[摘要] 轻骨料混凝土以其优越的性能, 应用范围日益广泛; 而新型轻骨料混凝土弥补了轻骨料混凝土抗拉、抗剪强度低、轻骨料易于上浮等缺点; 通过对新型轻骨料混凝土进行简要介绍, 就新型轻骨料混凝土性能展开了研究。
[关键词] 新型; 轻骨料混凝土; 特性
[中图分类号] TU582.2
[文献标志码] A
[文章编号] 1002- 3550-( 2006) 12- 0065- 02
1 轻骨料混凝土发展简介
轻骨料混凝土( LAC) 由轻骨料( 天然轻骨料、工业废料轻骨料、人造轻骨料) 、轻砂( 或普通砂) 、胶凝材料和水配制而成,干表观密度不大于1 950kg/m3。由于轻骨料混凝土具有轻质、高强且隔热保温性能好、抗震性能好、耐火性能好、抗渗性能好、环保等一系列的优点, 广泛应用于工业与民用建筑, 特别适用于高层和大跨度结构中。
1913 年美国便开始研制人造轻骨料, 并成功研制出页岩陶粒, 随后便开始大批量生产和使用轻骨料; 20 世纪50 年代, 美国将轻骨料混凝土应用于高层和大跨度结构[1, 2], 使得轻骨料混凝土受到广泛关注; 90 年代以来, 轻骨料混凝土技术得到飞速发展, 特别是美国、丹麦、挪威、德国、日本等发达国家研究和应用水平都比较高, 编制出一系列的规范性文件。并且自1995 年以来连续召开了结构轻骨料混凝土国际会议, 为今后轻骨料混凝土的研究和应用指明了方向。
我国20 世纪50 年代开始研究和应用轻骨料及轻骨料混凝土, 并于1958 年建成了第一栋轻骨料混凝土装配式大板试点建筑, 随之带来轻骨料混凝土的广泛应用; 到90 年代, 我国轻骨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。
2 新型轻骨料混凝土特性与应用
目前随着轻骨料混凝土的广泛应用, 需求量不断增大;设计、生产高强新型轻骨料混凝土显得尤为重要; 而国内外关于新型轻骨料混凝土研究较多的主要有: 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。
2.1 钢纤维轻骨料混凝土
纤维增强混凝土发展较早, 尤其是钢纤维增强混凝土研究最早, 也最广泛; 混凝土中加入乱向分布的短钢纤维, 其主要作用是阻碍混凝土内部微裂缝的发展和外部宏观裂缝的发生和发展, 改善混凝土的脆性性能; 从而提高混凝土的抗拉、抗弯、抗剪等性能; 增强混凝土的断裂韧性和抗冲击性能; 提高结构的耐疲劳性及其耐久性; 延长了结构的使用寿命[3]; 鉴于以上优点钢纤维混凝土已广泛用于建筑、水利等各个行业。
2.1.1 钢纤维轻骨料混凝土特性
将钢纤维与轻骨料结合: 采用人造膨胀珍珠岩作为粗骨料, 普通砂为细骨料, 掺入乱向分布的短钢纤维配制成新型多项材料复合的混凝土———钢纤维轻骨料混凝土。用钢纤维增强轻骨料混凝土, 可以充分发挥两种材料的优越性能, 符合混凝土发展方向; 但目前国内外关于钢纤维轻骨料混凝土的研究和应用较少。
综合文献[4, 5]提供的试验研究可以得到轻骨料混凝土中加入乱向分布的短钢纤维, 相对于普通轻骨料混凝土有如下性能:
(1) 钢纤维以其优越的性能, 加入轻骨料混凝土后可以弥补轻骨料混凝土的不足, 提高轻骨料混凝土各方面的性能。
(2) 轻骨料混凝土中掺入乱向分布的短钢纤维, 在配制和运输过程中可以抑制轻骨料上浮, 减少材料的分层离析, 从而保证了钢纤维轻骨料混凝土的均匀性, 避免了二次振捣。
(3) 轻骨料混凝土抗压强度接近普通混凝土, 而抗拉强度则较低; 掺入钢纤维后其抗拉强度得到有效的提高, 这成为钢纤维轻骨料混凝土最主要的优点之一; 且轻骨料混凝土的抗折、劈拉强度的提高尤为显著。
(4) 掺入钢纤维后, 轻骨料混凝土的抗压强度变化不大, 但轻骨料的抗压韧性有较大改善, 降低了轻骨料混凝土的脆性,延性大大提高。
(5) 为改善轻骨料混凝土剪力墙的抗震性能, 提高剪力墙的抗剪性能, 可以在轻骨料混凝土剪力墙中掺入一定量的钢纤维。
钢纤维轻骨料混凝土优越的性能, 越来越受科学工作者的青睐, 具有很大的发展前景。
2.1.2 钢纤维轻骨料混凝土应用
目前国内外对轻骨料混凝土和钢纤维都有比较充分的研究和应用, 而对两者的结合( 钢纤维轻骨料混凝土) 的研究和应用则较少; 在所查阅的文献中钢纤维轻骨料混凝土已应用于旧桥的维修中[6]。
随着交通运输的不断发展, 许多桥梁已经不能适应现代运输业的要求。天津港东环立交桥就是其中的一座, 它位于天津港北疆港区四号路与东环路相交处, 是天津港内重要的交通枢纽之一。由于常年通行大体积、大质量的运输车, 此桥损坏较为严重, 虽已历经多次维修, 但作用不大。此次维修为确保不需要对基础进行加固更新, 必须使桥梁上部结构的自重接近原桥结构的自重, 因此采用钢纤维轻骨料混凝土进行桥面铺装。经过运行观察, 桥面外观良好, 行车舒适。并且节约了后期运行和维修费用, 收到良好的效果。
