趙明霞

輕集料混凝土是指用輕粗集料、輕細集料 (或普通砂)、水泥和水，必要時加入化學外加劑和礦物摻合料配制成的混凝土，其表觀密度不大于1950 kg／m3。其中由輕砂作細集料配制而成的輕集料混凝土為全輕混凝土，由普通砂或部分輕砂作細集料配制而成的輕集料混凝土為砂輕混凝土。

一、輕集料混凝土的特性

與普通混凝土相比，輕集料混凝土主要有以下優(yōu)良特性：

1、輕質(zhì)高強

輕集料中孔隙的存在降低了集料的容重，從而降低了輕集料混凝土的容重，結(jié)構(gòu)輕集料混凝土的容重一般為1400～1900 kg／m3，比普通混凝土約小20%～40%，而其強度可以達到普通混凝土常用的強度等級，但比其強度高。對于結(jié)構(gòu)恒載(即自重)占有較大比例且對材料性能有較高要求的高層建筑、大跨度橋梁等工程而言，輕集料混凝土的這種特性在經(jīng)濟效益方面表現(xiàn)出明顯的優(yōu)越性。特別是當輕集料混凝土用于建造橋梁時，可使橋梁的跨度增大，減少橋墩的數(shù)量，減少上部結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力鋼筋的用量，降低基礎(chǔ)處理的費用，尤其在沿海地基上，由于基礎(chǔ)處理費用相對較高，節(jié)省的幅度將更大，降低原材料和構(gòu)件運輸、安裝費用等。

2、抗震性能好

輕集料混凝土，由于自重輕、彈性模量低，因而抗震性能好。用它建造的建筑物，在地震荷載作用下，所承受的地震力小，震動波的傳遞也較慢，且自振性能比普通混凝土要好。1976年唐山大地震時，京津地區(qū)幾十棟使用輕集料混凝土的工業(yè)與民用建筑基本上完好無損，周圍的磚混結(jié)構(gòu)房屋則遭受嚴重破壞或倒塌，不少工廠磚砌煙囪震裂倒塌。

3、耐久性良好

輕集料的孔結(jié)構(gòu)造成了它的“微泵”效應(yīng)。在輕集料混凝土成型后，輕集料會吸收過多的水分，隨著時間的延長，混凝土水分逐漸蒸發(fā)，輕集料又會緩慢釋放出內(nèi)部的水分，使水泥石得到充分的養(yǎng)護，從而提高水泥石的密實性和強度。這種效應(yīng)還改善了水泥石的孔結(jié)構(gòu)，進一步提高了抗?jié)B性能，因此，輕集料混凝土抗有害介質(zhì)侵入的能力也相對較強。另外，使用輕集料能有效避免混凝土的堿集料反應(yīng)問題，從而使建筑物的使用壽命延長。

4、抗裂性較好

同普通混凝土相比，輕集料混凝土的熱膨脹系數(shù)和彈性模量較小，使得由于冷縮和干縮作用引起的拉應(yīng)力相對較小，表現(xiàn)為輕集料混凝土構(gòu)件的抗裂性較好，這對改善結(jié)構(gòu)的耐久性、延長結(jié)構(gòu)的使用壽命是非常有利的，并有助于降低結(jié)構(gòu)在使用期間的維護費用。

二、輕集料混凝土的應(yīng)用現(xiàn)狀

1、輕集料混凝土在高層建筑中的應(yīng)用

我國進入20世紀90年代以后，隨著高強度、低吸水率的高強輕集料的研制和生產(chǎn)，結(jié)構(gòu)輕集料混凝土在工程應(yīng)用中也嶄露頭角。1999年建造完成的24層的珠海國際會議中心，為滿足建筑功能變更的要求，在9層以上的軸線范圍內(nèi)采用輕集料混凝土，有效地減輕了結(jié)構(gòu)自重，共使用了約1115m3輕集料混凝土。經(jīng)估算，采用輕集料混凝土方案比采用基礎(chǔ)、梁、柱加固方案節(jié)省資金20多萬元，縮短施工周期半年以上。2005～2006年建造的宜昌濱江國際大廈，建筑總高101.1m，大屋面高度93.6m，總建筑面積為36 197.9m2。四層以上采用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)形式，全部采用陶?；炷两ㄔ?，共用LC40輕集料混凝土2990m3，LC35輕集料混凝土3650m3。該工程首創(chuàng)了我國在結(jié)構(gòu)體系上(筒體、剪力墻、梁、柱、板)全部采用輕集料混凝土建高層的記錄，同時實現(xiàn)了輕集料混凝土垂直高度達101m的高層高強泵送技術(shù)。

