新型建筑材料课件 轻质混凝土

新型混凝土材料

轻质混凝土

概述

轻质混凝土(LC)定义：干表观密度≤1950kg/m3的混凝土，采用多孔轻质骨料配制而成，或采用特殊方法在混凝土内部造成大量孔隙，使混凝土具有多孔结构。其保温性能较好，主要用于保温、结构保温或结构材料。

copyright@NanFei2008轻质混凝土的种类以表观密度较小的粗轻骨料、轻砂、水泥和水配制而成的混凝土。在混凝土砂浆或净浆中引入大量的气泡而制得的混凝土。在轻骨料混凝土和多孔混凝土的基础上发展起来的混凝土由骨料粒径相近的粗骨料、水泥和水为原材料配制而成。轻骨料混凝土轻骨料多孔混凝土多孔混凝土大孔混凝土copyright@NanFei2008轻骨料混凝土copyright@NanFei2008

一、概述二、原材料组成三、技术性能四、配合比设计五、工程应用

发展概况۩

轻质混凝土是一种发展史近80年的新型建筑材料，工程上最常使用的轻质混凝土是轻骨料混凝土和加气混凝土等，这些材料对高层和超高层建筑的发展起着非常重要的作用。

竣工于1974年的希尔斯大厦

美国是轻骨料混凝土应用最早、最广泛的国家之一。20世纪70年代初期，美国的轻骨料产量已经达到1800万立方米，并且以每年5%~8%的速度递增，轻骨料的质量并不断提高，使轻骨料混凝土越来越多运用于承重结构。copyright@NanFei2008发展概述（国外篇）前苏联于1955年在莫斯科建成了第一个粘土陶粒中间试验厂，随后在全国迅速推广应用，成为世界上第一大轻骨料生产国。丹麦于1959年首先生产超轻陶粒，成为当今世界上人均产量最多的国家。德国和日本是当今世界上天然轻骨料参量最高的国家。۩目前，国外轻骨料混凝土正向着高强方向发展，现已配制出60~80MPa的轻质高强混凝土。copyright@NanFei2008发展概述（国内篇）我国于1956年开始研制人造轻骨料。1958年前后许多地区的试制和生产黏土陶粒、页岩陶粒和粉煤灰陶粒。1966年在天津建成了第一个年产5万立方米的粉煤灰陶粒厂。到目前为止，全国已建成黏土陶粒、页岩陶粒、粉煤灰陶粒、膨胀矿渣珠和大颗粒膨胀珍珠岩等各种轻骨料厂30余个，总设计年产能力达200万立方米，全国已建成轻集料混凝土建筑约1000万平方米。copyright@NanFei2008۩目前，我国在轻骨料混凝土的应用正向着轻质、高强、多功能方向发展。一、概述copyright@NanFei2008

定义：《轻骨料混凝土技术规程》（JGJ51-2002）

用轻粗骨料、轻细骨料（普通砂）、水泥胶凝材料和水，按一定比例配制而成的混凝土，其表观密度不大与1950kg/m3者，称之为轻骨料混凝土。(LightWeightAggregateConcrete)

分类：

按用途不同分类

按混凝土密度等级分类

按细骨料不同分类

按粗骨料不同分类

各国规范对轻骨料混凝土的定义一、概述copyright@NanFei2008

用于保温的混凝土密度小、强度低；用于结构的混凝土密度大、强度高。

一、概述copyright@NanFei2008

密度等级干表观密度的变化范围密度等级干表观密度的变化范围600560~65013001260~1350700660~75014001360~1450800760~85015001460~1550900850~95016001560~16501000960~105017001660~175011001060~115018001760~185012001160~125019001860~1950

轻骨料混凝土密度等级（JGJ51—2002）轻骨料混凝土按细骨料种类分类（JGJ51—2002）

混凝土名称细集料种类全轻混凝土细集料全部用轻砂，如粉煤灰、岩砂与陶砂等轻砂混凝土细集料部分或全部采用普通砂

轻骨料混凝土按粗骨料种类分类(RELEM)copyright@NanFei2008

混凝土种类粗骨料种类轻骨料混凝土混凝土名称表观密度抗压强度/Mpa天然轻骨料混凝土浮石火山渣多孔凝灰岩浮石混凝土火山灰混凝土多孔石灰岩混凝土1200~180015.0~20.0工业废料轻骨料混凝土炉渣碎砖自然煤矸石膨胀矿渣珠炉渣混凝土碎砖混凝土煤矸石混凝土膨胀矿渣混凝土1600~180020.0~30.0粉煤灰陶粒粉煤灰陶粒混凝土1750~190040.0~50.0人造轻骨料混凝土膨胀珍珠岩膨胀珍珠岩混凝土800~140010.0~20.0页岩陶粒黏土陶粒页岩陶粒混凝土岩土陶粒混凝土800~140030.0~50.0

