自密实轻骨料混凝土的研究现状

聂 旭，刘锡军

（湖南科技大学 土木工程施工过程与质量安全控制湖南省普通高校重点实验室，湘潭411201）

0 前 言

混凝土是目前土木工程领域应用最多的建筑材料，自水泥和普通混凝土发明以来，经过一个多世纪的发展，越来越多的新型高性能、复合型混凝土不断出现.混凝土向高强度、低密度、环境污染小、施工方便的方向发展，更多地体现了混凝土“绿色、可持续”发展的理念.其中自密实轻骨料混凝土（SCLC）就是其中近几年来发展起来的一种，它是在自密实混凝土（SCC）和轻骨料混凝土（LAC）的基础上发展而来的一种新型高性能混凝土，其密度小于1950kg／m3，既有轻骨料混凝土自重轻又有自密实混凝土自动填充成型的特点.同时SCLC又具备SCC和LAC不具有的性能，开拓了混凝土发展的新领域.轻质高强的自密实轻骨料混凝土，能够减轻建筑物的自重，降低基础处理费用，缩小结构断面和增加使用面积，可降低工程造价5%～10%，同时还具有良好的耐久性、耐火性、抗震性和抗裂性能，因而具有显著的综合经济效益.目前关于SCLC研究较少，关于SCLC的资料还很有限，这对它的推广应用有着很大的限制作用.因此，开展对自密实轻骨料混凝土的研究工作是研究工作者面对的一个重大而有意义的课题.

1 SCLC研究的发展及现状

上个世纪九十年代，日本福冈悬索大桥建设过程中就提出自密实轻骨料混凝土 的概念并逐渐应用，之后在日本有一些研究和应用［1－3］，以后德国、加拿大、韩国、台湾等学者［4－9］等对自密实轻骨料混凝土相继开展了研究，我国一些学者在自密实轻骨料混凝土领域也作了一些研究工作［10－14］

尽管自密实混凝土和轻骨料混凝土在国内外已经有了很多的研究，但是关于自密实轻骨料混凝土的研究却非常少.目前，国内外研究自密实轻骨料混凝土的方法通常采用研究自密实混凝土和轻骨料混凝土相结合的方法，并采用自密实混凝土、轻骨料混凝土和普通混凝土性能的试验方法对自密实轻骨料混凝土的性能进行综合评价，同时将自密实混凝土和轻骨料混凝土的研究成果应用到自密实轻骨料混凝土中，也就是说目前研究者基本上都是将普通自密实混凝土中的骨料用轻骨料替代，用自密实混凝土的研究方法对自密实轻骨料混凝土的性能进行评价.

从现有的国内外文献来看，SCLC的研究内容主要集中在物理力学性能研究、工作性能研究、和耐久性研究、配合比设计研究等几个方面.

2 SCLC研究的内容

2.1 物理力学性能研究

自密实轻骨料混凝土的主要物理力学性能包括抗压强度、劈裂拉抗压强度、抗折强度以及静弹性模量等.王振军等人人为，表面较为粗糙的轻骨料，可以增加其与水泥浆体的粘结性，从而增强混凝土的整体强度和流动性；自密实轻骨料混凝土的拉压比要小于同强度等级的普通混凝土，其脆性大于普通混凝土，因此在实际工程应用中要注意轻骨料混凝土特别是具有较高强度等级的自密实轻骨料混凝土的脆性对工程的影响；自密实轻骨料混凝土的静弹性模量比同强度等级的普通混凝土普遍偏低，约为同等级普通混凝土的67%～68%.

大连理工大学建筑工程专业的张云国［15］等人对自密实轻骨料混凝土高温性能研究认为，高温后自密实轻骨料混凝土的抗压强度损失和抗折强度损失小于普通自密实混凝土和普通混凝土，图1、图2呈现了这种现象.图1是混凝土抗压强度随温度的变化曲线，从图中可以看出，随着温度的升高，其抗压强度逐渐减小.图2是抗压强度损失率随温度的变化曲线，该图显示了抗压强度损失率随温度升高而增大的趋势，高温下的自密实轻骨料混凝土弹性模量的降低略低于普通骨料自密实混凝土和普通混凝土.其中，当温度为450℃时，混凝土抗压强度的衰减幅度陡然增大.

图1 抗压强度随温度变化

自密实轻骨料混凝土 作为一种新型的高性能混凝土 ，它的筒压强度较低，导致结构用SCLC强度等级也较低，多在LC30以下，而且国内外对于其力学性能研究涉及不多［16－17］.如何突破现有局限，掌握较高强度等级SCLC的力学性能特点，并将其应用到大跨桥梁、高层建筑、海上石油平台等结构物中，充分发挥其轻质高强、保温耐火、抗震性能好等优点［18－19］，是当前众多科研单位孜孜以求的目标.

图2 抗压强度损失率

2.2 工作性能研究

影响自密实轻骨料混凝土工作性能的主要因素是水胶比和高效减水剂的使用.在低水胶比情况下，要获得较高的流动性，主要依靠高效减水剂来实现.

