浅论轻集料混凝土的应用与发展

2022-09-10

轻集料混凝土LWAC (Lightweight Aggregate Concrete) 是一种轻质高强的混凝土, 能够较好的满足未来超高层 (1000m以上) , 超大跨度 (300m~500m以上) 结构的需要, 为混凝土在超高层建筑和超大跨度结构使用提供了一种新型材料。轻骨料混凝土作为一种新型混凝土, 以其优越的性能, 广泛应用于高层建筑、大跨度桥梁、海上工作平台等工程中。

1 轻集料混凝土的概念

用轻质粗集料、细集料、水泥和水配制成的、其容重不大于1950kg/m3的混凝土叫轻集料混凝土。轻集料混凝土是一种轻质、高强、多功能的新型建筑材料。具有容重轻、保温性好、抗震性强等优点, 这些优点将赋予轻集料混凝土具有更广阔的用途。

2 轻集料混凝土的技术特性

2.1 轻质高强

轻质高强是轻集料混凝土的一个最基本的特性, 它比普通混凝土具有更高强度。轻集料混凝土中的集料 (如粉煤灰陶粒、自然煤千石、黏土陶粒等) 具有表观密度小、表面多孔粗糙等特点, 从而降低了轻集料混凝土的容重, 它比相同强度等级的普通密度混凝土自重降低25%~30%, 这对于结构恒载占有较大比例, 且对材料性能具有较高要求的高层建筑、大跨度桥梁、海洋工程等来说, 轻集料混凝土的这种优势具有很强的市场竞争力。

2.2 保温隔热性能好

干燥状态人造轻集料混凝土的导热系数一般为0.21W/ (m·K) ~0.8lW/ (m·K) , 远低于普通混凝土1.86W/ (m·K) ~2.09W/ (m·K) 和砖墙0.81w/ (m·K) 。轻集料混凝土具有良好的保温性能。其容重为1000Kg/m3、1400Kg/m3、1800Kg/m3的轻集料混凝土导热系数分别为0.28W/ (m·K) 、0.49W/ (m·K) 、0.87W/ (m·K) 。

2.3 耐火性能好

轻集料混凝土由于导热系数低, 其耐火性能比普通混凝土高4倍, 在高温作用下, 可保护钢筋不遭受破坏。轻集料混凝土的热膨胀系数比普通混凝土小20%左右, 于是在受热时, 其温度变形就小, 建筑物就较稳定, 不易破坏。

2.4 抗震性能好

轻集料混凝土由于弹性模小 (一般为强度等级普通混凝土的50%~70%) , 自重轻, 变形性能好, 这有利于改善建筑物的抗震性能和抗动荷载的作用。用它建造的建筑物, 在地震荷载作用下, 所承受的地震力小;其构筑物在地震荷载下对冲击波能量吸收快, 震动波的传递较慢, 减震效果好。

2.5 耐久性能好

混凝土结构的耐久性主要包括抗冻性、抗渗性、耐水性、耐酸碱性等性能。轻集料为非匀质的多孔结构, 只有部分孔被水填充, 还有较多的未被水填充的孔隙。在受冻时, 孔隙可对水份结冰膨胀起缓冲作用, 故轻集料混凝土的抗冻性优于普通混凝土。

2.6 综合技术经济效果好

轻集料混凝土可以利用工业废料制造轻集料, 可以使能源循环利用。轻集料混凝土在工程中的使用, 减轻了建筑物的自重、降低基础处理费用, 降低工程造价, 因而具有显著的综合技术经济效益。

3 轻集料混凝土发展状况

3.1 国外的发展过程

美国在1913年开始研制人造轻集料。20世纪50年代, 美国采用轻集料混凝土取代普通混凝土, 修建了休斯敦贝壳广场大厦并取得了显著的技术经济效益。使得轻骨料混凝土受到广泛关注;90年代以来, 轻骨料混凝上技术在美国、丹麦、挪威、德国、日本等一些国家得到了飞速的发展, 取得了很大的成果, 并编制出一系列的规范性文件。

3.2 国内的发展状况

与国外相比, 我国轻集料混凝土发展和应用相对较晚。我国20世纪50年代开始研究和应用轻集料及轻集料混凝土。到90年代, 随着宜昌、上海等地高强、高性能轻集料的规模化生产。我国轻集料混凝土技术得到较快发展;目前已广泛应用于房屋建筑、桥梁、海洋平台等各方面, 年产量超过400万m3;并编制出达到美国、德国等同类标准水平的规范。

4 轻集料混凝土的应用实例

4.1 在高层建筑上的应用

高层建筑比中低层建筑更需要减轻结构质量, 因此在高层建筑中使用轻质高强材料混凝土受到国内外重视。国外已用轻集料混凝土建成多座50~70层的高层建筑。我国则是在70年代才开始在高层建筑中使用轻集料混凝土。

