我國(guó)輕集料混凝土之發(fā)展?fàn)顩r

鄒小衛(wèi)

（中鐵港航局集團(tuán)有限公司深圳工程有限公司 廣東 深圳 518000）

0 引言

在建筑業(yè)高速發(fā)達(dá)的今天，混凝土作為一種大眾的建筑材料備受關(guān)注。21世紀(jì)的混凝土技術(shù)發(fā)展的主要方向是向輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐久。發(fā)展結(jié)構(gòu)用輕集料混凝土，能有效減輕結(jié)構(gòu)自重，使混凝土向輕質(zhì)高強(qiáng)的方向發(fā)展。

近年來高性能混凝土在國(guó)內(nèi)外得到了迅速的發(fā)展，在高層建筑、海上建筑、公路橋梁、原子能工業(yè)等建筑中應(yīng)用的越來越多，并帶來了一定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，但是自重大使混凝土的應(yīng)用受到了一定的限制。若能有效減輕自重[1-3]，并且達(dá)到輕質(zhì)高強(qiáng)、耐久性好，其技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益會(huì)更加顯著，由此高性能化輕集料混凝土的發(fā)展成為一種必然趨勢(shì)。高性能輕集料混凝土與普通高性能混凝土相比，高性能輕集料混凝土能夠在保持較高強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，使混凝土的自重降低20%以上，這對(duì)于結(jié)構(gòu)恒載占有較大比例，且對(duì)材料性能具有較高要求的高層建筑、大跨度橋梁、海洋工程等現(xiàn)代大工程而言，高性能輕集料混凝土較高性能普通混凝土無疑具有更強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力[4-5]。

1 我國(guó)輕集料混凝土的應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)輕集料混凝土發(fā)展和應(yīng)用相對(duì)較晚。從20世紀(jì)50年代開始研究人造輕集料，先后研制成黏土陶粒、頁(yè)巖陶粒和燒結(jié)粉煤灰陶粒，幾經(jīng)起伏目前年產(chǎn)量達(dá)300萬立方米。據(jù)1990年對(duì)北京、上海、黑龍江、吉林、沈陽(yáng)等10個(gè)省市不完全統(tǒng)計(jì)的資料表明，從70年代-80年代的10年中，用于房屋建筑外墻板的輕集料混凝土約占其總量的50%；用于建筑砌塊約占砌塊的27%。但是，由于我國(guó)的輕集料質(zhì)量較差，以粉煤灰為主的其他品種陶粒的質(zhì)量不盡人意。所配置的結(jié)構(gòu)用輕集料混凝土的表觀密度一般為1800kg/m3-1950kg/m3，抗壓強(qiáng)度為C5-C25，既密度較大，而強(qiáng)度偏低，使其使用和發(fā)展受到一定的限制。

20世紀(jì)90年代我國(guó)輕集料混凝土的應(yīng)用發(fā)生了出乎意料的變化。它在墻體中的應(yīng)用從以高層建筑外墻板為主，改變成以高層建筑框架填充墻用的小型空心砌塊為主的格局；而在承重結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用不僅沒有提高，反而有所減少，出現(xiàn)了近十年來的全國(guó)各地新建的萬余棟高層、超高層建筑、大跨度橋梁和高速公路橋等，極少應(yīng)用結(jié)構(gòu)輕集料混凝土的奇怪現(xiàn)象，分析原因主要是國(guó)內(nèi)輕集來過多偏重于是墻體材料的應(yīng)用，而用于承重結(jié)構(gòu)的高性能陶粒的生產(chǎn)與發(fā)展，并沒有受到應(yīng)有的重視，輕集料混凝土發(fā)展缺乏統(tǒng)一的管理和協(xié)調(diào)。

2 輕集料混凝土的特點(diǎn)

2.1 輕集料混凝土組成特點(diǎn)

輕集料混凝土的組成主要是用輕集料代替普通混凝土的天然巖石集料，其余材料組成于普通混凝土基本相同。而輕集料對(duì)混凝土主要性能的影響與普通集料對(duì)混凝土主要性能的影響有許多相同之處，例如輕集料的粒型、粒徑、級(jí)配、砂率、表面結(jié)構(gòu)對(duì)混凝土主要性能的影響規(guī)律與普通集料對(duì)混凝土主要性能的影響規(guī)律大體相似。而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“微泵”作用，本身強(qiáng)度差，彈性模量低。因此，用輕集料配制混凝土?xí)r，輕集料的性質(zhì)對(duì)混凝土拌和物的工作性、混凝土的強(qiáng)度、耐久性及其體積穩(wěn)定性的影響規(guī)律會(huì)有所不同。

2.2 輕集料混凝土工作性特點(diǎn)

輕集料混凝土由于集料的表觀密度低，吸水率大，強(qiáng)度差等特點(diǎn)，所以輕集料混凝土拌合物存在如下特點(diǎn)。首先輕集料表面粗糙，拌合物內(nèi)摩擦力大，集料毛細(xì)管壓力產(chǎn)生“自真空”效應(yīng)，滑動(dòng)阻力較大，集料密度小，拌合物自致密速度小，因此輕集料混凝土在低塑性的情況下，密實(shí)度較差，所以常常希望輕集料混凝土具有較大的流動(dòng)性，以減小拌合物的內(nèi)聚力。但是在大流動(dòng)性輕集料混凝土拌合物中，由于集料顆粒密度小，其顆粒上浮，使混凝土容易產(chǎn)生分層、離析、勻質(zhì)性下降。勻質(zhì)性下降會(huì)給輕集料混凝土的強(qiáng)度、耐久性等性能帶來不利的影響，在工程中也比較難以控制。

