浮石混凝土多孔承重墙板试验研究.pdf

摘 要 随着我国粘土砖逐渐被禁用， 各地区都在积极的寻求一种新的墙体材料替代产品 以满足建筑业不断发展的需要。浮石是一种比较理想的天然轻骨料，用它制作的浮石 混凝土具有“轻质、保温、隔热”等优点。内蒙古地区蕴藏着大量的浮石资源，如果 能够把它合理利用起来，这将对该区的建设起积极的推动作用。本文是对锡林浩特地 区的浮石进行研究。首先，对浮石及其浮石混凝土的主要物理力学性能进行了测试； 然后，制作了 22 块浮石混凝土多孔承重墙板，并对其物理力学性能进行初步试验研 究。 试验结果表明： 1锡林浩特地区浮石的主要物理性能指标如：堆积密度、表观密度、筒压强度、 吸水率、孔隙率、软化系数等，均满足轻集料及其试验方法(gb/t17431.1-1998) 的技术要求。 2用该地区浮石制成的浮石混凝土，其抗压强度达到了结构轻骨料混凝土要求 的最低强度等级 cl20；浮石混凝土的轴心抗压强度与标准抗压强度之间符合线性关 系：0.93 ckcu ff=；浮石混凝土的应力应变曲线和普通混凝土的基本相似，但也有所 不同，在相同强度等级条件下，浮石混凝土曲线的上升阶段比较平缓；浮石混凝土的 弹性模量比同强度等级的普通混凝土低；浮石混凝土基本物理性能指标符合轻骨料 混凝土技术规程(jgj512002)的要求。 3通过对浮石混凝土多孔承重墙板力学性能试验结果分析表明：理论计算得到 的轴心受压和偏心受压的承载力和试验值基本符合； 抗弯试验得到的开裂弯矩接近理 论计算的开裂弯矩；考虑剪跨比影响，理论计算的抗剪承载力与试验值符合较好；抗 折强度和抗冲击能力满足相关规定的要求。 4浮石混凝土多孔承重墙板的物理性能指标如：软化系数、吸水率、面密度等， 均符合建筑隔墙用轻质条板(jg/t1692005)的要求。 关键词：浮石；浮石混凝土；浮石混凝土多孔承重墙板 abstract as the clay brick of our country is forbidden gradually, one kind of new wall is positively sought in order to suffice for construction developing constantly. pumice is an ideal natural lightweight aggregate, the lightweight aggregate concrete made in it has some virtues such as lightweight, heat-insulation, adiabatic. the area of inner mongol contains a great quantity of pumice resources, if we can rational utilize it, this will play a positive push role in the construction of our district. this text carries on research to the pumice of the area of xi lin hot. first of all, we have tested the main physical and mechanical performance of pumice and pumice concrete, and then we made 22 pumice concrete porous bearing wallboards, and carry on preliminary experimental study to its physical and mechanical performance. the trial results show: 1. main physical performance of the pumice in the area of xi lin hot, for instance packing density, apparent density, tube strength, water absorption, porosity, soften coefficient etc, according with the demands for “lightweight aggregate test method”gb/t17431.1-1998. 