高強輕骨料混凝土在高層建筑中的應用前景分析

陳辰

引言

當前我國輕骨料混凝土大多應用于非承重構件，例如做復合保溫隔墻、空心隔板墻、屋面板等。輕骨料混凝土也大量的應用于輕骨料砌塊。而對于現澆高強輕骨料混凝土，應用于高層建筑、橋梁工程、大跨度結構中目前尚少。若將高強輕骨料混凝土應用于高層建筑中，對于減輕高層建筑結構自重，提高結構抗震性能，改善地基的不均勻沉降方面具有顯著的效果。輕骨料的生產利用工業廢料，如廢棄鍋爐煤渣、火力發電站的粉煤灰等制作輕骨料混凝土，不僅可降低混凝土的生產成本，還變廢為寶，避免開山炸石，減輕環境污染及破壞。所以具有良好的社會效益、經濟效益和環境效益，是一種可持續發展的綠色建筑材料。社會經濟不斷發展，人口不斷增加，使得建筑樓層逐漸增加，高層建筑結構的不斷發展刺激了新材料，新結構的發展，同時新材料的出現，也加速了高層建筑的發展。本文主要對輕骨料混凝土的特點以及高層建筑應用高強輕骨料混凝土的必要進行分析和探討。

1 高強輕骨料混凝土的特點

輕骨料混凝土是用水泥、輕粗骨料、輕細集料或者普通河砂、水配制而成的新型綠色建筑材料，表觀密度一般低于1950kg/m3。輕骨料分為天然輕骨料和人工輕骨料兩種。天然輕骨料包括：浮石、火山渣、工業廢料、粉煤灰陶粒、膨脹礦渣珠等。人工輕骨料包括：頁巖陶粒、粘土陶粒、膨脹珍珠巖等。相較普通混凝土，輕骨料混凝土具有容重低、保溫性能好、隔熱降噪的性能。目前最常采用的輕骨料是陶粒。

1.1 輕骨料混凝土容重低

輕骨料混凝土由于采用輕質粗骨料，相較普通混凝土采用碎石、卵石作為粗骨料，其容重更低。應用于結構承重的高強輕骨料混凝土密度一般在1400～1900kg/m3，與相同強度等級的普通混凝土比，其干表觀密度低20～50%。結構材料的輕質使得整體結構自重降低，其彈性模量較低，使得構件及結構變形性能更好，地震作用時耗能能力更好。

1.2 輕骨料混凝土保溫性能好

由于輕骨料混凝土使用的輕骨料具有多孔輕質的特點，在使整體混凝土容重降低的同時，也使其導熱系數顯著降低。密度等級為1700的輕骨料混凝土在平衡含水率的條件下導熱系數低于0.87W/m·K，相比于普通混凝土的1.5W/m·K，減小40%以上[1]。

1.3 輕骨料混凝土耐熱性能好

熱量在輕骨料混凝土內部傳導速率較低，使其具有更好的耐火性。一般建筑物發生火災時，普通混凝土耐火1h，而輕骨料混凝土可耐火4h。在600℃高溫下，輕骨料混凝土能維持室溫強度的85%，而普通混凝土只能維持35～75%。

2 我國高層建筑結構發近況及特點

2.1 我國高層建筑發展近況

目前對高層建筑的定義國內外并未統一，根據我國《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ3-2010）定義：10層及10層以上或房屋高度大于28m的建筑物視作高層建筑。現代高層建筑是商業化、城市化和工業化的產物，而現代高層建筑的發展離不開新型材料，新型結構和新技術的發展與進步。超高層建筑的高度近年不斷刷新，492m高的上海環球金融中心已正式投入使用；432m高的廣州西塔結構已封頂。除上述代表性超高層建筑外，建筑主體為118層，總高為632m，結構高度為580m的上海中心于2008年底動工，2016年開始試運營。可以看出，如今高層建筑也反映了一個國家以及一個地區社會經濟發展水平。

2.2 我國高層建筑發展特點

我國高層建筑具有以下幾個特點：高度越來越高；超限、復雜高層建筑越來越多；推廣應用高強混凝土和高強鋼筋；鋼-混凝土組合構件發展迅速[2]。超高層建筑高度的不斷增加，其意義不僅僅局限于高度，同時也帶動了整個建筑行業的發展，例如新型建筑材料的研制，新型結構形式，以及設備制造等行業的發展。

3 高強輕骨料混凝土在我國高層建筑中應用的必要性

高強輕骨料混凝土一般是指強度等級在CL40及以上的輕骨料混凝土。將高強輕骨料混凝土應用于高層建筑的結構承重構件，例如：梁、板、柱、承重墻等結構單元中。由于輕骨料混凝土的應用降低構件的容重，從而降低整個結構的自重，使得在荷載不變的情況下，可以增加設計樓層的層數，提高土地使用率，并且我國軟土地基和地震多發地帶，可利用高強輕骨料混凝土替代普通混凝土作為承重構件。

中國是一個多地震的國家，震驚世人的1976年唐山大地震，2008汶川大地震，給中國社會經濟的發展造成了極大的損失，同時也使人民的生命財產蒙受了巨大的損失。提高高層建筑的抗震性能成為一個研究的熱點。眾所周知，地震作用對建筑結構的影響與建筑結構的自身質量成正比，質量越大的建筑結構，其地震反應越強烈；質量越小的建筑結構，其地震反應越小[3]。這就對建筑結構的材料提出了質輕的要求，但不能一味的降低結構材料的質量而忽視了強度，要保證結構的設計承載力。目前應用于高層建筑中的結構材料主要有：鋼、鋼筋和混凝土。采用鋼結構形式的高層建筑：強度高、結構自重輕、延性好、結構在荷載作用下變形能力大。

4 結語

綜上所述，材料為結構服務，結構為人類服務。新建筑材料的研發與推廣必然促進建筑結構的發展。輕骨料作為一種可持續發展、綠色環保的建筑材料，有必要進一步推廣應用于土木工程領域。將高強輕骨料混凝土應用于高層建筑中，不僅適應高層建筑領域的發展趨勢，同時也符合社會可持續發展的要求。

[1]李路蘋.陶粒輕集料結構混凝土的性能試驗及其節能效果分析[D].浙江大學，2015.

[2]徐培福，王翠坤，肖從真.中國高層建筑結構發展與展望[J].建筑結構，2009，39（09）：28～32.

[3]林鋒.高層建筑結構與材料的抗震分析和設計探討[J].建設科技，2015，（13）：72～73.