1、第 卷第 期 年 月应 用 化 工 .收稿日期:修改稿日期:基金项目:“十三五”国家重点研发计划()吉林省科技发展重点研发计划项目()作者简介:肖力光()男吉林长春人吉林建筑大学二级教授博士博士生导师从事新型建筑材料研究 电话:.通信作者:陈喜昌()男在读硕士研究生 电话:.轻骨料混凝土的研究进展与应用前景肖力光陈喜昌(吉林建筑大学 材料科学与工程学院吉林 长春)摘 要:介绍了轻骨料混凝土的特性分析了轻骨料配合比设计方法综述了国内外近年来不同轻骨料混凝土受各因素影响的性能研究进展探究了轻骨料混凝土的微观表象指出了轻骨料混凝土存在的如工作性较差、可泵送性易受阻等缺陷不足给出了合理建议对轻骨料混凝
2、土的未来发展方向和应用前景做出了展望关键词:轻骨料混凝土性能微观结构研究进展应用前景中图分类号:.文献标识码:文章编号:()():.:混凝土是土木工程建设领域用量最大、应用最为广泛的复合材料数据显示 年全国商品混凝土产量 万 增长.增速同比提高 个百分点可见混凝土需求仍然强劲 但是随着时代的发展工程建设越来越趋向多样、一体、大型和复杂化使得工程对混凝土强度、承载力等提出了更高的要求同时由工业废弃物带来的环境和能耗问题已较为严重而建筑材料还要每年消耗天然骨料 亿 亿 环境问题更为突出亟待解决 轻骨料混凝土由于其自重相对较轻在大跨度桥梁工程结构以及高层建筑结构中能够有较好的应用 另外轻骨料混凝土还
3、具有轻质、高强、保温性好、抗震性好、耐久性良好等特性 基于结构可靠性和材料低碳性要求这两点研究轻骨料混凝土是非常有必要的 轻骨料混凝土配合比设计方法研究混凝土配合比设计是混凝土材料科学中最基本且最重要的一个问题直接关系到所研究材料性能的好坏 普通混凝土配合比设计方法主要是基于绝对体积法和假定容重法的半理论半经验设计方法 轻骨料混凝土配合比设计与普通混凝土几乎并无差异轻骨料混凝土技术规程()给出了两种配合比设计方法分别是松散体积法和绝对体积法牛建刚等采用最紧密堆积理论和浆体膜厚理论作为理论支撑对高强轻骨料混凝土基础配合比进行设计并在测定多元粉体材料和多元骨料体系的最佳搭配比例时分别采用最小需水量
4、法和紧密堆积法配制的混凝土均符合设计要求 丁波等以颗粒最紧密堆积原理()配合比设计法为基础同时采用真空搅拌技术改善孔结构后成功配制出了表观密度 且性能良好的轻骨料混凝土 等提出了一种基于植物骨料的混凝土配合比设计方法 其原理是确定特定实施方式植物骨架的堆积密度然后对占据颗粒间剩余孔隙体积的黏结剂膏体配比 对于给定体积的空气(和添加量)根据 定律调整水泥和有效水的数量以实现目标性能 等提出了以砂浆膜厚为关键技术指标的新型配合比设计方法 该方法将混合料设计过程分为基于砂浆流变特性的自密实性能设计和基于应用化工第 卷砂浆有效水灰比规则的强度设计 等采用了一种新型轻集料配合比设计法即中心复合设计法()
5、研究此法对轻质高强混凝土()的性能影响发现在此法上加入中空玻璃微球()能有效降低 密度而不损失强度 不同因素对轻骨料混凝土性能的影响.纤维影响纤维具有桥接、增强、增韧作用作用机理主要是基于复合材料力学理论和纤维间接理论而且纤维还能改变轻骨料混凝土的工作性能和力学性能等目前许多学者进行了研究并取得了以下研究成果王子在轻骨料混凝土中加入聚乙烯 醇()纤维通过实验得出 纤维的掺入会产生桥接使轻骨料混凝土早期抗压强度和劈裂抗拉强度显著提高 张学元等利用试验研究后得出稻草纤维能提高粉煤灰陶粒轻骨料混凝土拉压比并随纤维含量增加而增大稻草纤维与其他纤维增韧效果相近由于缺陷需要 和其他工艺对稻草纤维改性处理
