我国轻集料混凝土之发展状况

邹小卫

（中铁港航局集团有限公司深圳工程有限公司 广东 深圳 518000）

0 引言

在建筑业高速发达的今天，混凝土作为一种大众的建筑材料备受关注。21世纪的混凝土技术发展的主要方向是向轻质、高强、耐久。发展结构用轻集料混凝土，能有效减轻结构自重，使混凝土向轻质高强的方向发展。

近年来高性能混凝土在国内外得到了迅速的发展，在高层建筑、海上建筑、公路桥梁、原子能工业等建筑中应用的越来越多，并带来了一定的技术经济效益，但是自重大使混凝土的应用受到了一定的限制。若能有效减轻自重[1-3]，并且达到轻质高强、耐久性好，其技术经济效益会更加显著，由此高性能化轻集料混凝土的发展成为一种必然趋势。高性能轻集料混凝土与普通高性能混凝土相比，高性能轻集料混凝土能够在保持较高强度的基础上，使混凝土的自重降低20%以上，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、海洋工程等现代大工程而言，高性能轻集料混凝土较高性能普通混凝土无疑具有更强的市场竞争力[4-5]。

1 我国轻集料混凝土的应用发展现状

我国轻集料混凝土发展和应用相对较晚。从20世纪50年代开始研究人造轻集料，先后研制成黏土陶粒、页岩陶粒和烧结粉煤灰陶粒，几经起伏目前年产量达300万立方米。据1990年对北京、上海、黑龙江、吉林、沈阳等10个省市不完全统计的资料表明，从70年代-80年代的10年中，用于房屋建筑外墙板的轻集料混凝土约占其总量的50%；用于建筑砌块约占砌块的27%。但是，由于我国的轻集料质量较差，以粉煤灰为主的其他品种陶粒的质量不尽人意。所配置的结构用轻集料混凝土的表观密度一般为1800kg/m3-1950kg/m3，抗压强度为C5-C25，既密度较大，而强度偏低，使其使用和发展受到一定的限制。

20世纪90年代我国轻集料混凝土的应用发生了出乎意料的变化。它在墙体中的应用从以高层建筑外墙板为主，改变成以高层建筑框架填充墙用的小型空心砌块为主的格局；而在承重结构中的应用不仅没有提高，反而有所减少，出现了近十年来的全国各地新建的万余栋高层、超高层建筑、大跨度桥梁和高速公路桥等，极少应用结构轻集料混凝土的奇怪现象，分析原因主要是国内轻集来过多偏重于是墙体材料的应用，而用于承重结构的高性能陶粒的生产与发展，并没有受到应有的重视，轻集料混凝土发展缺乏统一的管理和协调。

2 轻集料混凝土的特点

2.1 轻集料混凝土组成特点

轻集料混凝土的组成主要是用轻集料代替普通混凝土的天然岩石集料，其余材料组成于普通混凝土基本相同。而轻集料对混凝土主要性能的影响与普通集料对混凝土主要性能的影响有许多相同之处，例如轻集料的粒型、粒径、级配、砂率、表面结构对混凝土主要性能的影响规律与普通集料对混凝土主要性能的影响规律大体相似。而轻集料与普通集料的不同点主要是质轻、内部具有高度的多孔性、在水泥浆中具有吸水放水的“微泵”作用，本身强度差，弹性模量低。因此，用轻集料配制混凝土时，轻集料的性质对混凝土拌和物的工作性、混凝土的强度、耐久性及其体积稳定性的影响规律会有所不同。

2.2 轻集料混凝土工作性特点

轻集料混凝土由于集料的表观密度低，吸水率大，强度差等特点，所以轻集料混凝土拌合物存在如下特点。首先轻集料表面粗糙，拌合物内摩擦力大，集料毛细管压力产生“自真空”效应，滑动阻力较大，集料密度小，拌合物自致密速度小，因此轻集料混凝土在低塑性的情况下，密实度较差，所以常常希望轻集料混凝土具有较大的流动性，以减小拌合物的内聚力。但是在大流动性轻集料混凝土拌合物中，由于集料颗粒密度小，其颗粒上浮，使混凝土容易产生分层、离析、匀质性下降。匀质性下降会给轻集料混凝土的强度、耐久性等性能带来不利的影响，在工程中也比较难以控制。

2.3 轻集料混凝土耐久性特点

轻集料混凝土在强度和耐久方面存在很多优点和缺点，具体表现在以下几个方面。

（1）比强度高：40MPa～50MPa的轻集料混凝土体积密度可保持1700kg/m3～1900kg/m3，比普通混凝土轻1/5左右。对于结构荷载占有较大比例，且对材料性能具有较高要求的高层建筑、大跨度桥梁等工程而言，轻集料混凝土是理想的建筑材料。

