轻混凝土的性能与特点

　　轻混凝土是指表观密度小于1950kg/m³的混凝土。可分为轻集料混凝土、多孔混凝土和无砂大孔混凝土三类。轻混凝土的主要特点为：
　　1．表观密度小。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。材料的表观密度是决定其导热系数的最主要因素，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．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。
　　5．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。
　　轻混凝土在主体结构的中应用尚不多，主要原因是价格较高。但是，若对建筑物进行综合经济分析，则可收到显著的技术和经济效益，尤其是考虑建筑物使用阶段的节能效益，其技术经济效益更佳。
　　一、轻骨料混凝土
　　用轻粗骨料、轻细骨料（或普通砂）和水泥配制而成的混凝土，其干表观密度不大于1950kg/m³，称为轻骨料混凝土。当粗细骨料均为轻骨料时，称为全轻混凝土；当细骨料为普通砂时，称砂轻混凝土。
　　（一）轻骨料的种类及技术性质
　　1．轻骨料的种类。凡是骨料粒径为5mm以上，堆积密度小于1000kg/m³的轻质骨料，称为轻粗骨料。粒径小于5mm，堆积密度小于1200kg/m³的轻质骨料，称为轻细骨料。
　　轻骨料按来源不同分为三类：①天然轻骨料（如浮石、火山渣及轻砂等）；②工业废料轻骨料（如粉煤灰陶粒、膨胀矿渣、自燃煤矸石等）；③人造轻骨料（如膨胀珍珠岩、页岩陶粒、粘土陶粒等）。
　　2．轻骨料的技术性质。轻骨料的技术性质主要有松堆密度、强度、颗粒级配和吸水率等，此外，还有耐久性、体积安定性、有害成分含量等。
　　（1）松堆密度：轻骨料的表现密度直接影响所配制的轻骨料混凝土的表观密度和性能，轻粗骨料按松堆密度划分为8个等级：300、400、500、600、700、800、900、1000kg/m³。轻砂的松堆密度为410～1200kg/m³。
　　（2）强度：轻粗骨料的强度，通常采用“筒压法”测定其筒压强度。筒压强度是间接反映轻骨料颗粒强度的一项指标，对相同品种的轻骨料，筒压强度与堆积密度常呈线性关系。但筒压强度不能反映轻骨料在混凝土中的真实强度，因此，技术规程中还规定采用强度标号来评定轻粗骨料的强度。“筒压法”和强度标号测试方法可参考有关规范。
　　（3）吸水率：轻骨料的吸水率一般都比普通砂石料大，因此将显著影响混凝土拌合物的和易性、水灰比和强度的发展。在设计轻骨料混凝土配合比时，必须根据轻骨料的一小时吸水率计算附加用水量。国家标准中关于轻骨料一小时吸水率的规定是：轻砂和天然轻粗骨料吸水率不作规定，其他轻粗骨料的吸水率不应大于22%。
　　（4）最大粒径与颗粒级配：保温及结构保温轻骨料混凝土用的轻骨料，其最大粒径不宜大于40mm。结构轻骨料混凝土的轻骨料不宜大于20mm。
　　对轻粗骨料的级配要求，其自然级配的空隙率不应大于50%。轻砂的细度模数不宜大于4.0；大于5mm的筛余量不宜大于10%。
　　（二）轻骨料混凝土的强度等级
　　轻骨料混凝土按干表观密度一般为800～1950kg/m³，共分为12个等级。强度等级按立方体抗压强度标准值分为CL5.0、CL7.5、CL10、CL15、CL20、CL25、CL30、CL35、CL40、CL45、CL50等11个等级。
　　按用途不同，轻骨料混凝土分为三类，其相应的强度等级和表观密度要求见表