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浮石火山渣多孔凝灰岩copyright@NanFei2008

浮石火山渣多孔凝灰岩膨胀矿渣珠粉煤灰陶粒自然煤矸石copyright@NanFei2008膨胀珍珠岩粘土陶粒页岩陶粒二、原材料组成copyright@NanFei2008

水泥品种

强度

轻骨料结构表面特征及颗粒形状

骨料颗粒级配及最大粒径

堆积密度

强度及强度等级

吸水率与软化系数

掺合料

拌合水

外加剂二、原材料组成copyright@NanFei2008

水泥

轻骨料混凝土本身对水泥无特殊要求，在选择水泥品种和强度等级时，主要应根据混凝土和耐久性的要求进行。由于轻骨料混凝土的强度可以在一个很大的范围内（5~50Mpa）变化，所以不宜用高强度等级的水泥配制低强度等级的轻骨料混凝土，以免影响混凝土拌合物的和易性。

如果由于各种原因的限制，必须采用高强等级的水泥配制低强度等级的轻骨料混凝土时，可以通过掺加适量的粉煤灰进行调节。

决定混凝土力学性能的三要素：骨料的性能、硬化水泥浆体的性能和水泥石的黏结性能。

普通混凝土，骨料强度通常大于水泥石强度，骨料与水泥石的界面区是最薄弱环节。 轻骨料混凝土，骨料强度往往小于水泥石强度，因此轻骨料混凝土往往产生骨料破坏。

骨料轻强度是混凝土强度的决定因素。

（轻骨料与水泥石的相对强度）二、原材料组成copyright@NanFei2008轻骨料的强度和强度等级1.筒压强度我国规定用筒压法测定粗骨料的强度；不是极限抗压强度，只是反映骨料颗粒强度的相对强度；试验证明，轻骨料的筒压强度与其松散表观密度密切相关。注：将粒级为10mm～20mm的粗骨料放入面积为100mm2的桶内做抗压试验，将压入深度2cm对应的压强作为筒压强度。二、原材料组成copyright@NanFei2008轻骨料的强度和强度等2.强度标号

通过轻骨料混凝土受载时的破坏特征来说明轻骨料混凝土合理强度的物理意义。三、技术性能copyright@NanFei2008

（一）力学性能1.强度和强度等级

轻骨料混凝土的强度等级与普通混凝土一样，也是以150mm×150mm×150mm的立方体28天抗压强度标准值作为数值标准的，而且与普通混凝土相对应，轻骨料混凝土可以划分为CL5.0、CL7.5、CL10、CL15、CL20、CL25、CL30、CL35、CL40、CL45、CL50等11个等级。

轻骨料混凝土强度增长规律与普通混凝土增长规律相似，但是也有不同。当轻质混凝土强度较低（≤CL15），强度增长规律与普通混凝土相似，但是随着强度的提高，早期强度与同种水泥配比的同强度普通水泥混凝土相比也更高，例如CL30的轻骨料混凝土的7天抗压强度可达到28天抗压强度的80%以上。2.密度和密度等级三、技术性能copyright@NanFei2008

（二）变形性能1.弹性模量

混凝土的弹性模量取决于混凝土的骨料和硬化水泥浆体的弹性模量及骨胶比，由于轻骨料的弹性模量比普通混凝土的砂石低，所以轻骨料混凝土的弹性模量比普通混凝土低。

根据轻骨料的种类、轻骨料混凝土的强度及骨料在混凝土中的配比不同，其弹性模量一般比普通混凝土低25%~50%，并且随着混凝土强度等级越低，弹性模量比普通水泥混凝土低得越多；轻骨料的密度越小，其弹性模量也随之减小。2.徐变

弹性模量大较大的混凝土，其徐变相应也比较小，所以轻骨料混凝土的徐变也比普通混凝土大。根据材料试验证明，CL20~CL40的轻骨料混凝土徐变值，比C20~C40普通混凝土的徐变越大15%~40%。三、技术性能copyright@NanFei2008

（二）变形性能1.弹性模量

混凝土的弹性模量取决于混凝土的骨料和硬化水泥浆体的弹性模量及骨胶比，由于轻骨料的弹性模量比普通混凝土的砂石低，所以轻骨料混凝土的弹性模量比普通混凝土低。

根据轻骨料的种类、轻骨料混凝土的强度及骨料在混凝土中的配比不同，其弹性模量一般比普通混凝土低25%~50%，并且随着混凝土强度等级越低，弹性模量比普通水泥混凝土低得越多；轻骨料的密度越小，其弹性模量也随之减小。2.徐变