6、黄正峰等在核桃壳轻骨料混凝土中加入塑钢纤维发现劈裂抗拉强度和抗冲击韧性显著提高并指出当掺量为.时提升性能最高 潘柏通过试验探究发现单掺玄武岩纤维、玄武岩钢混杂纤维均不同程度提高了轻骨料混凝土抗压强度且单掺纤维的提高效果低于混杂纤维在掺量为 时为最优 单掺强度提高了.而混掺提高了.通过实验发现适当的 纤维掺入对煤矸石轻骨料混凝土的微观孔隙结构特性和宏观力学性能有明显的改善作用 等在高强轻骨料混凝土分别掺入 种不同的钢纤维发现微钢纤维在力学性能上的增强性能最好在纤维含量相同的情况下在增韧效果方面微钢纤维 端钩钢纤维 波纹钢纤维综合考虑和易性、力学性能和韧性后建议微钢纤维体积分数为.大尺寸钢纤维体积
7、分数为.等通过实验得出改性玄武岩纤维火山渣轻骨料混凝土的抗弯强度比非纤维混凝土提高了 抗压强度提高了 韧性提高了 力学性能得到了改善把碳化处理后的秸秆纤维掺入火山渣混凝土中抗折强度和抗折比明显提高同时也大大提高了火山渣轻骨料混凝土的抗冻性能使其冻融循环次数可达 次耐久性能提升 等通过实验得到的结果表明玄武岩纤维和聚丙烯纤维均可提高轴向抗压强度且在相同体积分数下前者的提高效果优于后者.玄武岩纤维和.聚丙烯纤维改善了轻骨料混凝土的抗压韧性行为.掺合料影响刘俊龙通过实验证明双掺矿物掺合料对轻骨料混凝土的流动性提高作用显著同时也能提高其抗冻和抗渗性能但对收缩和抗碳化会产生不利的影响 陈茜等发现把偏高岭
8、土加入到陶粒轻骨料混凝土中后其抗压强度、劈裂抗拉强度有所增强并在掺量为 时抗压、劈裂抗拉强度分别上涨了.达到最高 唐鹏在轻骨料混凝土添加两种矿物掺合料发现掺料可以提升耐久性并且当矿物掺合料在 粉煤灰和矿渣粉质量比在 时轻骨料混凝土的耐久性能最佳但对于收缩不利 另外肖力光等研究发现适当掺量硅藻土能大幅提高普通混凝土的 抗压强度而辛宇等发现改变硅藻土掺量加入轻骨料混凝土中不仅能提升抗压强度还能使抗冻性得到明显改善 等采用慢冻法研究了矿渣微粉轻骨料混凝土抗冻性结果表明冻融循环后质量损失小冻融强度损失大同时由于矿渣粉的微填充作用能有效减少冻融循环对混凝土的破坏 等发现矿物掺合料的加入改变了轻骨料混凝土
9、的单位重量和吸水率使 值降低.提高了保温性能加 粉煤灰的混凝土隔热性能最大其次是添加 玻璃 粉的混凝土矿物掺合料隔热效率提高明显 等研究了用 和 粉煤灰()部分替代水泥后棕榈油熟料轻骨料混凝土的和易性当掺入 时和易性最佳即工作性能优越.外加剂影响肖力光、范雪等通过改性实验得出适量泡沫剂的加入使火山渣混凝土的抗冻性、抗渗性及热工性能有明显的提高并让微观界面过渡区更致密另外还改善了混凝土和易性 引气轻骨料混凝土中的轻骨料多孔性和引入的微小而互不联通的气泡起到“微养护”作用是抗冻性较好的主要原因 李书明等发现高分子增稠剂可以阻碍轻骨料的上浮使骨料分布均匀流动性也不降低屈服强度还能提高而且使耐久性能更
10、好 等发现减缩剂的掺入对轻骨料混凝土的收缩体积减小有显著的影响当减缩剂占水泥的时收缩量减少了约 同时减缩剂与预湿复合应用对轻骨料混凝土的收缩有较好的抑制作用 等通过研究发现在新拌混凝土中掺加引气剂降低了新拌混凝土的容重和骨料分层使新混凝土的工作性能变好但会降低强度并建议根据施工和强度要求 采用最低引气剂量(质量.)等利用试验证明通过碱活化的煤矸石作为轻骨料混凝土中的粗骨料会产生较高的抗压强度并获得良好的耐久性并且在抗压强度和抗硫酸盐侵蚀方面具有很大的优势.其他因素影响王国旺等通过实验得到当聚合乳液固含量第 期肖力光等:轻骨料混凝土的研究进展与应用前景为 时改性轻骨料混凝土的抗压强度、弹性模量都
