全輕混凝土在建筑節(jié)能中的應(yīng)用
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全輕混凝土是用輕粗骨料、輕細骨料、膠凝材料和水配制而成的輕骨料混凝土。結(jié)構(gòu)保溫的全輕混凝土干表觀密度為800 kg/m3～1 400 kg/m3, 強度等級一般為LC7.5、LC10、LC15。在干燥狀態(tài)下導(dǎo)熱系數(shù)為0.23W/(m·K)～0.49 W/(m·K) , 比普通混凝土低1～7 倍。采用28 cm
厚的堿土陶粒全輕混凝土( 密度為1 200 kg/m3) 的外墻板, 其熱阻值相當(dāng)于49 cm 磚墻。全輕混凝土是一種既承重又保溫的材料。歐洲、美國等國家用全輕混凝土作墻板、屋頂板、小型空心砌塊等, 在高層及大跨度建筑中應(yīng)用。我國從20 世紀70 年代開始就在工業(yè)與民用建筑中推廣應(yīng)用全輕混凝土墻板。如工業(yè)廠房的外掛全輕混凝土墻板, 內(nèi)澆外掛的民用建筑外墻板, 全裝配建筑的外墻保溫墻板等。1979 年國家頒布的《工業(yè)廠房墻板設(shè)計與施工規(guī)程》JGJ2- 79 規(guī)定了保溫墻板成為單一材料時, 輕骨料混凝土強度等級不小于LC7.5, 密度不大于1 400 kg/m3, 并按密度等級給出了熱工指標?！兑?guī)程》頒布后, 天津市建筑設(shè)計院與冶金部建筑研究院共同主編了全國通用《輕骨料鋼筋混凝土墻板》圖集于1979 年發(fā)行, 圖集墻板的全輕混凝土強度等級為LC10?！兑?guī)程》和圖集推動了全輕混凝土在承重保溫構(gòu)件上的應(yīng)用。其后不少研究成果及工程實踐也證實了全輕混凝土在建筑工程承重保溫維護結(jié)構(gòu)上應(yīng)用的良好效果。
全國混凝土保溫承重構(gòu)件混凝土強度等級在LC7.5 到LC15, 現(xiàn)行《輕骨料混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ12- 2006 規(guī)定: “鋼筋輕骨料混凝土結(jié)構(gòu)的混凝土強度等級不應(yīng)低于LC15”, 但在條文說明中又有“用于自承重兼保溫的輕骨料混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件, 其強度等級可適當(dāng)降低”的說明。 本文在全輕混凝土在建筑工程應(yīng)用實踐及試驗研究的基礎(chǔ)上, 重點討論低強度等級( LC7.5～LC15) 密度為1 400 kg/m3 以下的全輕混凝土墻板的設(shè)計及構(gòu)造。 1 全輕混凝土的主要性能全輕混凝土由于使用的粗、細輕骨料不同種類較多, 本文僅就常用全輕混凝土主要性能作如下簡述, 其他全輕混凝土的性能可在專題研究報告中查得。 a.本文討論的全輕混凝土強度等級、密度列于表1[4]。 表1 常用全輕混凝土強度等級、密度
b.全輕混凝土在干燥條件及體積平衡含水率為6%時的導(dǎo)熱系數(shù)如表2[1]。 表2 全輕混凝土在干燥及平衡含水率時的導(dǎo)熱系數(shù)
 c.全輕混凝土的耐久性 由中國建筑科學(xué)研究院混凝土研究所等單位組成的輕骨料混凝土專題協(xié)作組在《輕骨料混凝土在保溫墻體中的應(yīng)用———綜合技術(shù)報告》中指出: 對于密實的全輕混凝土, 經(jīng)試驗表明, 在正常使用條件下其抗碳化性能和對鋼筋保護作用是良好的, 鋼筋不需作防銹處理?？箖黾翱?jié)B性能不少地區(qū)也作過試驗, 均符合使用及相關(guān)規(guī)范要求。 2 全輕混凝土墻板試驗研究 我國現(xiàn)行輕骨料混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程對全輕混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計及構(gòu)造沒有條文表述, 為了在承重保溫構(gòu)件以及在工業(yè)及民用建筑上應(yīng)用, 一些單位進行了全輕混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的試驗, 現(xiàn)簡述如下: 2.1 粉煤灰陶粒珍珠砂混凝土梁試驗 1983 年天津市建筑設(shè)計院進行了10 根陶粒珍珠砂混凝土梁與5 根普通混凝土梁對比試驗。5 根陶粒珍珠砂混凝土梁斜截面抗剪強度試驗。由于設(shè)計規(guī)范、規(guī)程的變化, 本文僅列出二種材料梁的差異。 a.試驗梁的設(shè)計制作 截面b×h=100 mm×200 mm, 梁長L=2.2 m。 梁底縱向受力鋼筋:
