ACI 213R-2014
结构轻骨料混凝土指南

Guide for Structural Lightweight-Aggregate Concrete

标准号

ACI 213R-2014

发布

2014年

发布单位

ACI - American Concrete Institute

 

 

适用范围

历史背景——轻质混凝土的首次使用可以追溯到 2000 多年前。地中海地区有一些轻质混凝土结构@，但最著名的三个结构建于罗马帝国早期，包括科萨港@、万神殿圆顶@和罗马斗兽场。科萨港建于约公元前 273 年，采用天然火山材料制成的轻质混凝土。这些早期的建筑商了解到，膨胀骨料比当地可用的海滩沙子和砾石更适合海洋设施。他们行驶了 25 英里。向东北方向行驶 40 公里，在 Volcine 综合体采石火山骨料，供科萨港使用（Bremner 等人，1994 年）。这个位于意大利西海岸的港口由一系列伸入大海的四个码头（约 13 英尺 [4 m] 立方体）组成。两千年来，桥墩经受住了自然力量的考验，仅有表面磨损。它们之所以过时只是因为港口淤塞。万神殿建于公元 126 年左右，圆顶的底部到顶部采用了密度不同的混凝土。罗马工程师对轻质混凝土有足够的信心来建造直径为 142 英尺（43 m）@的圆顶，这个直径近两千年来一直没有超过。该结构状况良好，至今仍被用于精神用途（Bremner et al. 1994）。圆顶包含由木模板形成的复杂凹槽，以减少静载，并且仍然可以看到木纹的印记。观察者可见的出色浇注表面清楚地表明，这些早期的建造者已经成功掌握了用 LWA 浇注混凝土的艺术。对建筑特别感兴趣的罗马作家@建筑师@和工程师@维特鲁威@对万神殿的几个不寻常的特征进行了评论。他没有单独提出轻质混凝土进行评论这一事实可能意味着这些早期的建筑商完全熟悉这种材料（Morgan 1960）。罗马斗兽场建于公元 75 至 80 年，是一座巨大的圆形剧场，可容纳 50 名观众。地基是用碎火山熔岩用轻质混凝土浇筑而成。墙壁是用多孔@碎砖骨料制成的。拱顶和墙壁之间的空间是用多孔凝灰岩切割石建造的。制造工艺的发展？C？C罗马帝国衰落后，轻质混凝土的使用受到限制，直到 20 世纪，新型制造的膨胀页岩 LWA 才可供商业使用。回转窑工艺于 1918 年开发出来，用于生产膨胀页岩@粘土@和板岩。 LWA 是通过在回转窑中加热页岩@粘土@或板岩的小颗粒来制造的。人们发现，通过有限的破碎，可以产生适合制造轻质混凝土的骨料级配（扩展页岩@粘土和板岩研究所，1971）。当制造粘土砖时，缓慢加热预成型粘土非常重要，以便逸出的气体有机会从粘土中扩散出来。如果加热得太快，就会形成膨胀物，不符合成功烧制砖所必需的尺寸均匀性。海德认为这些废弃的砖块是制造特殊混凝土的理想材料。当减少到适当的骨料尺寸和级配时，这些膨胀的砖可用于生产机械性能与普通混凝土相似的轻质混凝土。膨胀矿渣（即@膨胀页岩@粘土@或板岩）的商业化生产始于1928年@，并于1948年@在宾夕法尼亚州东部使用页岩生产了第一个结构质量的烧结页岩LWA。钢筋轻质混凝土最早的用途之一是 1900 年代初期的船舶和驳船建造。美国紧急舰队建设公司发现，要使混凝土在船舶建造中发挥作用@，混凝土需要的最大密度约为 110 磅/英尺 (1760 千克/立方米)，抗压强度约为 4000 磅/平方英寸 (28 兆帕)（扩展Shale@ Clay@ 和 Slate Institute 1960）。使用回转窑生产的膨胀页岩和粘土骨料获得的混凝土的抗压强度约为 5000 psi (34 MPa)，单位重量为 110 lb/ft3 (1760 kg/m3) 或更低。早期现代用途？20 世纪 40 年代末，对轻质混凝土在住宅建筑中的潜在用途进行了一项调查，这极大地推动了轻质混凝土的发展。这引发了对 LWA 混凝土的广泛研究。由住房和家庭金融局 (1949) 赞助@ 在国家标准局 (Kluge et al. 1949) 和美国垦务局 (Price and Cordon 1949) 的实验室同时进行平行研究，以确定混凝土的性能由多种 LWA 类型制成。这些研究和早期工作将注意力集中在一些 LWA 混凝土的潜在结构用途上，并在 20 世纪 50 年代初引发了人们对建筑框架@桥面@和预制产品的轻质构件的新兴趣。华盛顿原来的塔科马海峡大桥倒塌后，更换的悬挂结构设计在桥面上使用了轻质混凝土，以纳入额外的车道，而无需更换原来的桥墩。在 20 世纪 50 年代，许多多层结构从地基开始就采用轻质混凝土设计，充分利用了自重减轻的优势。例如，芝加哥 42 层的保德信人寿大厦@采用了轻质混凝土地板@，达拉斯的 18 层斯塔特勒希尔顿酒店@则采用了轻质混凝土框架和平板地板。这些结构应用激发了对轻质混凝土性能的更集中的研究。在与能源相关的浮动结构@例如石油钻机@中，使用轻质材料可以实现巨大的效率。钢筋普通重量混凝土的质量减少 25%，淹没时的荷载将减少 50%。正因为如此，石油和天然气行业认识到，轻质混凝土可以在其浮动结构和在雕刻码头建造的结构中发挥良好的优势，然后漂浮到生产现场并在底部建立。为了提供建造大型海上混凝土结构所需的技术数据，成立了一个由石油公司和承包商组成的联盟，以评估哪些 LWA 候选材料适合制造满足其设计要求的高强度轻质混凝土。评估开始于 20 世纪 80 年代初，结果于 1992 年公布。由于这项研究，设计信息变得容易获得，并使轻质混凝土能够用于需要高强度和高耐久性的新型应用（Hoff 1992） 。

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