11、出现了下降而劈裂抗拉强度提高同时聚合物增加了基体致密性 等研究了聚合物对改性陶粒轻骨料混凝土在高温下测试试件热剥落和力学性能的影响结果表明改性陶粒使陶粒热剥落率由.降到.剥落率大幅降低而在 下改性陶粒混凝土仍具有相当的残余力学性能可以看到改性陶粒混凝土耐火性能很好 等将相变材料和碳纳米纤维掺入轻骨料混凝土中发现与对照轻骨料混凝土相比添加这些材料的轻骨料混凝土的热导率最大增量达到了.导热性能得到改善 等研究了骨料类型对轻骨料混凝土耐久性影响研究表明轻骨料混凝土的耐久性受骨料类型的影响较大且与其孔隙结构密切相关 在抗渗透特性方面膨胀玻璃是所用轻骨料中最有利的材料其耐久性较好 等研究了骨料粒径对轻骨
12、料混凝土吸声性能的作用使用阻抗管法进行测试结果表明在相同条件下多孔混凝土的吸声性能随着骨料粒径增加而减小在一定范围内水泥与骨料比越小吸声性能越佳同时在相同条件下吸声性随着厚度的增加而增大 研究了骨料粗糙度对轻集料混凝土强度和渗透性的影响发现表面粗糙化后的轻骨料混凝土强度提升了.渗透性能也有所提高 轻骨料混凝土微观结构探究针对轻骨料混凝土微观机理研究目前最常用的研究方法是通过扫描电子显微镜()对轻骨料混凝土界面过渡区进行观察与理论分析普通混凝土的界面过渡区一般为其薄弱部位而轻骨料混凝土的界面过渡区则相反不再是其薄弱环节 等通过实验得出即使在海洋严酷的环境中服役 年界面过渡区还比较致密抗氯离子能力
13、较强表现出了良好的耐久性 则进一步探究了轻骨料粒径对细观结构影响发现当轻骨料的最大粒径从.减小到.时过渡区宽度逐渐减小显微硬度逐渐增大较致密的界面过渡区对氯离子的迁移起着积极的阻碍作用其表现为轻骨料的“弯曲效应”而有学者研究了长期水工环境下的细观变化发现南京长江大桥轻骨料混凝土服役 年后的芯样中轻骨料与水泥石之间黏接紧密两者的界面过渡区难以区分轻骨料中也发现了较多的水泥水化产物并且界面过渡区的显微硬度与压痕模量也高于水泥石基体 轻骨料混凝土存在的缺陷不足虽然轻骨料混凝土有着一定的优势和好处但是其本身也存在着一些缺陷和不足始终制约着轻骨料混凝土的应用发展如工作性能差、泵送易受阻对于其存在的问题许
14、多学者也进行了深入研究.泵送易受阻轻骨料在泵送压力下会出现吸水现象会使轻骨料混凝土的可泵性严重变差 郭文瑛等为了解决陶粒混凝土在泵送过程中可泵性差等问题采取了“生产二步法”“搅拌二步法”的方式合理地改进了陶粒混凝土在泵送过程中出现的问题 杨文则通过预湿陶粒、加入额外附加水改善了陶粒轻骨料混凝土的泵送性能 国内部分学者研究发现减水剂可以改变轻骨料混凝土的可泵性对于可泵送性差的问题一些国家探索了用常压预湿、加压预湿、煮沸预湿等措施来改善轻骨料混凝土这一缺陷并在一些工程得到了应用.工作性能较差轻骨料混凝土的成型也需要经过初凝和终凝在成型初期由于轻骨料的密度较小则上浮而水泥浆体密度较大则下沉从而致使混