2.2 钢骨轻骨料混凝土
组合结构成为继四大结构体系之外的一种新型结构体系,而钢骨轻骨料混凝土就是其中的一员。
2.2.1 钢骨轻骨料混凝土特性
钢骨轻骨料混凝土是将型钢与轻骨料混凝土结合在一起组成的新型结构体系; 国内外关于钢骨混凝土和轻骨料混凝土性能的研究已有很多, 在理论与应用方面都比较充分; 而将劲性钢筋与轻骨料混凝土结合起来, 则具有非常重要的意义。
辽宁工程技术大学、东北大学、天津大学等院校对钢骨轻骨料混凝土结构进行过专门研究, 并取得了一定的成果[7,8]:
(1) 钢骨轻骨料混凝土弥补了普通轻骨料混凝土抗剪强度低的缺点, 大大提高了轻骨料混凝土的抗剪性能。
(2) 钢骨与轻骨料混凝土之间由于锚固力、机械锚固作用等, 使得二者具有较好的共同工作性能。
(3) 提出了理论值与试验值吻和较好的钢骨轻骨料混凝土的抗剪承载力计算公式。目前对钢骨轻骨料混凝土的研究还刚刚起步, 虽然已对钢骨轻骨料混凝土的梁、柱等构件进行了研究; 但许多方面还处于空白, 仍有许多工作要做, 有很多问题急待解决。
2.2.2 钢骨轻骨料混凝土的应用
由于钢骨轻骨料混凝土综合了钢骨的优点( 承载力高、延性大、抗震、耐腐蚀等) 和轻骨料混凝土的优点, 特别适用于高层结构和大跨度结构中, 以及对抗震要求较高的结构中, 具有非常显著的技术经济效益和广阔的发展前景。
2.3 自密实轻骨料混凝土
2000 年在挪威召开的第二届结构轻骨料混凝土国际会议上, 将自密实轻骨料混凝土结构作为新型轻骨料混凝土结构的发展方向, 因而自密实轻骨料混凝土发展势头迅猛, 前景看好。
2.3.1 自密实轻骨料混凝土特性
自密实轻骨料混凝土是在自密实混凝土技术基础上, 用轻骨料和高性能轻骨料代替普通骨料配制而成的一种干表观密度小于1 950kg/m3 的新型高性能混凝土。它兼有自密实混凝土和轻骨料混凝土的优点[9], 具有很好的发展趋势。
( 1) 自密实轻骨料混凝土具有同普通轻骨料混凝土相同的干表观密度, 可减轻结构自重, 这一点从定义即可看出。
( 2) 自密实轻骨料混凝土克服了自密实混凝土大流动时普通骨料易于下沉, 而轻骨料混凝土中的轻骨料易于上浮的缺点, 保证了自密实轻骨料混凝土的均匀性, 且不易分层离析。
( 3) 自密实轻骨料混凝土工作性能良好。自密实轻骨料混凝土集自密实混凝土与轻骨料混凝土的优点于一身, 是众多科学工作者梦寐以求的目标。
2.3.2 自密实轻骨料混凝土的应用
世界各国关于自密实轻骨料混凝土的研究还处于初级阶段。随着新型结构体系的发展, 对混凝土的性能要求越来越高。其不但要满足轻质、高强、隔热保温等要求, 而且要绿色环保,以造福社会与人民。自密实轻骨料混凝土适应了时代的潮流,符合人类的意愿, 具有非常重要的理论与实用价值。
3 结语与展望
混凝土是一种非常重要的建筑材料, 从出现至今已经发生了几次质的飞跃。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、大跨度结构、海上平台等工程中。
而由其发展而来的新型轻骨料混凝土, 更是轻骨料混凝土中的姣姣者, 它弥补了轻骨料混凝土的不足, 有独特的性能。且具有非常大的发展潜力。不久的将来新型轻骨料混凝土必将展示出它们的优势, 受到广泛关注。
[参考文献]
[1] 雍本.特种混凝土设计与施工[M].北京：中国建筑工业出版社.1993，9.
[2] 宋绍铭.轻骨料混凝土在高层建筑和大跨度梁工程上的应用及发展前景[J].江苏建筑.2003，77- 84.
[3] 程国庆，等.钢纤维混凝土理论及应用[M].北京：中国铁道出版社，1999.
[4] 陈莹，曾志兴.钢纤维轻骨料混凝土的强度和变形性能[J]. 华侨大学学报（自然科学版），2003，24（4）.
[5] 张晓峰.钢纤维对轻骨料混凝土剪力墙抗震性能的影响[J]. 建筑技术开发，1998，25（6）.
[6] 卢晓慧.钢纤维轻骨料混凝土在旧桥维修中的应用[J].国防交通工程与技术，2004，（4）.
[7] 李殿英，金柱国，姚笛.钢骨轻骨料混凝土抗剪承载力实验研究[J].辽宁工程技术大学学报，2004，23（1）.
[8] 金焕.钢骨轻骨料混凝土斜梁截面抗剪承载力的数值模拟及计算方法的研究[R].辽宁工程技术大学，2004，12：3- 5.
[9] 王振军.自密实轻骨料高性能混凝土的研究[R].西安建筑科技大学，2004，5：1- 3.
[作者简介] 王金晶（1982-），女，学士。
[单位地址] 河北省张家口市蔚县，蔚州矿业有限责任公司崔家寨矿技术室（075700）
[联系电话] 13463318629
[收稿日期] 2006- 10- 08
