蒸壓粉煤灰磚凍融性能試驗(yàn)研究

蒸壓粉煤灰磚凍融性能試驗(yàn)研究

抗凍性指標(biāo)的確定蒸壓粉碳灰磚的抗凍性是衡量其耐久性的主要指標(biāo)之一。蒸壓粉煤灰磚凍融破壞主要是磚中的非化學(xué)結(jié)合水結(jié)冰、體積膨脹產(chǎn)生水壓力,以及磚中的過(guò)冷水發(fā)生遷移產(chǎn)生滲透壓兩者共同作用的結(jié)果。蒸壓粉煤灰磚使用環(huán)境的飽水程度于臨界值(91.7%)時(shí)才會(huì)發(fā)生凍融破壞。蒸壓粉煤灰磚的抗凍性除與初始強(qiáng)度密切相關(guān)外,還與粉煤灰中的含碳量、磚內(nèi)部微觀的層裂程度有關(guān)系。含碳量高(大于15%)、磚的原始強(qiáng)度低,則吸水率大、抗凍性差。而磚的孔隙率越大,吸水率越大,磚的抗壓強(qiáng)度越低。因此磚的吸水率是影響砌體抗凍性的主要指標(biāo)。用吸水率指標(biāo)來(lái)研究砌體抗凍性的另一個(gè)理由是,這個(gè)指標(biāo)對(duì)影響耐久性的其它性能也起到控制作用,如鹽蝕、軟化等。本研究選取四種生產(chǎn)工藝類似、吸水率不同的蒸壓粉煤灰磚,進(jìn)行凍融試驗(yàn)研究。1飽和吸水率和凍融試驗(yàn)的測(cè)定試驗(yàn)數(shù)量及廠家的生產(chǎn)情況如表1所示。表中磚的原始抗壓強(qiáng)度為未凍融前、磚在溫度為10℃~20℃水中浸泡24h后的飽水狀態(tài)抗壓強(qiáng)度,吸水率為蒸壓粉煤灰磚的飽和吸水率,均參照《砌墻磚試驗(yàn)方法》GB/T2542-2003試驗(yàn)方法。蒸壓粉煤灰磚凍融試驗(yàn)的試驗(yàn)方法參照《砌墻磚試驗(yàn)方法》GB/T2542-2003進(jìn)行。用毛刷清理試樣表面,將試樣放入鼓風(fēng)干燥箱干燥至恒量,稱其質(zhì)量G0;按規(guī)范方法進(jìn)行凍融,達(dá)到表1所規(guī)定的凍融次數(shù)后,將試樣烘干至恒重,稱其質(zhì)量G1;將干燥后的試樣在10℃~20℃的水中浸泡24h進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn),測(cè)得凍融后的抗壓強(qiáng)度。2試驗(yàn)結(jié)果2.1吸水率對(duì)于四個(gè)廠家的試樣,由于各地取材不同,生產(chǎn)設(shè)備也不全相同,磚的原始抗壓強(qiáng)度和吸水率都不一樣。每組取10塊磚進(jìn)行凍融循環(huán)試驗(yàn),凍融循環(huán)50次后,測(cè)得4組試件的質(zhì)量損失和強(qiáng)度損失平均值與吸水率的關(guān)系如圖1~2所示。從圖1~2可以看出:1)吸水率越大,蒸壓粉煤灰磚凍融循環(huán)后的質(zhì)量損失越大,尤其是第四組,吸水率高達(dá)32.4%,其質(zhì)量損失是第一組的近8倍;2)采用福建海源設(shè)備壓制的磚,由于采取了排氣裝置,其密實(shí)度大、強(qiáng)度高、吸水率低(吸水率在20%左右),凍融循環(huán)50次后,質(zhì)量損失少于2%;3)蒸壓粉煤灰磚的吸水率越大,經(jīng)50次凍融循環(huán)后,其強(qiáng)度損失越大,當(dāng)吸水率超過(guò)20%,其強(qiáng)度損失大于20%。2.2凍融試驗(yàn)結(jié)果對(duì)于湖南石門廠家生產(chǎn)、同一釜蒸壓粉煤灰磚,根據(jù)凍融循環(huán)次數(shù)分三組:15次、30次和50次,每組10塊試件,凍融試驗(yàn)得出每組的質(zhì)量損失和強(qiáng)度損失平均值與吸水率的關(guān)系見(jiàn)圖3~4。從圖3~4可以看出:蒸壓粉煤灰磚的質(zhì)量損失和強(qiáng)度損失與凍融循環(huán)次數(shù)幾乎成直線關(guān)系,凍融次數(shù)越多,磚的質(zhì)量損失和強(qiáng)度損失越大。經(jīng)過(guò)30次凍融后,蒸壓粉煤灰磚的外觀還比較好,但50次凍融后,缺棱掉角很嚴(yán)重(圖5)。