2. the compressive strength of the pumice concrete has reached low grade cl20 the most that the structural lightweight aggregate concrete required. the line sexual relations between axial compressive strength and standard compression strength of pumice concrete is0.93 ckcu ff=. the stress-strain curve of the pumice concrete is basically similar to the ordinary concrete, but some extent differences, under the same intensity grade terms, the ascending stage of the curve of the pumice concrete is more steadily. the elastic modulus of the pumice concrete is lower than the ordinary concrete. the basic physical performance of pumice concrete could meet the demands for “lightweight aggregate concrete technical regulation” jgj51-2002. 3. through analyzing about the trial results of mechanical performance of pumice concrete porous bearing wallboard that shows: the theory calculating bearing capacity of the axes-pressure and eccentric compression is basically tally with the trial result; the trial result of cracking moment is close to the theory calculating; considering the shear span ratio, the theory calculating shear strength is tally with the trial result; the flexural strength and anti-impact property is suffice for the relevant regulation. 4. physical performance of the pumice concrete porous bearing wallboard, for instance soften coefficient, water absorption, surface density, etc, accords with the demands for “the partition wall of the building using the lightweight batten”jg/t169-2005. key words：pumice； pumice concrete； pumice concrete porous bearing wallboard 目 录 第一章 绪论 1 1.1 引言 1 1.2 国内墙体改革现状 1 1.3 轻骨料混凝土简介 2 1.3.1 轻骨料混凝土定义 2 1.3.2 轻骨料混凝土分类 2 1.3.3 掺加料 3 1.3.4 化学外加剂 4 1.3.5 轻骨料混凝土特点 4 1.4 国内外轻骨料混凝土发展概况 5 1.4.1 国外轻骨料及其混凝土的发展 5 1.4.2 国内轻骨料及其混凝土的发展 8 1.5 本课题研究背景、目的、内容、方法及其意义 12 1.5.1 研究背景 12 1.5.2 研究目的 12 1.5.3 研究内容 12 1.6 浮石混凝土墙板发展展望 13 1.7 本章小结 14 第二章 浮石及浮石混凝土材料性能分析 15 2.1 浮石材料性能分析 15 2.1.1 材料选取 15 2.1.2 浮石材料性能试验 15 2.1.3 浮石轻骨料与其它天然轻骨料材料物理性能指标对比 15 2.1.4 本小节结论 16 2.2 浮石混凝土材料性能分析 16 2.2.1 试验原材料 17 2.2.2 浮石混凝土配合比及拌制实验 17 2.2.3 浮石混凝土的力学性能测试 18 2.2.4 浮石混凝土的物理性能测试 21 2.3 本章小结 