自燃煤矸石輕骨料混凝土耐久性能
2007-01-03 00:00
一般來(lái)講自燃煤矸石作為混凝土輕骨料，它本身的耐久性能和有害物質(zhì)含量符合有關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求量，則自燃煤矸石本身對(duì)配制成的混凝土耐久性也不倒產(chǎn)生不得影響。由于自燃煤矸石輕骨料是配制成混凝土而應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)中，因此測(cè)定自燃煤矸石輕骨料混凝土的耐久性能也十分必要，以下就自燃煤矸石輕骨料混凝土有關(guān)耐久性方面的抗?jié)B、抗凍、抗碳化及對(duì)鋼筋的保護(hù)作用等加以說(shuō)明。
1、抗?jié)B性能
遼寧省建研院對(duì)不同顏色的自燃煤矸石混凝土進(jìn)行了抗?jié)B性能試驗(yàn)[1]，結(jié)果如表1
表1 不同顏色自燃煤矸石輕骨料混凝土抗?jié)B性
|
混凝土
指標(biāo) |
黃色矸石混凝土 |
白色矸石混凝土 |
混合矸石混凝土 |
備注 |
|
抗?jié)B指標(biāo) |
P16 |
P10 |
P14 |
混凝土配合比相同，但各類矸石吸水不同，混凝土強(qiáng)度有波動(dòng) |
|
抗壓強(qiáng)度（Mpa） |
23.6 |
25.1 |
20.1 |
表1表明，在抗壓強(qiáng)度相對(duì)不高的正常配合比下，自燃煤矸石輕骨料混凝土抗?jié)B性最差的白色矸石輕骨料混凝土的抗?jié)B指標(biāo)也達(dá)到P10，而工程中應(yīng)用的混合矸石混凝土的抗?jié)B指標(biāo)已達(dá)P14，可見(jiàn)自燃煤矸石輕骨料混凝土是完全可以滿足耐久性的抗?jié)B性要求。
2、抗凍性
遼寧省建研建院對(duì)不同強(qiáng)度的自燃煤矸石混凝土進(jìn)行抗凍試驗(yàn)，結(jié)果如表2。
表2 不同強(qiáng)度自燃煤矸石輕骨料混凝土抗凍試驗(yàn)
|
輕骨料混凝土強(qiáng)（Mpa） |
11.8 |
16.3 |
22.9 |
32.1 |
|
抗凍標(biāo)號(hào) |
F5 |
>F50 |
>F50 |
>F50 |
表2表明，自燃煤矸石輕骨料混凝土的抗凍性與普通混凝土相比并不遜色，自燃煤矸石輕骨料混凝土是完全可以滿足耐久性的抗凍性要求。
3、抗碳化性能
混凝土的抗碳化性能是影響鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的重要指標(biāo)之一，影響混凝土碳化因素很多。根據(jù)多系數(shù)的碳化方程D=η1﹒η2﹒η3﹒η4﹒η5﹒η6﹒α 。采用基準(zhǔn)混凝土配合比，變化一個(gè)因素，其它因素固定不變的方法，通快快速試驗(yàn)，以求得相應(yīng)的影響因素系數(shù)。自然煤矸石輕骨料混凝土與其他輕骨料混凝土、普通混凝土碳化影響系數(shù)對(duì)比如表3。
表3 自燃煤矸石輕骨料混凝土與輕骨料混凝土、普通混凝土碳化影響系數(shù)對(duì)比
|
系數(shù)
名稱 |
符
合 |
條件 |
相應(yīng)指標(biāo) | |||||||||||
|
水泥
用量
影響
系數(shù) |
η1 |
水泥用量（kg/m3） |
250 |
300 |
350 |
400 | ||||||||
|
自燃煤矸石混凝土 |
1.18 |
1 |
0.82 |
0.75 | ||||||||||
|
輕骨料混凝土 |
1.35 |
1 |
0.85 |
0.75 | ||||||||||
|
普通混凝土 |
1.40 |
1 |
0.90 |
0.80 | ||||||||||
|
水灰比
用量
影響
系數(shù) |
η2 |
水灰比 |
0.4 |
0.5 |
0.6 |
0.7 | ||||||||
|
自燃煤矸石混凝土 |
0.79 |
1 |
1.43 |
1.74 | ||||||||||
|
輕骨料混凝土 |
0.85 |
1 |
1.30 |
1.45 | ||||||||||
|
普通混凝土 |
0.70 |
1 |
1.40 |
1.90 | ||||||||||
|
粉煤灰
取代量
影響
系數(shù) |
η3 |
粉煤灰取代量（%） |
0 |
10 |
20 |
30 | ||||||||
|
自燃煤矸石混凝土 |
1 |
1.38 |
1.41 |
2.22 | ||||||||||
|
輕骨料混凝土 |
1 |
1.20 |
1.30 |
1.50 | ||||||||||
|
普通混凝土 |
1 |
1.3 |
1.5 |
2.0 | ||||||||||
|
水泥
品種
影響
系數(shù) |
η4 |
水泥品種 |
