轻混凝土
出处：按学科分类—工业技术 中国建材工业出版社《现代工程材料实用手册》第149页（8148字）
轻混凝土系指干表观密度小于1950kg／m3的混凝土。轻混凝土又包括轻骨料混凝土、多孔混凝土和大孔混凝土。这是目前在建筑工程上提倡应用的一种建筑材料，在高层和超高层建筑中有着广阔的发展前景。
(一)轻骨料混凝土
根据《轻集料混凝土技术规程》(JGJ51－2002)中的规定，用轻粗骨料、轻砂(或普通砂)、水泥和水配制而成的混凝土，其干表观密度不大于1950kg／m3者，称为轻骨料混凝土。轻骨料混凝土按细骨料不同，又分为全轻混凝土(粗、细骨料均为轻骨料)和轻砂混凝土(细骨料全部或部分为普通砂)。
1．对轻骨料混凝土中骨料的基本要求
轻骨料可分为轻粗骨料和轻细骨料。凡粒径大于5mm，堆积密度小于1000kg／m3的轻质骨料，称为轻粗骨料；凡粒径小于5mm，堆积密度小于1000kg／m3的轻质骨料，称为轻细骨料(轻砂)。
轻骨料按其来源不同，可分为工业废料轻骨料、天然轻骨料和人造轻骨料。工业废料轻骨料很多，如粉煤灰陶粒、膨胀矿渣珠、煤渣及其轻砂；天然轻骨料，如浮石、火山渣及其轻砂；人造轻骨料，如页岩陶粒、黏土陶粒、膨胀珍珠岩轻砂。轻粗骨料按其粒形不同，可分为圆球形、普通型和碎石型。
用于配制轻混凝土的轻骨料技术要求，主要包括堆积密度、颗粒级配、最大粒径、抗压强度和吸水率等四项。此外，对耐久性、安定性、有害杂质含量等也有一定要求。
(1)堆积密度
轻骨料的堆积密度大小，将直接影响轻骨料混凝土的表观密度和性能。轻粗骨料按其堆积密度，可分为300，400，500，600，700，800，900和1000(kg／m3)8个密度等级；轻细骨料按其堆积密度，可分为500，600，700，800，900，1000，1100和1200(kg／m3)8个密度等级。
(2)颗粒级配
轻骨料的级配的测定与普通混凝土砂石的测定基本相同。使用级配良好的轻骨料，可以获得质量良好、水泥用量较少的轻骨料混凝土。轻粗骨料的级配应符合表5－74的要求，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，其大于5mm的累计筛余不宜大于10%。
表5－74 轻粗骨料的级配(JGJ51－2002)
(3)最大粒径
轻粗骨料累计筛余小于10%的该号筛孔尺寸，定为该轻粗骨料的最大粒径。轻粗骨料的最大粒径对轻混凝土的性能有重大影响，最大粒径越大，其堆积密度越小，配制的轻混凝土的强度和耐久性越低。所以，结构轻混凝土用的轻粗骨料，其最大粒径不宜大于20mm；保温及结构保温轻混凝土用的轻粗骨料，其最大粒径不宜大于40mm。
(4)抗压强度
轻骨料混凝土的破坏与普通混凝土不同，它不是沿骨料和水泥石界面破坏，而往往是穿过骨料破坏，因此轻骨料本身强度对混凝土强度影响很大。《轻集料混凝土技术规程》(JGJ51－2002)中规定，采用筒压法测定轻粗骨料的强度，称为筒压强度。对不同密度等级的轻粗骨料，其筒压强度应符合表5－75中的规定。
表5－75 轻粗骨料的筒压强度及强度等级
注：碎石型天然轻骨料取斜线以左值，其他碎石型轻骨料取斜线以右值。
采用筒压强度只能间接反映轻粗骨料相对强度的大小，不能反映轻粗骨料在混凝土中的真实的承压强度。试验证明，真实承压强度比筒压强度高得多，一般为筒压强度的4～5倍。因此，《轻集料混凝土技术规程》(JGJ51－2002)中规定，采用强度等级来评定粗骨料的强度，如表5－75所示。
