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1、轻骨料混凝土 王 林,轻混凝土的分类,（1）轻集料混凝土（2）多孔混凝土（3）轻集料多孔混凝土（4）大孔混凝土,大孔混凝土,加气混凝土,主要内容,1.前言2.轻骨料混凝土的定义及分类3.轻骨料性能4.轻骨料混凝土的配合比和制备要点5.轻骨料混凝土的优点6.轻集料混凝土存在的问题7.轻骨料混凝土的技术性质8.轻骨料混凝土在国内的发展9.轻骨料混凝土在国外的发展10.工程应用情况11.经济、社会效益及应用前景,1.前言,轻骨料混凝土对于高层、大跨建筑结构以及高抗震区、软土地基地区建筑是重要的建筑材料。目前，这种新技术已广泛应用于各种建筑，由此所带来的良好的效果也已日益凸现。,国外工程应用情况休斯顿
2、贝壳广场,国外工程应用情况Canary Wharf塔楼,国外工程应用情况Stolma Bridge,国外工程应用情况Raftsundet Bridge,用于房屋建筑外墙板的非结构体系中,对轻集料及轻集料混凝土进行研究,虽然在工程中已应用于结构承载体系中，但技术水平与国外相比仍有很大的距离,国内轻骨料混凝土研究状况,国内工程应用情况武汉琴台剧场,国内工程应用情况珠海国际会议中心,国内工程应用情况武汉证券大厦,国内工程应用情况蔡甸汉江大桥,国内工程应用情况武汉市外环线桥面改造,2.轻骨料混凝土的定义及分类,2.1定义 凡是用轻粗骨料、轻细骨料（或普通砂）、胶凝材料和水配制而成，其表观密度不大于19
3、50kg/m3的混凝土,称为轻骨料混凝土。,2.2 按其在建筑工程中的用途不同分类,1.保温轻骨料混凝土，主要用于保温的维护结构或者热工构筑物（强度，密度）2.结构保温轻骨料混凝土，主要用于不配筋或配筋的维护结构（强度，密度）3.结构轻骨料混凝土，主要用于承重的配筋构件、预应力构件或构筑物（强度，密度）,2.2按所用细骨料品种分类 1.全轻混凝土：细骨料采用轻砂的轻骨料混凝土2.砂轻混凝土：采用部分或全部轻砂作为细骨料的轻骨料混凝土3.无砂轻骨料混凝土：轻骨料中不含有细骨料,3.轻骨料的性能,3.1 颗粒级配 尤其是粗骨料的最大粒径，对轻骨料混凝土的工作性、耐久性、强度等影响最大。标准规定结构
4、轻骨料混凝土用的粗骨料，其最大粒径不宜大于20mm。保温及结构保温轻骨料混凝土用的粗骨料，其最大粒径不宜大于30mm。颗粒级配也应符合标准要求。,3.轻骨料的性能,3.2 堆积密度 堆积密度不仅能反映出轻骨料的强度大小,还能反映出轻骨料的颗粒密度、粒形、级配、粒径的变化。堆积密度小于300kg/m3，只能用于配制非承重的、保温用的轻骨料混凝土。,3.轻骨料的性能,3.3 筒压强度 我国规定用筒压强度测定粗轻骨料的强度。测定方法是将10-20mm粒级的粗骨料装入截面为115mm2的圆筒内做抗压试验，取压入深度为2cm时的强度为轻骨料的筒压强度。由于轻骨料在筒内做点接触，因此其抗压强度不是轻骨料的
5、极限抗压强度，只是反映颗粒强度的相对强度。与松堆密度有密切关系。,3.轻骨料的性能,3.4 吸水率 轻骨料的吸水率主要以测定其干燥状态的吸水率作为评定轻骨料质量和确定混凝土拌合物附加水量的指标。吸水率过大会给混凝土带来不利的影响。工作性难以控制，保温、抗冻、强度降低。国标中规定除胀烧陶粒（24h）外，其它轻骨料取1小时吸水率作为附加水的依据。轻骨料的吸水率一般不宜大于22%。,3.轻骨料的性能,3.5 抗冻性 标准规定经15次冻融循环的重量损失不大于15%。,4.轻骨料混凝土的制备和施工要点,4.1 配合比设计要点 1、满足表观密度的要求 2、满足应考虑的特殊性能 3、用水量和有效水灰比的确定