陶粒珍珠砂混凝土梁分三種: 2Φ8、2Φ10、2Φ12;
普通混凝土梁分二種: 2Φ10、2Φ23;
梁剪壓區(qū)上部鋼筋2Φ6, 長度為800 mm, 箍筋Φ6- 200;
混凝土強度等級: 陶粒珍珠砂混凝土LC90～LC105;
普通混凝土: C90～C133;
加載位置: 三分點處, 二點集中加載。
b.梁正截面試驗結(jié)果 將配筋相同、混凝土強度相近的陶粒珍珠砂混凝土梁( T) 與普通混凝土梁( P) 試驗結(jié)果進行比較:出現(xiàn)垂直裂縫荷載: ( T) /(P)=0.72; 正截面破壞荷載: ( T) /(P)=0.75。
從上述比較看出: ( T) 梁出裂早, 出裂荷載為對比的( P) 梁出裂荷載的72%, ( T) 破壞荷載比( P) 低25%。 c.梁斜截面試驗結(jié)果 梁剪彎段在外荷載作用下首先出現(xiàn)垂直裂縫, 隨著荷載的增加梁腹出現(xiàn)斜向腹剪裂縫, 并向加荷點發(fā)展, 貫穿壓區(qū)后梁破壞, 其特征與無腹筋普通混凝土梁相似, 破壞荷載為斜裂縫出裂荷載的1.56 倍, 陶粒珍珠砂混凝土中, 箍筋約束較差, 因而發(fā)揮作用不好抗剪強度比砂輕混凝土低。 2.2 陶粒珍珠砂混凝土工業(yè)墻板試驗 1977 年天津市建筑設(shè)計院進行了5 塊陶粒珍珠砂混凝土工業(yè)墻板試驗, 墻板跨度6 m, 混凝土實測強度等級為LC10～LC10.5, 設(shè)計按《工業(yè)墻板設(shè)計施工規(guī)程》( 送審稿) 給出的強度指標設(shè)計, 板的試驗破壞荷載/計算破壞荷載=1.03～1.18, 裂縫寬度比計算值小, 墻板垂直方向變形很小, 水平方向變形, 按單向受彎構(gòu)件計算也符合規(guī)范要求, 但比較分散。 2.3 浮石混凝土工業(yè)墻板試驗研究 1983 年黑龍江省低溫建筑科學(xué)研究所結(jié)合工程應(yīng)用對粗骨料為浮石, 細骨料為浮石砂及珍珠砂的4塊全輕混凝土工業(yè)墻板進行結(jié)構(gòu)性能及熱工性能試驗。浮石全輕混凝土設(shè)計強度值按課題組研究成果取值, 與當(dāng)時執(zhí)行的《鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》TJ10-74 對比相同混凝土標號的軸心抗壓強度乘0.9 降低系數(shù), 軸心抗拉強度乘0.85 的降低系數(shù)。試驗板混凝土強度等級為LC170 破壞荷載, 變形及裂縫均滿足《工業(yè)墻板設(shè)計施工規(guī)程》JGJ2- 79 的要求: 但在小結(jié)中還是建議: 浮石混凝土離散系數(shù)較大, 浮石混凝土強度乘0.73 系數(shù)降低。 3 全輕混凝土的強度設(shè)計值 自70 年代以來全輕混凝土在保溫兼承重的工業(yè)與民用建筑圍護結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用證實了全輕混凝土是一種建筑節(jié)能的優(yōu)良材料, 為了在工程中能有效的應(yīng)用, 在研究以往工程應(yīng)用及試驗研究的基礎(chǔ)上, 提出如下建議: a.全輕混凝土在建筑圍護結(jié)構(gòu)構(gòu)件中應(yīng)用的強度等級為LC7.5、LC10、LC15 這符合JGJ12- 2006 用于自承重兼保溫的輕骨料混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件, 其強度等級可適當(dāng)降低的原則。 b.由于全輕混凝土缺乏系統(tǒng)的強度統(tǒng)計分析資料,按現(xiàn)有的資料敘述如下: ①JGJ12- 2006 輕骨料混凝土軸心抗拉強度設(shè)計值, 對于火山渣應(yīng)乘0.8。
?、趨⒖嘉墨I5: 輕骨料混凝土計算強度對用膨脹珍珠巖砂和粒狀礦渣砂制備的混凝土, 其計算強度( 軸心受壓、軸心受拉) 要降低15%。
