陶粒轻骨料混凝土的应用与发展趋势

文章编号:1000-5730(2001)02-0067-04

陶粒轻骨料混凝土的应用与发展趋势

Ξ

祝　叶1　徐银芳1　陈　竣2

(1.华中科技大学　土木工程与力学学院,湖北　武汉　430074)

摘要:主要分析了影响陶粒混凝土强度主要因素,及研制高强陶粒混凝土中的关键问题,并展望了高强轻骨料混凝土的发展前景.

关键词:高强陶粒;　颗粒强度;　吸水率中图分类号:TU528.2

文献标识码:A

轻骨料混凝土是用水泥、粗轻骨料和轻细骨料(或普通砂)和水配制而成的一种轻质混凝土.轻骨料混凝土的强度等级为CL 5～CL 50.轻骨料混凝土的容重一般在600～1800kg/m 3之间,比普通混凝土容重约轻25%～35%,大大降低了建筑物的自重.相对于普通混凝土建筑而言,轻骨料混凝土建筑具有自重轻、结构跨度大、抗震性能好,节省造价等优点,陶粒混凝土即是轻骨料混凝土中的一种.

1　陶粒混凝土的技术性能

1.1　陶粒混凝土结构特征及破坏特点

陶粒混凝土中的陶粒粒径一般≥5mm ,为多孔颗粒,其容重一般是800～1900kg/m 3,为多孔轻质混凝土.陶粒混凝土具有水泥石微观结构,由水泥凝胶、晶体骨架,未水化完的水泥颗粒和凝胶化组成.此外,陶粒混凝土独特的微孔微管系统,具有吸水作用,且在水泥硬化过程中又可以排出水分,用于水泥石的继续硬化,这种“微泵”作用形成骨料颗粒表面的局部低水灰比,增加了骨料表面附近水泥石的密度性,提高了骨料与砂浆的界面结合力.陶粒的粗糙表面,也提高了界面机械咬合力.当水泥石强度较低时,混凝土受力初裂发生在水泥石中,当水泥石强度高于陶粒时,其受力初裂几乎是在骨料与水泥石中同时发生的.1.2　强度及变形性能

通过大量的试验表明,陶粒混凝土的强度与陶粒粒径的大小有关,一般随着陶粒粒径的增大,其强度有降低的趋势,使混凝土的抗压强度降低.陶粒混凝土的弹性模量较小,在空气中硬化时收缩变形较大,徐变也较大.这些都是陶粒混凝土变形性能中不利的一面,但对于温度敏

第18卷第2期2001年6月 武汉城市建设学院学报 J.OF WU HAN URBAN CONSTRUCTION INSTITU TE Vol.18No.2 J un.2001

Ξ收稿日期:2001-04-25.

作者简介:祝　叶(1976-),女,硕士研究生;武汉,华中科技大学土木工程与力学学院(430074).

感性而言,陶粒混凝土的热膨胀系数较小,从而可减少由于温度变化而引起的破坏.

1.3　其他性能

由于陶粒有封闭的微小气孔,对水结冰产生的膨胀能起缓冲作用,从而提高了陶粒混凝土的抗冻性.同时,陶粒混凝土的抗裂和耐火性能也比较好.此外,陶粒混凝土孔隙中的空气导热系数非常小,可以有效地控制空内热量外流,故保温性能优良.

2　影响陶粒混凝土强度的主要因素

2.1　陶粒颗粒强度

由陶粒混凝土的破坏特性可以得出:提高陶粒混凝土强度的关键在于提高整体工作阶段的承载能力,故要求陶粒比配制普通轻集料混凝土陶粒具有较高的颗粒强度.

由表1中的数据分析发现,粉煤灰陶粒、粘土陶粒和页岩陶粒的颗粒强度随密度等级的增加而提高.陶粒强度标号与G B2838-81《粉煤灰陶粒和陶砂》、G B2839-81《粘土陶粒和陶砂》及G B2840-81《页岩陶粒和陶砂》国家标准相比,要提高一个密度等级;与J G J51-90《轻集料混凝土技术规程》相比,要提高两个密度等级.因此,在现有基础上生产高强陶粒,尚需经过一定的技术措施后才能实现.

