轻骨料混凝土的力学性能研究作 者：指导教师：摘要：随着建筑技术的不断发展，人们对建筑功能的要求日益提高，加之建筑节能要求，轻骨料混凝土成为未来混凝土的发展方向。本文主要介绍了关于轻骨料混凝土的特点、分类以及国内外的研究状况，重点研究了轻骨料混凝土的抗压强度，抗拉强度两种力学性能，并在此基础上，按照有关规定与现有的研究成果，通过分析得到了轻骨料混凝土立方体抗压强度分别与轴心抗压强度、轴心抗拉强度的换算关系。关键词：轻骨料混凝土；抗压强度；抗拉强度；换算关系AbstractSince the advent of concrete, to reduce the dead weight of the concrete has been an important issue. With the continuous development of building technology, architectural features increasing, coupled with the building energy efficiency requirements, lightweight aggregate concrete future direction of development of concrete. This paper describes the characteristics of lightweight aggregate concrete, classification and research status at home and abroad, focusing on lightweight aggregate concrete compressive strength, tensile strength, two mechanical properties, and on this basis, in accordance with the relevant provisions of the existing research by analyzing the lightweight aggregate concrete cube compressive strength and axial compressive strength, axial tensile strength scaling relations.Keywords: lightweight aggregate concrete; compressive strength; tensile strength; conversion relationship目 录第1章 绪论11.1概述11.2轻骨料的特点与分类11.2.1轻骨料混凝土的特点21.2.2轻骨料混凝土的分类21.3轻骨料的研究状况31.3.1轻骨料混凝土的国外研究状况31.3.2轻骨料混凝土的国内研究状况31.4本文研究的意义与主要内容4第2章 轻骨料混凝土的抗压强度的研究52.1抗压强度概述52.2轻骨料混凝土的抗压性能52.3立方体抗压试验及结果分析62.3.1试验方法62.3.2立方体抗压试验结果分析62.4轻骨料混凝土抗压强度的影响因素72.5本章小结7第3章 轻骨料混凝土的抗拉强度的研究93.1抗拉强度概述93.2轻骨料混凝土的抗拉性能93.3劈裂抗拉试验与结果分析103.3.1试验方法103.3.2劈裂抗拉试验结果分析103.4本章小结11结论12致谢13参考文献14第1章 绪论1.1概述自19世纪20年代以来，经过硅酸盐水泥，混凝土出现，凭借其原料一应俱全，抗压强度高，耐久性，低成本，低功耗的特点，已被广泛使用。然而混凝土材料的抗拉和抗折强度却很低，为了改善这种现象，于1850年出现了钢筋混凝土，大大提升了混凝土的发展速度。安克雷奇出生于1928年，在法国制造预应力混凝土进一步提高混凝土的抗裂性，拉伸强度和耐久性，拓宽领域的具体应用。1910年美国H. F. Porter发布时间短纤维增强混凝土的一份研究报告，直到1963年J.P.Romualdi和G.B.Baston发表了一系列关于钢纤维混凝土裂纹开展的机理，提出了纤维间距理论，才开始了这种新型复合材料的实用化开发研究阶段123。更大程度的应用纤维增强混凝土混凝土开裂，抗拉和抗弯强度，混凝土的应用范围进一步扩大。随着建筑技术的不断提升，未来建筑正逐步向高层，超高层以及大跨度发展，另外，人类对环境保护与能源节约的意识逐渐增强，所以混凝土今后将主要沿着高强、轻质、高性能、复合、环保以及节能的方向发展。为满足未来超高层(1000m以上)，超大跨度（300500m以上)结构的需要，目前一般有两种途径4：第一，采用超高强混凝土，强度提高一倍，就相当于自重下降一半。第二，选用人造轻骨料。轻骨料具有表面粗糙多孔的特点，一方面吸收水分可以改善材料的界面粘结，从而提高其整体强度，另一方面，水分在养护期间释放出来有利于水泥可以进行充分的水化作用。另外，轻骨料混凝土还具有较好的物理力学性能、热工性能、耐久性能和无碱骨料反应等优点，因此发展轻骨料混凝土是混凝土向轻质、高强、环保等方面发展的主要途径5。1.2轻骨料的特点与分类轻骨料混凝土又称为轻集料混凝土（Light Weight Aggregate Concrete 简称LWAC）,是指用轻粗骨料、轻细骨料（或普通砂）、胶凝材料和水，必要时加入化学外加剂和矿物掺合料配制而成的，并目在标准养护条件下， 28天龄期的干表观密度不大于1950kg/m3的混凝土4。