3討論3.1磚體吸水率與強(qiáng)度損失的關(guān)系試驗(yàn)表明,蒸壓粉煤灰磚抗凍性的好壞與磚的吸水率大小成反比,如果能規(guī)定磚的最大吸水率限值指標(biāo),對(duì)提高產(chǎn)品的抗凍性能十分有益。美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)《硅酸鈣磚(灰砂磚)》ASTMC73-05規(guī)定:用于凍融環(huán)境中的SW級(jí)和用于非凍融環(huán)境中的MW級(jí)磚,其最大吸水率分別不超過(guò)240kg/m3和288kg/m3。大約相當(dāng)質(zhì)量吸水率分別為15%和18%。由于蒸壓粉煤灰磚的干容重較蒸壓灰砂磚輕15%~20%,如果僅考慮磚體積吸水率對(duì)抗凍性能的作用,即體積吸水率相同的粉煤灰磚和灰砂磚,其抗凍性能相同,比較美國(guó)灰砂磚標(biāo)準(zhǔn),圖2凍融循環(huán)50次后,磚的吸水率與強(qiáng)度損失的關(guān)系蒸壓粉煤灰磚的最大質(zhì)量吸水率應(yīng)不大于20%。從本次試驗(yàn)結(jié)果也可以證明,當(dāng)蒸壓粉煤灰磚的質(zhì)量吸水率小于20%時(shí),凍融循環(huán)50次后,其質(zhì)量損失不超過(guò)2%,強(qiáng)度損失不超過(guò)20%,即這種磚具有良好的抗凍性能。3.2抗凍性的要求在英國(guó)和美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)體系中,除了在材料標(biāo)準(zhǔn)中控制塊材的最大含水率外,還在設(shè)計(jì)規(guī)范中對(duì)磚設(shè)置最小強(qiáng)度等級(jí)要求,因?yàn)榇u的強(qiáng)度等級(jí)越高,最大吸水率越低,抗凍性能越好,即采取“雙控”的方法來(lái)確保砌體的抗凍性。我國(guó)材料標(biāo)準(zhǔn)《粉煤灰磚》JC239-2001雖然未規(guī)定磚的最大吸水率,但是規(guī)定了磚的抗凍性:凍融15次后,強(qiáng)度損失不大于20%,質(zhì)量損失不大于2%。比較美國(guó)材料標(biāo)準(zhǔn)《硅酸鈣磚(灰砂磚)》ASTMC73和本文的試驗(yàn)結(jié)果,我國(guó)材料標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的要求。因?yàn)榘凑認(rèn)C239標(biāo)準(zhǔn),本試驗(yàn)吸水率大于20%時(shí),強(qiáng)度損失和質(zhì)量損失都可以滿足要求。由此,建議我國(guó)材料標(biāo)準(zhǔn)除規(guī)定最大吸水率為20%外,尚應(yīng)按照表2的要求確定蒸壓粉煤灰磚的抗凍性。我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50003采用塊材的最低強(qiáng)度等級(jí)來(lái)保證結(jié)構(gòu)的耐久性,包括砌體的抗凍性,這也相當(dāng)于我國(guó)規(guī)范的第二道防線,即要求墻體用磚的最低強(qiáng)度等級(jí)為MU10;基礎(chǔ)用磚的強(qiáng)度等級(jí)根據(jù)基礎(chǔ)的環(huán)境不同,其強(qiáng)度等級(jí)有一定的提高要求。該要求也低于英美規(guī)范中硅酸鹽磚的最小要求(MU20)。我國(guó)蒸壓粉煤灰磚目前的生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)有較大的突破,磚的強(qiáng)度等級(jí)很容易達(dá)到MU15,因此建議修訂《規(guī)范》時(shí),將最低強(qiáng)度等級(jí)提高至MU15,在潮濕容易受凍的環(huán)境中,強(qiáng)度等級(jí)不小于MU20。4循環(huán)次數(shù)和時(shí)間根據(jù)以上研究,可以得到如下結(jié)論:1)磚的吸水率越大,其凍融后強(qiáng)度損失和質(zhì)量損失越大;2)凍融循環(huán)次數(shù)越多,磚的強(qiáng)度損失和質(zhì)量損失越大;3)我國(guó)現(xiàn)行材料