轻粗骨料的强度越高，其强度等级也越高，适用于配制较高强度的混凝土。所谓强度等级就是某种轻粗骨料配制混凝土的合理强度值，所配制的混凝土的强度不宜超过此值。例如，强度等级为20MPa的轻粗骨料，最适合配制LC20的轻骨料混凝土。
(5)吸水率
轻骨料的吸水率一般比普通砂石的大，因此不仅显着影响混凝土拌合物的和易性、水灰比，而且影响到混凝土的耐久性和强度发展。轻骨料吸水时，1h内吸水极快，以后逐渐变慢，24h后几乎达到饱和，因此在设计轻骨料混凝土配合比时，必须根据1h吸水率计算出轻骨料的附加用水量。《轻集料混凝土技术规程》(JGJ51－2002)中的规定，对轻砂和天然轻粗骨料的1h吸水率不做规定，其他轻粗骨料的吸水率不应大于22%。
2．轻骨料混凝土具备的主要技术性质
轻骨料混凝土的主要技术性质，主要包括和易性、强度、弹性模量与变形、表观密度、热工性能和抗冻性等。
(1)和易性
轻骨料具有表观密度小、表面多孔粗糙、吸水性很强等特点，因此其拌合物的和易性与普通混凝土有明显不同。轻骨料混凝土拌合物的黏聚性和保水性良好，但其流动性较差。如果加大拌合物的流动性，则会使骨料产生上浮和离析。
轻骨料混凝土拌合物的用水量由两部分组成：一部分为使拌合物获得要求流动性的用水量，即净用水量；另一部分为轻骨料1h的吸水量，即附加用水量。轻骨料混凝土的和易性指标，仍用坍落度或维勃稠度表示。
轻骨料混凝土的和易性是其极其重要的技术性质，关系到施工难易、工程进度和质量好坏。在配制轻骨料混凝土时，应根据施工条件、轻骨料种类和结构因素等，选择适宜的坍落度。
(2)强度
轻骨料混凝土按其立方体抗压强度标准值确定，《轻集料混凝土技术规程》(JGJ51－2002)中的规定，将其划分为LC5．0，LC7．5，LC10，LC15，LC20，LC25，LC30，LC35，LC40，LC45，LC5011个强度等级。轻骨料混凝土按其用途不同，可分为保温、结构保温和结构三大类，如表5－76所示。
表5－76 轻骨料混凝土按用途分类(JGJ51－2002)
影响轻骨料混凝土强度的主要因素与普通混凝土基本相同，包括水泥强度、水灰比和骨料特征。由于轻骨料的强度较低，因此轻骨料混凝土的强度受骨料强度的限制，在进行轻骨料混凝土的设计中，选择适当强度等级的轻骨料来配制混凝土才是最经济的。
(3)弹性模量与变形
轻骨料混凝土的弹性模量较小，一般为同强度等级普通混凝土的50%～70%，这有利于改善建筑物的抗震性能和抵抗动荷载的作用。如果增加混凝土组分中普通砂的含量，可以提高轻骨料混凝土的弹性模量。
轻骨料混凝土的收缩和徐变均比普通混凝土大，分别大20%～50%和30%～60%，热膨胀系数比普通混凝土小20%左右。
(4)表观密度
轻骨料的强度、保温性、自重等性质，均与其表观密度有密切关系。因此在工程中通过选择轻骨料混凝土的表观密度来满足工程要求。轻骨料混凝土按其干表观密度可分为14个密度等级，如表5－77所示。
表5－77 轻骨料混凝土的密度等级
(5)热工性能
轻骨料混凝土具有良好的保温隔热性能，是目前提倡应用的建筑节能材料。轻骨料的导热系数一般在0．23～1．01W／(m·K)，随着含水率和干表观密度的增大，导热系数随之提高。当其干表观密度为1000kg／m3时，导热系数为0．28W／(m·K)；当其干表观密度为1400kg／m3时，导热系数为0．49W／(m·K)；当其干表观密度为1800kg／m3时，导热系数为0．87W／(m·K)。
(6)抗冻性
根据《轻集料混凝土技术规程》(JGJ51－2002)中的规定，轻骨料混凝土的抗冻性，应满足表5－78中的规定。
表5－78 轻骨料混凝土的抗冻性要求(JGJ51－2002)
