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哈尔滨工业大学
课程名称：混凝土材料科学 授课教师：董淑慧 学生班级：34545 学生学号：232435435 学生姓名：但是
哈尔滨工业大学交通科学与工程学院
2018年4月
轻集料混凝土
摘要：轻集料混凝土是指用轻粗集料、轻砂（或普通砂）等为集料配制而成的干表面密度不大于1900公斤/米的水泥混凝土，也称多孔集料轻混凝土。轻集料混凝土具有自重轻、保温隔热、隔音降噪、耐火性能好等效果，从而降低了建筑的成本。
关键词：轻集料混凝土、自重轻、保温隔热、降低成本
引言
随着现代建筑向大跨、高层的发展，为缩小结构断面、减轻结构自身重量、提高保温隔热等性能，质轻、高强、多功能、耐久、抗灾、可持续发展的建筑材料已经成为土木工程界的重要研究课题，也是现代混凝土技术的重要发展方向之一。轻集料混凝土因具备这些优点而成为仅次于普通混凝土的用量最大的一种新型混凝土。普通混凝土和轻集料混凝土的分界线各国不尽相同，按我国《轻集料混凝土技术规程》（JGJ51-2002）规定用轻粗集料、细砂或普通砂、水泥、和水配制成的干表观密度不大于1950kg/m³的混凝土，称为轻集料混凝土。
一、轻集料混凝土的定义
轻集料混凝土就是用轻粗集料、轻细集料、水泥和水配制而成的密度不大于1950kg/m3的混凝土。轻集料混凝土有很多种分类方式。轻集料混凝土按细集料品种分为全轻混凝土和砂轻混凝土两类；全部粗细集料均采用轻集料着称为全轻混凝土；粗集料为轻集料，而细集料部分或者全部采用普通砂为砂轻混凝土。轻集料混凝土按用途分为保温轻集料混凝土、结构保温轻集料混凝土和结构轻集料混凝土三类。轻集料混凝土还可以用轻集料的种类命名。轻骨料混凝土的轻骨料分轻粗骨料和轻细骨料。
二、轻集料混凝土的主要特点
1）表观密度小
一般普通混凝土的容重为2400kg/m³，而轻集料混凝土容重一般为1600～1950kg/m³，轻混凝土与普通混凝土相比，其表观密度一般可减小1/4～3/4，使上部结构的自重明显减轻，从而显著地减少地基处理费用，并且可减小柱子的截面尺寸。又由于构件自重产生的恒载减小，因此可减少梁板的钢筋用量。此外，还可降低材料运输费用，加快施工进度。
2）保温性能良好 一般普通混凝土在干燥情况下的导热系数为1.22～1.45W/（m·K），而在潮湿情况下可达1.62～1.74W/(m·K)，轻集料混凝土的导热系数一般比苦通混凝土要低1/3～1/2，因此轻混凝土通常具有良好的保温性能，降低建筑物使用能耗。
3）耐火性能良好
轻混凝土具有保温性能好、热膨胀系数小等特点，遇火强度损失小，故特别适用于耐火等级要求高的高层建筑和工业建筑。4）隔音性能好
这主要是由于轻集料混凝土孔隙率较大，所以其隔音效果优于普通混凝土。5）力学性能良好
轻混凝土的弹性模量较小、受力变形较大，抗裂性较好，能有效吸收地震能，提高建筑物的抗震能力，故适用于有抗震要求的建筑。
6）易于加工
轻混凝土中尤其是多孔混凝土，易于打入钉子和进行锯切加工。这对于施工中固定门窗框、安装管道和电线等带来很大方便。
三、工程应用和存在的主要问题
轻集料混凝土表现出来的优点：性能优良（在隔热保温、耐火、抗震、耐久抗冻、抗渗等方面表现出较好性能）、经济效益好、节能效果显著、施工适应性强和应用范围广等。下面列举几个运用： 1）桥梁
桥梁结构的荷载很大(一部分来自于自重)，因而与普通混凝土相比，轻集料砼在这一领域优势明显，在桥梁的改建和新建中得到广泛应用。2）高层建筑
在高层建筑中采用轻集料砼能够显著减轻结构自重，能够提高建筑高度，也解决了在软土地基上建造高大建筑的问题。3）其他应用领域
制造海上平台和浮桥；由于耐火性好，用于住宅预制烟囱和工业烟囱内衬；基于抗冻性，用于道路稳定保温垫层。
