輕骨料混凝土（又名輕集料混凝土，Lightweight Aggregate Concrete）是指用輕粗骨料、輕細骨料（或普通砂）、水泥和水，必要時加入化學外加劑等

礦物摻合料配制而成，并且在標準養(yǎng)護條件下，28d齡期的干表觀密度<1950kg/m3的混凝土。這種混凝土由于孔隙率大、密度低、抗凍、保溫性好，近年來被廣泛使用。天然浮石是一種多孔玻璃質火山噴出巖，在內蒙古

地區(qū)分布廣泛，蘊藏量大。

輕骨料混凝土與普通混凝土比較具有如下獨特的性能特點：比強度高；具有隔熱、保溫、保濕功能；耐火性好；抗震性能好；耐久性好；抗裂性好；無堿集料效應；綜合經濟效益好。但浮

石的本身強度較低且成分組成差異性較大，致使輕骨料混凝土強度比較低且穩(wěn)定性不足。在北方寒冷地區(qū)輕骨料混凝土的推廣和應用因其基礎強度較差而成為其發(fā)展的瓶頸。如何保證反復凍融條件下輕骨料混凝土的強度

，進而保證工程的使用壽命，是輕骨料混凝土在寒區(qū)進一步推廣應用的關鍵，尋求改性效果顯著的外加劑是提高輕骨料混凝土強度和耐久性的重要研究內容，此外摻入外加劑可提高其結構的密實度。輕骨料混凝土中加入

礦物摻合料，對在低溫條件下混凝土的凍脹應力、溫度應力和強度的發(fā)展變化規(guī)律等均具有相當重要的作用。國內外在輕骨料混凝土外加劑研究方面已有一些成果，但針對寒冷地區(qū)自然環(huán)境（尤其是西北鹽堿地區(qū)環(huán)境）

的特點，礦物摻量對輕骨料混凝土反復凍融條件下的力學性能和耐久性影響的試驗研究開展得尚不充分。

本書充分利用內蒙古地區(qū)豐富的浮石資源和工業(yè)廢料，研究和開發(fā)水泥、浮石、砂子、粉煤灰、石粉等混合的

新型輕質節(jié)能寒區(qū)材料——天然浮石輕骨料混凝土，其主要優(yōu)點是就地取材，減少砂石及水泥用量，節(jié)約能源，減輕環(huán)境污染等，具有十分重要的意義。輕質、高強、耐久是混凝土技術發(fā)展的方向，所以發(fā)展輕骨料混凝

土不僅能夠滿足自重輕、耐久性好等要求，并且屬于綠色材料。

本書選取內蒙古地區(qū)的天然浮石作為粗骨料，通過室內試驗，研究了石灰石粉和粉煤灰對水泥漿體流變性能的影響，探討了二者對水泥凈漿、水泥膠砂

工作性能的改善。為了研究輕骨料混凝土的基本力學性能和抗凍耐久性能，通過不同礦物摻量進行單摻試驗，確定不同礦物摻量對輕骨料混凝土力學性能的影響及改性效果，并進行了雙摻不同礦物的力學試驗和在鹽漬溶

液中的抗凍性能研究，同時結合內蒙古地區(qū)豐富的工業(yè)材料和自然資源，研究配制了針對寒冷地區(qū)的輕骨料混凝土，提出了它的最佳配合比。為了驗證輕骨料混凝土的強度特征和耐久性，通過室內試驗，對輕骨料混凝土

進行了不同摻量、不同養(yǎng)護齡期的抗壓強度、劈裂強度、抗拉強度、抗凍性等試驗。并結合電子計算機X射線斷層掃描（CT）、環(huán)境掃描電鏡（ESEM）、超景深三維顯微系統(tǒng)試驗分析探討了輕骨料混凝土的細觀力學特點

，分析了輕骨料混凝土內部的結構，并結合核磁共振測試，分析了凍融前后的內部孔隙損傷擴展特征。

本書利用低溫核磁共振儀測量得到冷凍過程和融化過程中輕骨料混凝土孔溶液的結冰量，掌握孔溶液結冰的一般

規(guī)律，為預測輕骨料混凝土抗凍耐久性提供必要的參數(shù)。最后結合亞微觀研究與宏觀研究提出輕骨料抗凍耐久性預測模型，不僅定性地判斷了輕骨料混凝土抗凍性的優(yōu)劣，而且就輕骨料混凝土凍害的全過程進行了定量描