（2）具有隔热、保温、保湿功能：体积密度为1750kg/m3的轻集料混凝土的导热系数大大低于普通密度混凝土的导热系数，因此从建筑节能方面考虑，采用轻集料混凝土作墙体材料，较传统的实心粘士砖或普通混凝土可节能约30%～50%。

（3）耐火性好：耐火能力是普通混凝土的4倍。在650℃高温下，轻集料混凝土能维持室温时强度的85%，而普通混凝土只能维持35%～75%。抗震性能好：其构筑物在地震荷载下对冲击波能量吸收快，减震效果好。陶粒混凝土相对抗震系数为109，普通混凝土为84，砖砌体为64。

（4）耐久性好：HPLC具有与高性能普通密度混凝土相当的耐久性。如50MPa～100MPa的高强轻集料混凝土具有非常低的渗透性和良好的抗冻性。Holm等人把轻集料混凝土的高抗渗性归结于轻集料与水泥石之间优良的界面以及混凝土整体结构更加均匀等原因；同时，轻集料的多孔性可以缓解水结冰而产生的膨胀应力，使得HPLC具有良好的抗冻性。

（5）抗裂性好：同普通混凝土相比，轻集料混凝土的热膨胀系数和弹性模量小，使得由于冷缩和干缩作用引起的拉应力相对较小；同时，轻集料具有自养护作用，可减少轻集料混凝土的开裂，这对改善结构的耐久性是十分有利的。

（6）无碱-集料效应：轻集料中虽然都含有活性成分，但至今尚未见到有关轻集料混凝土由于碱集料反应造成破坏的报道。

（7）经济效益好：采用陶粒混凝土建造高楼，可降低建筑物自重30%～40%，减少劳动强度20%，减少材料运输重量30%～40%，降低工程造价10%。尤其用于桥梁及高层、大跨结构或旧桥的维修加固工程会产生更大的经济效益。

3 轻集料混凝土存在的问题

3.1 轻集料混凝土工作性存在的问题

轻集料混凝土工作性差使其很难满足现代施工的技术要求，由此在较大程度上限制了其应用。轻集料混凝土工作性差主要表现在：干燥陶粒吸水会导致混凝土拌和物的坍落度很快损失，吸水率越大，坍落度损失越快，而且由于轻集料和水泥砂浆的密度差大，易分层离析等。

3.2 轻集料混凝土集料上浮存在的问题

轻集料上浮现象一直是轻集料混凝土领域内公认的难题之一，国内外都十分关注这一问题。G.C.Hoff，R.Elimov研究发现引气对泵送非常有利，因此在混凝土泵送施工中常加入引气剂，使轻集料的上浮得到了缓解。欧洲在非结构轻集料混凝土的泵送施工中也积累了一定经验，使用稳定剂和高效减水剂获得可泵性，泵送距离为20m～80m。

3.3 轻集料混凝土工强度和耐久性存在的问题

我国对这一热点问题也进行了大量研究，取得了一些成果，并有些已应用于工程。有文献采用1h吸水率为9.2%的陶粒，运用浸渍处理的方法使陶粒表面粘附憎水溶液，使吸水率明显降低，1h吸水率只有未处理的15%，明显改善了工作性而且强度并未降低，还有文献采用1h吸水率为6%的页岩陶粒，掺入适量的粉煤灰配制出强度等级为LC30～LC40，表观密度为1700kg/m3～1900kg/m3，压力泌水率小于40%的混凝土，又有应用高效减水剂和矿物掺和料复合技术配制和生产出坍落度大于240mm、扩展度达650mm以上的LC60～LC80高强普通密度混凝土。尽管轻集料混凝土强度和耐久性方面的研究取得了一定成绩，但是在轻集料的工作性和耐久性等方面还存在很多问题，这是将来所要研究的问题。

［1］蒋家奋，曹永康.展望21世纪混凝土科学技术[J].混凝土与水泥制品，2001（1）：15－16.

［2］龚洛书.轻集料混凝土[M].中国铁道出版社，1996：25.

［3］Edd Lilja.Sveindottir State-of-the-Art Report on LWAC Material properties[R].European An Union Brite Euram Ⅲ，1988：9－14.

［4］龚洛书.轻集料混凝土在桥梁工程发展概况[J].施工技术，2002（9）：1.

［5］B.Bamforth，E.Nolan.UK High Strength LWAC in onstruction.In：Steiner Helland,Ivar Holand,Sverre Smeplass//Proceedings 2nd International Symposium on Structural Lightweight Aggregate Concerete[C].Kristiansand，Norway，2003：440－452.