在我国，轻集料混凝土作为一种新型建筑材料研究较少，不管在应用研究水平还是生产规模都有待发展。目前，在工程应用中还存在着以下几个主要的问题。1）强度问题
轻集料混凝土达到一定强度后，当继续增加水泥用量时，轻集料混凝土的强度增加并不明显。同时，与与轻集料混凝土中水泥石的强度相比，轻集料混凝土的强度偏低，这限制了轻集料混凝土强度的提高。2）收缩和徐变
轻集料的含水率直接影响轻集料混凝土收缩的发展速度，对徐变影响则较小。高含水率的轻集料混凝土早期收缩小于相同强度的普通混凝土，但最终收缩大于普通混凝土；低含水率的轻集料混凝土收缩始终大于普通混凝土。轻集料混凝土的徐变随混凝土强度增加而降低，徐变系数小于普通混凝土，但由于轻集料混凝土的弹性模量低于普通混凝土，徐变应力仍可能大于普通混凝土。3）吸水问题
在当前人造轻集料的生产工艺条件下制造出来的陶粒(含高强陶粒)，其孔隙结构较差，不仅球状孔直径大，且开孔率高，分布不均匀，裂缝缺陷也较多，因而吸水率较大。这种吸水率高的陶粒，既不能适应现代泵送混凝土施工的要求；也因为施工前须泡水饱和预湿，给施工带来很大麻烦。因此，现在急需生产出一种具有更低吸水率，施工时不需预湿的人造轻集料，即高强、低吸水率的轻集料。4）泵送施工
目前，高强轻集料混凝土已开始在工程上应用，但对轻集料混凝土中集料与胶凝材料易离析而影响泵送施工的问题并没有根本解决。泵送施工时，部分水泥浆中的水在压力作用下渗入轻集料中，降低了混凝土的工作性能。当水分由水泥浆渗入轻集料中，混凝土的体积将轻微降低。因此，泵送轻集料混凝土具有可压缩性，在泵压下表现为塑性。当增加泵压时，混凝土中的空气被压缩到轻集料中，这也是泵送轻集料混凝土具有可压缩性的原因。然而，当泵压降低和消失后，存在于轻集料孔中的被压缩空气又会将轻集料孔中的水分挤出。如果这种情况发生在泵管中，会导致混凝土拌和物泌水并会堵塞泵。
四、配制研究
混凝土宏观的物理力学性能源于其微观结构。要配制轻集料混凝土，提高比强度，改善其性能必须从内部组成结构和形成过程入手，主要表现在原材料的选取和配合比例、制作养护工艺上。
1）材料及其配比
①轻粗集料
轻粗集料——粒径在 5mm 以上,堆积密度小于 1000kg/m3;轻细集料——粒径不大于 5mm ,堆积密度小于 1200kg/m3。轻集料按原料来源分有三类:(1)工业废料轻集料——如粉煤灰陶粒、膨胀矿渣珠、自燃煤矸石、煤渣 及其轻砂。(2)天然轻集料——如浮石、火山渣及其轻砂。
(3)人造轻集料——如页岩陶粒、粘土陶粒、膨胀珍珠岩集料及其轻砂。轻集料的堆放和运输应符合下列要求:(1)轻集料应按不同品种分批运输和堆放,避免混杂。
(2)轻粗集料运输和堆放应保持颗粒混合均匀,减少离析。采用自然级配 时,其堆放高度不宜超过 2m ,并应防止树叶、泥土和其他有害物质混入。(3)轻砂在堆放和运输时,宜采取防雨措施。
在气温 5℃以上的季节施工时, 可根据工程需要, 对轻粗集料进行预湿处理。预湿时间可根据外界气温和来料的自然含水状态确定, 一般应提前半天或一天对 集料进行淋水、预湿,然后滤干水分进行投料。在气温 5℃以下时,不宜进行预 湿处理。
混凝土中，粗集料体积占混凝土体积50%～60%，因此，轻粗集料密度很大程度上决定了混凝土密度，它是混凝土密度得以减小的主要原因。其材质、形状、筒压强度大小、吸水率等性能优势影响轻集料混凝土强度的重要因素，其中轻集料筒压强度大小是最主要的影响因素。与普通混凝土不同，轻粗集料中的粗集料(即陶粒)强度一般较混凝土的小，要配制高强度的轻集料混凝土必须采用高强度的陶粒。对于同等级的陶粒，减小陶粒最大粒径能够提高混凝土的强度。粒型对混凝土工作性能和力学性能也会产生一定影响；研究表明碎石型陶粒抗浮要好于圆球型陶粒。关于轻集料吸水性对混凝土性能的影响，学术界的观点并不统一。一种观点认为，轻集料的吸水性对轻集料混凝土的结构形成并无不利影响，甚至更有利影响。但一般认为，吸水率大的轻集料一方面不能满足现代泵送混凝土施工的要求，而且施工前必须泡水饱和预湿，给施工带来不便，而且大大降低了陶粒混凝土的耐久性，混凝土强度也受到影响。②水泥
