摘 要：隨著我國工業(yè)的發(fā)展，工業(yè)廢棄物越來越多。煤矸石是我國工業(yè)中最常見的工業(yè)廢棄物。因其在工業(yè)中的重要性，對煤矸石微觀結(jié)構(gòu)和物理力學(xué)性的研究一直沒有停下腳步。煤矸石是煤礦生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢渣，如果處置不當(dāng)，會對環(huán)境造成很大的污染。如何根據(jù)對其微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的研究，加強(qiáng)煤矸石的集料功能，是一個(gè)值得探討的問題。本文簡單介紹了煤矸石作為混凝土集料的微觀結(jié)構(gòu)及物理力學(xué)性能，以期能為煤矸石研究的進(jìn)步提供參考。

關(guān)鍵詞：煤矸石；混凝土；微觀結(jié)構(gòu)；物理力學(xué)性能

中圖分類號：TQ178 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）10（b）-0000-00

1 煤矸石作為集料混凝土的微觀結(jié)構(gòu)研究現(xiàn)狀

1.1煤矸石微觀結(jié)構(gòu)研究存在的問題

應(yīng)工業(yè)化的發(fā)展要求，我國各個(gè)地方的專家在研究煤矸石的微觀結(jié)構(gòu)上都取得了不同程度的成績，不同專家也都在各自的研究領(lǐng)域做出了貢獻(xiàn)。但是由于多種因素影響，我國煤矸石微觀結(jié)構(gòu)研究現(xiàn)狀仍然面臨很多問題。主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：一是現(xiàn)存的研究大多是對煤矸石宏觀結(jié)構(gòu)的研究，而很少有關(guān)于細(xì)微觀結(jié)構(gòu)的深入研究。在微觀形貌特征、孔結(jié)構(gòu)等方面的研究幾乎是空白的。二是煤矸石活性對水泥混凝土的影響研究存在很大的缺陷。三是對非自燃煤矸石作為混凝土集料的研究不足。關(guān)于自燃煤矸石的研究在這一領(lǐng)域并不少見，因?yàn)樽匀济喉肥情L期以來煤礦生產(chǎn)中常見的基礎(chǔ)物資。但是隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，非自燃煤矸石會越來越廣泛地使用到煤礦生產(chǎn)中去。而目前對于非自燃煤矸石的微觀結(jié)構(gòu)與物理力學(xué)性能之間聯(lián)系的研究成果寥寥無幾[1]。

1.2煤矸石集料的界面微觀研究

穩(wěn)定的界面結(jié)構(gòu)是煤矸石集料優(yōu)異性能的重要保障。煤矸石作為混凝土集料使用時(shí)，有一些其他集料所沒有的特點(diǎn)。這些特點(diǎn)進(jìn)一步對水泥石基體的界面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，形成界面結(jié)構(gòu)的獨(dú)特面貌。這些基本特征表現(xiàn)為：與普通集料不同的是，煤矸石集料有多達(dá)40多種化學(xué)元素，也因此增加了煤矸石集料的復(fù)雜性。給研究煤矸石集料的化學(xué)結(jié)構(gòu)變化增添了很多不便和困難。自燃煤矸石本身的特性使得活性反應(yīng)對界面結(jié)構(gòu)造成影響。由于煤矸石集料的孔結(jié)構(gòu)比一般集料更特殊，煤矸石集料擁有更多可吸水的孔結(jié)構(gòu)，能夠吸收大量水泥漿中的水分，導(dǎo)致其界面結(jié)構(gòu)與普通集料界面的過渡區(qū)有明顯的差異。煤矸石界面結(jié)構(gòu)是微觀研究的一個(gè)重要課題，應(yīng)當(dāng)給予足夠的重視。在實(shí)驗(yàn)中，可以借助顯微硬度儀、金相顯微鏡對煤矸石的界面結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察分析，開展更深入的研究。

另一方面，煤矸石界面微觀形貌研究也是集料微觀結(jié)構(gòu)研究的重要組成部分。利用掃描儀器，可以在實(shí)驗(yàn)中得到結(jié)論：與自燃煤矸石相比，非自燃煤矸石具有更加良好的界面結(jié)構(gòu)。因?yàn)榉亲匀济喉肥亩嗫捉Y(jié)構(gòu)和內(nèi)部幾乎沒有細(xì)碎裂縫的表現(xiàn)，使得其界面結(jié)構(gòu)十分平滑，集料與水泥的粘合度非常高。相反，自燃煤矸石則結(jié)構(gòu)疏松，不能與水泥石基體進(jìn)行緊密的結(jié)合。在實(shí)際使用中，可能會出現(xiàn)因強(qiáng)度太低、抗壓性能弱而導(dǎo)致集料折損的情況。煤矸石的界面微觀形貌會受到不同因素的影響，其中比較常見的是水灰比、集料預(yù)濕處理兩大因素。水灰比取決于水泥中水的含量，對集料的強(qiáng)度、性能都有至關(guān)重要的影響。實(shí)驗(yàn)證明，水灰比高的條件下，煤矸石集料的水化反應(yīng)更為強(qiáng)烈，水化物能夠充分地填充界面結(jié)構(gòu)之間的空隙，形成更高的水泥強(qiáng)度。預(yù)濕處理能夠在實(shí)驗(yàn)中改善集料的吸水狀況，從而通過預(yù)濕處理方式強(qiáng)化水泥混凝土的硬度[2]。