6、 每立方米轻骨料混凝土的总用水量减去1小时后吸水量（附加用水量）的净用水量称为有效用水量，其与水泥之比为有效水灰比。有效水灰比的选择不能超过工程所处环境的最大允许水灰比。,4.轻骨料混凝土的制备和施工要点,4、配合比设计步骤(绝对体积法)试配强度,4.轻骨料混凝土的制备和施工要点,确定水泥用量,4.轻骨料混凝土的制备和施工要点,确定净用水量,4.轻骨料混凝土的制备和施工要点,确定体积砂率值 其中现浇混凝土轻砂砂率在35-50%；普通砂在35-45%。计算细骨料用量,4.轻骨料混凝土的制备和施工要点,计算粗骨料用量,4.轻骨料混凝土的制备和施工要点,计算水的总用量计算混凝土的干表观密度,设计实例
7、,4.轻骨料混凝土的制备和施工要点,4.2 轻混凝土施工中应注意的问题 1、可以采用干燥骨料，也可以将粗轻骨料预先润湿处理。润湿处理轻骨料拌制的混凝土和易性与水灰比比较稳定。露天堆放时必须及时测定含水率，并调整用水量。2、由于拌合物中轻骨料易上浮，因此选用强制式搅拌机。3、外加剂在骨料吸水后加入。,4.轻骨料混凝土的制备和施工要点,4、现场浇注的竖向结构物，每层浇注高度宜控制在30-50mm。拌合物浇注倾落高度为大于2m时，应加串筒、斜槽、溜管等辅助工具，避免离析。5、振捣以捣实为准，振捣时间不宜过长，以防集料上浮，宜在10-30秒。6、浇注成型后，应避免由于表面失水太快引起表面网状裂纹，所以
8、早期应加强潮湿养护，应不少于2-14天。,5.轻骨料混凝土的优点,轻质高强：CL30以上的高强轻集料混凝土的表观密度为 1600kgm31900kgm3，比相同强度等级的普通密度混凝土轻25%30%。当轻骨料混凝用于建造桥梁时，将带来显著的技术经济效益，可使桥梁的跨度增大，减少桥墩的数量，减少上部结构预应力钢筋的用量，降低基础处理的费用(尤其在沿海地基上，由于基础处理费用相对较高，节省的幅度将更大)，降低原材料和构件运输和安装费用等。,5.轻骨料混凝土的优点,隔热保湿性能好；表观密度为1750kgm3的高强轻集料混凝土的导热系 数为0.84wmk，大大低于普通密度混凝土的导热系数l.5wmk，
9、22cm厚的轻集料混凝土墙板阻值相当于37cm砖墙。,5.轻骨料混凝土的优点,耐火性好：一般建筑物发生火灾时，普通密度混凝土耐火lh，而轻集 料混凝土可耐火4h，在600高温下，轻集料混凝土能维护室温强度的85%，而普通密度混凝土只能维持35%75%。,抗震性能好：由于它密度小、质量轻、弹性模量低，因而在地震荷载作用下所承受的地震力就小，对冲击能的吸收很快，减震效果显著。经历了唐山大地震的京津地区的几十栋轻骨料混凝土的工业与民用建筑，基本上都完好无损。轻集料混凝土相对抗震系数为109，普通密度混凝土为 84，砖砌体为64。,5.轻骨料混凝土的优点,5.轻骨料混凝土的优点,抗渗性好：由于高强轻集
10、料混凝土的“双微孔”微泵性能，其界面粘结非常好，堵住了水路，抗渗性能优良。宁波建造的两条轻集料混凝土囤船，水上作业愈十余年仍未出现渗漏现象。,5.轻骨料混凝土的优点,高抗裂性：在同样的约束条件和温差作用下，轻骨料混凝土的开裂趋势较小。且它能利用轻骨料内部所含水分进行养护,抑制自身收缩和干缩。对日本东京高速公路万平方米陶粒混凝土桥面板进行的专业试验发现，其开裂程度仅为普通混凝土的1/3。,5.轻骨料混凝土的优点,此外，同普通混凝土相比，轻骨料混凝土的热膨胀系数和弹性模量较小，使得由于冷缩和干缩作用引起的拉应力相对较小，表现为轻骨料混凝土构件的抗裂性较好，这对改善结构的耐久性，延长结构的使用寿命。
11、,在高耐久性方面，由于轻骨料与砂浆之间的良好弹性协调性减少了内应力及相应的微裂纹，轻骨料与砂浆之间粘接紧密，强化了普通混凝土中最薄弱的环节，抗渗性和耐久性都非常好。国际上已有结构轻骨料混凝土在严酷暴露条件下的海洋结构物以及桥梁中成功应用多年的实例。,5.轻骨料混凝土的优点,5.轻骨料混凝土的优点,综合技术经济效果好：尽管高强轻集料混凝土单方造价比同强度等级的普通密度混凝土高，但由于其减轻了建筑物的自重、降低基础处理费用、缩小结构断面和增加使用面积，可降低工程造价 5 10，同时可以增加桥梁跨度，因而具有显著的综合经济效益。,6.轻骨料混凝土存在的问题,在拌和和浇筑阶段，由于轻集料的多孔、吸水性