述。

本書得到了國家自然科學基金、高等學校博士學科點專項科研基金、內蒙古自然科學基金、內蒙古自治區(qū)科技計劃（應用與研究開發(fā)項目）、內蒙古高等學校重點科研基金等的資助。

本書的成果在國家核心

期刊及大型國際會議上均有發(fā)表，共發(fā)表學術論文28篇，被兩大國際檢索系統(tǒng)收錄10篇，其中SCI 1篇，EI 9篇。

全書由王蕭蕭、申向東統(tǒng)稿。參加本書編寫工作的人員有內蒙古農業(yè)大學王蕭蕭、申向東、張通、高

矗、張佳陽、王海龍、韓俊濤、李燕、李紅云、秦淑芳等。

本書所研究的內容屬于建筑材料、巖土工程、工程力學的交叉學科，作者從2009年6月以來一直從事浮石混凝土的試驗研究工作，但影響輕骨料混凝土抗凍

性能預測模型的因素眾多，本書僅是結合室內試驗理論進行預測模型，與真實的輕骨料混凝土抗凍耐久性預測模型尚有一定的誤差。許多問題仍在研究與探索階段，作者雖夙興夜寐、殫心竭慮，但鑒于水平有限，書中難

免有不足之處，敬請廣大讀者和專家批評指正。

作 者

2014年12月

前言
第一章 緒論 1
1.1 研究背景和研究意義 1
1.2 國內外輕骨料混凝土研究現(xiàn)狀 5
1.2.1 國外
輕骨料混凝土研究現(xiàn)狀 5
1.2.2 國內輕骨料混凝土研究現(xiàn)狀 7
1.3 混凝土的流變學 9
1.3.1 流變學發(fā)展應用 9
1.3.2 流變學混凝土 9
1.3.3 流變學的表征方法
10
1.4 粉煤灰-石灰石粉-水泥膠凝材料流變性能的發(fā)展現(xiàn)狀 11
1.5 粉煤灰增強輕骨料混凝土的特性及應用 12
1.6 石粉摻合料對輕骨料混凝土的影響 13
1.7 研究的內容與方法
15
第二章 天然輕骨料的特性 17
2.1 天然輕骨料的開發(fā)和應用 19
2.2 輕骨料混凝土標準和規(guī)程的編制 20
2.3 輕骨料混凝土分類及優(yōu)點 20
第三章 試驗材料和試驗方法
23
3.1 試驗材料 23
3.1.1 天然浮石的基本性能 23
3.1.2 水泥 25
3.1.3 粉煤灰 26
3.1.4 石粉 27
3.1.5 細骨料 29
3.1.6 其他試驗材料及基本性能
29
3.2 試樣的制備及養(yǎng)護方法 30
3.2.1 水泥砂漿制備 30
3.2.2 輕骨料混凝土的制備 31
3.2.3 試件的養(yǎng)護方法 32
3.3 試驗內容 33
3.3.1 細度模數(shù)的測定 33
3.3.2 粒度分析 33
3.3.3 流動性能的測定 34
3.3.4 和易性測定 35
3.3.5 浮石混凝土干表觀密度的測試 36
3.3.6 抗壓強度的測試 36
3.3.7 抗折強度的測試 37
3.3.8 劈裂抗拉強度的測試 38
3.3.9 軸心抗壓強度試驗 38
3.3.10 應力應變曲線試驗 39
3.3.11 掃描電鏡試驗 40
3.3.12 輕骨料混凝土抗凍性試驗 41
3.3.13 X射線計算
機斷層成像技術（CT掃描） 43
第四章 粉煤灰、石灰石粉對水泥凈漿流動性能的影響 45
4.1 概述 45
4.1.1 粉煤灰對水泥凈漿流動度影響機理 45
4.1.2 石灰石粉對水泥凈漿流動度影
響機理 46
4.2 試驗方案 46
4.3 粉煤灰、石灰石粉與水泥粒度分析試驗 47
4.4 粉煤灰、石灰石粉單摻對水泥凈漿流變性的影響 48
4.4.1 粉煤灰與石灰石粉單摻對水泥凈漿流動度與marsh
時間的影響 48
4.4.2 粉煤灰與石灰石粉單摻水泥凈漿流動度與流動速度的關系 50
4.5 粉煤灰與石灰石粉復摻對水泥凈漿流動度的影響 52
4.5.1 粉煤灰與石灰石粉復摻對水泥凈漿流動度與marsh
時間的影響 52
4.5.2 粉煤灰與石灰石粉復摻對水泥凈漿度與流動速度的影響 54
4.6 水泥凈漿流變表征模型建立 56
4.7 小結 58
第五章 粉煤灰、石灰石粉對水泥膠砂工作性能的影響
59
5.1 概述 59
5.2 試驗設計 59
5.3 粉煤灰、石灰石粉單摻對水泥膠砂流動度經時損失的影響 61
