2021/3/861.前言輕骨料混凝土對(duì)于高層、大跨建筑結(jié)構(gòu)以及高抗震區(qū)、軟土地基地區(qū)建筑是重要的建筑材料。目前,這種新技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各種建筑,由此所帶來的良好的效果也已日益凸現(xiàn)。2021/3/87國外工程應(yīng)用情況——休斯頓貝殼廣場(chǎng)2021/3/88國外工程應(yīng)用情況——CanaryWharf塔樓2021/3/89國外工程應(yīng)用情況——StolmaBridge2021/3/810國外工程應(yīng)用情況——RaftsundetBridge2021/3/811用于房屋建筑外墻板的非結(jié)構(gòu)體系中對(duì)輕集料及輕集料混凝土進(jìn)行研究雖然在工程中已應(yīng)用于結(jié)構(gòu)承載體系中,但技術(shù)水平與國外相比仍有很大的距離國內(nèi)輕骨料混凝土研究狀況上世紀(jì)50年代上世紀(jì)90年代目前2021/3/812國內(nèi)工程應(yīng)用情況——武漢琴臺(tái)劇場(chǎng)2021/3/813國內(nèi)工程應(yīng)用情況——珠海國際會(huì)議中心2021/3/814國內(nèi)工程應(yīng)用情況——武漢證券大廈2021/3/815國內(nèi)工程應(yīng)用情況——蔡甸漢江大橋2021/3/816國內(nèi)工程應(yīng)用情況——武漢市外環(huán)線橋面改造2021/3/8172.輕骨料混凝土的定義及分類2.1定義凡是用輕粗骨料、輕細(xì)骨料（或普通砂）、膠凝材料和水配制而成,其表觀密度不大于1950kg/m3的混凝土,稱為輕骨料混凝土。2021/3/8182.2

按其在建筑工程中的用途不同分類1.保溫輕骨料混凝土,主要用于保溫的維護(hù)結(jié)構(gòu)或者熱工構(gòu)筑物（強(qiáng)度,密度）2.結(jié)構(gòu)保溫輕骨料混凝土,主要用于不配筋或配筋的維護(hù)結(jié)構(gòu)（強(qiáng)度,密度）3.結(jié)構(gòu)輕骨料混凝土,主要用于承重的配筋構(gòu)件、預(yù)應(yīng)力構(gòu)件或構(gòu)筑物（強(qiáng)度,密度）2021/3/8192.2按所用細(xì)骨料品種分類

1.全輕混凝土:細(xì)骨料采用輕砂的輕骨料混凝土2.砂輕混凝土:采用部分或全部輕砂作為細(xì)骨料的輕骨料混凝土3.無砂輕骨料混凝土:輕骨料中不含有細(xì)骨料2021/3/8203.輕骨料的性能3.1顆粒級(jí)配尤其是粗骨料的最大粒徑,對(duì)輕骨料混凝土的工作性、耐久性、強(qiáng)度等影響最大。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定結(jié)構(gòu)輕骨料混凝土用的粗骨料,其最大粒徑不宜大于20mm。保溫及結(jié)構(gòu)保溫輕骨料混凝土用的粗骨料,其最大粒徑不宜大于30mm。顆粒級(jí)配也應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)要求。2021/3/8213.輕骨料的性能3.2堆積密度堆積密度不僅能反映出輕骨料的強(qiáng)度大小,還能反映出輕骨料的顆粒密度、粒形、級(jí)配、粒徑的變化。堆積密度小于300kg/m3,只能用于配制非承重的、保溫用的輕骨料混凝土。2021/3/8223.輕骨料的性能3.3筒壓強(qiáng)度我國規(guī)定用筒壓強(qiáng)度測(cè)定粗輕骨料的強(qiáng)度。測(cè)定方法是將10-20mm粒級(jí)的粗骨料裝入截面為115mm2的圓筒內(nèi)做抗壓試驗(yàn),取壓入深度為2cm時(shí)的強(qiáng)度為輕骨料的筒壓強(qiáng)度。由于輕骨料在筒內(nèi)做點(diǎn)接觸,因此其抗壓強(qiáng)度不是輕骨料的極限抗壓強(qiáng)度,只是反映顆粒強(qiáng)度的相對(duì)強(qiáng)度。與松堆密度有密切關(guān)系。2021/3/8233.輕骨料的性能3.4吸水率輕骨料的吸水率主要以測(cè)定其干燥狀態(tài)的吸水率作為評(píng)定輕骨料質(zhì)量和確定混凝土拌合物附加水量的指標(biāo)。吸水率過大會(huì)給混凝土帶來不利的影響。工作性難以控制,保溫、抗凍、強(qiáng)度降低。國標(biāo)中規(guī)定除脹燒陶粒（24h）外,其它輕骨料取1小時(shí)吸水率作為附加水的依據(jù)。輕骨料的吸水率一般不宜大于22%。2021/3/8243.輕骨料的性能3.5抗凍性