张云国等人通过V型漏斗、流动扩展度、L槽、U型槽、筛分、柱分层及表面沉降试验对自密实轻骨料混凝土的流动性、变形性、填充性和抗离析性进行了评价，采用全计算法与固定砂石体积法相结合的方法，同时考虑轻骨料吸水特性可配制出工作性能良好、具有较高强度等级的SCLC.随着时间的延长，SCLC的流动扩展度减小.随着SCLC剪切流动速度的增加，其抗离析性逐渐降低.

何廷树等人采用改进的L－800自密实混凝土拌合物流变性能测定仪，通过测定混凝土拌合物流过40cm时的时间t40，同时结合扩展度值、坍落度值及1h坍落度、扩展度损失情况，介绍了粉煤灰掺量、砂率大小、外加剂品种和硅灰掺量对自密实轻骨料混凝土拌合物工作性能的如下影响.

（1）Ⅰ级粉煤灰掺量对SCLC拌合物流动性影响较大，表1是不同粉煤灰掺量下对SCLC的试验数据统计情况，从表中可以看出，SCLC拌合物较为合适的粉煤灰掺量为30%左右.

（2）环境执法监测工作队伍建设落后。在县级市，地方政府环境执法监测队伍建设存在落后性，这主要体现在：首先，队伍文化水平不高[2]。其次，执法技术简陋。在当前，大多数县级环境执法监测队伍并未采用高新科技工具检查，并且管理方式仍以人力管理为主，尚未建成集成式系统，无法保证执法检测的工作质量。

（2）砂率大小对SCLC拌合物工作性能和表观密度影响较大，SCLC的一般砂率为50%.

（3）掺有粘塑组分的复合高效减水剂是配制自密实轻骨料高性能混凝土必不可少的.单一高效减水剂或纯复合高效减水剂不满足SCLC拌合物中轻骨料不上浮、不漂移、均匀成型的要求.

（4）CLC合理的硅灰掺量为胶凝材料用量的2%～6%.

表1 粉煤灰掺量对SCLC工作性能的影响

2.3 耐久性能研究

混凝土的耐久性是指其暴露在使用环境下抵抗各种物理和化学作用破坏的能力.耐久性强的混凝土暴露在一定使用环境中应能保持其形态、质量和使用功能，提高混凝土的耐久性是延长结构使用寿命的基础.混凝土耐久性破坏的主要形式有：冻融作用、硫酸盐、氯盐、酸、碱等侵蚀性介质的化学侵蚀；碳化；钢筋的锈蚀和碱－集料的反应等.因此，混凝土工程耐久性破坏往往是几种因素综合作用的结果［20］.

目前，自密实轻骨料混凝土耐久性能的研究开展的较少，而自密实轻骨料混凝土作为混凝土的一种，研究混凝土的一些学者关于混凝土耐久性的结论可以提供一定的参考.

混凝土冻融破坏［21－23］.

混凝土化学腐蚀破坏［24－28］中，以硫酸盐为主要破坏物质，尤以硫酸钠最为典型.

混凝土碳化过程中，主要影响因素有相对湿度和温度.相对湿度为50%～70%时，碳化速率很快，而相对湿度为0%～45%和75%～100%时，碳化速率较慢.温度高时，混凝土碳化反应速率较快.

钢筋锈蚀引起混凝土保护层开裂，繁永森通过理论模拟方法，淡丹辉应用基于断裂力学虚拟裂缝模型的非线性有限元方法，分别给出了确定钢筋混凝土构件开裂时钢筋锈蚀量的计算公式［29］.

2.4 配比优化研究

很多研究者［30－31］做了大量关于自密实轻骨料混凝土配比优化的方案，并对每一种方案下的混凝土进行了试验，找到了不同强度等级下的最佳的配比.其中比较好的配置方案有辛全仓等人采用绝对体积法成功配制出工作性好、质量均匀、强度等级为LC40、干表观密度为1762kg／m3的自密实轻骨料混凝土，配置方案如表2所示.

表2 LC40SCLC最优配合比及部分性能指标

3 总结与展望

本文介绍了自密实混凝土研究发展现状，对其主要性能，包括物理力学性能、工作性能、耐久性能等几个方面的国内研究现状做了阐述.可以看出自密实轻骨料混凝土 的国内外研究虽然已经取得了一定的成绩，但是仍有许多问题需要作进一步的研究工作，主要有以下几个方面.

（1）现有的关于自密实轻骨料混凝土 的研究工作中，几乎是基于实验室条件下或者室外自然条件比较好的情况下进行的，但是当外界温度、风力或者是湿度有较大变化的情况下，自密实轻骨料混凝土的工作性能的变化规律尚未涉及.

（2）自密实轻骨料混凝土的爆裂温度比普通混凝土低将近100℃，关于如何防范和控制其因为温度高而导致爆裂的问题，目前国内外所作的研究很少，需要相关学科的与自密实轻骨料混凝土 研究的交叉配合，才能在这里解决好高温爆裂问题.

（3）自密实混凝土对原材料质量波动敏感性强，为了确保自密实混凝土的质量，在这方面仍需进一步研究.

（4）自密实轻骨料混凝土与钢筋共同工作时的粘结性能还有待研究.

（5）关于自密实轻骨料的耐久性研究开展还很少，这是今后一个较为重大的研究课题.

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