5.3.1 單摻粉煤灰對水泥膠砂流動度經時損失的影響 61
5.3.2 單摻石灰石粉對水泥
膠砂流動度經時損失的影響 63
5.4 粉煤灰、石灰石粉復摻對水泥膠砂流動度及經時損失的影響 65
5.5 小結 68
第六章 浮石混凝土基本力學性能試驗研究 70
6.1 概述 70
6.2 試驗
設計和配合比 70
6.3 試驗現(xiàn)象與破壞形態(tài)分析 71
6.4 抗壓強度和劈裂抗拉強度的換算關系 72
6.5 浮石混凝土抗壓強度計算公式 74
6.6 小結 74
第七章 粉煤灰對輕骨料混凝
土性能影響的試驗研究 76
7.1 試驗概況 76
7.2 試驗設計 76
7.3 粉煤灰對輕骨料混凝土抗壓強度的影響 77
7.3.1 粉煤灰輕骨料混凝土抗壓強度 77
7.3.2 粉煤灰輕骨料混凝土
回歸分析 78
7.4 粉煤灰對輕骨料混凝土抗凍性能的影響 79
7.4.1 粉煤灰輕骨料混凝土抗凍性能 79
7.4.2 輕骨料混凝土100次凍融前后的應力-應變關系曲線 81
7.5 小結 82
第
八章 石粉替代砂子的輕骨料混凝土力學性能研究 83
8.1 概況及試驗結果 83
8.2 不同摻量的石灰石粉對輕骨料混凝土工作性能的影響 84
8.3 不同摻量的石灰石粉對輕骨料混凝土抗壓
強度的影響 84
8.4 不同摻量的石灰石粉對輕骨料混凝土劈裂抗拉強度的影響 85
8.5 微觀結構分析 86
8.6 小結 88
第九章 石粉替代水泥的輕骨料混凝土力學性能研究 89
9.1 概況
及試驗結果 89
9.2 試驗設計和配合比 90
9.3 石灰石粉摻量對浮石混凝土抗壓強度的影響 90
9.4 石灰石粉摻量對浮石混凝土劈裂抗拉強度的影響 92
9.5 摻石灰石粉浮石混凝土
微觀結構分析 93
9.6 石粉石粉對浮石混凝土作用機理和規(guī)律分析 95
9.7 小結 96
第十章 應力損傷輕骨料混凝土抗凍融性能試驗研究 98
10.1 概述 98
10.2 試驗設計
98
10.3 試驗結果與分析 99
10.3.1 相對動彈性模量 99
10.3.2 質量損失率及破壞形態(tài) 100
10.3.3 微結構特征分析 101
10.3.4 凍融損傷機理分析 104
10.3.5 凍融損傷
演化過程分析 105
10.4 小結 106
第十一章 石粉和粉煤灰雙摻對輕骨料混凝土力學性能的影響研究 108
11.1 概況及試驗結果 108
11.2 石粉對輕骨料混凝土基本力學性能試驗
研究（含早期） 110
11.2.1 石粉對輕骨料混凝土和易性能的影響 110
11.2.2 石粉對輕骨料混凝土抗壓強度的影響 111
11.2.3 石粉對輕骨料混凝土抗折強度的影響 112
11.2.4 石粉對輕骨料混凝
土軸心抗壓強度的影響 113
11.3 石粉輕骨料混凝土應力應變-本構關系 113
11.3.1 應力-應變曲線 113
11.3.2 無量綱化應力-應變全過程曲線 115
11.3.3 石粉輕骨料混凝的本構方程
116
11.4 石粉輕骨料微觀結構形態(tài)分析 117
11.5 小結 120
第十二章 石粉輕骨料混凝土在鹽漬溶液中抗凍性能的試驗研究 121
12.1 凍融循環(huán)的試驗設計 121
12.2 石粉輕骨料混凝土抗
凍性試驗 122
12.2.1 石粉輕骨料混凝土凍融循環(huán)后的試驗結果 122
12.2.2 河套灌區(qū)溶液對凍融循環(huán)過程中抗壓強度損傷的影響 123
12.2.3 河套灌區(qū)溶液對凍融循環(huán)過程中質量損傷的過
程 125
12.2.4 石粉輕骨料混凝土的凍融后破壞形式 126
12.3 石粉輕骨料混凝土凍融損傷機理分析 131
12.3.1 化學反應機理 131
12.3.2 混凝土凍融循環(huán)損傷 133
12.3.3
輕骨料混凝土的損傷試驗 133
12.3.4 石粉輕骨料混凝土凍融損傷破壞機理分析 133
12.4 小結 134
第十三章 礦物輕骨料混凝土細觀研究初探 136
13.1 混凝土細觀力學的研究