弹性模量大较大的混凝土，其徐变相应也比较小，所以轻骨料混凝土的徐变也比普通混凝土大。根据材料试验证明，CL20~CL40的轻骨料混凝土徐变值，比C20~C40普通混凝土的徐变越大15%~40%。三、技术性能copyright@NanFei2008

（二）变形性能3.收缩变形

轻骨料混凝土的收缩变形一般大于同强度等级的普通混凝土，其原因与混凝土的徐变类似，其主要原因是轻骨料混凝土中的水泥用量较大，从而产生的化学收缩也较大。另外，轻骨料混凝土干燥收缩也比普通混凝土大。干燥条件下，轻骨料混凝土的最终收缩值为0.4~1mm/m，为同强度等级的普通水泥混凝土的1~5倍。

4.温度变形

轻骨料混凝土的温度变形与同强度等级的普通水泥混凝土相差很小。三、技术性能copyright@NanFei2008

（三）热物理性能

由于轻骨料混凝土保温性能良好，常被用作保温隔热材料，因此其热物理性能是轻骨料混凝土及其重要的性能。

指标：导热率、比热容、导温系数和传热系数。

影响因素：材料组成的化学成分、结构和含水状况。

（四）抗冻性能

抗冻性能是评价轻骨料混凝土耐久性的重要指标。

影响因素：水灰比、水泥用量。（五）抗碳化性能

轻骨料混凝土的抗碳化性是通过快速碳化试验方法来进行的，其28天碳化深度必须满足相应的要求。四、配合比设计copyright@NanFei2008

配合比设计的特点

轻骨料混凝土配合比设计，与普通混凝土相比，具有以下几个方面的特点：1.除了满足强度、和易性、耐久性和经济性的要求外，还必须满足表观密度的要求，以达到限制轻骨料混凝土容重的目的。2.轻骨料混凝土的强度，不但取决于水灰比，而且骨料强度和体积含量对其也有很大的影响。3.由于轻骨料呈多孔结构，因此必须充分考虑其吸水对混凝土性能的影响。主要原则：提高轻骨料混凝土的强度和降低

其表观密度。（轻质高强）四、配合比设计copyright@NanFei2008

提高轻骨料混凝土强度的措施⑴采用较高强度等级的水泥；⑵选用圆球形的，颗粒级配良好的，筒压强度较高的陶粒，作为配制轻骨料混凝土的粗骨料⑶采用普通中砂作为细骨料，或者在轻砂中掺入一定比例的普通砂（约占细骨料总量的20%～30%为宜）．⑷选用最大粒径不大于20mm的轻粗骨料．⑸正确选择混凝土的水灰比，使之具有符合施工所要求的和易性指标的最小水灰比．⑹选择与轻骨料混凝土拌合物和易性相适应的浇筑成型与养护制度．⑺掺入适量的提高混凝土密实性的化学外加剂，或掺入适量的火山灰质的磨细矿物掺合料．四、配合比设计copyright@NanFei2008

降低轻骨料混凝土表观密度等级的措施⑴选用圆球形的，表面孔隙少的，空隙率低的轻粗骨料⑵在满足强度等性能指标的前提下，尽可能减少普通砂和水泥的用量⑶在满足设计强度等级的前提下，选用较大粒径的轻粗骨料，但最大粒径不得大于40mm.⑷尽量采用堆积密度较小的轻砂和轻粗骨料，用于保温轻骨料混凝土的轻砂，其堆积密度以200～300kg/m3为宜，轻骨料以不大于500kg/m3

为宜．⑸在轻骨料混凝土中掺入适量的引气剂或泡沫剂，以减小混凝土的表观密度⑹在结构和使用允许的前提下，采用无砂大孔混凝土．⑺限制混凝土拌合物的搅拌时间和成型振捣的时间．五、工程应用copyright@NanFei2008

制作预制保温墙板和砌块预制式保温屋面板现场浇注楼板材料浇注钢筋轻骨料混凝土剪力墙轻骨料混凝土具有轻质、高强、材料易得，配置容易、施工方便等优良性能，符合大跨、高层和超高层建筑所用材料的发展趋势。五、工程应用copyright@NanFei2008

