The practice and research of calendar-ceramic plates used for blocking the reinforced concrete silo carbonation
摘要： 本文通過對鋼筋混凝土筒倉的碳化問題的機理分析，得出了產(chǎn)生碳化問題的內(nèi)因和外因，由于內(nèi)因是客觀存在的，是不能改變的，因此只有阻隔外因不得滲入混凝土筒倉內(nèi)部，才能解決碳化問題，我們成功地選擇了壓延微晶板材作為混凝土筒倉的隔離板材，阻隔了酸性液體的浸潤和滲透，最終解決了筒倉的碳化問題和粉狀料棚堵問題。
關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土[1]；阻隔；碳化；壓延微晶板[2][3]；酸性液體
abstract：Based on the reinforced concrete silo carbonization mechanism analysis of problems,that generate carbonization of internal cause and external cause,internal cause is the objective existence,cannot change,so only the barrier factors may penetrate into concrete silo internally, in order to solve the problem of carbonization,we successfully selected calendar-ceramic plates, concrete silo isolation plate, blocking the acidic liquid infiltration and infiltration, finally solved the problem of carbide powder silo and material shed and plugging problems.
key words：Reinforced concrete[1]；barrier；carbonization；calendar-ceramic plates[2][3]；acidic liquid
中圖分類號：TU528.571 文獻標識碼：B 文章編號：1672-9943（2012)02-0149-02
1鋼筋混凝土碳化的機理分析
眾所周知，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)通常被認為耐久性良好，具有諸多優(yōu)點，已成為建筑結(jié)構(gòu)必須的重要材料之一，有的甚至超過了鋼結(jié)構(gòu)。 但很多鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)，在遠沒有達到設(shè)計使用年限之前，就被破壞了，這是鋼筋混凝土碳化所導致的。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)被破壞后的修復，比鋼結(jié)構(gòu)還要困難。設(shè)計界以往所采取的方法是加厚鋼筋的保護層，然而混凝土的碳化主要是在外因條件影響下，內(nèi)部發(fā)生變化而造成的�；炷撂蓟�，會使混凝土中的液體由強堿變?yōu)槿跛�，從而不能保護鋼筋在混凝土澆注時在鋼筋上形成的保護鋼筋不被腐蝕的鈍化膜。
混凝土拌和時，硅酸鹽水泥的主要成份CaO水化作用后生成Ca（OH）2，它在水中的溶解度低，除少量溶于孔隙液中，使孔隙液成為飽和堿性溶液外，大部分以結(jié)晶狀態(tài)存在，成為孔隙液保持高堿性的儲備，這些存在于鋼筋混凝土的空隙飽和堿性液體或者是結(jié)晶體狀態(tài)，就是鋼筋混凝土 產(chǎn)生碳化的主要內(nèi)部因素，這是無法改變的內(nèi)因。因此我們?nèi)绾文茏韪敉獠恳蛩貙е缕鋬?nèi)因產(chǎn)生碳化的方法，才是至關(guān)重要的。由于鋼筋混凝土筒倉是儲備不定性散裝物料，所以散裝物料的物理、化學性能是主要因素。我們就以煤炭系統(tǒng)的儲煤筒倉為例，加以分析說明：原煤中含有硫、磷等元素，在含水的狀態(tài)下易生成酸性液體，這些酸性液體滲入到混凝土內(nèi)部，與鋼筋混凝土的空隙飽和堿性液體或者是結(jié)晶體，在化學作用下形成鹽，不但產(chǎn)生了膨脹腐蝕，而且改變了鋼筋混凝土內(nèi)部酸堿性—酸性增強，鋼筋混凝土中的鋼筋表面的鈍化膜保護層，在酸性環(huán)境下易生成鐵銹，并產(chǎn)生三倍左右的體積膨脹，隨著時間的延長，繼續(xù)著不可逆的化學反應，我們不妨把這種反應也叫做碳化作用（碳化作用的機理是硅酸鹽水泥的主要成份CaO水化作用后生成的Ca（OH）2，空氣中的CO2氣體不斷透過混凝土中未完全充滿水的粗毛細孔道，氣相擴散到混凝土中部分充水的毛細孔中，與其中的孔隙液所溶解的Ca（OH）2進行中和反應。反應產(chǎn)物為CaCO3和H2O，CaCO3溶解度低，沉積于毛細孔中�；炷帘韺犹蓟螅髿庵械腃O2繼續(xù)沿混凝土中未完全充水的毛細孔道向混凝土深處氣相擴散，更深入地進行碳化反應，使得混凝土性能發(fā)生改變。），而且這種碳化作用要比空氣中的CO2氣體反應速度快得多，因為煤中的硫、磷水化物要比空氣中的CO2氣體的水化物的酸性強得多，當然它的碳化反應要快得多。
