自燃煤矸石輕骨料混凝土耐久性能
2007-01-03 00:00
一般來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)國家標(biāo)準(zhǔn)要求量，則自燃煤矸石本身對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、抗碳化及對鋼筋的保護作用等加以說明。
1、抗?jié)B性能
遼寧省建研院對不同顏色的自燃煤矸石混凝土進行了抗?jié)B性能試驗[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，混凝土強度有波動 |
|
抗壓強度（Mpa） |
23.6 |
25.1 |
20.1 |
表1表明，在抗壓強度相對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P14，可見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
遼寧省建研建院對不同強度的自燃煤矸石混凝土進行抗凍試驗，結(jié)果如表2。
表2 不同強度自燃煤矸石輕骨料混凝土抗凍試驗
|
輕骨料混凝土強（Mpa） |
11.8 |
16.3 |
22.9 |
32.1 |
|
抗凍標(biāo)號 |
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，變化一個因素，其它因素固定不變的方法，通快快速試驗，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 |
礦渣425號 |
礦渣325號 | |||||||||
|
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
方式
影響
系數(shù) |
η6 |
養(yǎng)護方式 |
標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護 |
蒸汽養(yǎng)護 | ||||||||||
|
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的快速碳化試驗平均碳化分別為16.15mm、22.12mm、11.28mm?；鶞?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、對鋼筋的保護作用
國內(nèi)外的研究一般認(rèn)為，在無化學(xué)侵蝕的常溫條件下，混凝土保護層被完全碳化通常是鋼筋銹蝕的前提。通過以上對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，對輕骨料混凝土最低強度等級、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，同時根據(jù)機件性質(zhì)、環(huán)境類別、混凝土強度等級不同對鋼筋保護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，對鋼筋的保護作用是可以滿足使用要求的。
5、自燃煤矸石混凝土長齡期強度試驗及長期自然環(huán)境下碳化鋼銹試驗
為測定自燃煤矸石混凝土長期強度隨時間增長規(guī)律，遼寧省建研院測定了自燃煤矸石混凝土強度隨時間增長的發(fā)展情況，如表4。
表4 自燃煤矸石輕骨料混凝土長期強度測試結(jié)果
|
自燃煤矸石混凝土強度（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個月 |
22.9 |
22.4 |
22.0 |
35.0 |
— |
— | |
|
6個月 |
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，隨時間的增長，強度隨著提高。較低強度混凝土一年齡期的強度能增長一倍，較高強度混凝土四年齡期強度增長約50%。由該指標(biāo)可以看出，自燃煤矸石英長期強度增長的特性對其耐久性是有益的。
表5 自燃煤矸石輕骨料混凝土長期自然環(huán)境條件下碳化測試
|
序
號 |
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 |
存放時間(年) |
抗壓強度范圍及平均值(MPa) |
碳化波動
范圍及平均值(mm) |
備注 |
|
1 |
煤矸
石砼 |
1876～
1925
1897 |
100 |
3 |
沈陽室外
(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度低的試塊已風(fēng)化破損、無法進行試驗。
為測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，擱置時間20年。以這批試塊其中的一部分按抗壓強度分類，測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于碳化深度小于25mm無任何銹蝕，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)計強度滿足一定要求（現(xiàn)有強度LC25級以上），其長期自然環(huán)境下抗碳化耐久性雖與普通混凝土相對略差，但只要按有關(guān)規(guī)定設(shè)計是可以滿足耐久性要求的。
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