15、凝土出现拌合物分层离析现象工作性能变差 轻骨料自身对混凝土的和易性具有负面影响特别是在运输混凝土过程中这一影响是长期的更明显的存在 真空预湿或浸水预湿也可以改善轻骨料混凝土的工作性能 研究发现在新拌混凝土中加入引气剂降低了容重易成型不漂浮工作性能得到改善 掺加矿物掺合料也能够改变工作性唐昌辉通过在轻骨料混凝土中同时加入硅灰和粉煤灰发现降低了轻骨料的上浮改善了拌合物的均匀性对于目前轻骨料所存在的问题并没有一个统一的解决方法没有形成一套行之有效的标准体系在此方面还需继续加大研究力度 总结与应用前景我国轻骨料混凝土的发展从 世纪 年代开始进行初步研究到 世纪 年代研究成果能够应用于多数非结构体系中现
16、如今已经可以应用于结构承载体系中了轻骨料混凝土从无到有从有到优一步一个脚印脚踏实地走来获得了一定的成绩见证了我国建筑材料的发展历程使用更为轻质的轻骨料混凝土模板比普通混凝土承受的压力更小而且需要处理的材料的总重量也减少了从而提高了生产率使用轻骨料混凝土可以减少建筑自重从而减少柱、梁、板和基础的横截面进而降低建筑成本有助于轻骨料混凝土的推广和应用 同时面对日益严重的环境问题国家提出了要在 年实现碳达峰 年实现碳中和目标而使用轻骨料特别是天然轻骨料既可以利用废弃物还能保护生态环境轻骨料混凝土的应用前景光明参考文献:中华人民共和国国家发展和改革委员会运行局.年建材行业运行情况.北京:煤电油气运.应用
17、化工第 卷曹磊刘珊董小林等.城市工业“三废”与经济发展的 联合分析.应用化工():.王宇杰.天然轻集料混凝土保温砌块的应用分析.新型建筑材料():.:.:.张军.混凝土配合比设计方法的研究进展.建材世界():.牛建刚边钰刘威亨等.高强轻骨料混凝土配合比设计方法及试验研究.硅酸盐通报():.丁波欧志华奉瑞萍.基于颗粒最紧密堆积理论的真空搅拌轻骨料混凝土配合比设计.湖南工业大学学报():.:.:.:.:.王子.纤维改善轻骨料混凝土力学及抗冻性能的试验研究.呼和浩特:内蒙古农业大学:.张学元吕春张道明等.稻草纤维在轻骨料混凝土中的增韧性能及劈裂抗拉强度预测模型.材料导报():.黄正峰欧忠文罗伟等.塑
18、钢纤维增强核桃壳轻骨料混凝土的性能研究.混凝土与水泥制品():.潘柏.混杂纤维轻骨料混凝土的性能试验研究.唐山:华北理工大学:.():.:.:():.:():.:.刘俊龙.双掺矿物掺和料轻骨料混凝土耐久性试验研究.吉林:东北电力大学:.陈茜贾青王正君等.偏高岭土对陶粒轻骨料混凝土力学性能影响研究.黑龙江水利科技():.唐鹏.矿物掺合料对轻骨料混凝土耐久性的影响.安徽师范大学学报(自然科学版)():.肖力光邢纹浩.硅藻土替代硅灰在混凝土、砂浆中应用的研究.应用化工():.辛宇李勇崔海虎.硅藻土对轻骨料混凝土抗冻性的影响及微观机理分析.新型建筑材料():.:():.().():.:():.肖力光蒋
19、大伟范雪.泡沫剂对纤维、聚合物改性火山渣轻集料混凝土性能的影响.混凝土():.范雪刘江南.泡沫剂对轻集料混凝土性能的影响.吉林建筑大学学报():.李书明曾志刘竞等.级高强自密实轻骨料混凝土配制技术.铁道建筑():.:.:():.第 期肖力光等:轻骨料混凝土的研究进展与应用前景:.王国旺王康.聚合物对轻骨料混凝土力学性能及微观结构的影响.建材世界():.():.:.:.:.:.姚韦靖庞建勇刘雨姗.轻骨料混凝土抗碳化性能及微结构分析.长江科学院院报():.:.():.()().:.():.郭文瑛廖镜明蔡燕飞等.碱渣制备超细碳酸钙在水泥砂浆中的应用研究.广东建材():.杨文.轻骨料混凝土泵送性能研究.郑州:华北水利水电大学:.:.唐昌辉黄先太.双掺硅灰、粉煤灰轻骨料混凝土试验研究.混凝土():.(上接第 页).:.:.():.:.:.:./.():./.:.():.():.:.():.
