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全轻混凝土在建筑节能中的应用
2008/03/31 00:00
来源：天津市建筑设计院
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全轻混凝土是用轻粗骨料、轻细骨料、胶凝材料和水配制而成的轻骨料混凝土。结构保温的全轻混凝土干表观密度为800 kg/m3～1 400 kg/m3, 强度等级一般为LC7.5、LC10、LC15。在干燥状态下导热系数为0.23W/(m·K)～0.49 W/(m·K) , 比普通混凝土低1～7 倍。采用28 cm
厚的碱土陶粒全轻混凝土( 密度为1 200 kg/m3) 的外墙板, 其热阻值相当于49 cm 砖墙。全轻混凝土是一种既承重又保温的材料。欧洲、美国等国家用全轻混凝土作墙板、屋顶板、小型空心砌块等, 在高层及大跨度建筑中应用。我国从20 世纪70 年代开始就在工业与民用建筑中推广应用全轻混凝土墙板。如工业厂房的外挂全轻混凝土墙板, 内浇外挂的民用建筑外墙板, 全装配建筑的外墙保温墙板等。1979 年国家颁布的《工业厂房墙板设计与施工规程》JGJ2- 79 规定了保温墙板成为单一材料时, 轻骨料混凝土强度等级不小于LC7.5, 密度不大于1 400 kg/m3, 并按密度等级给出了热工指标。《规程》颁布后, 天津市建筑设计院与冶金部建筑研究院共同主编了全国通用《轻骨料钢筋混凝土墙板》图集于1979 年发行, 图集墙板的全轻混凝土强度等级为LC10。《规程》和图集推动了全轻混凝土在承重保温构件上的应用。其后不少研究成果及工程实践也证实了全轻混凝土在建筑工程承重保温维护结构上应用的良好效果。
全国混凝土保温承重构件混凝土强度等级在LC7.5 到LC15, 现行《轻骨料混凝土结构技术规程》JGJ12- 2006 规定: “钢筋轻骨料混凝土结构的混凝土强度等级不应低于LC15”, 但在条文说明中又有“用于自承重兼保温的轻骨料混凝土结构构件, 其强度等级可适当降低”的说明。 本文在全轻混凝土在建筑工程应用实践及试验研究的基础上, 重点讨论低强度等级( LC7.5～LC15) 密度为1 400 kg/m3 以下的全轻混凝土墙板的设计及构造。 1 全轻混凝土的主要性能全轻混凝土由于使用的粗、细轻骨料不同种类较多, 本文仅就常用全轻混凝土主要性能作如下简述, 其他全轻混凝土的性能可在专题研究报告中查得。 a.本文讨论的全轻混凝土强度等级、密度列于表1[4]。 表1 常用全轻混凝土强度等级、密度
b.全轻混凝土在干燥条件及体积平衡含水率为6%时的导热系数如表2[1]。 表2 全轻混凝土在干燥及平衡含水率时的导热系数
 c.全轻混凝土的耐久性 由中国建筑科学研究院混凝土研究所等单位组成的轻骨料混凝土专题协作组在《轻骨料混凝土在保温墙体中的应用———综合技术报告》中指出: 对于密实的全轻混凝土, 经试验表明, 在正常使用条件下其抗碳化性能和对钢筋保护作用是良好的, 钢筋不需作防锈处理。抗冻及抗渗性能不少地区也作过试验, 均符合使用及相关规范要求。 2 全轻混凝土墙板试验研究 我国现行轻骨料混凝土结构技术规程对全轻混凝土结构构件的设计及构造没有条文表述, 为了在承重保温构件以及在工业及民用建筑上应用, 一些单位进行了全轻混凝土结构构件的试验, 现简述如下: 2.1 粉煤灰陶粒珍珠砂混凝土梁试验 1983 年天津市建筑设计院进行了10 根陶粒珍珠砂混凝土梁与5 根普通混凝土梁对比试验。5 根陶粒珍珠砂混凝土梁斜截面抗剪强度试验。由于设计规范、规程的变化, 本文仅列出二种材料梁的差异。 a.试验梁的设计制作 截面b×h=100 mm×200 mm, 梁长L=2.2 m。 梁底纵向受力钢筋:
陶粒珍珠砂混凝土梁分三种: 2Φ8、2Φ10、2Φ12;
普通混凝土梁分二种: 2Φ10、2Φ23;
梁剪压区上部钢筋2Φ6, 长度为800 mm, 箍筋Φ6- 200;
混凝土强度等级: 陶粒珍珠砂混凝土LC90～LC105;
普通混凝土: C90～C133;
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b.梁正截面试验结果 将配筋相同、混凝土强度相近的陶粒珍珠砂混凝土梁( T) 与普通混凝土梁( P) 试验结果进行比较:出现垂直裂缝荷载: ( T) /(P)=0.72; 正截面破坏荷载: ( T) /(P)=0.75。
从上述比较看出: ( T) 梁出裂早, 出裂荷载为对比的( P) 梁出裂荷载的72%, ( T) 破坏荷载比( P) 低25%。 c.梁斜截面试验结果 梁剪弯段在外荷载作用下首先出现垂直裂缝, 随着荷载的增加梁腹出现斜向腹剪裂缝, 并向加荷点发展, 贯穿压区后梁破坏, 其特征与无腹筋普通混凝土梁相似, 破坏荷载为斜裂缝出裂荷载的1.56 倍, 陶粒珍珠砂混凝土中, 箍筋约束较差, 因而发挥作用不好抗剪强度比砂轻混凝土低。 2.2 陶粒珍珠砂混凝土工业墙板试验 1977 年天津市建筑设计院进行了5 块陶粒珍珠砂混凝土工业墙板试验, 墙板跨度6 m, 混凝土实测强度等级为LC10～LC10.5, 设计按《工业墙板设计施工规程》( 送审稿) 给出的强度指标设计, 板的试验破坏荷载/计算破坏荷载=1.03～1.18, 裂缝宽度比计算值小, 墙板垂直方向变形很小, 水平方向变形, 按单向受弯构件计算也符合规范要求, 但比较分散。 2.3 浮石混凝土工业墙板试验研究 1983 年黑龙江省低温建筑科学研究所结合工程应用对粗骨料为浮石, 细骨料为浮石砂及珍珠砂的4块全轻混凝土工业墙板进行结构性能及热工性能试验。浮石全轻混凝土设计强度值按课题组研究成果取值, 与当时执行的《钢筋混凝土结构设计规范》TJ10-74 对比相同混凝土标号的轴心抗压强度乘0.9 降低系数, 轴心抗拉强度乘0.85 的降低系数。试验板混凝土强度等级为LC170 破坏荷载, 变形及裂缝均满足《工业墙板设计施工规程》JGJ2- 79 的要求: 但在小结中还是建议: 浮石混凝土离散系数较大, 浮石混凝土强度乘0.73 系数降低。 3 全轻混凝土的强度设计值 自70 年代以来全轻混凝土在保温兼承重的工业与民用建筑围护结构中的应用证实了全轻混凝土是一种建筑节能的优良材料, 为了在工程中能有效的应用, 在研究以往工程应用及试验研究的基础上, 提出如下建议: a.全轻混凝土在建筑围护结构构件中应用的强度等级为LC7.5、LC10、LC15 这符合JGJ12- 2006 用于自承重兼保温的轻骨料混凝土结构构件, 其强度等级可适当降低的原则。 b.由于全轻混凝土缺乏系统的强度统计分析资料,按现有的资料叙述如下: ①JGJ12- 2006 轻骨料混凝土轴心抗拉强度设计值, 对于火山渣应乘0.8。
②参考文献5: 轻骨料混凝土计算强度对用膨胀珍珠岩砂和粒状矿渣砂制备的混凝土, 其计算强度( 轴心受压、轴心受拉) 要降低15%。