138
13.1.1 混凝土細觀力學的研究方法 139
13.1.2 細觀力學數(shù)值模擬研究 139
13.1.3 細觀力學試驗研究 144
13.2 計算機斷層掃描的基本原理 146
13.2.1 CT的一般原理 146
13.2.2 CT技術的應用領域 147
13.2.3 CT掃描原理與方法 148
13.3 CT機的構成 150
13.4 試樣制備與試驗過程 154
13.5 CT圖像分析 154
13.6 ESEM照片 156
13.7 超景深三維
顯微系統(tǒng)的基本特點 158
13.8 利用超景深三維顯微系統(tǒng)進行測試 160
13.9 超景深顯微形貌分析 161
13.10 微裂紋變化 162
13.11 小結 164
第十四章 礦物輕骨料混凝
土核磁共振研究初探 165
14.1 核磁共振基本原理 166
14.1.1 原子核的磁性 166
14.1.2 極化 167
14.1.3 脈沖翻轉和自由感應衰減 169
14.1.4 自旋回波及CPMG 170
14.2 核磁共振在多孔材料中的應用原理 171
14.2.1 孔隙流體的核磁共振弛豫機制 171
14.2.2 自由弛豫 172
14.2.3 表面弛豫 172
14.2.4 擴散弛豫 173
14.2.5 孔隙流體
的多指數(shù)衰減 173
14.3 核磁共振成像技術 174
14.4 核磁共振測量儀器 176
14.4.1 核磁共振分析系統(tǒng) 176
14.4.2 真空飽和裝置 178
14.5 基于NMR技術的輕骨料混凝土孔隙結構測
量實驗 179
14.5.1 試驗設計 179
14.5.2 實驗步驟 179
14.5.3 試驗結果及分析 181
14.5.4 核磁共振成像分析 183
14.6 傳統(tǒng)試驗方法測試 184
14.6.1 質量損傷 184
14.6.2
相對動彈模量 186
14.6.3 質量損傷、相對動彈模量與孔隙率的結果對比 187
14.7 小結 188
第十五章 輕骨料混凝土核磁共振的應用研究 189
15.1 輕骨料混凝土渠道襯砌凍融損傷的核磁
共振特征分析 189
15.2 超聲波測試 189
15.3 毛細吸水量分析 190
15.4 天然浮石混凝土孔隙度 192
15.5 核磁共振T2譜分布 194
15.6 T2譜面積分析 196
15.7 核
磁共振成像分析 197
15.8 小結 200
第十六章 輕骨料混凝土孔隙結冰規(guī)律的研究 201
16.1 輕骨料混凝土的孔結構與其抗凍性的關系 201
16.1.1 凝膠孔 201
16.1.2 毛細孔
201
16.1.3 非毛細孔 201
16.2 混凝土孔溶液的凍結 202
16.3 已有的實驗方法 203
16.4 輕骨料混凝土孔溶液結冰量的測試 204
16.4.1 試驗測試原理 204
16.4.2 試驗方法
和測試過程 205
16.5 試驗結果及分析 206
16.5.1 未凍水含量測試 206
16.5.2 T2譜圖及孔徑分布 209
16.5.3 孔隙度測試 214
16.6 小結 216
第十七章 輕骨料
混凝土抗凍耐久性預測模型 217
17.1 混凝土凍融破壞機理 217
17.1.1 靜水壓假說 217
17.1.2 滲透壓假說 219
17.2 輕骨料混凝土抗凍耐久性預測模型 220
17.2.1
靜水壓是導致輕骨料混凝土凍害的主要原因 221
17.2.2 凍融中輕骨料混凝土內應力的計算模型 222
17.3 輕骨料混凝土靜水壓計算過程 224
17.3.1 硬化混凝土氣泡參數(shù)試驗 224
17.3.2
靜水壓力的計算 227
17.4 預測輕骨料混凝土抗凍耐久性的疲勞損傷模型 230
17.4.1 損傷力學的研究方法 230
17.4.2 混凝土凍害損傷演化方程 231
17.4.3 預測輕骨料混凝土的疲勞損
傷模型 232
17.5 模型的驗證 233
17.6 小結 234
第十八章 結語 235
18.1 結論 235
18.2 展望 239
參考文獻 241