12、质会影响轻集料混凝土的工作性能；在混凝土硬化阶段，较高的水泥用量，良好的保温性能则会引起较高的水化温升；,6.轻骨料混凝土存在的问题,轻集料中的水分会在很大范围影响硬化水泥石组成和结构以及轻集料与水泥石的界面组成与结构。因此，在早期的硬化过程中混凝土体积稳定性与轻集料中水分的变化有很大的关系；轻集料混凝土硬化后由于收缩变形大，易于开裂，严重影响混凝土的使用寿命等问题。,7.轻骨料混凝土的技术性质,7.1 新拌轻集料混凝土结构形成特点 对于轻集料混凝土，比重较小的轻集料、水等 上浮，水泥浆和细集料砂下沉，造成混凝土整体的 不均匀，形成了混凝土的外分层结构。这与普通混 凝土恰恰相反。,7.2 轻骨
13、料混凝土的强度,轻骨料混凝土的强度分别取决于水泥砂浆的强度、骨料的强度。由于轻骨料和水泥石之间的牢固的黏结力，界面不再是薄弱环节。强度一般随水泥石强度和水泥用量的增加而提高；当水泥石强度与水泥用量一定时，其强度又随轻骨料本身强度的提高而提高。,轻骨料,界面,砂浆,轻混凝土界面显著加强,7.3 轻骨料混凝土变形性能,7.3.2 弹性模量混凝土的弹性模量取决于骨料和水泥石的弹性模量，以及两种组成在混凝土中的比例。我国轻骨料混凝土的弹性模量比同标号的普通混凝土低2565。其中堆积密度大于1400kg/m3，CL30以上的高强度轻骨料混凝土低25 30，堆积密度小于1400kg/m3，标号小于CL15
14、结构保温轻骨料混凝土低60 65。,徐变,轻骨料混凝土与同标号的普通混凝土相比，由于水泥用量较多、骨料的弹性模量小和骨料限制变形的能力低，故一般轻骨料混凝土徐变要比普通混凝土大些。例如CL20-CL40的轻骨料混凝土徐变大1540。上海CL40粉煤灰陶粒混凝土的徐变测试结果，在加荷为0.4倍轴压强度时，一年的徐变比普通混凝土大15。,7.3.3 收 缩,在干燥空气条件下，轻骨料混凝土最终收缩值约为0.4-1mm/m,其为同标号普通混凝土收缩的1-1.5倍。,7.3.4 温度变形,轻骨料的弹性模量小，所以在混凝土中对水泥石的温度变化约束力也小。一般情况，轻骨料混凝土的线膨胀系数710-6/k-1
15、110-6/k；卵石混凝土为910-6/k-1310-6/k；石灰石混凝土为610-6/k-910-6/k。,7.3.5 抗冻性,由于轻骨料多孔，因此当采用轻骨料配制混凝土时，即使不掺引气剂也能获得良好的抗冻性,8.轻骨料混凝土在国内的发展,1956年在山东博山利用水泥回转窑试制成功我国第一批粘土陶粒之后，至1975年轻集料的生产有了一定的规模，生产厂家发展到十几个，轻集料及其混凝土的科研取得一定的成绩，当时，轻集料混凝土主要用作墙体材料，混凝土强度等级低于CL20，轻集料混凝土大量用于生产工业与民用建筑的装配式大型墙板，少量用作砌块。,8.轻骨料混凝土在国内的发展,1975年以后，随着我国建
16、筑工业化和墙体改革的发展，轻集料生产和应用得到较大发展，天然轻集料开始大量开采和利用。至1978年各种轻集料的年产量达 115万m3，其中人造轻集料约 30万m3，天津、西安、上海等地研制出CL30干硬性高强轻集料混凝土，并将其应用试制预应力空心楼板和屋面板以及最大跨度达七米的预应力双T板和折板。,至1990年，我国人造轻集料生产厂有30余家，设计年产量53万m3，1990年实际生产量为30万m3，仅达生产能力的57。同年由中国建筑科学研究院主持编制出轻集料混凝土技术规程JGJ5190，新规程达到了美、俄、德等国同类标准水平。为我国进一步发展轻集料混凝土技术提供了科学理论依据和技术保证。,8.