注：非采暖地区系指最冷月份的平均气温高于－5℃的地区；采暖地区系指最冷月份的平均气温低于或等于－5℃的地区。
3．轻骨料混凝土配合比设计及施工要点
(1)轻骨料混凝土的配合比设计，除应满足其强度、和易性、耐久性和经济性等方面的要求外，还应满足表观密度的要求。
(2)轻骨料混凝土的水灰比以净水灰比表示，净水灰比是指不包括轻骨料1h吸水量在内的净用水量与水泥用量之比。在配制全轻骨料混凝土时，允许以总水灰比表示，总水灰比是指包括轻骨料1h吸水量在内的总用水量与水泥用量之比。
(3)轻骨料的表观密度较小，在搅拌中易产生上浮，采用普通搅拌机很难搅拌均匀。因此，应采用强制式混凝土搅拌机，且搅拌的时间要比普通混凝土适当延长。
(4)为减少混凝土拌合物坍落度的损失，尽量避免出现离析和分层，应当尽可能缩短运输距离。混凝土拌合物从搅拌机卸料起，到浇筑入模的延续时间一般不宜超过45min。
(5)为减少混凝土中的轻骨料上浮，施工中最好采用加压振捣，且振捣的时间以捣实为准，不宜时间过长。
(6)轻骨料混凝土浇筑成型后，应及时加以覆盖并洒水养护，以防止表面失水太快而产生网状裂缝。混凝土养护的时间应根据水泥品种而定，一般不得少于7～14d。
(7)轻骨料混凝土在气温5℃以上的季节施工时，可根据工程的实际需要，对轻粗骨料进行预湿处理，这样拌制出来的混凝土拌合物的和易性和水灰比比较稳定。预湿时间可根据外界气温和骨料的自然含水状态确定，一般应提前半天或一天对骨料进行淋水预湿，然后滤干水分进行投料。
4．轻骨料混凝土在工程中的具体应用
由于轻骨料混凝土具有质量较轻、比强度高、保温隔热性好、耐火性强、抗震性优等特点，因此与普通混凝土相比，更适合用于高层、大跨度结构，软土地基上要求减轻结构自重的房屋建筑，耐火等级要求高的建筑，要求节能的建筑，具有较高抗震要求的结构，漂浮式结构，旧建筑顶部的加层等。
(二)大孔混凝土
大孔混凝土是以粗骨料、水泥和水配制而成的一种轻质混凝土，由于混凝土中不掺加细骨料，所以也称无砂混凝土。在大孔混凝土中，水泥浆包裹粗骨料颗粒的表面将粗骨料粘结在一起，但并不是水泥浆填满粗骨料颗粒之间的所有空隙，因而形成一种大孔结构的混凝土。如果为了提高大孔混凝土的强度，也可加入少量的细骨料(砂)，则称为少砂混凝土。
大孔混凝土按其所用骨料品种不同，可分为普通大孔混凝土和轻骨料大孔混凝土。普通大孔混凝土用天然碎石、卵石或重矿渣配制而成，表观密度在1500～1950kg／m3之间，抗压强度为3．5～10MPa，主要用于承重及保温外墙体。轻骨料大孔混凝土用陶粒、浮石、碎砖等轻骨料配制而成，表观密度在800～1500kg／m3之间，抗压强度为1．5～7．5MPa，主要用于自承重的保温外墙体。
大孔混凝土具有导热系数小、保温性能好、吸湿性较小等优点，其收缩性比普通混凝土小30%～50%，抗冻性可达F15以上，每立方米混凝土的水泥用量仅150～200kg，因此成本也比较低。
大孔混凝土可用于制作墙体用小型空心砌块和各种板材，也可用于现浇墙体，还可制成滤水管、滤水板等用于市政工程。
(三)多孔混凝土
多孔混凝土是一种内部含有大量细小封闭的气孔、不含骨料的轻质混凝土。多孔混凝土的孔隙率很大，一般可达50%～85%，表观密度在300～1200kg／m3之间，导热系数为0．081～0．29W／(m·K)，抗压强度为0．5～1．5MPa，兼有结构及保温绝热功能。多孔混凝土容易切割，易于加工，可制作成砌块、墙板、屋面板及保温制品，广泛用于工业与民用建筑及保温工程中。
根据混凝土内部气孔产生的方法不同，多孔混凝土可分为加气混凝土和泡沫混凝土。
1．加气混凝土
(1)加气混凝土的组成材料
