解析阜新煤矸石混凝土的抗壓試驗(yàn)研究

　　摘 要：本論文從固體廢棄物的綜合利用角度出發(fā)，利用當(dāng)?shù)刎S富的煤矸石資源制備混凝土。并與用普通天然骨料制備的混凝土相對比的方式，從力學(xué)性能方面探討了煤矸石作為混凝土用骨料實(shí)際應(yīng)用的可行性。試驗(yàn)研究結(jié)果表明，100%煤矸石混凝土的力學(xué)性能與普通混凝土相比并沒有顯著降低，單從力學(xué)性能上看，煤矸石作為混凝土用骨料的應(yīng)用完全是可能的。

　　關(guān)鍵詞：煤矸石；力學(xué)性能；固體廢棄物

　　0 引言

　　煤是我國最重要能源。煤矸石是一種在煤炭形成過程中與煤伴、共生的巖石，是在煤炭開采和加工過程中排放出的固體廢棄物，約占煤產(chǎn)量的10%左右。這些煤矸石數(shù)量巨大，堆積如山，煤矸石山已成為我國煤礦的一個(gè)特有標(biāo)志。目前我國有煤矸石山1500 多座，累計(jì)堆存量己達(dá)30 多億噸，占地1.3 萬公頃，并隨著煤炭工業(yè)的發(fā)展以每年1.0～1.3 億噸的速度增加[1]。

　　這些煤矸石不僅占用了大量土地和農(nóng)田，而且也造成了不同程度的環(huán)境污染，煤矸石山坡也時(shí)常發(fā)生坍滑、坍塌，造成人員傷亡事故。因此，如何將煤矸石資源化綜合利用，不但可以減少環(huán)境污染，降低環(huán)境污染負(fù)荷，保護(hù)和改善環(huán)境，節(jié)約能源，而且還可以造福子孫后代[2]。

　　本文的研究目的就在于利用當(dāng)?shù)刎S富的固體廢棄物煤矸石資源，制備混凝土。并與用普通天然骨料制備的混凝土相對比的方式，從力學(xué)性能方面探討了煤矸石作為混凝土用骨料實(shí)際應(yīng)用的可能性。

　　1. 試驗(yàn)原材料

　　1.1 水泥

　　水泥采用河北省唐山冀東水泥廠生產(chǎn)的盾石牌P.O42.5 普通硅酸鹽水泥。

　　1.2 砂子

　　采用阜新市他本鎮(zhèn)他本河中砂，堆積密度為1.55 g/cm3。

　　1.3 水

　　試驗(yàn)用水采用普通飲用自來水。

　　1.4 煤矸石

　　本次試驗(yàn)研究選用的是阜新高德礦區(qū)的自燃煤矸石。

　　2. 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

　　2.1 試驗(yàn)配合比

　　本文試驗(yàn)主要測試試件7 天，28 天，56 天抗壓強(qiáng)度。試驗(yàn)在遼寧工程技術(shù)大學(xué)建材實(shí)驗(yàn)室完成。試驗(yàn)中各試件成型參數(shù)、數(shù)量、質(zhì)量、養(yǎng)護(hù)條件及測試內(nèi)容，參照《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法》[3]。

　　2.2 試驗(yàn)結(jié)果

　　結(jié)果所示各齡期混凝土的抗壓強(qiáng)度。

　　3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

　　3.1 試驗(yàn)結(jié)果

　　從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，自燃煤矸石混凝土抗壓強(qiáng)度隨著齡期的增長而增長，與普通混凝土相比，7 天強(qiáng)度提高了5.5%，28 天強(qiáng)度提高了6.2%，56 天強(qiáng)度增長7.0%。

　　3.2 自燃煤矸石強(qiáng)度增長機(jī)理分析

　　自燃煤矸石混凝土由于采用多孔的煤矸石，其組成與結(jié)構(gòu)與普通混凝土相比發(fā)生了明顯的變化。普通高強(qiáng)水泥混凝土界面過渡區(qū)富集Ca(OH)2 晶體量多于水泥石基體，界面區(qū)存在Ca(OH)2 富集現(xiàn)象，使界面區(qū)存在較多的裂紋和孔洞。在輕骨料混凝土中存在兩種微孔微管系統(tǒng)，即水泥石中的微孔微管系統(tǒng)和多孔骨料中的微孔微管系統(tǒng)。輕骨料的微孔、微管系統(tǒng)在新拌混凝土中具有吸水和供水作用。吸水作用使得輕骨料附近處于局部低水灰比狀態(tài)，因此減少或避免了骨料下部由于內(nèi)分層作用而形成的“水囊”，避免了界面處Ca(OH)2 的富集和定向排列，提高了骨料與水泥石的界面粘結(jié)力供水作用使得骨料附近的水泥石能夠水化充分，從而增加了骨料表面附近水泥石的密實(shí)性。界面區(qū)基本沒有裂紋，水泥水化產(chǎn)物嵌入輕骨料內(nèi)，形成了水泥與輕骨料“嵌套”在一起的整體結(jié)構(gòu)。因此，水泥石與輕骨料具有很好的界面粘結(jié)，大大改善了界面結(jié)構(gòu)。輕骨料混凝土的這種特殊的界面結(jié)構(gòu)是其比普通混凝土早期強(qiáng)度發(fā)展快的主要原因。

　　4 結(jié)論

　　1．煤矸石混凝土的7 天抗壓強(qiáng)度以及28 天抗壓強(qiáng)度都能達(dá)到普通混凝土的抗壓強(qiáng)度。

　　2．煤矸石混凝土的早期強(qiáng)度與后期強(qiáng)度增長數(shù)度較快，與普通混凝土并沒有多大異，從力學(xué)性能上看，煤矸石作為混凝土用骨料應(yīng)用是完全可行的。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1] 王福元，吳正嚴(yán), 粉煤灰利用手冊，中國電力出版社，2004.10

　　[2] 錢覺時(shí)，粉煤灰特性與粉煤灰混凝土，科學(xué)出版社，2002.5

　　[3] 王忠德，張彩霞等. 應(yīng)用建筑材料試驗(yàn)手冊，中國建筑工業(yè)出版社，2006.

作者: 崔正龍 汪振雙