一般采用硅酸盐水泥、普通水泥、矿渣水泥、火山灰水泥及粉煤灰水泥。水泥是混凝土中主要胶凝材料，水泥的质量与用量直接决定了硬化砂浆体的强度。与普通混凝土不一样的是，轻集料混凝土中粗集料的强度相对较低，在一定程度上影响了高强水泥的强度优势发挥。水泥用量方面，大用量容易引起由水泥石过大的收缩变形，使混凝土内部产生早期微裂缝，影响混凝土后期性能的发挥，但水泥用量较小时，没有足够的水泥砂浆包裹轻粗集料，对混凝土强度产生不利影响。③砂
砂对轻集料混凝土性能的影响主要体现在砂质、级配和砂率上。一般来说采用轻砂比采用普通砂配制而成的混凝土强度要低，但有利于混凝土密度的降低。级配好的普通砂或混合型细集料有利于提高轻集料混凝土的强度。轻集料混凝土中的砂率常用砂的体积与粗细集料总体积之比即体积砂率来表示，它对强度影响较大。研究表明，选择一合适砂率对轻集料混凝土性能比较重要。一定范围内，砂率提高，混凝土强度提高。④水胶比 水胶比是混凝土强度的重要影响因素之一，水胶比定律也适用于轻集料混凝土，但只有对同一品种、同一堆积密度的轻集料来说才是有效的。研究表明，对每一种轻集料混凝土，存在一最佳水胶比，过大过小都有不利影响。水胶比对强度的影响，主要是因为加水过多将使混凝土表面疏松、毛细孔及凝胶孔变大、孔隙多，使混凝土的密实度降低，强度降低。同时水胶比过大可使蒸发的水量增大，混凝土的收缩增大，耐久性能下降。
⑤掺合料
混凝土中加入矿物掺合料是混凝土改性的重要途径之一。为改善轻集料混凝土的物理力学性能，常在混凝土中掺入粉煤灰、硅灰等矿物掺合料。掺入粉煤灰，可使轻集料混凝土拌合物的坍落度经时损失减小，并能大大改善其和易性，并防止其离析和泌水。掺入硅灰可有效提高其强度，且可改善抗冻性能，但硅灰掺量过高时，降低混凝土的密实度，导致强度降低。⑥外加剂
与普通混凝土一样，外加剂可以改善轻集料混凝土的性能。⑦纤维
目前纤维增强混凝土的研究应用已相当广泛。在混凝土中加入纤维，可以改善混凝土的脆性。
2）制作养护工艺
①集料处理及拌和
轻集料质量轻的特点要求制作搅拌时需要采用强制式搅拌机进行。轻集料较强吸水能力在一定程度上影响了拌和时的工作性能，施工时一般对轻集料采取预吸水或憎水处理等措施。施工时也有通过集料表面裹浆(用水泥或水泥浆)处理的方法来达到提高轻集料混凝土强度的目的。
②养护制度
混凝土养护常有自然养护、标准养护、蒸汽养护等。由于轻集料的孔隙中含有一定的水分，使轻集料混凝土在较温和气温下自然养护时，能逐步放出水分，有利于水泥的水化。由于轻集料的“自养护”，混凝土养护时可不采取任何防止水分蒸发的措施，使混凝土的强度得以正常发展。
五、发展前景
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，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。
六、结语
随着现代建筑技术的发展，轻集料混凝土以其轻质、高强、多功能的特点在大跨结构、高层建筑、软土地基以及海上平台、移动结构等工程中有着广泛的应用前景。
参考文献：
【1】周士琼，谢友均《土木工程材料》，中南大学，2016。
【2】霍俊芳《轻集料混凝土的研究现状与发展》，内蒙古工业大学，2015。【3】龚洛书，柳春圃《轻集料混凝土》，北京:中国铁道出版社，2016。
【4】《JGJ59-2017轻集料混凝土技术规程》。
【5】胡署光，王发洲《轻集料混凝土》，北京：化学工业出版社，2016。
【6】钱觉时，卢浩等《陶粒憎水处理对新拌陶粒混凝土工作性能的影响》，《混凝土与水泥制品》2001。
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