1、LC50 轻集料砼- 1 -1.轻集料砼概述1.1 定义我国轻集料混凝土技术规程(JGJ-51-2002)规定，轻集料混凝土是指用轻粗骨料、轻砂(或普通砂)、水泥、和水配制而成的表观密度不大于 1950kg/m的混凝土。轻骨料混凝土按其轻粗集料的种类可分为：天然轻集料混凝土、工业废料轻集料混凝土和人造轻集料混凝土三大类。按用途可分为: 保温轻集料混凝土、结构保温轻集料混凝土、结构轻集料混凝土 1。轻骨料混凝土具有密度较小、相对强度高以及保温、抗冻性能好等优点，降低结构自重，具有技术经济优势。1.2 研究现状澳大利亚新南威尔士大学 O Kayali 和 M N Haque（1999）对 LC60
2、 级轻骨料混凝土进行试验研究发现 2，其弹性模量为 21 GPa，长期干燥收缩值约为普通混凝土的 2 倍，干燥收缩率 100 d 龄期内保持不变，而普通混凝土 56 d 龄期后收缩率明显减慢。巴西圣保罗大学 Marcos V.C Agnesini 和 Joao A Rossignolo （2002 3，20044）研究了 LC30LC50 级苯乙烯-丁二烯橡胶（ SBR）改性轻骨料的混凝土的性能，发现 SBR 乳液降低了轻骨料混凝土的吸水率，提高了其拉伸强度、弯曲强度、抗化学侵蚀性和耐腐蚀性。澳大利亚新南威尔士大学 O Kayali 和 M.N Haque （2003）研究了聚丙烯纤维和钢纤维
3、对烧结粉煤灰轻骨料混凝土的增强效果 5，分析聚丙烯纤维和钢纤维对轻骨料混凝土抗压强度、 抗拉强度、 断裂指数、 弹性模量、 应力-应变关系和压缩韧性的影响。 加入 0.56% （体积分数）聚丙烯纤维的轻骨料混凝土，相比普通烧结粉煤灰轻骨料混凝土，其拉伸强度提高 20%，断裂指数增加 90%。 掺入 1.7% （体积分数）钢纤维的轻骨料混凝土，其拉伸强度提高了约 118%，断裂指数增加了约 80%。土耳其阿塔图尔克大学 Oguz Akin Duzgun 和 Rustem Gul（2005）研究了钢纤维对浮石骨料混凝土的力学性能效果 6，试验结果表明，随着钢纤维掺量的增加，浮石骨料混凝土抗压强度、
4、劈裂抗拉强度和抗弯强度都有所提高，当钢纤维体积率是 2.5%时，三者分别提高了 8.5%，21.1%，61.2%。土耳其 Eski ehir Osmangazi 大学 ilker Bekir Topcu 和 Anadolu 大学 LC50 轻集料砼- 2 -Burak Is 覦 kdag（2008）研究了膨胀珍珠岩轻骨料混凝土的性能 7，用膨胀珍珠岩替代粗骨料的比例为 0、15%，30%，45%和 60%；制备出抗压强度为 20 30 MPa 的轻骨料混凝土。澳大利亚国防军学院 O Kayali（2008）制备出粉煤灰轻骨料混凝土，其密度比普通混凝土轻 22%，强度提高 20%左右，干燥收缩率
5、减少 33%，具有较好的耐久性能；此外，该轻骨料混凝土在不降低强度的情况下，可以减少 20%的水泥用量 8。印度马德拉斯技术学院 K Ramamurthy 和 E K Kunhanandan Nambiar （2009）研究了泡沫轻骨料混凝土组成材料、配合比和生产方式，开发出性价比高的发泡剂和泡沫发生器，研究了发泡剂和化学外加剂、纤维、轻骨料和钢筋之间的相容性 9。土耳其伊斯坦布尔技术大学 Ozkan Sengul 和 SenemAzizi（2011）研究了膨胀珍珠岩对轻骨料混凝土的机械性能和热导率的影响 10，试验结果表明： 随着珍珠岩掺量的增加，混凝土的抗压强度和弹性模量随之减小，而吸水率
6、和吸着力系数随之增加，热导率显著提高。美国密歇根州立大学 Nicolas Ali Libre 和 MohammadShekarchi（2011）为了改善浮石轻骨料混凝土的力学性能和延性性能，在混凝土中加入了钢纤维和聚丙烯纤维，研究了该混凝土的容重、和易性、抗压强度、抗拉强度和韧性，测试了九个不同体积分数的钢纤维和聚丙烯纤维的混凝土试块的相关性能。 试验表明：钢纤维和聚丙烯纤维使混凝土的抗压强度、抗拉强度和韧性得到提高，密度降低 11。伊朗伊斯法罕科技大学 Maryam Mortazavi 和 MojtabaMajlessi（2012）研究了硅粉对轻骨料混凝土的影响 12，测试结果表明：硅粉能够