17、轻骨料混凝土在国内的发展,8.轻骨料混凝土在国内的发展,1986年，由国家建工总局和上海市建委下达的岚皋路高层试点项目建筑三幢二十层钢筋粘土轻集料混凝土全大模剪力墙住宅楼，该工程是由原设计18层的普通混凝土改造成20层轻集料混凝土，由于采用了轻集料混凝土，每m2自重减轻13，使用面积净增1200m2,基础造价减少10%，节约钢材3.7，实际降低建筑造价16%，与临近同结构的18层普通混凝土住宅建筑相比，沉降量小32.5，具有显著的技术经济效益。,近几年来在国家墙改政策的推动下，轻集料的生产又得到进一步发展，仅合肥地区就新增两家粘土陶粒生产厂，加上原来一家非锻烧粉煤灰轻集料厂轻集料年产量达3万m
18、3。但我国轻集料混凝士的应用仍主要用于低强度的非承重结构，如生产小砌块。,8.轻骨料混凝土在国内的发展,8.轻骨料混凝土在国内的发展,我国高强轻集料混凝土的研究始于七十年代。天津建筑科学研究所等单位在实验室用高强粉煤灰陶粒配制出CL40干硬高强轻集料混凝土。八十年代初，铁道部大桥局桥梁科学技术研究所在实验室采用高强粘土陶粒和 625水泥配制出CL40干硬性高强轻集料混凝土，将CL40粉煤灰陶粒高强混凝土应用于金山公路跨度为22米的箱形预应力桥梁，使桥梁自重减轻20以上，是我国高强轻集料混凝土应用的一个成功范例。,目前，我国关于高性能混凝土技术的研究正方兴未艾。高强页岩轻骨料的开发和生产，为高等
19、级轻骨料混凝土的发展铺平了道路。一些大专院校、科研、工程建设单位己经先后开展了高强轻集料混凝土和高性能轻集料混凝土的研究，并在一些桥梁、高层建筑中应用。可是相比之下我国高性能轻集料混凝土的研究仍然处于起步阶段，水平较低。,8.轻骨料混凝土在国内的发展,9.工程应用情况,在1969年，美国就用高强轻集料混凝土建成了高217.6m，52层的休斯敦贝壳广场大厦；日本在软土地基上用40MPa的页岩陶粒高强混凝土建造了32.2m的双线铁路预应力钢筋混凝土桥梁；美国采用高强轻集料混凝土建造了北海石油平台；挪威已成功应用CL60级轻集料混凝土建造了世界上跨度最大的悬臂桥。,1960年在河南平顶山我国建成了第
20、一座轻集料混凝土大桥洛河大桥。此后，在宁波和上海之间又建造了三十多座中、小型预制箱形预应力公路桥，南京长江大桥和九江、黄河大桥的部分桥面板先后也应用了轻集料混凝土；珠海国际会议中心应用了CL30泵送高强轻集料混凝土；南京宁波高速公路桥面施工中应用了CL40高强轻集料混凝土。,国外轻骨料混凝土应用典型实例,休斯敦贝壳广场大厦建造时间1967年一1969年，52层，高218 m，建筑面积130000m2。该建筑原设计为35层的简中简结构体系，设计人员在仔细分析了所有结构地基的情况后，提出全部梁、板、柱墙体钢筋网基础采用轻骨料混凝土的主张，就地面标高一7.18 m浮型钢筋网基础而言，可在原采用普通混
21、凝土建造35层的相同重量情况下，以同样的开挖深度建成52层的大厦，有效地提高了土地的利用率，取得了显著的经济效益。,国外轻骨料混凝土应用典型实例,挪威特若尔海洋采油(气)平台挪威特若尔(Troll)海洋采油平台的大型钢筋重力式结构，高度为369 m，其基础为19室的大型沉箱。沉箱下面是深36m，每个直径为32m的环形断面套简群。套简插入水下303m的很软的土层中，以防止平台移动。沉箱的9个室中每个延仲成平台的脚柱，高度300 m，直径从33.0-15.4 m。顶部荷载为220000kN。为减少平台在岸上制作后向现场拖引的困难，采用了轻质高性能混凝土。其特点是用优质的轻骨料替代一部分粗骨料，现场
22、浇筑混凝土的密度为2250kg/m3，28 d抗压强度为75 MPa。,国内轻骨料混凝土应用典型实例,蔡甸汉江大桥,工程配合比,高性能轻骨料混凝土试验数据,10.经济、社会效益及应用前景,十五期间是我国经济建设飞速发展时期，大量的基础设施在建和待建，混凝土需求量十分巨大。随着国家对基础设施建设投入的不断加大，我国平均年混凝土需求量将超过40亿立方米。如按用于结构部位的混凝土需求量为60计，则年需结构混凝土24亿立方米。其中如果10的混凝土采用轻集料混凝土，则年需轻集料混凝土2.4亿立方米，市场十分巨大。,10.经济、社会效益及应用前景,国际著名的美国林同炎中国公司对我国建筑市场作深入调查研究后认为：仅在以普通混凝土为主要结构材料的高层、大跨度的土木建筑工程中推广高强轻集料工程（优化设计）和结构轻集料两项新技术，可使工程造价降低1020。即使在国产的高强陶粒一时供不上，不得不采用进口的轻集料时，还可便工程造价降低5 10。,由此可见，轻集料混凝土将由很宽广的应用前景，将是建材市场的一个新的经济增长点，将社会带来极大的经济效益。,