2、輕集料混凝土在橋梁工程中的應(yīng)用

永定新河大橋是我國輕集料混凝土在橋梁工程中應(yīng)用最為成功的一個典型范例。該橋是位于唐津高速公路上的一座大型橋梁，全長1565.5m。在該橋南北引橋工程的上部結(jié)構(gòu)中應(yīng)用了強度等級為LC40、密度等級為1900的輕集料混凝土。這是我國應(yīng)用新材料、新技術(shù)建筑現(xiàn)代輕集料混凝土橋梁的開端。

3、輕集料混凝土在道路工程中的應(yīng)用

在美國得克薩斯州休斯敦市的一條州際公路上，有兩段沿街道路就是連續(xù)配筋的輕集料混凝土路面的一個實例。這些路段建于1963～1964年，是在試驗基礎(chǔ)上研究配筋百分率的影響，預(yù)定了裂縫的間距和骨料的種類。路面板是150mm厚的混凝土，下面是150mm厚的由水泥穩(wěn)定的骨架路基。整體澆筑的寬度達7m。在1974年、1984年和最后的1988年，即路面開通使用后24年，都對路面的彎沉、裂縫間距和表面情況進行檢查。研究表明，用輕骨料混凝土澆筑的路面，同用硅質(zhì)礫石作為粗骨料的普通混凝土路段相比，前者的表面損壞較少。這表明，輕骨料混凝土路面可與現(xiàn)代的普通混凝土路面相媲美。

三、輕集料混凝土存在的主要問題

1、輕集料混凝土的分層離析

輕集料混凝土拌和物主要是由輕集料、細集料、膠結(jié)材料和水四部分組成。這四種組成部分的比重各不相同，在混凝土拌和后會產(chǎn)生分層現(xiàn)象。一般對于普通密度混凝土，比重較小的水、水泥漿及帶有較小細集料的水泥砂漿上浮，粗集料及較大顆粒的細集料及包裹它們的水泥漿下沉，造成混凝土整體的不均勻，形成了混凝土的外分層結(jié)構(gòu)。但對于輕集料混凝土，則是比重較小的輕集料、水等上浮，水泥漿和細集料下沉，造成混凝土整體的不均勻，形成了輕集料混凝土的外分層結(jié)構(gòu)。同時輕集料的上浮也容易造成輕集料混凝土的離析。這種分層離析現(xiàn)象在坍落度大的輕集料混凝土中尤為明顯。很顯然，控制輕集料混凝土分層離析的關(guān)鍵技術(shù)在于控制輕集料的上浮。國內(nèi)外學者對這個問題進行了大量的研究，并提出以下若干措施來控制輕集料的上浮。

(1)嚴格控制輕集料的最大粒徑。一般輕集料的最大粒徑不宜超過20mm。

(2)選擇合適的輕集料品種。配制高流動性輕集料混凝土應(yīng)優(yōu)先選用碎石型輕集料。

(3)摻加增粘保塑的外加劑以提高水泥漿體的粘度。

(4)摻加引氣劑。在不影響混凝土強度的前提下，混凝土中引入3%～5%含氣量，能夠減小水泥石與輕集料之間的密度差，有助于防止輕集料上浮。

(5)在不增加混凝土容重的同時，設(shè)置能夠抑制輕集料上浮的網(wǎng)架，如摻加纖維等物質(zhì)可以抑制輕集料上浮。

(6)系統(tǒng)控制配合比參數(shù)，尤其是單位用水量、外加劑摻量和砂率，以實現(xiàn)混凝土流動性和穩(wěn)定性的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

2、輕集料混凝土的泵送問題

高層建筑和橋梁工程混凝土施工時一般采用泵送工藝，但輕集料混凝土的可泵性相對較差，主要存在三個方面的問題：輕集料混凝土的分層離析，坍落度損失快和輕集料壓力作用下吸水。這三個問題都會導(dǎo)致泵送時堵泵。輕集料混凝土的分層離析的控制已有說明。坍落度損失一直都是高性能混凝土研究中的一個重大課題，目前已經(jīng)取得了許多研究成果。在這方面，可以借鑒高性能混凝土中控制坍落度損失的經(jīng)驗，同時結(jié)合輕集料混凝土自身的特點進行研究。輕集料壓力下吸水是一個比較現(xiàn)實的問題。目前生產(chǎn)工藝條件下制造出來的輕集料，其孔隙結(jié)構(gòu)較差，不僅球狀孔直徑大，且開孔率高，而又分布不均勻，裂縫等缺陷也較多，因而在壓力作用下吸水率增大，導(dǎo)致混凝土拌和物狀態(tài)惡化而影響混凝土的可泵性。這個問題的解決有賴于輕集料生產(chǎn)技術(shù)的改善。