7、大幅度地提高轻骨料混凝土的抗压强度，但硅粉掺量较高时，混凝土强度增加的速率则减慢。沙特阿拉伯达曼大学 IARAl-Hashmi 和 SAhmad（2013）采用粉煤灰和膨润土制成陶粒，配制成轻骨料混凝土，研究表明：粉煤灰陶粒能降低混凝土的密度，随着粉煤灰陶粒掺量的增加，混凝土拌合物的和易性降低 13。1.2 国内研究现状LC50 轻集料砼- 3 -清华大学丁建彤和王贤磊等（2002）试验结果表明 14，钢纤维可明显提高轻骨料混凝土的劈裂抗拉性能；钢纤维对拉压比和折压比随基体抗压强度的增加而下降的趋势基本无影响，但在同样的基体强度等级下，钢纤维可以显著提高轻骨料混凝土的拉压比和折压比，可稍微减小
8、轻骨料混凝土的后期收缩。清华大学宋培晶和丁建彤等（2004）采用低吸水率（2.5%）的轻骨料制备出抗压强度为 5565 MPa 的轻骨料混凝土 15，测出其 180 d 龄期时的收缩率值范围是 5.210-47.710-4，该收缩率统计值比 JGJ 51-2002 规程的限值大 0.710-42.810-4。东南大学高建明和南京工程学院董祥（2005）研究了钢纤维和有机合成纤维对轻骨料混凝土的增强增韧效果 16，结果表明：掺入钢纤维具有较好的增强增韧效果、弯曲韧度系数最高可提高 14 倍，但表观密度相应增大；掺入有机合成纤维可以在不增加轻骨料混凝土表观密度、保证其高强度的基础上，有效地改善轻骨
9、料混凝土的韧性。内蒙古工业大学霍俊芳和内蒙古农业大学申向东（2008）利用浮石轻骨料、钢纤维、聚丙烯纤维及硅灰配制纤维轻骨料混凝土，研究在水中冻融作用及硫酸钠溶液中冻融作用下纤维轻骨料混凝土的抗冻耐久性能 17，研究表明：轻骨料混凝土在硫酸钠溶液中冻融损伤明显大于水冻环境；掺入两种纤维后，轻骨料混凝土的强度损失率降低，而掺有粉煤灰和硅灰的纤维轻骨料混凝土的强度损失率和质量损失率均显著降低。解放军理工大学严少华和郭志昆（2008）采用 SHPB（split Hopkinson pressure bar ）装置，对聚丙烯纤维增强轻骨料混凝土进行了冲击试验 18，得到了 60110s-1应变速率下的
10、应力-应变曲线，分析了该材料力学性能指标与应变速率的关系，对其静力与动力状态下的性能作了比较。试验结果表明，聚丙烯纤维增强轻骨料混凝土是良好的抗冲击材料。总参工程兵第四设计研究院吴平安和刘宜平等（2010）对混杂纤维轻骨料混凝土进行了冲击试验 19，研究该材料受一次、重复多次冲击后的破坏现象和受力特点。结果表明：混杂纤维轻骨料混凝土是一种应变速率敏感材料，其应变速率效应高于普通混凝土。福州大学梁咏宁和陈永波等（2011）对不同类型陶粒轻骨料混凝土试验研究表明 20：陶粒经过预湿处理后，吸水率大的陶粒在陶粒混凝土中的返水能力LC50 轻集料砼- 4 -比吸水率小的陶粒强；普通混凝土的有效水灰比和
11、内部相对湿度最小，吸水率小的陶粒轻骨料混凝土居中，吸水率大的陶粒轻骨料混凝土最大；对于经过 24 h 预湿处理的粗骨料，在水泥石中孔径小于 50 hm 的累计孔径方面，吸水率大的陶粒轻骨料混凝土最小，吸水率小的陶粒轻骨料混凝土居中，普通混凝土最大；混凝土自收缩是有效水灰比和粗骨料约束程度共同作用的结果，吸水率大的陶粒轻骨料混凝土自收缩最小，普通混凝土的居中，吸水率小的陶粒轻骨料混凝土自收缩最大。沈阳建筑大学徐长伟和张阳等（2012）研究不同种类矿物掺合料单掺、复掺时，掺合料掺量对轻骨料混凝土力学性能及均质性的影响 21，结果表明：单掺时，在 30%掺量范围内，随着矿渣粉掺量的增加，轻骨料混凝土