2 煤矸石的物理力學(xué)性能

2.1影響煤矸石力學(xué)性能的因素

煤矸石的力學(xué)性能主要是從宏觀層面和微觀層面兩個(gè)不同角度進(jìn)行研究的。其力學(xué)性能會因?yàn)椴煌膬?nèi)、外部條件，而產(chǎn)生不同的性能效果。這些條件大致有以下幾種：（1）煤矸石的不同種類會使物理力學(xué)性能產(chǎn)生不同的結(jié)果。通過微觀觀察，可以得知非自燃煤矸石的結(jié)構(gòu)更為細(xì)密，而自燃煤矸石因?yàn)樵谌紵^程會發(fā)生膨脹，并伴隨著一些成分的揮發(fā)，因此結(jié)構(gòu)顯得更為疏松。因?yàn)閮煞N煤矸石的結(jié)構(gòu)各異，在保證其他條件都相同的情況，兩者的活性反應(yīng)程度也不相同。（2）養(yǎng)護(hù)條件。水泥混凝土十分容易受到外界環(huán)境的影響。因此，保持適宜的養(yǎng)護(hù)溫度，做好水泥混凝土的養(yǎng)護(hù)工作對于保證水泥的質(zhì)量和作用十分關(guān)鍵。最理想的情況是將水泥放置在最合適的標(biāo)準(zhǔn)條件下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，以使水化物充分地、均勻地分散到水泥顆粒的間隙之中，從而形成水泥混凝土所需的致密結(jié)構(gòu)。這樣的水泥強(qiáng)度高、抗壓性好，十分適合作為建筑材料。如果養(yǎng)護(hù)溫度過高，則會導(dǎo)致水化物在早期形成階段過度揮發(fā)，而造成水泥結(jié)構(gòu)蓬松。集料有可能會出現(xiàn)細(xì)微裂縫，從而降低了水泥的抗壓強(qiáng)度，增加了水泥發(fā)生液體滲透的可能性。（3）顆粒配級?；炷亮己玫牧W(xué)性能也取決于合理的顆粒配級。在固定的水灰比下，大粒徑與中間級顆粒及小粒徑之間的比例會直接影響水泥混凝土的強(qiáng)度。顆粒分配不均勻使得混凝土密度不均，無法在使用中承受重壓。（4）煤矸石預(yù)處理方式。是否對煤矸石集料進(jìn)行預(yù)濕處理也對混凝土的力學(xué)性能有一定影響。自燃煤矸石本身孔結(jié)構(gòu)比較發(fā)達(dá)，有更高的吸水率。未經(jīng)預(yù)濕的自燃煤矸石會吸收大量水泥基體內(nèi)部的水分，降低混凝土的抗壓性能。而經(jīng)過一定時(shí)間預(yù)濕的自燃煤矸石，因?yàn)橥獠凯h(huán)境一直保持著一定的水分和濕度，則不會吸收內(nèi)部水分。集料內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊湊，保證了混凝土的強(qiáng)度[3]。

2.2煤矸石集料的選用標(biāo)準(zhǔn)

煤矸石作為一種混凝土用的集料，其力學(xué)性能的優(yōu)良程度取決于多重因素。為了盡量保證煤矸石作為集料使用時(shí)的正常功能，在進(jìn)行煤矸石選擇時(shí)有一些通用的標(biāo)準(zhǔn)。（1）巖石特性。通過上文對自燃煤矸石和非自燃煤矸石不同性能的分析，可以得出結(jié)論：影響煤矸石宏觀性能和微觀結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵因素還是煤矸石自身的特性。而巖石特性是煤矸石最重要的性能基礎(chǔ)。按照巖石特性進(jìn)行的分類，一般有以下幾種：砂巖矸石、土巖煤矸石、粉砂巖矸石、鋁質(zhì)矸石和鈣質(zhì)矸石。這些類型的矸石各有其特點(diǎn)，適合不同的用途。當(dāng)然，作為混凝土集料，應(yīng)當(dāng)采用強(qiáng)度大、硬度高的矸石。（2）嚴(yán)格控制煤矸石集料中的針片狀含量。針片狀顆粒廣泛存在于集料形成和破碎的過程中。這種顆粒會使集料表面出現(xiàn)不同程度的尖角，而尖角又很容易發(fā)生碎裂，影響到集料的強(qiáng)度和使用效果。（3）保持煤矸石集料與水泥基體之間的強(qiáng)度一致。煤矸石集料的強(qiáng)度與水泥基體的強(qiáng)度越接近，則混凝土性能越好。同時(shí)還要注意其他幾個(gè)原則。進(jìn)行集料預(yù)濕處理時(shí)，要把控好時(shí)間。時(shí)間太短則達(dá)不到預(yù)濕的效果；但如果時(shí)間過長，則會出現(xiàn)預(yù)濕過于飽和的現(xiàn)象，不利于優(yōu)化集料的性能。要選擇適當(dāng)?shù)募霞壟?，并采用適宜的養(yǎng)護(hù)條件，以增加集料強(qiáng)度。

3 結(jié)束語

綜上所述，煤矸石作為混凝土用集料有十分廣泛的用途。考慮到影響煤矸石物理力學(xué)性能的幾大因素，要根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的煤矸石，滿足混凝土用集料的強(qiáng)度要求。深入對煤矸石微觀結(jié)構(gòu)的研究還有很大的提升空間，也具有很大的科學(xué)價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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