　　轻骨料混凝土由于其轻骨料具有颗粒表观密度小、总表面积大、易于吸水等特点，所以其拌合物适用的流动范围比较窄，过大的流动性会使轻骨料上浮、离析；过小的流动性则会使捣实困难。流动性的大小主要取决于用水量，由于轻骨料吸水率大，因而其用水量的概念与普通混凝土略有区别。加入拌合物中的水量称为总用水量，可分为两部分，一部分被骨料吸收，其数量相当于1h的吸水量，这部分水称为附加用水量，其余部分称为净用水量，使拌合物获得要求的流动性和保证水泥水化的进行。净用水量可根据混凝土的用途及要求的流动性来选择。另外，轻骨料混凝土的和易性也受砂率的影响，尤其是采用轻细骨料时，拌合物和易性随着砂率的提高而有所改善。轻骨料混凝土的砂率一般比普通混凝土的砂率略大。
　　对于轻骨料混凝土，由于轻骨料自身强度较低，因此其强度的决定因素除了水泥强度与水灰比（水灰比考虑净用水量）外，还取决于轻骨料的强度。与普通混凝土相比，采用轻骨料会导致混凝土强度下降，并且骨料用量越多，强度降低越大，其表观密度也越小。
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　　轻骨料混凝土的另一特点是，由于受到轻骨料自身强度的限制，因此，每一品种轻骨料只能配制一定强度的混凝土，如要配制高于此强度的混凝土，即使降低水灰比，也不可能使混凝土强度有明显提高，或提高幅度很小。
　　轻骨料混凝土的变形比普通混凝土大，弹性模量较小，约为同级别普通混凝土的50%～70%，制成的构件受力后挠度较大是其缺点。但因极限应变大，有利于改善构筑物的抗震性能或抵抗动荷载能力。轻骨料混凝土的收缩和徐变比普通混凝土相应地大20%～50%和30%～60%，热膨胀系数则比普通混凝土低20%左右。
　　（三）轻骨料混凝土的制作与使用特点
　　1．轻骨料本身吸水率较天然砂、石为大，若不进行预湿，则拌合物在运输或浇注过程中的坍落度损失较大，在设计混凝土配合比时须考虑轻骨料附加水量。
　　2．拌合物中粗骨料容易上浮，也不易搅拌均匀，应选用强制式搅拌机作较长时间的搅拌。轻骨料混凝土成型时振捣时间不宜过长，以免造成分层，最好采用加压振捣。
　　3．轻骨料吸水能力较强，要加强浇水养护，防止早期干缩开裂。
　　（四）轻骨料混凝土配合比设计要点
　　轻骨料混凝土配合比设计的基本要求与普通混凝土相同，但应满足对混凝土表观密度的要求。
　　轻骨料混凝土配合比设计方法与普通混凝土基本相似，分为绝对体积法和松散体积法。砂轻混凝土宜采用绝对体积法，即按每立方米混凝土的绝对体积为各组成材料的绝对体积之和进行计算。松散体积法宜用于全轻混凝土，即以给定每立方米混凝土的粗细骨料松散总体积为基础进行计算，然后按设计要求的混凝土表观密度为依据进行校核，最后通过试拌调整得出（详见规范JG51-90）。
　　轻骨料混凝土与普通混凝土配合比设计中的不同之处主要有两点，一是用水量为净用水量与附加用水量两者之和；二是砂率为砂的体积占砂石总体积之比值。
　　二、多孔混凝土
　　多孔混凝土中无粗、细骨料，内部充满大量细小封闭的孔，孔隙率高达60%以上。多孔混凝土可分为加气混凝土和泡沫混凝土两种。近年来，也有用压缩空气经过充气介质弥散成大量微气泡，均匀地分散在料浆中而形成多孔结构。这种多孔混凝土称为充气混凝土。
　　根据养护方法不同，多孔混凝土可分为蒸压多孔混凝土和非蒸压（蒸养或自然养护）多孔混凝土两种。由于蒸压加气混凝土在生产和制品性能上有较多优越性，以及可以大量地利用工业废渣，故近年来发展应用较为迅速。
　　多孔混凝土质轻，其表观密度不超过1000kg/m³，通常在300～800kg/m³之间；保温性能优良，导热系数随其表观度降低而减小，一般为0.09～0.17W/m·k；可加工性好，可锯、可刨、可钉、可钻，并可用胶粘剂粘结。
　　（一）蒸压加气混凝土
　　蒸压加气混凝土是用钙质材料（水泥、石灰）、硅质材料（石英砂、尾矿粉、粉煤灰、粒状高炉矿渣、页岩等）和适量加气剂为原料，经过磨细、配料、搅拌、浇注、切割和蒸压养护（在压力为0.8MPa～1.5MPa下养护6～8h）等工序生产而成。
