张 少 勇
(山西六建集团有限公司，山西 太原 030024)
轻骨料混凝土的研究和发展现状
张 少 勇
(山西六建集团有限公司，山西 太原 030024)
分析了轻骨料混凝土所具有的轻质高强、抗震性能好、耐久性好、综合效益好等特性，并探讨了轻骨料混凝土在我国的发展应用现状，指出轻骨料混凝土具有较好的经济利用价值，可促进能源与资源的可持续发展。
轻骨料混凝土，荷载，经济，效益
0 引言
轻骨料混凝土是指在混凝土中使用轻粗、细骨料配制而成的干表观密度在1 950 kg/m3以下的混凝土。早在1920年德国S.J已经开始研究采用烧结黏土作为人造轻骨料，之后美国采用这种方法开始大规模的生产人造轻骨料，二战后西欧也才开始生产和使用这种轻骨料。美国和前苏联由于加强环境保护，限制生产天然骨料，提倡采用人造轻骨料，使得人造轻骨料混凝土在国内一度飞速发展，但是轻骨料混凝土并未应用到结构承重部位中，一定程度上限制了轻骨料混凝土的应用。20世纪60年代美国采用轻骨料混凝土建造了休斯敦贝克广场大厦，成为世界上第一栋轻骨料混凝土楼，并且取得了较好的经济效益。近几年，西方发达国家在各个方面大力推广轻骨料混凝土，其中CL50～CL60强度的轻骨料混凝土大量应用于工程中，并且已经配制出CL80的高强轻骨料混凝土，所得高强度轻骨料混凝土的干表观密度在1 800 kg/m3～2 000 kg/m3之间。
我国研究轻骨料混凝土起步较晚，20世纪50年代末我国才开始研究轻骨料混凝土中的陶粒混凝土，之后成功推广了陶粒和页岩陶粒等轻骨料混凝土，并且现在的年产量已经高于500万m3。我国所研制的陶粒轻骨料混凝土表观密度一般在1 800 kg/m3～1 950 kg/m3，抗压强度只能达到5.0 MPa～25 MPa，由于强度较低导致推广受到限制。20世纪末轻骨料混凝土主要应用于建筑外墙板中，替代框架结构的砌块填充墙，而在混凝土承重结构中使用量较少。
1 轻骨料混凝土的特点
国内外通常将轻骨料混凝土的强度等级用CL表示，并且当强度达到CL30以上时即称为高强轻骨料混凝土，其中轻骨料混凝土的主要特性如下。
1.1 轻质高强
轻骨料混凝土由于其自重较轻，应用到结构中可以减轻结构的自重，和同体积普通混凝土相比自重减轻20%～40%。轻骨料混凝土相比其他混凝土最大的优势就是既能保证具有较高的强度，又能减轻混凝土的自重。应用到混凝土结构中其最大的优点就是减小了结构自身荷载，提高了结构的抗震性能，并且减小了结构对地基承载力的要求。对于超高层建筑和大跨度桥梁等结构，轻骨料混凝土具有较好的优越性能和市场竞争力。J.Brakel研究了普通混凝土和轻骨料混凝土对大跨度桥梁的影响，研究表明建造的桥梁跨度越大，采用轻骨料混凝土所产生的效果越明显，减小的结构自重越多，产生的经济效益越明显，详细结果见表1。
表1 普通混凝土和轻骨料混凝土荷载影响 %
将轻骨料混凝土应用到桥梁工程中时，可以大幅度降低桥梁的自身荷载，并且可以减少桥墩的数量，提高桥梁的有效承载能力，随着桥梁跨度的增大这种效果越明显。
1.2 抗震性能好
当混凝土结构的自重越大时受到的地震荷载越大，而当采用轻骨料混凝土时，减轻了混凝土结构的自重，有效降低结构所受地震力。并且轻骨料混凝土的弹性模量较低，因此在地震荷载下延长了地震自振周期，增大了结构的变形能力，对地震力进行耗散。因此轻骨料混凝土是一种可以提高结构抗震性能和抵抗动荷载的建筑材料。根据相关研究表明，陶粒轻骨料混凝土的相对抗震系数高达110，而普通混凝土的相对抗震系数为84，砌体结构的相对抗震系数仅为64。1976年我国唐山大地震，在京津等地的轻骨料混凝土建筑物并未出现倒塌等较大破坏，而周边其他建筑物均有不同程度的损坏。
1.3 抗裂性好
轻骨料混凝土热膨胀系数和弹性模量均小于普通混凝土，因此在轻骨料混凝土结构发生热胀冷缩时产生的拉压应力较普通混凝土小，由此产生的裂缝较少，因此轻骨料混凝土具有较好的抗裂性能，直接提高了轻骨料混凝土的耐久性，降低了混凝土结构在使用过程中的维护费用。