③本文中浮石全輕混凝土工業(yè)墻板強度設(shè)計值比普通混凝土降低軸心抗壓強度乘0.9, 軸心抗拉強度乘0.85。結(jié)論中還建議再乘0.73 系數(shù)。
?、芴樟Ｕ渲樯叭p混凝土工業(yè)墻板, 按JGJ2- 79計算, 其強度指標比普通混凝土降低軸心抗壓乘0.85, 軸心抗拉乘0.85。
⑤陶粒珍珠砂小梁試驗, 陶粒珍珠砂混凝土梁破壞荷載低25%。
⑥一些研究成果[5]對強度等級為LC10 及以下的輕骨料混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計還提出一些特定的要求。
計算抗剪承載能力的橫向鋼筋, 彎起鋼筋的計算強度, 要乘以系數(shù)mα予以降低。 mα=0.5+0.005R ≤1
式中R —為混凝土的設(shè)計標號。
鋼筋的錨固長度增加15d; 受彎構(gòu)件中不得采用直徑大于20 mm 的鋼筋; 構(gòu)件吊環(huán)的錨固長度應(yīng)不小于45 d; 裂縫寬度計算值應(yīng)乘1.3 系數(shù); 其他尚有一些要求, 不作敘述。 c.JGJ12 - 99 規(guī)定強度值有LC7.5、LC10、LC15,JGJ12- 2006 規(guī)程僅有LC15, 強度有所降低, 可以將前者的LC7.5、LC10 的強度值修正后作為輕骨料混凝土強度指標, 再按本節(jié)資料分析后確定全輕混凝土降低幅度, 列出供設(shè)計使用的強度設(shè)計值, 見表3。
表3 低強度等級輕骨料混凝土強度設(shè)計值/N/mm2d.按文獻及試驗數(shù)據(jù)全輕混凝土強度都應(yīng)有所降低, 在表3 的基礎(chǔ)上綜合分析, 建議軸心抗壓強度、軸心抗拉強度設(shè)計值均降低15%較為合適, 見表4。 表4 全輕混凝土強度設(shè)計值/N/mm2
 e.其他參數(shù) ①全輕混凝土彈性模量, 當(dāng)用密度小于300 kg/m3的膨脹珍珠巖砂制備的混凝土?xí)r應(yīng)乘以0.85[5]。全輕混凝土彈性模量, 可參照JGJ12- 99 所列數(shù)據(jù)進行修正。 ?、谌p混凝土構(gòu)件斜截面受剪承載能力應(yīng)比砂輕混凝土降低15%。
?、廴p混凝土LC7.5、LC10、鋼筋錨周長度應(yīng)比砂輕混凝土增加15 d。
?、芷渌麉?shù)可參照JGJ12- 2006 規(guī)程, 必要時應(yīng)作試驗驗證。
4 結(jié)論 自70 年代以來眾多工程的墻板、屋面板中的應(yīng)用證實, 全輕混凝土是一種承重保溫材料, 作工業(yè)與民用建筑圍護結(jié)構(gòu)。施工方便, 具有較好的技術(shù), 經(jīng)濟效益。 由于我國輕砂及超輕粗骨料品種, 質(zhì)量都不能滿足工程要求, 對全輕混凝土的應(yīng)用技術(shù)研究也不夠, 因此,近年來全輕混凝土應(yīng)用不多。為了發(fā)揮其保溫節(jié)能的作用, 建議有能力的廠家生產(chǎn)更多更好的輕砂, 及超輕陶粒, 擴大全輕混凝土在建筑節(jié)能中的作用。 參考文獻: [1] 《輕骨料混凝土技術(shù)規(guī)程》JGJ51- 2002[S].
[2] 《輕骨料混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ12- 2006[S].
[3] 輕骨料混凝土專題協(xié)作組. 輕骨料混凝土在保溫墻體中的應(yīng)用———綜合技術(shù)報告[R].中國建筑科學(xué)院建筑材料研究所.1981( 7) .
[4] 白玉珍, 陳玉梅, 談居華, 祖雅君.全輕混凝土熱物理性能的研究[C].
[5] Ю·И, 奧爾洛夫斯基, A·A 庫德梁采夫.輕混凝土構(gòu)件和結(jié)構(gòu)計算[M].
[6] 《輕骨料混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程》JGJ12- 99[S].
[7] 工業(yè)墻板試驗小組: 鋼筋浮石混凝土工業(yè)墻板試驗研究與應(yīng)用[C].黑龍江省低溫建筑研究所.1983.
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| 原作者： 高永孚 |
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