蒸压粉煤灰砖冻融性能试验研究

蒸压粉煤灰砖冻融性能试验研究

抗冻性指标的确定蒸压粉碳灰砖的抗冻性是衡量其耐久性的主要指标之一。蒸压粉煤灰砖冻融破坏主要是砖中的非化学结合水结冰、体积膨胀产生水压力,以及砖中的过冷水发生迁移产生渗透压两者共同作用的结果。蒸压粉煤灰砖使用环境的饱水程度于临界值(91.7%)时才会发生冻融破坏。蒸压粉煤灰砖的抗冻性除与初始强度密切相关外,还与粉煤灰中的含碳量、砖内部微观的层裂程度有关系。含碳量高(大于15%)、砖的原始强度低,则吸水率大、抗冻性差。而砖的孔隙率越大,吸水率越大,砖的抗压强度越低。因此砖的吸水率是影响砌体抗冻性的主要指标。用吸水率指标来研究砌体抗冻性的另一个理由是,这个指标对影响耐久性的其它性能也起到控制作用,如盐蚀、软化等。本研究选取四种生产工艺类似、吸水率不同的蒸压粉煤灰砖,进行冻融试验研究。1饱和吸水率和冻融试验的测定试验数量及厂家的生产情况如表1所示。表中砖的原始抗压强度为未冻融前、砖在温度为10℃~20℃水中浸泡24h后的饱水状态抗压强度,吸水率为蒸压粉煤灰砖的饱和吸水率,均参照《砌墙砖试验方法》GB/T2542-2003试验方法。蒸压粉煤灰砖冻融试验的试验方法参照《砌墙砖试验方法》GB/T2542-2003进行。用毛刷清理试样表面,将试样放入鼓风干燥箱干燥至恒量,称其质量G0;按规范方法进行冻融,达到表1所规定的冻融次数后,将试样烘干至恒重,称其质量G1;将干燥后的试样在10℃~20℃的水中浸泡24h进行抗压强度试验,测得冻融后的抗压强度。2试验结果2.1吸水率对于四个厂家的试样,由于各地取材不同,生产设备也不全相同,砖的原始抗压强度和吸水率都不一样。每组取10块砖进行冻融循环试验,冻融循环50次后,测得4组试件的质量损失和强度损失平均值与吸水率的关系如图1~2所示。从图1~2可以看出:1)吸水率越大,蒸压粉煤灰砖冻融循环后的质量损失越大,尤其是第四组,吸水率高达32.4%,其质量损失是第一组的近8倍;2)采用福建海源设备压制的砖,由于采取了排气装置,其密实度大、强度高、吸水率低(吸水率在20%左右),冻融循环50次后,质量损失少于2%;3)蒸压粉煤灰砖的吸水率越大,经50次冻融循环后,其强度损失越大,当吸水率超过20%,其强度损失大于20%。2.2冻融试验结果对于湖南石门厂家生产、同一釜蒸压粉煤灰砖,根据冻融循环次数分三组:15次、30次和50次,每组10块试件,冻融试验得出每组的质量损失和强度损失平均值与吸水率的关系见图3~4。从图3~4可以看出:蒸压粉煤灰砖的质量损失和强度损失与冻融循环次数几乎成直线关系,冻融次数越多,砖的质量损失和强度损失越大。经过30次冻融后,蒸压粉煤灰砖的外观还比较好,但50次冻融后,缺棱掉角很严重(图5)。3讨论3.1砖体吸水率与强度损失的关系试验表明,蒸压粉煤灰砖抗冻性的好坏与砖的吸水率大小成反比,如果能规定砖的最大吸水率限值指标,对提高产品的抗冻性能十分有益。美国标准《硅酸钙砖(灰砂砖)》ASTMC73-05规定:用于冻融环境中的SW级和用于非冻融环境中的MW级砖,其最大吸水率分别不超过240kg/m3和288kg/m3。大约相当质量吸水率分别为15%和18%。由于蒸压粉煤灰砖的干容重较蒸压灰砂砖轻15%~20%,如果仅考虑砖体积吸水率对抗冻性能的作用,即体积吸水率相同的粉煤灰砖和灰砂砖,其抗冻性能相同,比较美国灰砂砖标准,图2冻融循环50次后,砖的吸水率与强度损失的关系蒸压粉煤灰砖的最大质量吸水率应不大于20%。从本次试验结果也可以证明,当蒸压粉煤灰砖的质量吸水率小于20%时,冻融循环50次后,其质量损失不超过2%,强度损失不超过20%,即这种砖具有良好的抗冻性能。3.2抗冻性的要求在英国和美国标准体系中,除了在材料标准中控制块材的最大含水率外,还在设计规范中对砖设置最小强度等级要求,因为砖的强度等级越高,最大吸水率越低,抗冻性能越好,即采取“双控”的方法来确保砌体的抗冻性。我国材料标准《粉煤灰砖》JC239-2001虽然未规定砖的最大吸水率,但是规定了砖的抗冻性:冻融15次后,强度损失不大于20%,质量损失不大于2%。比较美国材料标准《硅酸钙砖(灰砂砖)》ASTMC73和本文的试验结果,我国材料标准远远不及美国标准的要求。因为按照JC239标准,本试验吸水率大于20%时,强度损失和质量损失都可以满足要求。由此,建议我国材料标准除规定最大吸水率为20%外,尚应按照表2的要求确定蒸压粉煤灰砖的抗冻性。我国国家标准《砌体结构设计规范》GB50003采用块材的最低强度等级来保证结构的耐久性,包括砌体的抗冻性,这也相当于我国规范的第二道防线,即要求墙体用砖的最低强度等级为MU10;基础用砖的强度等级根据基础的环境不同,其强度等级有一定的提高要求。该要求也低于英美规范中硅酸盐砖的最小要求(MU20)。我国蒸压粉煤灰砖目前的生产技术已经有较大的突破,砖的强度等级很容易达到MU15,因此建议修订《规范》时,将最低强度等级提高至MU15,在潮湿容易受冻的环境中,强度等级不小于MU20。4循环次数和时间根据以上研究,可以得到如下结论:1)砖的吸水率越大,其冻融后强度损失和质量损失越大;2)冻融循环次数越多,砖的强度损失和质量损失越大;3)我国现行材料