12、拌合物的黏聚性增强，拌合物流动性变好，早期和后期强度增加；在 20%掺量范围内，随着粉煤灰掺量的增加，轻骨料混凝土拌合物的流动性变好，泌水减小，拌合物均质性变好；当粉煤灰和矿渣粉掺量均为 10%时，复合掺加矿渣粉和粉煤灰对配制大流动性高强轻骨料混凝土效果理想，抗离析性优异。长沙理工大学高英力和程领等（2012）采用碳化试验和干燥收缩试验相结合，研究了轻骨料混凝土在碳化作用下的干缩变形发展规律及其影响因素 22。结果表明：加速碳化作用下，轻骨料混凝土的干缩变形显著增长，而随着矿物掺合料的掺入，干缩率得到一定程度的抑制，其中掺超细粉煤灰轻骨料混凝土碳化干缩率最小；骨料预湿完全条件下轻骨料混凝土水胶
13、比越大，碳化干缩变形越大； 轻骨料混凝土在高浓度 CO2 加速碳化作用下干缩变形显著高于自然碳化混凝土；而在相对湿度 50%条件下碳化时，其干缩率要大于其他湿度条件下的试样。河南工业大学静行和庞瑞（2013）研究了橡胶改性轻骨料混凝土的强度、耐磨性、干缩性等指标，并考虑了羧基丁苯聚合物对橡胶颗粒改性效果的影响23，结果表明：橡胶改性轻骨料混凝土的强度降低较多，干缩率增大，但韧性、密实性、界面黏结强度、密实度、耐磨性均获提高。1.3 技术路径1.3.1 传荷路径在荷载作用下，轻骨料混凝土与普通混凝土的荷载传递路径明显不同，其LC50 轻集料砼- 5 -主要原因在于粗骨料。普通混凝土是网状的水泥砂
14、浆包围着较高强度的粗骨料，界面成为构造的薄弱部位；而轻骨料混凝土恰好相反，水泥砂浆包围着相对较低强度的轻骨料，薄弱部位从界面转移为轻骨料本身。在普通混凝土中，粗骨料的强度超过骨料-砂浆界面的强度，裂缝延伸过程中遇到粗骨料时，将绕过其周界继续在水泥砂浆内发展，粗骨料有阻滞裂缝发展的作用。混凝土的破坏发生在水泥砂浆内，而粗骨料一般保持完整。轻骨料混凝土受力后，粗骨料的受力较小，水泥砂浆受力较大，形成近似于以骨料作填充、以水泥砂浆作骨架的受力模型。此外，轻骨料颗粒的表面粗糙，与水泥砂浆的黏结良好。因此，当水泥砂浆中出现裂缝后，轻骨料难以阻滞裂缝的开展，裂缝将穿过粗骨料延伸。1.3.2 技术性能1.3
15、.2.1 一般规定1）轻骨料混凝土的强度等级应按立方体抗压强度标准值确定。2）轻骨料混凝土的强度等级应划分为：LC5.0；LC7.5；LC10；LC15；LC20；LC25；LC30；LC35；LC40；LC45；LC50；IC55；LC60。3）轻骨料混凝土按其干表观密度可分为十四个等级（表 1.1） 。某一密度等级轻骨料混凝土的密度标准值，可取该密度等级干表观密度变化范围的上限值表 1.1 轻骨料混凝土密度等级4）轻骨料混凝土根据其用途可按表 1.2 分为三大类。表 1.2 轻骨料混凝土按用途分类LC50 轻集料砼- 6 -1.3.2.2 技术性能1）结构轻骨料混凝土的强度标准值应按表 1
16、.3 采用。表 1.3 结构轻骨料混凝土的强度标准值（Mpa）LC50 轻集料砼- 7 -2）结构轻骨料混凝土弹性模量应通过试验确定。在缺乏试验资料时，可按表 1.4取值。表 1.4 轻骨料混凝土的弹性模量 E LC（10 2Mpa）3）结构用砂轻混凝土的收缩值可按下列公式计算，且计算后取值和实测值不应大于表 1.6 的规定值。表 1.5 收缩值与徐变系数的修正系数LC50 轻集料砼- 8 -表 1.6 不同龄期的收缩值4）结构用砂轻混凝土的徐变系数可按下列公式计算，且计算后取值和实测值不应大于表 1.7 的规定值。LC50 轻集料砼- 9 -表 1.7 不同龄期的徐变系数5）轻骨料混凝土的泊松比可取 0.2。6）轻骨料混凝土温度线膨胀系数，当温度为 0100 oC 范围时可取 710-6/oC1010 -6/oC 。低密度等级者可取下限值，高密度等级者可取上限值。7）轻骨料混凝土在干燥条件下和在平衡含水率条件下的各种热物理系数应符合表 1.8 的要求。表 1.8 轻骨料混凝土的各种热物理系数LC50 轻集料砼- 10 -8）轻骨料混凝土不同使用条件的抗冻性应符合表 1.9 的要求。表 1.9 不同使用条件的抗冻性9）结构用砂轻混凝土的抗碳化耐久性应按快速碳化标准试验方法检验，其 28d的碳化深度值应符合表 1.10 的要求。表 1.10 砂轻混凝土的碳化深度值