加气混凝土是用钙质材料(水泥、石灰等)、硅质材料(石英砂、粉煤灰、粒化高炉矿渣、页岩、尾矿粉等)和发气剂为原料，经过磨细、配料、搅拌、浇筑、切割和压蒸养护等工序生产而制得的多孔混凝土。
加气混凝土一般是采用铝粉作为发气剂。铝粉加入加气混凝土料浆中，与含钙材料中的氢氧化钙发生化学反应，放出的氢气在混凝土中形成气泡，使料浆形成多孔结构，其化学反应过程如下：
2Al+3Ca(OH)2+6H2O=3CaO·Al2O3·6H2O+3H2/p> 料浆在高压蒸汽养护下(8～15个大气压下养护6～8h)，含钙材料和含硅材料发生反应，生成水化硅酸钙，使坯体具有强度。 (2)加气混凝土的技术性质 加气混凝土的强度与孔隙率、气泡尺寸及分布、含水状况等因素有关。孔隙率越大，混凝土的强度越低；孔径为0．5～1．0mm的气孔数量较多，大于2．0mm的气孔数量较少时，混凝土的强度较高；加气混凝土在绝干状态时，其强度最高；当含水率超过25%时，强度趋于稳定。 加气混凝土的标准抗压强度，是指含水率为35%±10%下的抗压强度。加气混凝土的表观密度为300～1200kg／m↑（3
加气混凝土除具有一定的强度外，还具有质轻、保温隔热性好、防火性优、容易加工、施工方便、耗能较少等特点，同时还可大量利用粉煤灰、矿渣等工业废料，但干缩性大、吸湿性强、吸水率大、耐久性差。
加气混凝土在干燥状态下，其主要物理力学性能如表5－79所示。
表5－79 压蒸加气混凝土主要物理力学性能
(3)加气混凝土的使用范围
加气混凝土可制成砌块和条板，条板中配有经防腐处理的钢筋或钢丝网，可用于承重或非承重的内、外墙或保温屋面等；也可与普通混凝土制成复合外墙板；还可做成各种保温制品，如暖气管道的保温壳等。
(4)加气混凝土的注意事项
由于加气混凝土具有干缩性大、吸湿性强、吸水率大、耐久性差等缺点，因此在下列情况下缺乏可靠防护措施时，不得使用加气混凝土：一般建筑物基础及与土和水直接接触的部位；室内相对湿度经常大于80%的环境；处于受化学侵蚀环境或表面温度高于80℃的环境。
配筋加气混凝土板所用的加气混凝土和钢筋材料的性能，应符合有关标准的要求，并应保证板的结构性能。加气混凝土板所用的加气混凝土由于为多孔结构，板内的钢筋易锈蚀，所以要求所用的钢筋必须涂敷有相当效力的防锈层，在设计时要注意增加钢筋的保护层。
加气混凝土的吸水性强，随着含水率的增大，混凝土强度降低，保温性变差，所以从耐久性的观点考虑，在采用加气混凝土制品时，其表面一般不应外露，可用抹灰或通过做装饰层加以保护。由于加气混凝土的表面特征和干缩性大的影响，砌筑或抹面所用的砂浆和操作工序，均不能与传统的黏土砖相同。
2．泡沫混凝土
泡沫混凝土是将水泥浆和泡沫剂拌合后，再经浇筑、养护硬化(多采用蒸汽养护或蒸压养护)而制得的一种多孔混凝土。
泡沫混凝土在机械搅拌的作用下，泡沫剂能产生大量均匀而稳定的气泡。泡沫混凝土中的气泡呈圆球或椭圆球状，孔径为0．1～0．8mm，以0．2～0．5mm的居多，这一点不同于加气混凝土。
生产泡沫混凝土的泡沫剂，常用松香皂泡沫剂和水解牲血泡沫剂。在使用泡沫剂时，先将泡沫剂内加入适量的水，然后用机械搅拌成泡沫，再与水泥浆搅拌均匀，最后进行蒸汽养护或自然养护。采用自然养护时，水泥强度等级不宜低于32．5MPa，否则配制的泡沫混凝土强度太低；采用蒸汽养护或蒸压养护时，不仅可以缩短养护时间，提高混凝土的强度，而且还可以采用硅质材料(如粉煤灰、煤渣、矿渣等)和钙质材料(如石灰等)部分或全部代替水泥，降低工程造价。
泡沫混凝土的技术性能和应用，与相同表观密度的加气混凝土大体相同。泡沫混凝土还可以在施工现场直接浇筑，用做屋面保温层。