③本文中浮石全轻混凝土工业墙板强度设计值比普通混凝土降低轴心抗压强度乘0.9, 轴心抗拉强度乘0.85。结论中还建议再乘0.73 系数。
④陶粒珍珠砂全轻混凝土工业墙板, 按JGJ2- 79计算, 其强度指标比普通混凝土降低轴心抗压乘0.85, 轴心抗拉乘0.85。
⑤陶粒珍珠砂小梁试验, 陶粒珍珠砂混凝土梁破坏荷载低25%。
⑥一些研究成果[5]对强度等级为LC10 及以下的轻骨料混凝土结构构件的设计还提出一些特定的要求。
计算抗剪承载能力的横向钢筋, 弯起钢筋的计算强度, 要乘以系数mα予以降低。 mα=0.5+0.005R ≤1
式中R —为混凝土的设计标号。
钢筋的锚固长度增加15d; 受弯构件中不得采用直径大于20 mm 的钢筋; 构件吊环的锚固长度应不小于45 d; 裂缝宽度计算值应乘1.3 系数; 其他尚有一些要求, 不作叙述。 c.JGJ12 - 99 规定强度值有LC7.5、LC10、LC15,JGJ12- 2006 规程仅有LC15, 强度有所降低, 可以将前者的LC7.5、LC10 的强度值修正后作为轻骨料混凝土强度指标, 再按本节资料分析后确定全轻混凝土降低幅度, 列出供设计使用的强度设计值, 见表3。
表3 低强度等级轻骨料混凝土强度设计值/N/mm2d.按文献及试验数据全轻混凝土强度都应有所降低, 在表3 的基础上综合分析, 建议轴心抗压强度、轴心抗拉强度设计值均降低15%较为合适, 见表4。 表4 全轻混凝土强度设计值/N/mm2
 e.其他参数 ①全轻混凝土弹性模量, 当用密度小于300 kg/m3的膨胀珍珠岩砂制备的混凝土时应乘以0.85[5]。全轻混凝土弹性模量, 可参照JGJ12- 99 所列数据进行修正。 ②全轻混凝土构件斜截面受剪承载能力应比砂轻混凝土降低15%。
③全轻混凝土LC7.5、LC10、钢筋锚周长度应比砂轻混凝土增加15 d。
④其他参数可参照JGJ12- 2006 规程, 必要时应作试验验证。
4 结论 自70 年代以来众多工程的墙板、屋面板中的应用证实, 全轻混凝土是一种承重保温材料, 作工业与民用建筑围护结构。施工方便, 具有较好的技术, 经济效益。 由于我国轻砂及超轻粗骨料品种, 质量都不能满足工程要求, 对全轻混凝土的应用技术研究也不够, 因此,近年来全轻混凝土应用不多。为了发挥其保温节能的作用, 建议有能力的厂家生产更多更好的轻砂, 及超轻陶粒, 扩大全轻混凝土在建筑节能中的作用。 参考文献: [1] 《轻骨料混凝土技术规程》JGJ51- 2002[S].
[2] 《轻骨料混凝土结构技术规程》JGJ12- 2006[S].
[3] 轻骨料混凝土专题协作组. 轻骨料混凝土在保温墙体中的应用———综合技术报告[R].中国建筑科学院建筑材料研究所.1981( 7) .
[4] 白玉珍, 陈玉梅, 谈居华, 祖雅君.全轻混凝土热物理性能的研究[C].
[5] Ю·И, 奥尔洛夫斯基, A·A 库德梁采夫.轻混凝土构件和结构计算[M].
[6] 《轻骨料混凝土结构设计规程》JGJ12- 99[S].
[7] 工业墙板试验小组: 钢筋浮石混凝土工业墙板试验研究与应用[C].黑龙江省低温建筑研究所.1983.
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| 原作者： 高永孚 |
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