高强轻骨料混凝土在高层建筑中的应用前景分析

2018-02-16陈辰

建材与装饰 2018年10期

陈辰

引言

当前我国轻骨料混凝土大多应用于非承重构件，例如做复合保温隔墙、空心隔板墙、屋面板等。轻骨料混凝土也大量的应用于轻骨料砌块。而对于现浇高强轻骨料混凝土，应用于高层建筑、桥梁工程、大跨度结构中目前尚少。若将高强轻骨料混凝土应用于高层建筑中，对于减轻高层建筑结构自重，提高结构抗震性能，改善地基的不均匀沉降方面具有显著的效果。轻骨料的生产利用工业废料，如废弃锅炉煤渣、火力发电站的粉煤灰等制作轻骨料混凝土，不仅可降低混凝土的生产成本，还变废为宝，避免开山炸石，减轻环境污染及破坏。所以具有良好的社会效益、经济效益和环境效益，是一种可持续发展的绿色建筑材料。社会经济不断发展，人口不断增加，使得建筑楼层逐渐增加，高层建筑结构的不断发展刺激了新材料，新结构的发展，同时新材料的出现，也加速了高层建筑的发展。本文主要对轻骨料混凝土的特点以及高层建筑应用高强轻骨料混凝土的必要进行分析和探讨。

1 高强轻骨料混凝土的特点

轻骨料混凝土是用水泥、轻粗骨料、轻细集料或者普通河砂、水配制而成的新型绿色建筑材料，表观密度一般低于1950kg/m3。轻骨料分为天然轻骨料和人工轻骨料两种。天然轻骨料包括：浮石、火山渣、工业废料、粉煤灰陶粒、膨胀矿渣珠等。人工轻骨料包括：页岩陶粒、粘土陶粒、膨胀珍珠岩等。相较普通混凝土，轻骨料混凝土具有容重低、保温性能好、隔热降噪的性能。目前最常采用的轻骨料是陶粒。

1.1 轻骨料混凝土容重低

轻骨料混凝土由于采用轻质粗骨料，相较普通混凝土采用碎石、卵石作为粗骨料，其容重更低。应用于结构承重的高强轻骨料混凝土密度一般在1400～1900kg/m3，与相同强度等级的普通混凝土比，其干表观密度低20～50%。结构材料的轻质使得整体结构自重降低，其弹性模量较低，使得构件及结构变形性能更好，地震作用时耗能能力更好。

1.2 轻骨料混凝土保温性能好

由于轻骨料混凝土使用的轻骨料具有多孔轻质的特点，在使整体混凝土容重降低的同时，也使其导热系数显著降低。密度等级为1700的轻骨料混凝土在平衡含水率的条件下导热系数低于0.87W/m·K，相比于普通混凝土的1.5W/m·K，减小40%以上[1]。

1.3 轻骨料混凝土耐热性能好

热量在轻骨料混凝土内部传导速率较低，使其具有更好的耐火性。一般建筑物发生火灾时，普通混凝土耐火1h，而轻骨料混凝土可耐火4h。在600℃高温下，轻骨料混凝土能维持室温强度的85%，而普通混凝土只能维持35～75%。

2 我国高层建筑结构发近况及特点

2.1 我国高层建筑发展近况

目前对高层建筑的定义国内外并未统一，根据我国《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）定义：10层及10层以上或房屋高度大于28m的建筑物视作高层建筑。现代高层建筑是商业化、城市化和工业化的产物，而现代高层建筑的发展离不开新型材料，新型结构和新技术的发展与进步。超高层建筑的高度近年不断刷新，492m高的上海环球金融中心已正式投入使用；432m高的广州西塔结构已封顶。除上述代表性超高层建筑外，建筑主体为118层，总高为632m，结构高度为580m的上海中心于2008年底动工，2016年开始试运营。可以看出，如今高层建筑也反映了一个国家以及一个地区社会经济发展水平。

2.2 我国高层建筑发展特点

我国高层建筑具有以下几个特点：高度越来越高；超限、复杂高层建筑越来越多；推广应用高强混凝土和高强钢筋；钢-混凝土组合构件发展迅速[2]。超高层建筑高度的不断增加，其意义不仅仅局限于高度，同时也带动了整个建筑行业的发展，例如新型建筑材料的研制，新型结构形式，以及设备制造等行业的发展。

3 高强轻骨料混凝土在我国高层建筑中应用的必要性

高强轻骨料混凝土一般是指强度等级在CL40及以上的轻骨料混凝土。将高强轻骨料混凝土应用于高层建筑的结构承重构件，例如：梁、板、柱、承重墙等结构单元中。由于轻骨料混凝土的应用降低构件的容重，从而降低整个结构的自重，使得在荷载不变的情况下，可以增加设计楼层的层数，提高土地使用率，并且我国软土地基和地震多发地带，可利用高强轻骨料混凝土替代普通混凝土作为承重构件。

中国是一个多地震的国家，震惊世人的1976年唐山大地震，2008汶川大地震，给中国社会经济的发展造成了极大的损失，同时也使人民的生命财产蒙受了巨大的损失。提高高层建筑的抗震性能成为一个研究的热点。众所周知，地震作用对建筑结构的影响与建筑结构的自身质量成正比，质量越大的建筑结构，其地震反应越强烈；质量越小的建筑结构，其地震反应越小[3]。这就对建筑结构的材料提出了质轻的要求，但不能一味的降低结构材料的质量而忽视了强度，要保证结构的设计承载力。目前应用于高层建筑中的结构材料主要有：钢、钢筋和混凝土。采用钢结构形式的高层建筑：强度高、结构自重轻、延性好、结构在荷载作用下变形能力大。