表1　高强轻粗骨料颗粒强度(MP a)标定值比较

密度等级

G B/T1743-98

筒压强度强度标号

G B2838-81

粉煤灰陶粒

筒压强度强度标号

G B2839-81

粘土陶粒

筒压强度强度标号

G B2840-81

页岩陶粒

筒压强度强度标号

600 4.025—— 2.015 1.510

700 5.030 4.025 3.020 2.015

800 6.035 5.030 4.025 2.525

900 6.540 6.535 5.030 3.030

2.2　吸水率

陶粒具有多孔隙结构与普通砂石骨料相比具有较大的吸水率,而且大多发生在1h之内,这主要与轻骨料的生产工艺及其内部气孔结构和表面状态有关.如北京页岩陶粒是烧胀陶粒,表面有一层致密的“釉化”硬壳,内部呈封闭孔结构.北京粘土陶粒膨胀倍数较小,因在粘土中掺有少量糠醛废渣,在焙烧过程中气化成封闭孔,相对其它非球形陶粒,它们的吸水率都较低,吸水也较慢.不同的生产工艺对轻骨料的吸水率也有影响,用粉煤灰加生石灰和石膏经轮碾成球,蒸养而成的蒸养粉煤灰集料,其吸水率显然比烧制的粉煤灰陶粒大(表2).

吸水率高的陶粒,不能适应现代泵送混凝土施工的要求,另一方面,因为施工前须泡水饱和预湿,给施工带来困难且影响强度的发展,大大地降低了陶粒混凝土的耐久性.为此,在配制高强度陶粒混凝土时,应尽量减少碎石型轻骨料,而采用球形陶粒.

J G J51-90《轻集料混凝土技术规程》规定,就吸水率而言,轻骨料1h内≯25%(粉煤灰陶粒≯22%,粘土陶粒和页岩陶粒≯10%),为此,应减少碎石型轻骨料,减少开口孔隙的数量.

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表2　各种轻骨料吸水率统计值

品 种试验

次数

吸水率总平均值ω

1h 吸水率/%24h 吸水率/%吸水率均方差δ

1h 24h 吸水率变异系数C v

1h 24h ω1∶

ω24/%

北京页岩陶粒1004.516.630.410.630.0190.09568.0北京粘土陶粒1004.597.320.280.280.0610.03862.7天津粉煤灰陶粒8019.222.519.52.090.100.09358.3上海蒸养粉煤灰骨料

50

33.15

35.28

1.12

1.21

0.034

0.035

94.0

降低吸水率的途径一是将轻骨料的外表面喷涂一层如石蜡或聚苯乙烯乳液等防水涂料,另一种是选用特殊的原材料,采用专门生产工艺加工出一种具有均匀分布的微小封闭孔隙的吸水率很低的球形轻骨料.后一种途径所得的高性能轻骨料,吸水率低、颗粒强度较高且性能也较稳定.

3　应用状况

采用陶粒配制的各类混凝土以及各种用途的陶粒制品,除去不合理使用外均可满足使用要求.70年代末和90年代初,曾两次对北京、上海及哈尔滨等十个省市在1978～1989年间,有关轻骨料混凝土在房屋建筑工程中的应用情况进行过调查,调查结果说明所有轻骨料混凝土耐久性、抗震性和使用情况良好.

近年来,在多层、高层、大跨及承重建筑工程中,较多地采用了轻骨料混凝土,发挥了轻骨料混凝土的技术经济优势,不仅刺激了轻骨料的生产,同时对小型砌块的生产、建筑节能、房屋建筑等方面也都有很大的促进作用.例如,上海有三幢点式高层建筑,总面积2.577万m 2,原设计采用普通混凝土18层大模现浇剪力墙体系,在不修改原设计的基础上,仅将墙体改成钢筋粘土陶粒混凝土,层高增至20层;又如,武汉烟草公司原设计25层,在原设计基础不变的情况下,仅从10层起开始采用钢筋陶粒混凝土,层数可增至32层;天津湖北路16层(局部18层)两幢大开间剪力墙住宅,全部采用粉煤灰陶粒混凝土;四川将高强陶粒混凝土用于大跨、重载工程,如用于5层(局部6层),2400m 2的自贡新华书店储运站书库工程等.工程实践证明,均取得较好的技术经济效益和社会效益.

人们对轻骨料应用的经济性存在一些保守的片面的认识,如轻骨料的单方造价比普通砂石贵很多,高强陶粒的成本比超轻陶粒高等,由此导致工程造价的提高,这种认识不符合实际.国内外很多工程实践早已证明,结构轻骨料混凝土的比强度高,质量轻,建筑大跨度的桥梁和高层建筑,超高层建筑,可以大大减轻结构自重,降低基础荷载,减少材料用量和运输量,因而带来十分可观的综合经济效益.

世界著名的林同炎中国公司采用高强陶粒混凝土建造各种大跨度桥梁、高层建筑及超高层房屋建筑具有丰富的设计和施工经验,曾规划和设计公路、铁路及上千座桥梁与房屋,遍及我国、亚洲及南、北美洲.他们在对我国建筑市场作深入调查研究后认为:仅在以普通混凝土为

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