3、輕集料混凝土的強度問題

普通混凝土的強度與水泥用量有很大關(guān)系，一般來說，在耐久性允許的范圍內(nèi)，水泥用量越大，混凝土強度越高。但是，輕集料混凝土達到一定強度以后，在繼續(xù)增加水泥用量的情況下，其強度增加不再明顯，還會增大輕集料混凝土的收縮裂縫和溫度裂縫引起的危害，降低混凝土的耐久性。這是因為，普通混凝土中，石子的強度大大超過水泥砂漿的強度，因此普通混凝土的薄弱部分是水泥砂漿；而在輕集料混凝土中，一般來說，輕集料的強度低于水泥砂漿的強度，輕集料混凝土的薄弱部分是輕集料?；炷亮芽p的情況證實了這點?；炷翑嗔押螅胀ɑ炷恋牧芽p大部分是繞過粗集料的；而輕集料混凝土的裂縫則大部分穿過輕集料，表現(xiàn)為輕集料斷裂。因此，提高輕集料自身的強度是提高輕集料混凝土強度的最有效的辦法。

四、輕集料混凝土應(yīng)用于道路工程的可行性分析

近年來，輕集料混凝土較多地應(yīng)用于高層建筑和橋梁工程中，而應(yīng)用于道路工程則很少見。事實上，由于輕集料表面粗糙多孔，輕集料內(nèi)部孔洞直接吸音降噪的作用較突出，當輕集料混凝土用于道路時能降低路面行駛噪音，并能提高路面防滑能力，提高行駛舒適性。

輕集料混凝土應(yīng)用于道路工程可能存在三個方面的問題：

1、輕集料混凝土的分層離析問題

輕集料混凝土坍落度較大時分層離析現(xiàn)象比較嚴重，而在坍落度較小時則影響不大。道路工程由于采用滑模鋪筑、軌道鋪筑等施工方式，對混凝土的坍落度要求不大，一般只有20mm～60mm。在這樣的坍落度下，輕集料混凝土的分層離析是比較小的，不會對混凝土的性能產(chǎn)生影響。

2、輕集料混凝土的抗彎拉強度

道路工程中混凝土的強度指標主要是抗彎拉強度 (舊標準稱抗折強度)。與普通混凝土相比，輕集料混凝土的抗彎拉強度有所降低。輕集料混凝土的抗彎拉強度與輕集料的級配以及輕集料混凝土的配合比參數(shù)有關(guān)。通過調(diào)整合理的級配和適當?shù)呐浜媳葏?shù)能有效提高輕集料混凝土的抗彎拉強度，一般來說28d強度達到4.5MPa是不成問題的，可滿足中等交通等級公路的要求。

3、輕集料混凝土的耐久性

道路工程對混凝土耐久性的要求主要是抗凍性和抗腐蝕性。輕集料混凝土的抗凍性良好。田耀剛、胡曙光等人的研究表明，輕集料混凝土經(jīng)250次凍融循環(huán)后其動彈性模量仍在90%以上，質(zhì)量損失率在1%以下。另一方面，由于輕集料的“微泵”效應(yīng)，輕集料混凝土抗有害介質(zhì)侵入的能力也相對較強；而且，使用輕集料能有效避免混凝土的堿集料反應(yīng)問題。因此，道路工程中使用輕集料混凝土，其耐久性是可以得到保證的。

綜上所述，輕集料混凝土應(yīng)用于道路工程是可行的。

五、結(jié)語

輕集料混凝土由于其自身的優(yōu)良特性，越來越多地應(yīng)用于高層建筑和橋梁工程中，并可進一步應(yīng)用于道路工程中，在滿足結(jié)構(gòu)性能的同時，還可取得很好的經(jīng)濟效益。另一方面，利用工業(yè)廢料生產(chǎn)輕集料還可以變廢為寶，降低生產(chǎn)成本，同時減少了天然資源的開采，有利于環(huán)境保護，符合現(xiàn)代可持續(xù)發(fā)展的要求，輕集料混凝土將大有用武之地。