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定經(jīng)15次凍融循環(huán)的重量損失不大于15%。2021/3/8254.輕骨料混凝土的制備和施工要點(diǎn)4.1配合比設(shè)計(jì)要點(diǎn)1、滿足表觀密度的要求2、滿足應(yīng)考慮的特殊性能3.用水量和有效水灰比的確定每立方米輕骨料混凝土的總用水量減去1小時(shí)后吸水量（附加用水量）的凈用水量稱為有效用水量，其與水泥之比為有效水灰比。有效水灰比的選擇不能超過工程所處環(huán)境的最大允許水灰比。2021/3/8264.輕骨料混凝土的制備和施工要點(diǎn)4.配合比設(shè)計(jì)步驟(絕對(duì)體積法)⑴試配強(qiáng)度2021/3/8274.輕骨料混凝土的制備和施工要點(diǎn)⑵確定水泥用量2021/3/8284.輕骨料混凝土的制備和施工要點(diǎn)⑶確定凈用水量2021/3/8294.輕骨料混凝土的制備和施工要點(diǎn)⑷確定體積砂率值其中現(xiàn)澆混凝土輕砂砂率在35-50%；普通砂在35-45%。⑸計(jì)算細(xì)骨料用量2021/3/8304.輕骨料混凝土的制備和施工要點(diǎn)⑹計(jì)算粗骨料用量2021/3/8314.輕骨料混凝土的制備和施工要點(diǎn)⑺計(jì)算水的總用量⑻計(jì)算混凝土的干表觀密度2021/3/832設(shè)計(jì)實(shí)例2021/3/8332021/3/8344.輕骨料混凝土的制備和施工要點(diǎn)4.2輕混凝土施工中應(yīng)注意的問題1、可以采用干燥骨料，也可以將粗輕骨料預(yù)先潤(rùn)濕處理。潤(rùn)濕處理輕骨料拌制的混凝土和易性與水灰比比較穩(wěn)定。露天堆放時(shí)必須及時(shí)測(cè)定含水率，并調(diào)整用水量。2、由于拌合物中輕骨料易上浮，因此選用強(qiáng)制式攪拌機(jī)。3.外加劑在骨料吸水后加入。2021/3/8354.輕骨料混凝土的制備和施工要點(diǎn)4、現(xiàn)場(chǎng)澆注的豎向結(jié)構(gòu)物，每層澆注高度宜控制在30-50mm。拌合物澆注傾落高度為大于2m時(shí)，應(yīng)加串筒、斜槽、溜管等輔助工具，避免離析。5、振搗以搗實(shí)為準(zhǔn)，振搗時(shí)間不宜過長(zhǎng)，以防集料上浮，宜在10-30秒。6.澆注成型后，應(yīng)避免由于表面失水太快引起表面網(wǎng)狀裂紋，所以早期應(yīng)加強(qiáng)潮濕養(yǎng)護(hù)，應(yīng)不少于2-14天。2021/3/8365.輕骨料混凝土的優(yōu)點(diǎn)輕質(zhì)高強(qiáng):CL30以上的高強(qiáng)輕集料混凝土的表觀密度為1600kg／m3～1900kg／m3，比相同強(qiáng)度等級(jí)的普通密度混凝土輕25%～30%。當(dāng)輕骨料混凝用于建造橋梁時(shí)，將帶來顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，可使橋梁的跨度增大，減少橋墩的數(shù)量，減少上部結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力鋼筋的用量，降低基礎(chǔ)處理的費(fèi)用(尤其在沿海地基上，由于基礎(chǔ)處理費(fèi)用相對(duì)較高，節(jié)省的幅度將更大)，降低原材料和構(gòu)件運(yùn)輸和安裝費(fèi)用等。2021/3/8372021/3/8385.輕骨料混凝土的優(yōu)點(diǎn)隔熱保濕性能好；表觀密度為1750kg／m3的高強(qiáng)輕集料混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)為0.84w／m?k,大大低于普通密度混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)l.5w／m?k,22cm厚的輕集料混凝土墻板阻值相當(dāng)于37cm磚墻。2021/3/8395.輕骨料混凝土的優(yōu)點(diǎn)耐火性好:一般建筑物發(fā)生火災(zāi)時(shí)，普通密度混凝土耐火lh，而輕集料混凝土可耐火4h，在600℃高溫下，輕集料混凝土能維護(hù)室溫強(qiáng)度的85%，而普通密度混凝土只能維持35%～75%。2021/3/840抗震性能好:由于它密度小、質(zhì)量輕、彈性模量低，因而在地震荷載作用下所承受的地震力就小，對(duì)沖擊能的吸收很快，減震效果顯著。經(jīng)歷了唐山大地震的京津地區(qū)的幾十棟輕骨料混凝土的工業(yè)與民用建筑，基本上都完好無損。輕集料混凝土相對(duì)抗震系數(shù)為109，普通密度混凝土為84，磚砌體為64。5.輕骨料混凝土的優(yōu)點(diǎn)2021/3/8415.輕骨料混凝土的優(yōu)點(diǎn)抗?jié)B性好:由于高強(qiáng)輕集料混凝土的“雙微孔”微泵性能，其界面粘結(jié)非常好，堵住了水路，抗?jié)B性能優(yōu)良。寧波建造的兩條輕集料混凝土囤船，水上作業(yè)愈十余年仍未出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。2021/3/8425.輕骨料混凝土的優(yōu)點(diǎn)高抗裂性:在同樣的約束條件和溫差作用下，輕骨料混凝土的開裂趨勢(shì)較小。且它能利用輕骨料內(nèi)部所含水分進(jìn)行養(yǎng)護(hù),抑制自身收縮和干縮。對(duì)日本東京高速公路３３萬平方米陶粒混凝土橋面板進(jìn)行的專業(yè)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，其開裂程度僅為普通混凝土的1/3。2021/3/843