普通425號(hào) |
礦渣425號(hào) |
礦渣325號(hào) | |||||||||
|
自燃煤矸石混凝土 |
1 |
1.14 |
1.32 | |||||||||||
|
輕骨料混凝土 |
1 |
1.20 |
1.25 | |||||||||||
|
普通混凝土 |
1 |
1.35 |
1.50 | |||||||||||
|
集料
品種
影響
系數(shù) |
η5
|
|
粗骨料 |
細(xì)骨料 | ||||||||||
|
集料品種 |
矸
石
|
天
然
集
料 |
人
造
集
料 |
普
通
集
料 |
普
通
砂 |
煤
砂 |
爐
下
灰 |
珍
珠
巖
砂 |
破
碎
輕
砂 | |||||
|
自燃煤矸石混凝土 |
1 |
- |
- |
- |
1 |
1.33 |
1.4 |
- |
- | |||||
|
輕骨料混凝土 |
- |
1.0 |
0.6 |
- |
1 |
- |
- |
2.0 |
1.4 | |||||
|
普通混凝土 |
- |
- |
- |
1 |
1 |
- |
- |
- |
- | |||||
|
養(yǎng)護(hù)
方式
影響
系數(shù) |
η6 |
養(yǎng)護(hù)方式 |
標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù) |
蒸汽養(yǎng)護(hù) | ||||||||||
|
自燃煤矸石混凝土 |
1 |
1.12 | ||||||||||||
|
輕骨料混凝土 |
1 |
1.50 | ||||||||||||
|
普通混凝土 |
1 |
1.85 | ||||||||||||
|
碳化速度影響系數(shù) |
α |
自燃煤矸石混凝土 |
3.13 | |||||||||||
|
輕骨料混凝土 |
4.18 | |||||||||||||
|
普通混凝土 |
2.32 | |||||||||||||
基準(zhǔn)配合比下的自燃煤矸石輕骨料混凝土、其他輕骨料混凝土和普通混凝土標(biāo)準(zhǔn)28d的快速碳化試驗(yàn)平均碳化分別為16.15mm、22.12mm、11.28mm。基準(zhǔn)配合比下的自燃煤矸石輕骨料混凝土28d快速碳化深度比普通混凝土大30%碳化速度系數(shù)a大43.6%，比其他輕骨料碳化深度小27%碳化速度系數(shù)a小25%。這說(shuō)明以基準(zhǔn)配合比為前題，自燃煤矸石混凝土抗碳化能力比其他輕骨料混凝土強(qiáng)而低于普通混凝土。表3表明，自燃煤矸石輕骨料混凝土各碳化影響系數(shù)一般均小于或接近于普通混凝土碳化影響系數(shù)，而與其他輕骨料相比其影響系數(shù)有高有你，但考慮到《輕骨料混凝土技術(shù)規(guī)程》JGJ51-2002有關(guān)對(duì)最小水泥用量、水灰比限制條件以及適當(dāng)限制摻合料粉煤灰的取代量，以及有關(guān)結(jié)構(gòu)用砂輕混凝土的抗碳化耐久性4.2.9條要求。在該限制條件內(nèi)，總體而言，考慮各種影響混凝土碳化因素，自燃煤矸石混凝土與其他品種的輕骨料混凝土抗碳化能力是相當(dāng)?shù)摹?BR>
4、對(duì)鋼筋的保護(hù)作用
國(guó)內(nèi)外的研究一般認(rèn)為，在無(wú)化學(xué)侵蝕的常溫條件下，混凝土保護(hù)層被完全碳化通常是鋼筋銹蝕的前提。通過(guò)以上對(duì)自燃煤矸石輕骨料混凝土抗碳化性能論述，只要按不同使用環(huán)境類別、不同的構(gòu)件類別，對(duì)輕骨料混凝土最低強(qiáng)度等級(jí)、最小水泥用量、最大水灰比及摻合料粉煤灰最大用量加以適當(dāng)限制，并保證結(jié)構(gòu)用砂輕混凝土碳化深度值滿足《輕骨料混凝土技術(shù)規(guī)程》JGJ51[4]的要求，同時(shí)根據(jù)機(jī)件性質(zhì)、環(huán)境類別、混凝土強(qiáng)度等級(jí)不同對(duì)鋼筋保護(hù)層最小厚度加以限制，其自燃煤矸石混凝土與其他輕骨料混凝土一樣，對(duì)鋼筋的保護(hù)作用是可以滿足使用要求的。
5、自燃煤矸石混凝土長(zhǎng)齡期強(qiáng)度試驗(yàn)及長(zhǎng)期自然環(huán)境下碳化鋼銹試驗(yàn)
為測(cè)定自燃煤矸石混凝土長(zhǎng)期強(qiáng)度隨時(shí)間增長(zhǎng)規(guī)律，遼寧省建研院測(cè)定了自燃煤矸石混凝土強(qiáng)度隨時(shí)間增長(zhǎng)的發(fā)展情況，如表4。
表4 自燃煤矸石輕骨料混凝土長(zhǎng)期強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果
|
自燃煤矸石混凝土強(qiáng)度（Mpa） | |||||||