　　加气剂一般采用铝粉膏，它能迅速与钙质材料中的氢氧化钙发生化学反应产生氢气，形成气泡，使料浆形成多孔结构。
　　除铝粉膏外，也可采用双氧水、碳化钙、漂白粉等作为加气剂。
　　蒸压加气混凝土通常是在工厂预制成砌块或条板等制品。蒸压加气混凝土砌块按其强度和表观密度划分产品等级。根据我国《蒸压加气混凝土砌块》（GB/T11968－1997）规定。

　　强度级别分为A1.0，A2.0，A2.5，A3.0，A3.5，A5.0，A7.5，A10共七个级别，其强度平均值和单块最小值应分别满足表4－27的要求。体积密度级别分为B03，B04，B05，B06，B07，B08共六个级别。各强度级别和密度级别的要求见表

　　蒸压加气混凝土砌块在温度为20±2℃、相对湿度为41%～45%的条件下，测定的干燥收缩值不大于0.5mm/m。表观密度为B03，B04，B05的导热系数分别小于0.10 W/m·k ，0.12 W/m·k ，0.14W/m·k，可用作保温层。
　　蒸压加气混凝土砌块适用于承重和非承重的内墙和外墙。强度等级A3.5级、密度等级B05和B06级的砌块用于横墙承重的房屋时，其楼层数不得超过三层。总高度不超过10m; 强度等级A5.0级、密度等级B06级和B07级的砌块，一般不宜超过五层，总高度不超过16m。蒸压加气混凝土砌块可用作框架结构中的非承重墙。
　　加气混凝土条板可用于工业和民用建筑中，作承重和保温合一的屋面板和隔墙板。条板均配有钢筋，钢筋必须预先经防锈处理。另外，还可用加气混凝土和普通混凝土预制成复合墙板，用作外墙板。蒸压加气混凝土还可做成各种保温制品，如管道保温壳等。
　　蒸压加气混凝土的吸水率大，且强度较低，所以其所用砌筑砂浆及抹面砂浆与砌筑砖墙时不同，需专门配制。墙体外表面必须作饰面处理，与门窗固定方法也与砖墙不同。
　　（二）泡沫混凝土
　　泡沫混凝土是将由水泥等拌制的料浆与由泡沫剂搅拌造成的泡沫混合搅拌，再经浇注、养护硬化而成的多孔混凝土。
　　配制自然养护的泡沫混凝土时，水泥强度等级不宜低于32.5，否则强度太低。当生产中采用蒸汽养护或蒸压养护时，不仅可缩短养护时间，且能提高强度，还能掺用粉煤灰、煤渣或矿渣，以节省水泥，甚至可以全部利用工业废渣代替水泥。如以粉煤灰、石灰、石膏等为胶凝材料，再经蒸压养护，制成蒸压泡沫混凝土。
　　泡沫混凝土的技术性质和应用，与相同表观密度的加气混凝土大体相同。也可在现场直接浇注，用作屋面保温层。
　　三、大孔混凝土
　　大孔混凝土指无细骨料的混凝土，按其粗骨料的种类，可分为普通无砂大孔混凝土和轻骨料大孔混凝土两类。普通大孔混凝土是用碎石、卵石、重矿渣等配制而成。轻骨料大孔混凝土则是用陶粒、浮石、碎砖、煤渣等配制而成。有时为了提高大孔混凝土的强度，也可掺入少量细骨料，这种混凝土称为少砂混凝土。
　　普通大孔混凝土的表观密度在1500～1900kg/m³之间，抗压强度为3.5～10MPa。轻骨料大孔混凝土的表现密度在500～1500kg/m³之间，抗压强度为1.5～7.5MPa。
　　大孔混凝土的导热系数小，保温性能好，收缩一般较普通混凝土小30%～50%，抗冻性优良。
　　大孔混凝土宜采用单一粒级的粗骨料，如粒径为10～20mm或10～30mm。不允许采用小于5mm和大于40mm的骨料。水泥宜采用等级为32.5或42.5的水泥。水灰比（对轻骨料大孔混凝土为净用水量的水灰比）可在0.30～0.40之间取用，应以水泥浆能均匀包裹在骨料表面不流淌为准。
　　大孔混凝土适用于制做墙体小型空心砌块、砖和各种板材，也可用于现浇墙体。普通大孔混凝土还可制成滤水管、滤水板等，广泛用于市政工程。