輕骨料混凝土的工程應用及前景展望

梁栓柱 李成亮 林 嬌 孫璟玥 王 慧

(東北林業大學土木工程學院，黑龍江 哈爾濱 150040)

輕骨料混凝土的工程應用及前景展望

梁栓柱 李成亮 林 嬌 孫璟玥 王 慧

(東北林業大學土木工程學院，黑龍江 哈爾濱 150040)

論述了輕骨料混凝土的發展歷程，結合工程案例，分析了輕骨料混凝土輕質高強、耐久性好、抗震性高、建筑綜合效益好等優點，同時展望了輕骨料混凝土的應用前景，探討了阻礙其發展的因素，以促進其推廣應用。

輕骨料混凝土，優點，發展，綠色環保

隨著社會的發展，自然資源的不斷枯竭，節約資源，實現可持續發展，成為當今社會的重中之重的任務。建筑這個耗能大的行業，在實現安全性，穩定性的基礎上，更應該把節約資源與能源放在研究的第一位。早在20世紀20年代，SJ海德就用回轉窖燒制了膨脹粘土輕骨料，1928年美國就開始把膨脹粘土輕骨料用于商業化。輕骨料混凝土最早是缺少天然材料的美國和前蘇聯先開始使用，使輕骨料混凝土在這兩個國家得到了快速的發展，歐洲在二戰以后才逐漸出現輕骨料混凝土，尤其是五六十年代，輕骨料混凝土在歐洲得到了極大發展。但是早前由于有關輕骨料混凝土的理論尚未完善，技術實踐相對來說還不夠成熟，所以輕骨料混凝土早期在很長一段時間都被用非結構材料，使應用范圍受到限制[1]。在20世紀60年代，美國在修建休斯敦頓貝殼廣場大廈時，使用輕骨料混凝土代替了普通混凝土，在經濟和技術方面取得了良好的效益。1968年第一屆國際輕混凝土會議在英國召開。1976年在瑞士奧尼汀城召開的第七屆歐洲混凝土委員會上，討論了輕骨料混凝土的分類。

在20世紀90年代初期，日本，挪威，美國等國家對于高性能輕骨料混凝土的原材料的選配，生產以及加工工藝，改善混凝土的耐久性和工作性的研究取得了很大的成果[2]。1993年以來，美國每年輕骨料使用量都在315萬m3～415萬m3其中用于混凝土結構部分的在80萬m3左右。挪威從1987以來，用高性能輕骨料混凝土建造的橋梁已經達到11座[3]。1998年日本還專門由18家公司一起成立了高強輕骨料混凝土研究委員會，還專門研究高強粉煤灰輕質骨料。現如今，輕骨料混凝土的理論與實踐的研究都取得了很大的成就。LC50—LC60輕骨料混凝土已在工程中大量應用，結構輕骨料混凝土的抗壓強度最高可達到80 MPa，輕骨料混凝土表觀密度在1 800 kg/m3～2 000 kg/m3之間[4]。

我國輕骨料出現在建國初期，當時人們主要研究出了粘土陶粒，頁巖陶粒，燒結粉煤灰陶粒等，80年代，我國輕骨料混凝土的表觀密度已經達到1800 kg/m3～1 950 kg/m3，抗壓強度為5.0 MPa～25 MPa。到2003年我國人造輕骨料陶粒的產量約380萬m3。我國輕骨料混凝土主要用在房屋建筑的外墻板，用在承重結構的混凝土結構的陶粒的生產與開發并沒有得到重視。隨著保護耕地政策的嚴格落實，粘土陶粒在我國相對減少，頁巖陶粒則快速增加。

1 輕骨料混凝土工程應用實例

美國在橋梁工程上對輕骨料混凝土的應用技術已經十分成熟。2001年開工的加州Benicia-Martinez大橋，全長1.9 km，與普通混凝土相比，高強輕骨料混凝土表現出明顯的優勢(見圖1)。為減輕梁的質量，增加橋的柔性，減小水平地震力的作用，滿足抗震設防要求，采用了LC45級的高強輕骨料混凝土用于整個上部結構。使用了輕骨料混凝土后，恒載在總荷載中所占比例大大降低，可明顯降低鋼筋或預應力鋼筋的用量，工期也可縮短，取得了很好的經濟和社會效益[5]。在昆明市粘土陶粒輕骨料混凝土工程西郊剪力墻結構住宅樓中，上部結構采用不同的混凝土材料，設防烈度為8度。對比此工程應用輕骨料混凝土和普通混凝土兩種結構方式，使用陶粒輕骨料混凝土，建筑物自重可以減少11%左右。輕骨料混凝土的價格雖然要比普通混凝土高出33%，但是相比每噸單價更高的鋼材，可以節約13%左右的鋼材，總造價也有明顯的節省。另一個工程實例是高296 m的橫濱亮馬大廈(見圖2)。日本是一個處于地震帶的國家，因此對抗震的要求也特別高。樓板的自重占建筑自重的很大一部分比例，該大廈7層以上樓板全部采用了泵送輕骨料混凝土，在保證總荷載不變的前提下，使得建筑物自重減輕了11%，增加了二層。隨著層數的增加，樓板的使用也越來越多，樓板的重量對建筑整體的自重影響更加明顯，輕骨料預制預應力空心板使得基礎造價大大降低，經濟性越來越顯著。除此之外，軟土地基的沉降量也有所減小，與普通混凝土建筑相比沉降量降低了32.5%。并且在我國石料缺乏的地區，恰恰可以采用粉煤灰陶粒、礦渣制得的輕骨料混凝土，一方面可以節約石料，另一方面可以將粉煤灰、礦渣這些廢料利用起來，達到一個綠色環保的目的。