|
干密度(kg/m3) |
1060 |
1632 |
1782 |
1836 |
1850 |
1900 | |
|
齡期 |
28天 |
11.8 |
16.3 |
22.9 |
32.1 |
34.8 |
43.0 |
|
3個(gè)月 |
22.9 |
22.4 |
22.0 |
35.0 |
— |
— | |
|
6個(gè)月 |
20.7 |
27.6 |
39.6 |
47.7 |
— |
— | |
|
1年 |
25.0 |
28.8 |
41.6 |
47.3 |
48.3 |
56.7 | |
|
2年 |
27.4 |
30.6 |
40.5 |
49.7 |
— |
— | |
|
4年 |
28.6 |
30.9 |
43.9 |
39.6 |
49.6 |
64.0 | |
表4表明，隨時(shí)間的增長(zhǎng)，強(qiáng)度隨著提高。較低強(qiáng)度混凝土一年齡期的強(qiáng)度能增長(zhǎng)一倍，較高強(qiáng)度混凝土四年齡期強(qiáng)度增長(zhǎng)約50%。由該指標(biāo)可以看出，自燃煤矸石英長(zhǎng)期強(qiáng)度增長(zhǎng)的特性對(duì)其耐久性是有益的。
表5 自燃煤矸石輕骨料混凝土長(zhǎng)期自然環(huán)境條件下碳化測(cè)試
|
序
號(hào) |
試塊
名稱 |
干密度范圍
及平均值(cm3) |
立方體試塊
單邊尺寸(mm,) |
數(shù)量
(塊) |
環(huán)境
類別 |
存放時(shí)間(年) |
抗壓強(qiáng)度范圍及平均值(MPa) |
碳化波動(dòng)
范圍及平均值(mm) |
備注 |
|
1 |
煤矸
石砼 |
1876～
1925
1897 |
100 |
3 |
沈陽(yáng)室外
(二b類) |
20 |
51.3～
56.1
53.2 |
8～15
12.3 |
|
|
2 |
煤矸
石砼 |
1707～
1904
1820 |
100 |
15 |
沈陽(yáng)室外
(二b類)
|
20 |
40～49.8
43.8 |
9～40
15.7 |
碳化大于
25mm只有2塊 |
|
3 |
煤矸
石砼 |
1675～
1998
1798 |
100 |
23 |
沈陽(yáng)室外
(二b類)
|
20 |
30.4～
38
33.7 |
9.3～
50
21.1 |
碳化大于
25mm有5塊且有3塊大于50mm |
|
4 |
煤矸
石砼 |
1630～
1862
1783 |
100 |
13 |
沈陽(yáng)室外
(二b類)
|
20 |
25.7～
29.6
28.0 |
10.3～
50
27.3 |
碳化大于
25mm有3塊且均大于50mm |
|
5 |
煤矸
石砼 |
1706～
1856
1760 |
100 |
16 |
沈陽(yáng)室外
(二b類)
|
20 |
20～24.7
22.5 |
|
碳化小于
25mm有3塊其余均大于50mm |
|
6 |
煤矸
石砼 |
1523～
1846
1663 |
100 |
21 |
沈陽(yáng)室外
(二b類)
|
20 |
<20 |
|
碳化小于
25mm有2塊其余均大于50mm |
|
7 |
煤矸
石砼 |
2111～
2240
2186 |
100 |
3 |
沈陽(yáng)室外
(二b類)
|
20 |
21.9～
29.1
25.2 |
7.3～39
26.5 |
|
注：極少部分干密度及強(qiáng)度低的試塊已風(fēng)化破損、無(wú)法進(jìn)行試驗(yàn)。
為測(cè)定自燃煤矸石混凝土在寒冷和嚴(yán)寒地區(qū)露天環(huán)境（環(huán)境類別二b類）條件的碳化及鋼銹，遼寧省建研院在本院院內(nèi)室久自然環(huán)境條件下存放一批試塊，擱置時(shí)間20年。以這批試塊其中的一部分按抗壓強(qiáng)度分類，測(cè)試其碳化深度及干容重，并觀察了埋入其內(nèi)的鋼筋銹蝕情況。測(cè)定自燃煤矸石混凝土碳化情況如表5。
埋入試塊中的鋼筋對(duì)于碳化深度小于25mm無(wú)任何銹蝕，大于25mm小于50mm有銹蝕現(xiàn)象，大于50mm的鋼筋銹蝕嚴(yán)重已使試塊破裂。
從表5和觀察表明，只要自燃煤矸石混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度滿足一定要求（現(xiàn)有強(qiáng)度LC25級(jí)以上），其長(zhǎng)期自然環(huán)境下抗碳化耐久性雖與普通混凝土相對(duì)略差，但只要按有關(guān)規(guī)定設(shè)計(jì)是可以滿足耐久性要求的。
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