21 第三章 浮石混凝土多孔墙板设计 23 3.1 标准板设计 23 3.1.1 标准板模板设计图 23 3.1.2 标准板配筋图 24 3.2 试验板设计 24 3.2.1 模板设计与制作 24 3.2.2 试验板设计与制作 26 3.3 本章小结 28 第四章 浮石混凝土多孔墙板物理力学性能试验 29 4.1 墙板力学性能试验 29 4.1.1 墙板轴心抗压试验 29 4.1.2 墙板偏心抗压试验 36 4.1.3 墙板均布荷载下的抗弯试验 44 4.1.4 墙板抗折试验 50 4.1.5 墙板抗剪切试验 52 4.1.6 墙板抗冲击试验 55 4.2 墙板物理性能测试 56 4.2.1 墙板自然状态下的含水率测试 56 4.2.2 墙板软化系数测试 57 4.2.3 面密度测试 58 4.2.4 墙板密度测试 59 4.2.5 本节结论 59 4.3 本章小结 59 第五章 结论与展望 61 5.1 结论与建议 61 5.1.1 结论 61 5.1.2 建议 61 5.2 展望 62 参考文献参考文献 63 致谢致谢 66 在读期间取得的科研成果在读期间取得的科研成果 67 作者简介作者简介 68 1 第一章 绪论 1.1 引言 随着我国建筑业的不断发展，墙体材料改革已被提上日程。目前，我国城乡房屋 建筑用的墙体材料主要还是采用实心粘土砖，粘土砖约占墙体材料的 90% 1。这种历 史悠久的材料已经远远不能满足当今科技日益发展和社会不断进步的要求。 我们权且 不看其功能单一，性能落后；单说在烧制砖的过程中，就要毁掉大片的土地，并消耗 大量的煤炭资源。众所周知，我国人口要占到世界总人口的 22，却只拥有世界 7 的耕地，人均耕地仅有 1.3 亩，然而据有关资料统计，每烧制 l20 万块实心粘土砖， 就要毁田约 0.5-l 亩 2。在耗能方面，烧制粘土砖，以每年 6000 亿块计，大约要消耗 掉 7000 万 t 煤，粘土砖的生产耗掉的生产能耗以及建筑采暖能耗已占到全国总能耗 的 1/4，成为大气中的主要污染源之一 1。此外，全国每年排放的各类工业废渣约有 2 亿吨，这些废渣既污染了环境，还要占用 20 多万亩 2的堆放场地，这也是摆在我们 面前一个迫在眉睫的课题。由此可见，为了保护土地，珍爱环境，节能利废，发展新 型的墙体材料已到了刻不容缓的地步。 1.2 国内墙体改革现状 墙体材料改革发展的原则必须与“可持续发展战略”相统一。1987 年挪威首相 布伦特兰夫人在她任主席的联合国世界环境与发展委员会的报告我们共同的未来 中，把可持续发展定义为： “既满足当代人的需要，又不对后代人满足其需用的能力 构成危害的发展” 3。实施可持续发展战略，加强生态建设和环境保护是我国的一项 基本国策。发展新型墙体材料是保护土地资源，节省能源以及资源综合利用，改善环 境的重要举措，也是可持续发展战略的重要内容。 新型墙体材料在我国发展的历史较短，只是在近几年才得到快速发展，主要产品 产量与生产能力有较大幅度的增长，产品结构调整已取得显著成绩。目前，我国建筑 市场上使用的新型墙体材料主要有三大类：块材、板材、以及复合墙板。建筑砌块的 发展比较早， 在 70 年代末 80 年代初， 我国的建筑砌块进入了一个崭新的发展的时期， 在我国的广西、贵州、四川等省的一些县城乡镇较大量地生产混凝土砌块，并用它建 造了一大批房屋。20 多年来，建筑砌块已经发展到全国各省，砌块的种类也有了变 化，从单一的普通混凝土砌块，发展到多品种的轻骨料混凝土小砌块，如以天然轻骨 料火山渣、 浮石为粗骨料生产的混凝土小砌块； 以人造轻骨料如粘土陶粒、 页岩陶粒、 粉煤灰陶粒等生产的混凝土小砌块；以工业灰渣如煤渣、煤矸石、矿渣等生产的 2 混凝土小砌块。混凝土小砌块的产量也在逐年递增，到 2000 年，砌块的产量达到了 3500 万 m3左右，比 1980 年的产量增长了近 6 倍 3。在十几年时间中我国混凝土砌 块经历了以下发展过程：生产设备从移动式成型设备、固定式成型设备到国产和引 进的自动生产线；砌块产品从非承重砌块到承重砌块从几种简单块型到包括装饰 砌块等在内的数百种块型； 砌块建筑结构从简单替代粘土砖方式到特有的砌块结构 体系、从混水砌体到清水砌体、从简易单层房屋和围墙等设施到包括高层建筑在内的 各种建筑形式 4。但是由于砌块本身有许多弱点如：块型种类较多、块体较重、易产 生收缩变形、保温性能较差、易破损、不便砍削加工，所以在砌块产品生产、建筑设 计和施工应用技术及质量管理等方面均有特殊要求，如果处理不当有可能出现裂、漏 等建筑质量问题。轻质墙板作为一种新型的墙体材料具有一定的代表性,它具有增加 使用面积,减轻墙体自重,改善使用功能,降低建筑综合造价，提高建筑施工效率等特 点。 