5.輕骨料混凝土的優(yōu)點(diǎn)此外,同普通混凝土相比,輕骨料混凝土的熱膨脹系數(shù)和彈性模量較小,使得由于冷縮和干縮作用引起的拉應(yīng)力相對(duì)較小,表現(xiàn)為輕骨料混凝土構(gòu)件的抗裂性較好,這對(duì)改善結(jié)構(gòu)的耐久性,延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的使用壽命。2021/3/844在高耐久性方面,由于輕骨料與砂漿之間的良好彈性協(xié)調(diào)性減少了內(nèi)應(yīng)力及相應(yīng)的微裂紋,輕骨料與砂漿之間粘接緊密,強(qiáng)化了普通混凝土中最薄弱的環(huán)節(jié),抗?jié)B性和耐久性都非常好。國際上已有結(jié)構(gòu)輕骨料混凝土在嚴(yán)酷暴露條件下的海洋結(jié)構(gòu)物以及橋梁中成功應(yīng)用８０多年的實(shí)例。5.輕骨料混凝土的優(yōu)點(diǎn)2021/3/8455.輕骨料混凝土的優(yōu)點(diǎn)綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果好:盡管高強(qiáng)輕集料混凝土單方造價(jià)比同強(qiáng)度等級(jí)的普通密度混凝土高，但由于其減輕了建筑物的自重、降低基礎(chǔ)處理費(fèi)用、縮小結(jié)構(gòu)斷面和增加使用面積，可降低工程造價(jià)5━10％，同時(shí)可以增加橋梁跨度，因而具有顯著的綜合經(jīng)濟(jì)效益。2021/3/8466.輕骨料混凝土存在的問題在拌和和澆筑階段,由于輕集料的多孔、吸水性質(zhì)會(huì)影響輕集料混凝土的工作性能；在混凝土硬化階段,較高的水泥用量,良好的保溫性能則會(huì)引起較高的水化溫升；2021/3/8476.輕骨料混凝土存在的問題輕集料中的水分會(huì)在很大范圍影響硬化水泥石組成和結(jié)構(gòu)以及輕集料與水泥石的界面組成與結(jié)構(gòu)。因此,在早期的硬化過程中混凝土體積穩(wěn)定性與輕集料中水分的變化有很大的關(guān)系；輕集料混凝土硬化后由于收縮變形大,易于開裂,嚴(yán)重影響混凝土的使用壽命等問題。2021/3/8487.輕骨料混凝土的技術(shù)性質(zhì)7.1新拌輕集料混凝土結(jié)構(gòu)形成特點(diǎn)對(duì)于輕集料混凝土,比重較小的輕集料、水等上浮,水泥漿和細(xì)集料砂下沉,造成混凝土整體的不均勻,形成了混凝土的外分層結(jié)構(gòu)。這與普通混凝土恰恰相反。2021/3/8497.2輕骨料混凝土的強(qiáng)度輕骨料混凝土的強(qiáng)度分別取決于水泥砂漿的強(qiáng)度、骨料的強(qiáng)度。由于輕骨料和水泥石之間的牢固的黏結(jié)力,界面不再是薄弱環(huán)節(jié)。強(qiáng)度一般隨水泥石強(qiáng)度和水泥用量的增加而提高；當(dāng)水泥石強(qiáng)度與水泥用量一定時(shí),其強(qiáng)度又隨輕骨料本身強(qiáng)度的提高而提高。2021/3/850輕骨料界面砂漿輕混凝土——界面顯著加強(qiáng)2021/3/8517.3