轻骨料混凝土隔墙板五、工程应用copyright@NanFei2008

五、工程应用copyright@NanFei2008

۩珠海国际会议中心20层以上的结构全部采用LC40级轻骨料混凝土。۩本溪24层建溪大厦的主体结构采用了CL30级天然煤矸石轻骨料混凝土。珠海国际会议中心五、工程应用copyright@NanFei2008

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2000年竣工的天津永和大桥南北引桥，是我国轻骨料混凝土用量最大、强度等级最高的桥梁，总长度1.2Km，原设计方案为普通混凝土预应力箱梁结构，经优化设计后密度等级1900级的LC40级高强轻骨料混凝土取代普通混凝土，桥面也采用轻骨料混凝土，跨度由原来的24m增至35m。天津永和大桥copyright@NanFei2008

高强混凝土在桥梁应用中具有良好的综合技术经济效果。挪威修建的Rugsund桥，采用高强轻质混凝土取代普通混凝土后，造价降低10%。荷兰对约15座轻骨料混凝土大跨度桥梁的计算表明，这些桥的总造价比使用普通混凝土降低了5%~10%下部结构的混凝土量和钢筋用量大幅度减少，工程总造价节约了11.3%。加气混凝土copyright@NanFei2008

一、概述二、原材料组成三、技术性能四、工程应用

一、概述copyright@NanFei2008

定义：

又称发气混凝土，是一种通过发气剂使水泥料浆拌合物发气，产生大量孔径为0.5~1.5mm的均匀封闭气泡，并经过蒸压养护硬化而成多孔型轻质混凝土，属于泡沫混凝土的范畴。(Air-entrainedConcrete)

特点：

节省大量的土地资源

节省大量的煤炭资源

具有良好的耐久性

耐热耐火性能良好

具有优良的保温隔热性能

具有轻质的优良性能

具有充分利用强度的优良性能

一、概述copyright@NanFei2008

建筑材料加气混凝土陶粒制品土坯墙黏土砖玻璃普通混凝土导热率[W/(m·K)]0.150.170.700.810.751.50建筑材料加气混凝土木材黏土砖空心砌块陶粒混凝土普通混凝土表观密度[kg/m3]400~700400~6501600~1800900~17001400~18002200~2500几种常见建筑材料的导热率建筑工程上几种常见建筑材料的表观密度一、概述copyright@NanFei2008

黏土砖加气混凝土环境消耗大量农田和煤炭资源。主要原料是砂或粉煤灰，有效地保护耕地，而且可以吃砂造田。保温隔热性能加气混凝土及其砌块的导热率仅为砖砌体的1/15~1/7，保温能力为黏土砖的3~4倍。据建设部《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》计算加气混凝土墙厚250mm就相当于890厚的保温效果。密度加气混凝土的体积密度仅为黏土砖的1/4~1/3倍，加气混凝土作为墙体材料可大大降低建筑物自重，从而节约了建筑材料和工程费用。强度按规范计算，黏土实心砖的砌体强度仅能发挥其材料强度的30%，而加气混凝土的砌体强度却可以发挥其材料强度的80%。黏土与加气混凝土砌块特点比较二、原材料组成copyright@NanFei2008

原料组成作用原料名称钙质原料为加气混凝土中主要强度组分C-S-H的形成提供氧化钙；为发气剂提供碱性条件；放出一定热量，提高水泥浆温度，加速料浆的水化硬化等主要有水泥、石灰等硅质原料

主要作用是为加气混凝土的主要强度组分组分C-S-H的形成提供氧化硅。主要有石英砂、粉煤灰、烧煤矸石和矿渣等二、原材料组成copyright@NanFei2008

原料组成作用原料名称发气剂在浆料中发气形成大量细小而均匀的气泡，而且对混凝土不会产生不良影响。2Al+3Ca(OH)2+6H2O3CaO.Al2O3.6H2O+3H2

铝粉、双氧水、漂白粉等稳泡剂在发气产生气体后，形成的气泡是有液体薄膜包围的气体，在发气产生气体后，形成的气泡是有液体薄膜包围的气体，石灰消化时放出的热量使料浆的温度急剧上升，从而使气泡受热膨胀，体系表面自由能急剧增大，此时体系既不稳定。降低表面张力、改变固体湿润性的表面活性物质来稳定气泡。氧化石蜡稳泡剂、可溶性油类稳泡剂、SP稳泡剂等调节剂加气混凝土的生产过程中对发气速度料浆的稠化时间、坯体硬化时间等技术参数进行控制。纯碱、烧碱、水玻璃、石膏、硼砂等三、技术性能copyright@NanFei2008

