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自燃煤矸石輕骨料混凝土耐久性能
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 |
抗壓強(qiáng)度 | 23.6 | 25.1 | 20.1 |
表1表明,在抗壓強(qiáng)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(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(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) | 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(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 | 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(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?;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(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(hù)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(hù)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(qiáng)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(jī)件性質(zhì)、環(huán)境類別、混凝土強(qiáng)度等級不同對鋼筋保護(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齡期強(qiáng)度試驗(yàn)及長期自然環(huán)境下碳化鋼銹試驗(yàn)
為測定自燃煤矸石混凝土長期強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)度測試結(jié)果
自燃煤矸石混凝土強(qiáng)度 | |||||||
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(qiáng)度隨著提高。較低強(qiáng)度混凝土一年齡期的強(qiáng)度能增長一倍,較高強(qiáng)度混凝土四年齡期強(qiáng)度增長約50%。由該指標(biāo)可以看出,自燃煤矸石英長期強(qiáng)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(qiáng)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 | 1876~19251897 | 100 | 3 | 沈陽室外(二b類) | 20 | 51.3~56.153.2 | 8~1512.3 | |
2 | 煤矸石砼 | 1707~19041820 | 100 | 15 | 沈陽室外(二b類) | 20 | 40~49.843.8 | 9~4015.7 | 碳化大于25mm只有2塊 |
3 | 煤矸石砼 | 1675~19981798 | 100 | 23 | 沈陽室外(二b類) | 20 | 30.4~3833.7 | 9.3~5021.1 | 碳化大于25mm有5塊且有3塊大于50mm |
4 | 煤矸石砼 | 1630~18621783 | 100 | 13 | 沈陽室外(二b類) | 20 | 25.7~29.628.0 | 10.3~5027.3 | 碳化大于25mm有3塊且均大于50mm |
5 | 煤矸石砼 | 1706~18561760 | 100 | 16 | 沈陽室外(二b類) | 20 | 20~24.722.5 | 碳化小于25mm有3塊其余均大于50mm | |
6 | 煤矸石砼 | 1523~18461663 | 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 | 2111~22402186 | 100 | 3 | 沈陽室外(二b類) | 20 | 21.9~29.125.2 | 7.3~3926.5 |
注:極少部分干密度及強(qiáng)度低的試塊已風(fēng)化破損、無法進(jìn)行試驗(yàn)。
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(qiáng)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(jì)強(qiáng)度滿足一定要求,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(jì)是可以滿足耐久性要求的。
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