輕骨料混凝土變形性能7.3.2彈性模量混凝土的彈性模量取決于骨料和水泥石的彈性模量,以及兩種組成在混凝土中的比例。我國輕骨料混凝土的彈性模量比同標(biāo)號(hào)的普通混凝土低25％—65％。其中堆積密度大于1400kg/m3,CL30以上的高強(qiáng)度輕骨料混凝土低25％－30％,堆積密度小于1400kg/m3,標(biāo)號(hào)小于CL15結(jié)構(gòu)保溫輕骨料混凝土低60％－65％。2021/3/8527.3.2

徐變輕骨料混凝土與同標(biāo)號(hào)的普通混凝土相比,由于水泥用量較多、骨料的彈性模量小和骨料限制變形的能力低,故一般輕骨料混凝土徐變要比普通混凝土大些。例如CL20-CL40的輕骨料混凝土徐變大15％－40％。上海CL40粉煤灰陶粒混凝土的徐變測(cè)試結(jié)果,在加荷為0.4倍軸壓強(qiáng)度時(shí),一年的徐變比普通混凝土大15％。2021/3/8537.3.3收縮在干燥空氣條件下,輕骨料混凝土最終收縮值約為0.4-1mm/m,其為同標(biāo)號(hào)普通混凝土收縮的1-1.5倍。2021/3/8547.3.4溫度變形輕骨料的彈性模量小,所以在混凝土中對(duì)水泥石的溫度變化約束力也小。一般情況,輕骨料混凝土的線膨脹系數(shù)7×10-6/k-11×10-6/k；