美国休斯顿大厦建成于1969年, 共52层, 高218米, 长58米, 宽40米, 建筑面积130000m2。有四层地下室基础为浮筏板, 厚2.5米, (71米×53米) 。结构体系为筒中筒外筒为密柱框筒, 楼板跨度12米。由于在休斯敦的繁华区没有较坚硬的土层, 只有根据挖土的置换重来决定地基的承载能力因此采用轻集料混凝土可尽量减轻结构的重量。该大厦共使用LC30~LC40膨胀珍珠岩轻质混凝上68 80 0m 3, 约减轻自重38500t~41200t。

1975年, 沈阳市第二建筑工程公司在沈阳铁路局的18层住宅楼中采用页岩陶粒现挠混凝土。该楼地下两层, 地上16层, 总高49.9m, 平面呈三叉形, 外墙均采用滑模施工。中央异形区及地下两层的水平结构为现浇钢筋混凝土结构, 其余部分用预制钢筋混凝土梁、板。该楼外墙厚35cm, 内墙厚24cm, 地上1~5层的内外墙体全部采用页岩陶粒混凝土, 此楼使用至今已有30余年, 效果良好。进入90年代辽宁省阜新、本溪等市又以自燃煤歼石轻混凝土建成22层、24层现浇大楼。随着轻集料混凝在性能上的进一步完善, 其在高层建筑领域的应用将更加广泛。

4.2 大跨度桥梁上的应用

在钢筋混凝土桥梁中, 混凝土的自重在桥梁结构荷载中占有很大比重, 且是跨度越大, 所占比例越大。由于轻集料混凝土质量轻.用作桥梁结构可以大大减轻结构质量, 节约大量材料, 减少地基荷载, 提高桥梁的安全性, 具有很大的技术经济价值因而国外很早就把轻集料混凝土用于桥梁的建造建造当中。我国首先使用轻集料混凝土建造的桥梁是1960年开工建设的河南平顶山的湛河大桥。

1979年美国跨越Stanislans河建成主跨为192m Parrots浮桥, 全长387m的悬臂法施工的弓形箱梁桥, 采用轻集料混凝土, 气干表观密度18 40k g/m3, 2 8d抗压强度35Mpa, 泵送施工, 是当时采用轻集料混凝土最复杂的桥梁工程之一。1998年挪威的Stolma桥, 为预应力混凝土连续刚构桥, 全长467m。主跨中间部分长184m, 用LC60级的轻骨料混凝士。采用平衡悬臂浇铸法, 轻集料混凝土用泵送法施工, 总造价为1.625亿美元。

湛河大桥是我国第一次在桥梁建设中使用轻集料混凝土。该桥净跨50m, 宽20m, 净高8.5m, 为拱形公路桥。由于采用陶粒混凝土肋形拱及陶粒作为轻质填料, 使其质量减轻47%, 显著地减少了地基压力, 简化了厂部结构及基础处理, 降低了材料用量。与普通混凝土结构相比, 整个桥梁工程共节约木材10%, 钢材6.3%, 水泥7%, 同时还加快了施工进度。

2000年在天津建成的永定新河桥, 是津唐高速公路上的一座大桥, 主桥为普通预应力混凝土连续刚构桥, 引桥用预应力轻骨料混凝土, 每跨最大跨径为35m, 全长1500m, 采用LC40轻集料轻集料混凝土。永定新河桥工程是我国轻集料混凝土用量最大、强度等级最高的桥。2001年12月建成的宜昌夷陵长江大桥, 总投资6.1亿元人民币。在施工中, 桥面结构采用新型高强陶粒配制的轻集料混凝土, 其单位重仅1.9t/m3, 比普通混凝土轻0.5t/m3, 减轻了建筑物自重, 使桥梁更为轻巧和经济。该桥在2002年获得鲁班奖。

5 轻集料混凝土的发展趋势

轻集料混凝土的发展于今已将近百年, 如今可以说这种混凝上的应用已扩大到各个土木建筑领域。随着轻集料混凝土在建筑领域的不断应用, 其性能也在不断的改进。这几年发展起来的钢纤维轻骨料混凝土、钢骨轻骨料混凝土、自密实轻骨料混凝土等新型轻骨料混凝土, 它弥补了轻骨料混凝土一些技术特性上的不足, 有独特的性能, 且具有非常大的发展潜力。

一般人造轻集料可利用工业废料 (如废弃的不能做为混凝土掺合料的等外粉煤灰) 烧制而成, 变废为宝, 充分合理的利用了能源, 同时减少天然骨料的开采, 有利于生态环境的保护, 具有重大的社会效益。

轻骨料混凝土作为一种新型生态混凝土, 正朝着超轻、高强、多功能方向发展。随着我国对建筑节能、高层、超高层、抗震等综合性能建筑的进一步需求, 新型轻骨料混凝土必将以其良好的性能, 展示出它们的优势, 受到广泛关注。因此, 轻集料混凝土会有很宽广的应用前景, 是建材市场的一个新的经济增长点, 将给社会带来极大的社会、经济效益。

摘要：轻集料混凝土是具有轻质高强、保温、耐火耐热、抗震等众多优点的一种新型建筑材料。本文就轻集料混凝土的技术性能、国内外的发展状况、在工程中的应用与以及其发展趋势做了介绍和分析。

关键词：轻集料混凝土,技术特性,应用,发展