轻质墙板在国外建筑墙体材料中占很大使用比例,如日本为 64%,美国为 42%,波兰 为 49%,德国为 47%。 我国近几年在国家墙改政策的推动下,1999 年底轻质墙板的使用 率已上升为 26% 5，虽然如此,这个比例仍然低于国外。据专家预测，墙体材料发展总 趋势是：粘土质墙体材料向非粘土质材料发展，实心制品向空心制品发展，小块制品 向大中块制品发展，块状制品向板状制品发展，单一墙体向复合墙体发展，重型墙体 向轻型墙体发展， 现场湿作业向干作业发展 6。 所以我们应该积极推广使用轻质墙板， 国家为了推行轻质墙板的使用出台了一系列的优惠政策， 这将为轻质墙板的发展提供 政策保障。 1.3 轻骨料混凝土简介 轻骨料混凝土是仅次于普通混凝土的一种发展较早、用量较大的新型混凝土。它 具有轻质高强，保温隔热，耐火抗震等优良性能，在国外已广泛应用于工业与民用建 筑和其他工业部门，特别是在高层、大跨的土木建筑工程中应用更多。但在我国，发 展则较慢。对轻骨料混凝土有计划、较大量地试验研究和应用还是从本世纪 70 年代 初才开始的。尽管我国的人造轻骨料的产量还不高，应用还不普遍，但我国具有发展 各种轻骨料生产的丰富天然资源和工业废料， 轻骨料混凝土的开发与应用是我国建筑 工程材料必然的发展方向之一。 1.3.1 轻骨料混凝土定义 我国规范规定用轻粗骨料、轻砂（或普通砂） 、水泥和水配制而成的干表观密度 不大于 1950kg/m3的混凝土称为轻骨料混凝土 7； 轻骨料混凝土的强度等级用符号 cl 和立方体抗压强度标准值（以 mpa 计）表示。立方体抗压强度标准值系指按照标准 3 方法制作养护的边长为 150mm 的立方体试件，在 28d 龄期用标准试验方法测得的具 有 95%保证率的抗压强度值 7。 1.3.2 轻骨料混凝土分类 为了在建筑工程中便于使用，在实际应用中，往往按其所用的轻粗细骨料或用途 将轻骨料混凝土划分成若干类别 8。 1根据粗骨料的种类，轻骨料混凝土可分为以下几种： 工业废料轻骨料混凝土 由工业废料轻粗骨料配制成的轻骨料混凝上 如粉煤 灰陶粒混凝上、自燃煤矸石混凝土、炉渣混凝土等； 天然轻骨料混凝土 由天然轻粗骨料配制成的轻骨料混凝土，如浮石混凝土、 火山渣混凝土等； 人造轻骨料混凝土 由人造轻粗骨料配制成的轻骨料混凝土， 如粘土陶粒混凝 土、页岩陶粒混凝土、膨胀珍珠岩混凝土等。 2按轻骨料混凝土中的细骨料是否用轻骨料可分为以下几种： 全轻骨料混凝土，即粗、细骨料全部是用轻骨料； 砂轻骨料混凝土，即粗骨料为轻骨料，而细骨料为普通砂； 无砂轻骨料混凝土，只含轻粗骨料不含细骨料的轻骨料混凝土。 3轻骨料混凝土按其用途可分为三大类，见下表 1.1 所示。 表 1.1 轻骨料混凝土按用途分类 表 1.1 轻骨料混凝土按用途分类 table1.1 lightweight aggregate concrete classification according to use 类别名称 混凝土强度等级的 合理范围 混凝土密度等级的合 理范围（kg/m 3） 用途 保温轻骨料混凝土 cl5.0 800 主要用于保温的围护 结构或热工构筑物 cl7.5 cl10 cl15 结构保温轻骨料混凝土 cl15 800-1400 主要用于既承重又保 温的围护结构 cl20 cl25 cl30 cl35 cl40 cl45 结构轻骨料混凝土 cl50 1400-1950 主要用于承重构件或 构筑物 4 1.3.3 掺加料 混凝土加入一定比例的无机矿物磨细粉料，如粉煤灰、硅灰、矿渣粉、沸石粉等 掺合料，在普通混凝土中已得到较普遍的应用。试验和工程实践表明，这些掺合料同 样适用于轻骨料混凝土，但应用最多的是粉煤灰。 轻骨料混凝土加入粉煤灰，可以显著改善混凝土拌合物的和易性，减少水泥用量 和提高混凝土的耐久性，其收到的技术经济效果优于普通混凝土 8。轻骨料混凝土所 用的粉煤灰的质量指标应符合用于水泥和混凝土中的粉煤灰 （gb/t1596-2005）的 要求。 gb/t1596-2005 规程在我国对用于混凝土的粉煤灰的性能技术指标作了较具体 的规定，用于轻骨料混凝土的粉煤灰掺量、设计粉煤灰混凝土配合比的超量系数、取 代水泥率、配合比的设计方法等在规程中也相应作了规定，可参照执行。 1.3.4 化学外加剂 化学外加剂在普通混凝土中的应用已较普遍，已被誉为混凝土的第五组成材料。 国内外的研究和工程实践表明，在轻骨料混凝土中掺入化学外加剂，可以收到同样的 效果。凡是适用于普通混凝上的外加剂，同样适用于轻骨料混凝土。但其质量指标必 须符合相应标准的要求，主要的有 8： 1混凝土外加剂（gb80761997） ； 2混凝土泵送剂（jc4732001） ； 3砂浆、混凝土防水剂（jc4741999） ； 4混凝土防冻剂（jc4752004） ； 5混凝土膨胀剂（jc4762001） ； 6混凝上外加剂应用技术规范（gbj501192003） 。 