1.4 耐久性好
当混凝土中使用陶粒等轻骨料时，可以减小水泥等胶凝材料发生碱骨料反应，一定程度上延长了结构的使用寿命。轻骨料混凝土中由于轻骨料和水泥石粘结力较强，因此具有较好的抗侵蚀能力，从而提高其耐久性能。
1.5 耐火性好
轻骨料混凝土由于采用的轻骨料具有质轻、多孔的特征，因此采用轻骨料配制出的混凝土导热系数低于普通混凝土，具有较好的保温性能。因此在发生火灾时能减少室内外热交换量，从而提高其耐火性。在发生火灾事故时，普通混凝土可以耐烧1 h，而轻骨料混凝土具有保温隔热性能并且可以耐烧4 h。在600 ℃高温下，轻骨料混凝土可以保持其原有强度的85%，而普通混凝土仅能达到原有强度的40%。
1.6 综合效益好
轻骨料混凝土中由于采用的轻骨料为人造骨料，因此造价较天然骨料高，但是由于人造轻骨料质量轻，在配制同体积的混凝土时使用量较少，直接降低了混凝土的造价，并且应用到上部结构中时减轻了基础和地基的荷载，减少了地基处理时产生的费用，带来可观的经济效益。国内外已经建设好的轻骨料混凝土结构，其总造价较普通混凝土结构减少10%～20%。根据美国咨询公司的经验，使用轻骨料混凝土建设桥梁时，不考虑以后的维护费用，只考虑建设桥梁时可以减少工程造价的10%～15%。综合考虑到桥梁的耐久性等，对轻骨料混凝土桥梁进行全寿命周期成本计算，所产生的经济效益尤为明显。
2 轻骨料混凝土在国内的应用
1)20世纪80年代初，铁道部研制出CL60高强轻骨料混凝土，并且采用粉煤灰陶粒混凝土制作了金山公路的预应力箱梁，降低了原结构20%的自重，是我国轻骨料混凝土应用的成功案例。
2)20世纪末，在唐津高速公路中部分应用了轻骨料混凝土，将初始设计的24 m普通混凝土梁增加至35 m，同样恒荷载情况下跨度延长了12 m。
3)21世纪初，轻骨料混凝土在我国建筑结构中正式被应用，其中珠海国际20层以上部分采用轻骨料混凝土进行设计和施工，而本溪市建溪大厦等整体结构全部采用轻骨料混凝土建设。
3 结语
当前我国正处于飞速发展期，能源和资源的使用量急剧增加，因此考虑到能源和资源的可持续发展，必须对工业废料和建筑垃圾等进行重新利用，减少资源的开采；对能源进行充分合理的利用，减少对能源的浪费，因此发展轻骨料混凝土极为必要。
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Researchanddevelopmentstatusoflightweightaggregateconcrete
ZHANGShao-yong
(ShanxiSixthConstructionGroupCo.,Ltd,Taiyuan030024,China)
This paper analyzed the high strength light weight, good seismic performance, good durability, good comprehensive benefits and other characteristics of lightweight aggregate concrete, discussed the development and application situation of lightweight aggregate concrete in our country, pointed out that the lightweight aggregate concrete had good economic and use value, could promote the sustainable development of energy and resources.
lightweight aggregate concrete, load, economy, efficiency
1009-6825(2014)33-0107-02
2014-09-16
张少勇(1965- )，男，工程师
TU528
：A