2 輕骨料混凝土優點

2.1 輕質高強

采用輕骨料混凝土代替普通混凝土，在保證高強度以及承載力相同的條件下，可以減少結構的自重20%～40%，是最有效的減輕結構自重的方法。因此使用輕骨料混凝土可以實現高層建筑，大跨橋梁工程的建設。

2.2 耐久性好

混凝土結構的耐久性問題一直是人們關注的焦點，混凝土結構的耐久性包括抗腐蝕性，抗滲透性以及抗凍性等。輕骨料的應用可以避免發生堿骨料反應，還能與砂漿之間有較好的彈性協調，可以有效控制微裂縫的發展。輕骨料與水泥漿粘結效果良好、密實性好，使抗侵性和抗凍性得到了提高。從現在存在的輕骨料混凝土的結構來看，輕骨料混凝土能嚴格符合耐久性的要求。

2.3 抗震性好

使用輕骨料混凝土的建筑結構抗震性能比普通混凝土更優。建筑的自重減輕，并且混凝土的彈性模量低，加大了建筑的自震周期，減少了地震作用中水平方向上的慣性力。輕骨料混凝土的強度、韌性均比普通混凝土更優。

2.4 建筑綜合效益好

經濟效益一直是具有爭議的焦點。人造的輕骨料價格要高于天然石料，所以在單價上輕骨料混凝土價格更高。但是，對于輕骨料混凝土建筑的經濟效益必須綜合分析。結構的自重減輕，主體結構的鋼筋用量可以減少、基礎的造價和維護費用都會有所降低，建筑物的耐久性也有所增加。輕骨料混凝土有優良的保溫性能，節約了建筑供暖能耗所需的資源，綜合效益進一步增大[6]。

3 應用前景

對于高層建筑，建筑物自重占荷載的很大一部分比例，十分適用于上海、天津等沿海軟土土質地區的工程，經濟效益十分顯著，抗震性、耐火性更優。而且我國石料較為缺乏，可以采用粉煤灰陶粒、礦渣制得輕骨料混凝土，一方面可以節約石料，另一方面可以將粉煤灰、礦渣這些廢料利用起來，實現綠色環保的目標。然而目前輕骨料混凝土的發展還存在以下問題：輕骨料混凝土單價有待降低、市場上還缺乏統一的管理、有關輕骨料混凝土參考資料也較少、缺少技術的引導,還需進一步的研究。

4 結語

從近年的輕骨料混凝土在實際工程中的應用效果來看，在高層建筑和抗震結構應用廣泛，由于輕骨料混凝土減少了建筑物的自重，同時也減少了地基沉降，并且非常適用于軟土地基施工，大大提高了建筑的經濟性。輕骨料混凝土又具有很好的耐久性、耐火性和綜合使用效益，在力學性能上滿足結構對混凝土的要求，可替代普通混凝土成為未來主流的建筑材料之一。

[1] 李 強.淺析輕骨料混凝土的發展[J].內蒙古科技與經濟,2009(5):213-214.

[2] 孫艷秋.輕骨料混凝土綜述[J].科技信息,2012(36):395-396.

[3] 霍俊芳.輕骨料混凝土的研究現狀與發展[J].建筑技術,2009(4):363-364.

[4] 張少勇.輕骨料混凝土的研究與發展現狀[J].山西建筑,2014，40(33):107-108.

[5] 宋紹銘.輕骨料混凝土在高層建筑和大跨橋梁工程上的應用及發展前景[J].江蘇建筑,2003(92):77-84.

[6] 劉巽伯,董金道.輕骨料混凝土在建筑工程中的應用及其經濟效益[J].硫酸鹽建筑制品,1985(2):32-37.

The application and prospect of lightweight aggregate concrete in engineering

Liang Shuanzhu Li Chengliang Lin Jiao Sun Jingyue Wang Hui

(CivilEngineeringCollege,NortheastForestryUniversity,Harbin150040,China)

With an introduction of lightweight aggregate concrete development history, combining with engineering cases, analyzes the advantages of lightweight aggregate concrete, such as high strength, good durability, high seismic resisting performance and good comprehensive building efficiency and so on, discusses its application prospects, finally explores factors influencing its development, with a view to promote its application.

lightweight aggregate concrete, advantage, development, green environmental protection

2015-01-13

梁栓柱(1993- )，男，在讀本科生； 李成亮(1994- )，男，在讀本科生； 林 嬌(1995- )，女，在讀本科生； 孫璟玥(1994- )，女，在讀本科生； 王 慧(1993- )，女，在讀本科生

1009-6825(2015)09-0104-02

TU528.2

A