1.3.5 轻骨料混凝土特点 轻骨料混凝土与普通混凝土（或粘土砖墙）相比，具有如下主要特点 7： 1轻质高强 轻骨料混凝土的表观密度般为 8001950kgm3。结构用轻骨料 混凝土，其表观密度为 14001950kgm3，比普通混凝土可减轻 2040，而强度 可达到普通混凝土常用的强度等级 cl15.0cl50.0。 用作墙体的结构保温轻骨料混凝 土强度可达 cl5.0cl15.0，表观密度仅 8001200kgm3，比普通砖墙轻 30%50%。 2具有保温、隔热、保湿功能 轻骨料混凝土材料内部结构特征是一种均质的多 孔材料，它具有隔热、保温功能，是一种优异的节能材料，表观密度为 1750kg/m3的 高性能轻骨料混凝土的热导率为0.84w/ （m k） ， 大大低于普通混凝土的热导率1.5w/ （m k） 。 5 3抗震性能强 轻骨料混凝土由于密度小、质量轻、弹性模量低，在地震作用 下所承受的水平地震力小，振动波的传递速度也较慢，且结构的自震周期长，对冲击 能量的吸收快减震效果显著。研究表明，轻骨料混凝土相对抗震系数为 109，普通 混凝土仅为 84。有关部门曾组织对全国各有关地区近二十多年来轻骨料混凝土在建 筑工程中使用情况的调查，结果说明，轻骨料混凝土结构的使用状况是良好的。除有 一个工程因设计不当，出现一些问题外，绝大多数建筑物没有发现任何质量事故。经 历了 1976 年唐山大地震的京津地区的几十栋轻骨料混凝土的工业与民用建筑，都基 本上完好无损。既使其周围的砖混结构遭受严重破坏或倒塌，它们仍安然无恙，说明 其抗震性能十分良好。 4耐久性良好 关于轻骨料混凝土结构物的耐久性问题，有人担心其钢筋可能 比普通混凝土更易于遭受锈蚀。但试验研究和调查十几个工程的实测资料表明，在正 常使用条件下，用普通砂作细骨料配制而成的密实轻骨料混凝土，无论是预制的还是 现浇的，室内的还是室外的，墙体还是雨罩，桥梁还是其他构筑物，其混凝土保护层 按一般设计要求（2030mm） ，使用 20 多年，钢筋都没有发现有锈蚀现象。在一些较 干燥地区，有的碳化深度虽已超过混凝土保护层的厚度，但钢筋仍然完好。实测还表 明，轻骨料混凝土的后期强度仍继续增长，其抗冻性也是很好的。这些都说明，轻骨 料混凝土的耐久性是良好的。日本在 1983 年对使用已达 20 年的 360 例、混凝土总用 量超过 40 万立方米的土木工程质量跟踪调查的结果也证明了这一点。 5施工适应性强 轻骨料混凝土的生产和施工工艺与普通混凝土基本相同，不 需要特殊的生产设备， 就可制作任何形状的结构构件或构筑物。 既可用于现浇、 泵送， 也可制作各种预制构件。 由于轻骨料混凝土具有上述一系列优点，适宜于建造各种工业与民用及公用建 筑，不仅可作围护结构，也可用于承重结构。采用轻骨料混凝土替代普通混凝土可以 减轻结构质量，减小结构断面尺寸，提高结构跨度或增加层高。因此使用轻骨料混凝 土不仅可以节约水泥、钢筋以及预应力钢筋等材料，取得较大的直接经济效益，而且 还可以降低基础处理费用，增加使用面积，延长工程使用寿命，获得显著的间接经济 效益。特别是在高层和大跨结构中，其综合技术经济效果将更为显著。 1.4 国内外轻骨料混凝土发展概况 由于轻骨料混凝土是一种轻质高强、保温耐火、抗震性能好的新型混凝土，可广 泛应用在各种工业与民用建筑和高层、 大跨等建筑结构上， 具有很好的技术经济价值。 所以，在近几十年来，轻骨料混凝土在世界各国获得大量的发展和应用，特别是 60 6 年代以来发展更为迅速成为建筑材料工业中发展最快的轻质、高强的新型建筑材料 之一。 1.4.1 国外轻骨料及其混凝土的发展 1.4.1.1 轻骨料的生产 美国是世界上生产人造轻骨料最早的国家。早在 1913 年美国首先用回转窑烧制 页岩陶粒，为解决普通混凝土质量大的缺点，迈出了可喜的第一步。长期以来，无论 在生产产品的质量和数量上，美国一直处在领先地位，产量较高。1970 年，美国的 天然与人造轻骨料总产量约为 1800 万 m3，以后每年按 58的速度递增，到了 90 年代，美国的人造轻骨料一直稳定在 350415 万 t 的高水平上 8。 日本是天然轻骨料资源十分丰富的国家。日本的轻骨料以天然轻骨料为主，1974 年， 日本的天然轻骨料年产量达 600 万 t （约合 8 万 m3） ， 占本国轻骨料总产量的 3/4 7。 20 世纪 60 年代后期，日本开始生产人造轻骨料。虽然人造轻骨料的生产起步较晚， 但发展速度很快，到 1990 年已经超过 1000 万立方米。