有資料顯示，原國家建委組織的對重慶、南京、無錫等地一些使用30多年的建筑物調(diào)查表明，C18混凝土碳化深度一般達20-50mm。有些工程使用3-7年后，C38混凝土碳化深度達10mm，C28達15mm，C18達25mm。1995-1998年間，煤炭系統(tǒng)對全國煤礦20世紀50年代至80世紀年代后期建成的44項工程的調(diào)查，碳化厚度10-73mm。這也充分說明了儲煤的鋼筋混凝土筒倉碳化的非常嚴重。
綜上所述，無論是空氣中的CO2氣體，還是能夠滲透進去的酸性液體，都是導致鋼筋混凝土筒倉碳化主要外因。如何能夠阻隔這些外因的物質(zhì)不得或者減少進入，是我們尋求解決問題的關(guān)鍵。碳化后的筒倉內(nèi)壁表面形成凹凸不平粗糙面，嚴重時表面開裂造成強度下降，不但碳化速度更快，而且碳化后筒倉內(nèi)壁易與原煤（顆粒較小的煤）粘結(jié)，棚堵倉現(xiàn)象時有發(fā)生，筒倉的有效容積大打折扣，嚴重時不足原容積的40%。
2、壓延微晶板的性能及在鋼筋混凝土筒倉中使用情況
貴州盤江金佳煤礦選用安徽華慧公司生產(chǎn)的一種新材料—壓延微晶板材，后來我們在矸石倉、原煤倉、精煤倉、受煤坑、濃縮池底部都大面積應用了壓延微晶板材。最早使用時間在1999年的壓延微晶板材至今仍完好無損，越用越光亮，效果也更好，不但解決了棚堵的問題，而且鋼筋混凝土的碳化問題也得到了很好的解決。
進一步的分析研究發(fā)現(xiàn)，安徽華慧晶甲微晶材料有限公司生產(chǎn)的壓延微晶板材，與其他傳統(tǒng)的工業(yè)防護材料相比有很多優(yōu)異性能。壓延微晶板吸水率極小，能很好的把筒壁與外界隔絕開來，起到了阻隔鋼筋混凝土筒倉被碳化的外來物質(zhì)。由于板材表面有殘留很強的二氧化硅共價鍵力，遇到有極性的液體時表面極易形成一層水膜，這層水膜對壓延微晶板來說是一層保護層，對物料來說是潤滑劑，大大減小了摩擦系數(shù)，從而解決了棚堵問題。壓延微晶板材理化指標比其他材料高，所以板材厚度選擇在12—16mm即可，此范圍厚度的壓延微晶板所提供的強度已超過了30mm的鑄石板。壓延微晶板材幾何偏差較小，可控制在±1mm，而鑄石是±4mm，這樣一來壓延微晶板材砌筑時，灰逢較小，灰逢是阻隔外部液體滲入的薄弱部位。高分子板：這種材料易燃，國家規(guī)范不建議使用，由于他的膨脹系數(shù)大，同樣縫隙太大，同上理也不能起到阻隔液體的滲入；燒結(jié)地磚：這種材料的幾何尺寸偏差較小，可控制在±1mm，但它的板材吸水率高，氣孔率高（與壓延微晶板相比），并且是開放性的氣孔，不能起到阻隔外部液體的滲入。
3、實施方案
在盤江精煤股份公司范圍內(nèi)，對六個礦和五個洗煤廠分別進行了調(diào)查，主要調(diào)查項目：筒倉使用情況、棚堵問題以及鋼筋混凝土的構(gòu)筑物的碳化問題，是否有安全隱患，都做了大量詳細統(tǒng)計分析：儲煤筒倉內(nèi)立壁粘貼壓延微晶板，應該高于儲煤界面的高度500mm以上，不然煤碳中的酸液體通過虹吸現(xiàn)象，可以從上面滲入筒倉的鋼筋混凝土中產(chǎn)生碳化。計算方法如下：筒倉頂部以落煤口距離筒壁最小值假設(shè)為L，物料（煤）安息角假設(shè)為α,筒倉頂部不需要砌筑阻隔材料的高度假設(shè)為H,可得H=L/tgα-0.5m；板材與板材之間的灰縫也是一個不可忽視的問題，因為灰縫是阻隔材料的薄弱部位，建議控制在3mm以下；粘結(jié)壓延微晶板的膠泥，應該是偏堿性的較為科學，這樣膠泥就不會和混凝土產(chǎn)生碳化作用。
板材與板材之間的灰縫也是一個不可忽視的問題，因為灰縫是阻隔材料的薄弱部位，尤其在錐體部位，2008年以前我局用的壓延微晶板材，都是平面板接縫灰縫都在5毫米以上，不但碳化問題不能解決，而且脫落也很嚴重，為此我們和安徽華慧生產(chǎn)廠家提出要求，能否生產(chǎn)一種帶弧形的壓延微晶版，廠家通過近一年的攻關(guān)研究，終于生產(chǎn)出國內(nèi)首創(chuàng)的壓延微晶弧面板，2009年最先在我公司洗煤廠應用，效果非常顯著，由于弧面板粘貼面大于工作面，板與板之間有自鎖能力，徹底解決了用平面板粘貼弧面部分易脫落的問題。我們建議灰縫控制在3mm以下；粘結(jié)壓延微晶板的膠泥，應該是偏堿性的較為科學，這樣膠泥就不會和混凝土產(chǎn)生碳化作用。
4、結(jié)語
通過以上分析發(fā)現(xiàn)，使用安徽華慧公司生產(chǎn)的壓延微晶板不但可以解決鋼筋混凝土筒倉的磨蝕、物料棚堵等問題，在防止鋼筋混凝土筒倉碳化問題上也有顯著的作用。
參考文獻
[1]中國煤炭建設(shè)協(xié)會.鋼筋混凝土筒倉設(shè)計規(guī)范［S］.北京：中華人民共和國建設(shè)部出版社，2003.35-36.
[2]賈培祥.黑色礦渣微晶玻璃晶化工藝實踐與研究[J].中國玻璃.1994,(4).20-22.
[3]賈培祥.壓延法生產(chǎn)白色礦渣微晶玻璃晶化技術(shù)的改進[J].中國玻璃.1998,(3).11-14.
[4]賈錫永.壓延微晶鑄石生產(chǎn)實踐與研究[J].工業(yè)玻璃和特種玻璃標準化通訊.2011,(2).32-34.
[5]周洪.新材料—微晶鑄石在選煤廠的應用[J].煤質(zhì)技術(shù).2002,(5).27-28.
文章發(fā)表在《能源技術(shù)與管理》雜志2014年第39卷第2期
安徽華慧晶甲微晶材料有限公司