2.3 輕集料混凝土耐久性特點(diǎn)

輕集料混凝土在強(qiáng)度和耐久方面存在很多優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）比強(qiáng)度高：40MPa～50MPa的輕集料混凝土體積密度可保持1700kg/m3～1900kg/m3，比普通混凝土輕1/5左右。對(duì)于結(jié)構(gòu)荷載占有較大比例，且對(duì)材料性能具有較高要求的高層建筑、大跨度橋梁等工程而言，輕集料混凝土是理想的建筑材料。

（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(shí)強(qiáng)度的85%，而普通混凝土只能維持35%～75%。抗震性能好：其構(gòu)筑物在地震荷載下對(duì)沖擊波能量吸收快，減震效果好。陶粒混凝土相對(duì)抗震系數(shù)為109，普通混凝土為84，磚砌體為64。

（4）耐久性好：HPLC具有與高性能普通密度混凝土相當(dāng)?shù)哪途眯浴Ｈ?0MPa～100MPa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；同時(shí)，輕集料的多孔性可以緩解水結(jié)冰而產(chǎn)生的膨脹應(yīng)力，使得HPLC具有良好的抗凍性。

（5）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(duì)較小；同時(shí)，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(duì)改善結(jié)構(gòu)的耐久性是十分有利的。

（6）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(bào)道。

（7）經(jīng)濟(jì)效益好：采用陶粒混凝土建造高樓，可降低建筑物自重30%～40%，減少勞動(dòng)強(qiáng)度20%，減少材料運(yùn)輸重量30%～40%，降低工程造價(jià)10%。尤其用于橋梁及高層、大跨結(jié)構(gòu)或舊橋的維修加固工程會(huì)產(chǎn)生更大的經(jīng)濟(jì)效益。

3 輕集料混凝土存在的問題

3.1 輕集料混凝土工作性存在的問題

輕集料混凝土工作性差使其很難滿足現(xiàn)代施工的技術(shù)要求，由此在較大程度上限制了其應(yīng)用。輕集料混凝土工作性差主要表現(xiàn)在：干燥陶粒吸水會(huì)導(dǎo)致混凝土拌和物的坍落度很快損失，吸水率越大，坍落度損失越快，而且由于輕集料和水泥砂漿的密度差大，易分層離析等。

3.2 輕集料混凝土集料上浮存在的問題

輕集料上浮現(xiàn)象一直是輕集料混凝土領(lǐng)域內(nèi)公認(rèn)的難題之一，國(guó)內(nèi)外都十分關(guān)注這一問題。G.C.Hoff，R.Elimov研究發(fā)現(xiàn)引氣對(duì)泵送非常有利，因此在混凝土泵送施工中常加入引氣劑，使輕集料的上浮得到了緩解。歐洲在非結(jié)構(gòu)輕集料混凝土的泵送施工中也積累了一定經(jīng)驗(yàn)，使用穩(wěn)定劑和高效減水劑獲得可泵性，泵送距離為20m～80m。

3.3 輕集料混凝土工強(qiáng)度和耐久性存在的問題

我國(guó)對(duì)這一熱點(diǎn)問題也進(jìn)行了大量研究，取得了一些成果，并有些已應(yīng)用于工程。有文獻(xiàn)采用1h吸水率為9.2%的陶粒，運(yùn)用浸漬處理的方法使陶粒表面粘附憎水溶液，使吸水率明顯降低，1h吸水率只有未處理的15%，明顯改善了工作性而且強(qiáng)度并未降低，還有文獻(xiàn)采用1h吸水率為6%的頁(yè)巖陶粒，摻入適量的粉煤灰配制出強(qiáng)度等級(jí)為L(zhǎng)C30～LC40，表觀密度為1700kg/m3～1900kg/m3，壓力泌水率小于40%的混凝土，又有應(yīng)用高效減水劑和礦物摻和料復(fù)合技術(shù)配制和生產(chǎn)出坍落度大于240mm、擴(kuò)展度達(dá)650mm以上的LC60～LC80高強(qiáng)普通密度混凝土。盡管輕集料混凝土強(qiáng)度和耐久性方面的研究取得了一定成績(jī)，但是在輕集料的工作性和耐久性等方面還存在很多問題，這是將來所要研究的問題。

［1］蔣家奮，曹永康.展望21世紀(jì)混凝土科學(xué)技術(shù)[J].混凝土與水泥制品，2001（1）：15－16.

［2］龔洛書.輕集料混凝土[M].中國(guó)鐵道出版社，1996：25.

［3］Edd Lilja.Sveindottir State-of-the-Art Report on LWAC Material properties[R].European An Union Brite Euram Ⅲ，1988：9－14.

［4］龔洛書.輕集料混凝土在橋梁工程發(fā)展概況[J].施工技術(shù)，2002（9）：1.

［5］B.Bamforth，E.Nolan.UK High Strength LWAC in onstruction.In：Steiner Helland,Ivar Holand,Sverre Smeplass//Proceedings 2nd International Symposium on Structural Lightweight Aggregate Concerete[C].Kristiansand，Norway，2003：440－452.