从 1998 年开始，日本开始研 制生产低吸水率、高强度的高性能轻骨料，截至目前已研制开发出多种吸水率小于 5%的高性能轻骨料。在超强、超轻轻骨料研究方面，日本也具有代表性。 英国是个老牌的资本主义国家，工业发展较早，对工业废料的利用也较重视，所 以，英国轻骨料的生产一直是以工业废料为主。根据 1976 年的资料介绍，英国轻骨 料的生产量约为 300 万 m3，其中膨胀矿渣、煤矸石陶粒、粉煤灰陶粒约占总产量的 2/3 8。 从以上几个工业发达国家轻骨料生产发展的情况可以看出， 这些国家轻骨料生产 具有如下几个特点 8： 1就地取材，充分利用本国的资源 因轻骨料应用量大，资源丰富，只有利用本国各方面的资源条件就地取材，才 能得到充分发展。德国、日本利用本国的火山资源，发展天然轻骨料；英国利用工业 发展较早的有利条件，大量利用各种工业废料加工成轻骨料堪称范例。 2抓住有利时机快速发展 很多国家发展轻骨料都是从天然轻骨料和利用工业废料开始的。 早在几个世纪前 意大利等有些国家就利用天然浮石作轻骨料， 在上世纪， 美国就曾利用煤渣作轻骨料。 人造轻骨料的发展则是第二次世界大战以后才开始的， 特别是在 19601970 年间， 随 着国内经济建设的飞快发展而迅速发展起来。 3采用高新技术、建立强大生产基地 7 人造轻骨料质量好，用途广。要在十年左右时间将其产量提高到数百万立方米， 必须依靠先进的技术和高效率的生产设备。如丹麦、美国和前苏联发展陶粒等人造轻 骨料，大都是利用年产 1025 万 m3的变直径的单筒回转窑或高差式双筒回转窑，或 机械化、自动化程度很高的大型烧结机生产，每班仅 46 工人，每个工人每年的平均 劳动生产率可达 1.31.4 万 m3。 1.4.1.2 轻骨料混凝土的应用 据有关资料介绍，国外轻骨料混凝土主要在墙体中应用。如美国的轻骨料混凝土 80以上用于制作墙体用的小砌块；前苏联 55的大型墙板和 90%的砌块也是用轻 骨料混凝土制作的；德国的浮石混凝土也主要生产空心砌块用于墙体 8。 从各国的应用情况看来， 轻骨料混凝土在承重结构上的用量虽然没有在墙体上的 用量大，但其应用范围却是十分广泛的。 美国的很多高层建筑都是采用轻骨料混凝土建造的。 较著名的有： 芝加哥高 l95m 的波因特湖塔式建筑、高 180m 的马里纳城塔式建筑群、高 260m 的水塔大厦（全部 楼板用轻骨料混凝土）和休斯敦的贝壳广场大厦等。其中贝壳广场大厦是综合采用轻 骨料混凝土最成功的一例，原设计采用普通钢筋混凝土，由于基础条件限制，其高度 只能建到 35 层，后来决定采用轻骨料混凝土。从基础到上部的框架、楼板和内外墙 组成的筒体结构全部采用干表观密度为 1840kg/m3、抗压强度为 3242mpa 的页岩陶 粒混凝土，从而大大减轻了结构质量，在不更改原基础设计的基础上，建至 52 层， 高达 218m 8。 有些资料认为，在高层建筑中采用轻骨料混凝土，仅楼板一项，就可减轻建筑物 质量 1516 8，技术经济效益是十分显著的。 在美国的一些单层工业厂房屋盖中，常采用轻骨料混凝土的薄壳、折板或预应力 双 t 板结构。其成批生产的预应力单 t 或双 t 板，跨度可达 3040m 8。 德国除大量生产浮石混凝土小砌块用于墙体外，从 60 年代开始轻骨料混凝土也 大量用于承重结构。在一些工业建筑中，德国用抗压强度为 30mpa，干表观密度为 l 700kgm3的轻骨料混凝土，制造长度为 24.5m29.0m 的预应力混凝土梁，并将轻骨 料混凝土用于多层房屋建筑的增层， 用于高层建筑的楼板。 如著名的慕尼黑的 bmwl7 层政府大厦高 100m，全部楼板采用干表观密度为 1660kg/m3，抗压强度为 41.0mpa 的粘土陶粒混凝土。该大厦的楼板为悬吊式结构。由于采用轻骨料混凝土，使悬吊系 统的质量减轻约 18，从而节省了预应力钢筋，楼板吊装也更容易了。另外，德国 轻骨料混凝土在一些大跨度桥梁和中间没有任何支柱的大型飞机库悬吊式屋盖上的 8 应用，及意大利热那亚港用轻骨料混凝土建成的总长为 350m，宽 79m 的浮船坞都是 举世闻名的 7。 1.4.2 国内轻骨料及其混凝土的发展 1.4.2.1 轻骨料的发展概况 我国幅员辽阔，资源丰富，具有发展各种类别轻骨料的良好条件。我国是个火山 资源十分丰富的国家。蕴藏量很大的浮石、火山渣是种不用燃料而又廉价的天然轻 骨料。据调查，在黑龙江省牡丹江地区宁文县渤海乡的渤海国遗址，发现了早在一千 多年前（公元 698926 年）利用多孔玄武熔岩作柱基和石灯，以及用浮石作建筑材料 的遗迹，有的至今保留完好。1958 年前后，黑龙江省德都县和山西省大同等地，都 曾与原建工部建筑科学研究院等单位，对当地的火山资源的利用进行了试验研究。蕴 藏量丰富的浮石、火山渣，除用作轻骨料，制作浮石混凝土砌块和各种预制构件外， 还用作水泥混合材料，或制作火山岩棉。