卵石混凝土為9×10-6/k-13×10-6/k；

石灰石混凝土為6×10-6/k-9×10-6/k。2021/3/8557.3.5抗凍性由于輕骨料多孔,因此當(dāng)采用輕骨料配制混凝土?xí)r,即使不摻引氣劑也能獲得良好的抗凍性2021/3/8568.輕骨料混凝土在國內(nèi)的發(fā)展1956年在山東博山利用水泥回轉(zhuǎn)窯試制成功我國第一批粘土陶粒之后,至1975年輕集料的生產(chǎn)有了一定的規(guī)模,生產(chǎn)廠家發(fā)展到十幾個(gè),輕集料及其混凝土的科研取得一定的成績(jī),當(dāng)時(shí),輕集料混凝土主要用作墻體材料,混凝土強(qiáng)度等級(jí)低于CL20,輕集料混凝土大量用于生產(chǎn)工業(yè)與民用建筑的裝配式大型墻板,少量用作砌塊。2021/3/8578.輕骨料混凝土在國內(nèi)的發(fā)展1975年以后,隨著我國建筑工業(yè)化和墻體改革的發(fā)展,輕集料生產(chǎn)和應(yīng)用得到較大發(fā)展,天然輕集料開始大量開采和利用。至1978年各種輕集料的年產(chǎn)量達(dá)115萬m3,其中人造輕集料約30萬m3,天津、西安、上海等地研制出CL30干硬性高強(qiáng)輕集料混凝土,并將其應(yīng)用試制預(yù)應(yīng)力空心樓板和屋面板以及最大跨度達(dá)七米的預(yù)應(yīng)力雙T板和折板。2021/3/858至1990年,我國人造輕集料生產(chǎn)廠有30余家,設(shè)計(jì)年產(chǎn)量53萬m3,1990年實(shí)際生產(chǎn)量為30萬m3,僅達(dá)生產(chǎn)能力的57％。同年由中國建筑科學(xué)研究院主持編制出《輕集料混凝土技術(shù)規(guī)程》JGJ51—90,新規(guī)程達(dá)到了美、俄、德等國同類標(biāo)準(zhǔn)水平。為我國進(jìn)一步發(fā)展輕集料混凝土技術(shù)提供了科學(xué)理論依據(jù)和技術(shù)保證。8.輕骨料混凝土在國內(nèi)的發(fā)展2021/3/8598.輕骨料混凝土在國內(nèi)的發(fā)展1986年,由國家建工總局和上海市建委下達(dá)的嵐皋路高層試點(diǎn)項(xiàng)目建筑三幢二十層鋼筋粘土輕集料混凝土全大模剪力墻住宅樓,該工程是由原設(shè)計(jì)18層的普通混凝土改造成20層輕集料混凝土,由于采用了輕集料混凝土,每m2自重減輕13％,使用面積凈增1200m2,基礎(chǔ)造價(jià)減少10%,節(jié)約鋼材3.7％,實(shí)際降低建筑造價(jià)16%,與臨近同結(jié)構(gòu)的18層普通混凝土住宅建筑相比,沉降量小32.5％,具有顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。2021/3/860近幾年來在國家墻改政策的推動(dòng)下,輕集料的生產(chǎn)又得到進(jìn)一步發(fā)展,僅合肥地區(qū)就新增兩家粘土陶粒生產(chǎn)廠,加上原來一家非鍛燒粉煤灰輕集料廠輕集料年產(chǎn)量達(dá)3萬m3。但我國輕集料混凝士的應(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。8.輕骨料混凝土在國內(nèi)的發(fā)展2021/3/8618.輕骨料混凝土在國內(nèi)的發(fā)展我國高強(qiáng)輕集料混凝土的研究始于七十年代。天津建筑科學(xué)研究所等單位在實(shí)驗(yàn)室用高強(qiáng)粉煤灰陶粒配制出CL40干硬高強(qiáng)輕集料混凝土。八十年代初,鐵道部大橋局橋梁科學(xué)技術(shù)研究所在實(shí)驗(yàn)室采用高強(qiáng)粘土陶粒和625＃水泥配制出CL40干硬性高強(qiáng)輕集料混凝土,將CL40粉煤灰陶粒高強(qiáng)混凝土應(yīng)用于金山公路跨度為22米的箱形預(yù)應(yīng)力橋梁,使橋梁自重減輕20％以上,是我國高強(qiáng)輕集料混凝土應(yīng)用的一個(gè)成功范例。2021/3/862目前,我國關(guān)于高性能混凝土技術(shù)的研究正方興未艾。高強(qiáng)頁巖輕骨料的開發(fā)和生產(chǎn),為高等級(jí)輕骨料混凝土的發(fā)展鋪平了道路。一些大專院校、科研、工程建設(shè)單位己經(jīng)先后開展了高強(qiáng)輕集料混凝土和高性能輕集料混凝土的研究,并在一些橋梁、高層建筑中應(yīng)用。可是相比之下我國高性能輕集料混凝土的研究仍然處于起步階段,水平較低。8.輕骨料混凝土在國內(nèi)的發(fā)展2021/3/8639.工程應(yīng)用情況在1969年,美國就用高強(qiáng)輕集料混凝土建成了高217.6m,52層的休斯敦貝殼廣場(chǎng)大廈；日本在軟土地基上用40MPa的頁巖陶粒高強(qiáng)混凝土建造了32.2m的雙線鐵路預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土橋梁；美國采用高強(qiáng)輕集料混凝土建造了北海石油平臺(tái)；挪威已成功應(yīng)用CL60級(jí)輕集料混凝土建造了世界上跨度最大的懸臂橋。2021/3/8641960年在河南平頂山我國建成了第一座輕集料混凝土大橋——洛河大橋。此后,在寧波和上海之間又建造了三十多座中、小型預(yù)制箱形預(yù)應(yīng)力公路橋,南京長(zhǎng)江大橋和九江、黃河大橋的部分橋面板先后也應(yīng)用了輕集料混凝土；珠海國際會(huì)議中心應(yīng)用了CL30泵送高強(qiáng)輕集料混凝土；南京寧波高速公路橋面施工中應(yīng)用了CL40高強(qiáng)輕集料混凝土。2021/3/865國外輕骨料混凝土應(yīng)用典型實(shí)例

休斯敦貝殼廣場(chǎng)大廈建造時(shí)間1967年一1969年,52層,高218m,建筑面積130000m2。該建筑原設(shè)計(jì)為35層的簡(jiǎn)中簡(jiǎn)結(jié)構(gòu)體系,設(shè)計(jì)人員在仔細(xì)分析了所有結(jié)構(gòu)地基的情況后,提出全部梁、板、柱墻體鋼筋網(wǎng)基礎(chǔ)采用輕骨料混凝土的主張,就地面標(biāo)高一7.18m浮型鋼筋網(wǎng)基礎(chǔ)而言,可在原采用普通混凝土建造35層的相同重量情況下,以同樣的開挖深度建成52層的大廈,有效地提高了土地的利用率,取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。2021/3/866國外輕骨料混凝土應(yīng)用典型實(shí)例挪威特若爾海洋采油(氣)平臺(tái)挪威特若爾(