1. 輸水管線工程風險管理 [張勇 黨亥生 著]
2. 民用航空飛機標準線路施工 [主編　王志敏　陳明]
3. 不息的水脈—大運河講談錄 [趙珩　著]
4. 實用運籌學 [主編　邢育紅　于晉臣]
5. 三峽梯級電站水資源決策支持系統(tǒng)研究與開發(fā) [姚華明 潘紅忠 湯正]
6. 海南黎族民俗文化鑒賞 [龐國華　著]
7. 石墨烯在太赫茲及中紅外頻段電磁器件設計中的應用 [李艷秀 莊華偉 著]
8. 電子技術（第二版） [主編 覃愛娜 李飛]
9. 辦公自動化高級應用 [陳萍 朱曉玉]
10. 信息處理技術員考試32小時通關 [薛大龍]
11. 電子產品設計案例教程（微課版）—基于嘉立創(chuàng)EDA（專業(yè)版） [王靜 莫志宏 陳學昌 丁紅]
12. C程序設計實踐教程 [劉衛(wèi)國]
13. C程序設計（慕課版） [劉衛(wèi)國]
14. Web技術開發(fā)教程（基于.NET開源MVC框架） [王合闖 韓紅玲 王青正 陳海蕊]
15. 商務英語翻譯教程（筆譯）（第四版） [主編 王軍平]
16. 智慧零售技術與應用 [洪旭 著]
17. 建設工程法規(guī)實務 [主編 余瀅]
18. 商務秘書理論與實務（第三版） [主編 張同欽]
19. 程序設計基礎實踐教程（C/C++語言版） [張桂芬 葛麗娜]
20. C++案例項目精講 [主編 楊國興]
21. 勞動爭議處理實務 [主編 王秀卿 羅靜]
22. 工程數(shù)學 [主編 郭立娟 王海]
23. 語音識別理論與實踐 [主編　莫宏偉]
24. 信息系統(tǒng)項目管理師章節(jié)習題與考點特訓（第二版） [主編 薛大龍]
25. 武術基礎教程 [主編 李代勇 謝志民]
26. 計算機網絡實訓教程 [主編 張浩軍 趙玉娟]
27. 畫法幾何與機械制圖習題集（多學時） [主編 趙軍]
28. HCIA-Datacom認證題庫分類精講 [主 編 韓立剛]
29. SwiftUI完全開發(fā) [李智威 著]
30. 網絡規(guī)劃設計師備考一本通 [夏杰 編著]