之后，吉林、辽宁、内蒙、海南岛等地也陆 续发现和少量开采利用天然轻骨料。1975 年以后，浮石、火山渣的开发利用受到有 关科研部门和领导部门的重视，其应用范围日益发展 8。 1956 年，在山东博山利用水泥回转窑，试制成功我国第一批粘土陶粒之后，在 天津、上海等地用小立窑也试制成功海泥陶粒和粘土陶粒。1960 年前后，在北京、 郑州、新乡等地也用半煤气倒焰窑烧制粘土陶粒。后来，由于劳动强度大、生产效率 低、产品成本高，没能继续得到发展。1963 年，北京市建筑材料科研所和东北建筑 工业设计院等单位共同协作设计并建成一条年产 1.3 万 m3的单筒回转窑生产页岩陶 粒的中间试验线。同时，较系统地进行了生产工艺的试验研究，并在 l964 年通过了 鉴定，为进一步发展我国的人造轻骨料提供了良好的经验。以后，在龙风、抚顺、九 台、大连、沈阳、鞍山等地也相继建立了用回转窑生产粘土陶粒、页岩陶粒和大颗粒 膨胀珍珠岩等人造轻骨料的生产车间或工厂， 使我国人造轻骨料的生产逐步有所发展 7。 20 世纪 70 年代末至 80 年代中期，轻骨料得到快速发展，全国轻骨料的年产量 增长到约 60 万立方米。但是，当时生产的轻骨料密度等级较低，产品规格单一，筒 压强度低，不适宜用于预应力混凝土结构。而用作保温材料，密度又较大，保温性能 不佳， 因此在这期间轻骨料混凝土无论在结构还是在功能制品材料方面都没有得到应 有发展。 20 世纪 90 年代初期，陕西省建筑科学研究所等单位研制成功了堆积密度小于 500kg/m3的超轻陶粒，为我国人造轻骨料发展注入了新的活力。80 年代中期，广州 9 华穗轻质陶粒制品厂引进了丹麦史密斯公司生产超轻粘土陶粒的先进设备和技术， 单 窑年产量可达 18 万 m3，成为当时我国轻骨料生产规模最大的陶粒厂。直到 1995 年， 全国陶粒年产量约达 200 万立方米，到 2000 年陶粒产量达到 300 万立方米左右。但 是，我国轻骨料生产格局非常不合理，粘土陶粒占人造轻骨料总量的 80%以上，粘土 陶粒的生产给环境造成了极大破坏。20 世纪 90 年代末以来，国家出台了一系列相关 政策对轻骨料的生产进行正确引导，调整产品结构，逐步改变轻骨料市场以粘土陶粒 为主的格局 7。 2000 年以来，高强轻骨料快速发展，一批高强轻骨料生产厂家相继建成投产。 天津宝坻、江苏金坛各建成年产 10 万立方米高强页岩陶粒生产线；另外，广东、云 南、甘肃等地均在原有生产线上研制和开发高强陶粒。 近年来，在利用工业废弃物、湖泊淤泥、下水道污泥以及生活垃圾煅烧灰生产轻 骨料方面，我国近年来也取得了一定突破。 综上所述，我国轻骨料生产的发展具有如下特点： 1重视天然轻骨料的开采和利用 我国是个多火山国家，火山最多之区首推东北，而东北各省已发现的 19 个火山 群，分布在黑龙江省境内的最多，其次是吉林省。根据国家建委建筑科技发展计划的 要求， 原国家建委建筑科学研究院、 黑龙江省低温建筑科研所和吉林省建研所等单位， 曾于 1976 年和 1978 年，先后对吉林省长白山和龙岗火山群，黑龙江省的五大连池、 二克山等火山群的资源及其在建筑中的应用进行了调查。调查结果表明，这些地区的 天然轻骨料蕴藏量十分丰富，且质量很好。在一些交通较方便的地区，当地居民早已 开采利用。吉林省的龙岗火山群，仅辉南县大椅山附近，粒径为 20mm 左右的火山渣 储量就达 1.6 亿 m3以上，矿层厚度最大达 30m，且开采十分方便 8。调查结果引起了 有关领导部门的重视。由国家投资兴建了一条专用铁路线，为辉南火山渣的开采运输 创造了有利条件。 2利用工业废渣生产轻骨料有较大发展 利用工业废渣生产轻骨料，是变废为宝，减少城市污染的重要途径之一。在一些 大、中城市，这几年来，利用废弃的锅炉煤渣、高炉矿渣、热电站的粉煤灰和煤矿的 自燃煤矸石生产各种轻骨料，引起了有关部门的重视，有较大的发展。 我国热电站粉煤灰的排放量，每年达数千万吨，但利用率不高，大量废弃，造成 污染。随着建筑材料需求量的迅速增长，特别是在进行墙体改革以来，利用粉煤灰生 产各种建筑材料也有很大发展，主要用作粉煤灰砖、加气混凝土、水泥的混合材或混 10 凝土的掺合料和生产粉煤灰陶粒等。其中粉煤灰陶粒的吃灰量最大，每生产 1 万 m3 粉煤灰陶粒，可处理粉煤灰约 6000t 8。同时，所耗用燃料可比一般人造轻骨料减少 一半以上。因此，继天津市采用烧结机生产粉煤灰陶粒后，在辽宁、甘肃、广东等省 又建了一批粉煤灰陶粒厂。 自燃煤矸石是煤矿开采排出的矸石，经长期堆积自燃而成的一种工业废料。在我 国辽宁阜新、本溪，山西太原、阳泉等矿区长期堆积的矸石山达数亿吨。如何变废为 宝，合理利用引起了很多科研单位和建设领导部门的重视。 