（一）表观密度（主要性能指标）发气剂的参量混凝土的总孔隙率表观密度

加气混凝土的表观密度在400~800Kg/m3之间，经过工程应用的时间和试验，加气混凝土的表观密度有个最佳值。目前各国趋向生产表观密度为500Kg/m3的加气混凝土，总孔隙率约为79%。（二）抗压强度（基本性能）

影响因素：气孔的结构、气孔的大小、气孔周围孔壁的强度和总孔隙率等，另外含水率对加气混凝土的抗压强度与极大的影响。加气混凝土含水状态处于出斧状态（35%左右）时，加气混凝土的强度十分稳定，一般讲出斧状态时混凝土的抗压强度作为标准强度。

三、技术性能copyright@NanFei2008

（三）干燥收缩

由于加气混凝土中的孔隙率比较大，是一种强度很低的材料，所以干燥收缩对制品本身和建筑物的破坏起着十分敏感的作用。生产实践证明，出厂的加气混凝土制品经过一段时间自然干燥，是干燥收缩在使用前基本结束，这也是一种行之有效的措施。（四）导热性能影响因素：孔隙率和孔的大小和形状，含水率等

三、技术性能copyright@NanFei2008

（五）耐久性及其他性能1.抗冻性

由于含有很多的封闭气泡，所以具有良好的抗冻性能。但是抗冻性能会随着含水率的增大而变差。2.碳化稳定性

加气混凝土具有较好的碳化稳定性。3.盐析现象

盐析现象严重时，盐类在毛细管中反复溶解和结晶膨胀，往往会引起制品的表面层产生剥落、饰面遭到破坏等不良结果。4.抗裂性

在使用过程中日晒雨淋和干湿交替的反复循环，几年后其表面往往会出现横纵交错的裂纹。

copyright@NanFei2008四、工程应用copyright@NanFei2008

主要用于框架结构、高层建筑、地震设防建筑、保温隔热要求高的建筑和软土地基地区的建筑。不宜用于温度高于80℃的环境、长期潮湿的环境和特别寒冷的环境。四、工程应用copyright@NanFei2008

加气混凝土砌块

主要应用于工业与民用建筑的墙体，可作为承重墙、非承重墙和内隔墙。加气混凝土砌块的尺寸较大、均匀性较好、砌体中的强度利用率高，一般可达到其立方强度的70%~80%，而普通黏土砖的强度利用系数仅30%左右。工程实践充分证明，采用强度等级为5.0Mpa的加气混凝土砌块，可以建造3~5层，高度不超过16m的主宰或其他建筑。加气混凝土板材

我国生产的加气混凝土板材，主要有屋面板、条板及条板拼装的大板。尤其是加气混凝土屋面板绝热性能好，质量比较轻，施工简便，造价较低，在北方地区深受欢迎，在北京和东北地区使用加气混凝土板材已有几十年的历史，现在已经成为定型产品。通过这些年施工实践证明，采用加气混凝土板材，不仅施工方便，造价较低，质量良好，而且十分有助于施工的机械化、装配化。

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加气混凝土条板加气混凝土屋面板加气混凝土外墙挂板五、存在的问题及解决方法copyright@NanFei2008

裂缝问题

本试验中以抗裂性系数作为衡量加气混凝土抗裂性的指标。而抗裂系数是抗折强度的函数。

由右侧图表可知，加气混凝土试块在室外日晒雨淋放置一段时间后其抗折强度明显降低。放置在温度湿度较为稳定的室内其抗折强度也会降低。

五、存在的问题及解决方法copyright@NanFei2008

裂缝种类解决方法干缩变形裂缝主要是控制加气混凝土墙的含水率，灰砂子加气混凝土含水率控制在15%；粉煤灰加气混凝土含水率控制在25%。施工不当造成的裂缝(如：抹灰层收缩开裂，砌筑不正饰面出现开裂，砌筑灰缝不均匀饰面开裂，墙梁板粘结不牢接触部位开裂等)抹灰厚度不宜过大，一般不宜超过2~3cm，砂浆标号不宜过高；砌筑加气混凝土时，一定要达到横向水平，竖向垂直，符合施工规范的要求；施工时要注意灰缝均匀，砂浆饱满，缺少棱角的砌块不宜用加气混凝土填补；与墙、柱、梁、板的接触部分一定要精心施工，缝间要粘结牢固。五、存在的问题及解决方法copyright@NanFei2008

冻害问题原因：孔隙率高达70%~80%，遇水后易将水分吸入内部，在负温情况下，若出现冻结将产生较大的冰胀应力，使混凝土结构破坏，这是一个必须引起高度重视的问题。解决方法：避免水浸入结构内部，即在设计和施工中对