1.2.1轻骨料混凝土的特点与普通混凝土相比，轻骨料混凝土的最大特点就是多孔。正是由于这个特点，轻骨料混凝土的许多优势，主要是重量轻，强度高，保温性能好，防火性，抗震性能好，抗渗性和经济环保。虽然普通骨料的强度高于多孔轻骨料，但轻骨料的空隙具有吸收水分的作用，增加了骨料和水泥石的粘结力。因此，周围的聚集体形成的固体水泥净浆外壳体的侧向变形的总接收的约束，聚集一个三向应力状态下的极限强度得到了改善，从而轻骨料混凝土的强度也接近普通混凝土。1.2.2轻骨料混凝土的分类轻骨料混凝土的种类繁多，通常采用以下三种方法进行分类：（1） 根据细骨料的不同分类表1.1 轻骨料混凝土依据细骨料不同分类混凝土名称细骨料品种全轻混凝土细骨料全部采用轻砂，如粉煤灰砂、陶砂等砂轻混凝土细骨料部分或全部采用普通天然砂（2） 根据粗骨料的不同分类表1.2轻骨料混凝土依据粗骨料不同分类类别轻骨料品种轻骨料混凝土堆密度（kg/m3）抗压强度范围（MPa）天然轻骨料混凝土浮石1200180015.020.0火山灰多孔凝灰岩工业废料轻骨料混凝土炉渣1600180020.030.0碎砖自燃煤矸石膨胀矿渣珠粉煤灰陶粒1600180040.050.0人造轻骨料混凝土膨胀珍珠岩800140010.020.0页岩陶粒800140030.050.0粘土陶粒（3） 根据用途分类表1.4轻骨料混凝土按用途分类类别混凝土强度等级（MPa）混凝土堆密度范围（kg/m3）用途保温轻骨料混凝土C5.0800主要用于要求保温的围护结构或热工构筑物结构保温轻骨料混凝土C5.0 C7.5C10 C151400主要用于不配筋或少配筋的围护结构结构轻骨料混凝土C15 C20C25 C30C40 C501900主要用于承重的配筋构件、力构件或构筑物1.3轻骨料的研究状况1.3.1轻骨料混凝土的国外研究状况1920年左右开始使用人造轻骨料，到1928美国将这种方法应用到商业生产中。第二次世界大战之后西欧才开始生产轻骨料。因缺少天然的普通骨料，美国和前苏联只能大量生产并使用人造轻骨料，在这两个国家轻骨料混凝土得到迅速发展。然而，自50年代中期，美国采用轻骨料混凝土取代普通混凝土，修建了休斯敦贝壳广场大厦6并取得了显著的技术经济效益，使得高性能轻骨料混凝土越来越受到了重视。90年代初期，在普通轻骨料混凝土的研究基础上，英国、挪威和日本等国家先后对高强轻骨料混凝土和高性能轻骨料混凝土进行了研究。美国自1993年以来，轻巧的年度总使用量一般维持在3.5亿至4.15亿吨的水平，包括结构混凝土量80万吨。当前，在美国轻骨料的61%都用于了混凝土空心砌块的生产。1996年，日本开始研究钢纤维增强轻骨料混凝土，1999年便投入使用。日本开始了高性能轻骨料，纤维增强轻骨料混凝土粉煤灰高强轻骨料混凝土的性能和自密实轻骨料混凝土构件，材料特性和设计。挪威也已开始研究在高层，超高层，大跨度建筑钢 - 轻骨料混凝土进度。1.3.2轻骨料混凝土的国内研究状况与国外轻骨料混凝土的发展相比，我国的轻骨料混凝土起步较晚。最初研究人造轻骨料是在50年代，但我国所配制的轻骨料混凝土一般密度大，而强度低，所以限制了它的发展和应用。到了90年代，我国轻骨料混凝土在承重结构当中的应用并没有得到提高，反而下降了，而在墙体材料的应用中发生了变化。当前对建筑功能性要求不断提高，建筑节能意识不断增强，对高强、高性能轻骨料混凝土的应用与研究受到人们的重视，因而得到了迅猛的发展。在2003年，人工轻骨料陶粒生产约3.8万立方米，在20世纪七，八十年代，平均每年生产6.3倍，1993年产量的2.9倍，1996年产量的1.5倍，2001年产量的1.2倍7。在2002年，中国最重要的人造陶瓷粘土，可以约占总数的70以上，其次是页岩粉煤灰陶粒账户大约只有总量的8。据不完全统计，目前我国陶粒的使用情况为：大多使用超轻陶粒与普通陶粒的陶粒混凝土小型砌块，大约占76%；主要选用超轻陶粒与普通陶粒的陶粒混凝土板材大约占11%；全部使用高强陶粒的现浇高强陶粒混凝土，约占1.6%；主要选用超轻陶粒与普通陶粒的在其他方面的应用，约占11.4%。应用情况同国外的比较接近，但是在轻质结构混凝土、高速公路、声屏障和各类防湿保温防冻陶粒填料等方面的应用相对较少。目前我国的技术可以配制抗压强度为70MPa的结构轻骨料混凝土，而在实际工程中仅用到CL40。近几年在桥梁工程中的使用虽有进步，但最大跨度仅达35米。用于轻骨料混凝土的所有作品与旧桥的改造仍然是非常小的，应用程序的特殊项目，如造船厂，石油平台，甚至没有突破。1.4本文研究的意义与主要内容随着现代建筑技术的发展，传统混凝土已不能满足发展的需要，如高层、超高层以及大跨度建筑均因自重过大而难以实现，轻骨料混凝土的出现解决了这一问题。不仅减轻了建筑本身的自重，而且轻骨料混凝土轻质高强，隔热保温性能好，耐火性能好，抗震性能好，抗渗性能好以及经济环保，因此，轻骨料混凝土成为未来混凝土发展的方向。轻骨料混凝土的特点，分类和研究，审查，分析研究轻骨料混凝土意义的研究。轻骨料混凝土的力学性能，本文主要分析的抗压强度和抗拉强度，其各项性能指标转换关系。第2章 轻骨料混凝土的抗压强度的研究2.1抗压强度概述混凝土在结构中主要承受压力，抗压性能是混凝土最基本最重要的力学性能指标8。混凝土的抗压强度采用立方抗压强度与轴心抗压强度来表示。立方体抗压强度是确定的唯一基础的混凝土强度，或确定其它机械性能（如弹性模量，峰值应变，延性系数，耐久性，破坏模式，多