辽宁省建研院，太原工业大学等单位大量的系统试验研究证明，自燃煤矸石是一 种性能良好的工业废料轻骨料，特别适用于配制结构用和结构保温用轻骨料混凝土， 可广泛应用于生产各种建筑构件和墙体用混凝上小砌块。 3人造轻骨料的发展缓慢 我国人造轻骨料无论是研制还是生产与其他发达国家相比还有很大差距，到 2000 年我国陶粒生产量才达到 300 立方米左右，而日本的人造轻骨料在 1990 年已经 达到了 1000 立方米 7。要使人造轻骨料发展加快，适应我国基础设施建设发展的需 要，必须加快改进生产技术，在自主研发的同时，引进国外先进的生产线。 1.4.2.2 轻骨料混凝土的应用 自 1958 年建工部建筑科学研究院和有关单位协作，建成我国第一栋轻骨料混凝 上装配式大板试点建筑以来，轻骨料混凝土在建筑工程中的应用越来越多，成了仅次 于普通混凝土的用量最大的一种新型混凝土。 1主要用作墙体材料 长期以来，我国工业与民用建筑的墙体材料主要是粘土砖。生产粘土砖不仅需毁 田取土，与农争地，且砌筑墙体只能用手工，劳动强度高，不利于实现建筑工业化。 自 60 年代初，国家建委提出墙体改革以来，各种新型墙体材料大量涌现，轻骨料混 凝土就是其中的一种。因为轻骨料混凝土具有质量轻、保温性能好等优点，同时又兼 有保温和承重多种功能，比起加气混凝土和其他轻质材料，还具有便于就地取材、原 材料来源广泛、制作墙体构件不需要特殊的生产设备等待点。所以，它是较现实的， 一种新型墙体材料。 在 20 世纪 80 年代末以前， 我国的轻骨料混凝土在墙体中应用主要是用来制作大 型外墙板，少量用作砌块，20 世纪 90 年代以来，轻骨料混凝土小砌块在全国各地的 生产与应用越来越多，特别是一些大、中城市利用煤渣、珍珠岩、浮石等制作的多排 孔或单孔的小砌块在框架建筑中的应用， 已成为逐步取代烧结粘土砖的一种新型墙体 11 材料。 轻骨料混凝土在墙板中的应用已经有几十年的发展，在 50 年代末，为了改革墙 体结构，加快房屋建设的速度，我国出现了墙板工程，由于技术问题，墙板工程发展 比较缓慢，特别是近几年来，墙板工程受多种压力和竞争的挑战，墙板业似乎走向了 更深的低谷 9。但是轻骨料混凝土墙板作为一种轻质墙板具有砖混结构无法比拟的优 势，相关人士对轻质墙板的发展现状进行了市场调查，发现其市场发展的前景非常广 阔。 2在承重结构中的应用 由于结构轻骨料混凝土的表观密度一般为 1800kgm3左右，比普通混凝土轻 20 40 7，又可达到普通混凝土常用的强度。因此代替普通混凝上在承重结构上应 用，可减轻结构重量，改善一系列物理力学性能，具有较好的技术经济效果。 在 60 年代我国轻骨料发展的初期，轻骨料混凝土的强度较低，一般仅为 cl15cl20。直到 20 世纪 90 年代中后期，在国内外高强、高性能混凝土技术迅速发 展的推动下，我国高强轻骨料混凝土的研究与应用才开始出现新的转机，人造轻骨料 产量逐年回升，尤其是高强优质轻骨料的生产已形成一定的规模。在此背景下，轻骨 料混凝土又开始在高层建筑和桥梁工程中获得应用。如珠海国际会议中心采用了 cl30 泵送轻骨料混凝土，武汉证券大厦 6468 层楼板使用了 cl35 轻骨料混凝土， 云南建工医院主体结构使用 cl40 轻骨料混凝土，京珠高速公路湖北段蔡甸汉江大桥 桥面使用了 cl40 泵送纤维增强轻骨料混凝土 7。 3在某些特殊的构筑物中的应用效果良好 轻骨料混凝土除广泛用于工业与民用建筑工程中作围护和承重结构外。在我国， 还用于建造桥梁、电杆、船只和烟囱、高温窑炉等的耐火内衬，取得了良好的技术经 济效果。 总体而言，近年来无论是保温轻骨料混凝土还是结构轻骨料混凝土，在我国均呈 现出良好的发展态势。 一方面， 建筑节能的要求越来越高， 墙体材料革新是大势所趋， 新型墙体材料是我国墙体材料革新长期规划的主要发展方向。我国 2015 年墙体材料 规划明确要求，到 2015 年，新型墙体材料总量要达到墙体材料总量的 55%以上，采 用新型墙体材料的建筑竣工面积要占到城镇建筑竣工面积的 70%以上， 其中大中城市 要求达到 80%，市区要达到 100%以上 7。当前，全国新型墙体材料在墙体材料总产 量中的比例仅 32%，远低于规划要求。另一方面，随着国家对基础设施建设投入的增 加，市政、交通、城建等工程建设需要大量高性能的优质建筑材料，轻骨料混凝土以 12 其独特的优势，必将在未来建设中发挥更大的作用。 通过分析国内外轻骨料混凝土的发展，可以看出：轻骨料混凝土的发展主要反映 在两个方面：一是发展用于各种承重结构的高强轻骨料混凝土；另一方面是发展用于 围护结构的轻骨料混凝土制品，如小型空心砌块、轻质隔墙板、外墙板等。据专家分 析，今后在经济发达国家将逐步增大用于承重结