摘 要：煤矸石是采煤過(guò)程和洗煤過(guò)程中排放的固體廢物，是一種在成煤過(guò)程中與煤層伴生的一種堅(jiān)硬巖石。以煤矸石燒結(jié)磚廠(chǎng)廢棄的煤矸石顆粒作為制作透水混凝土的粗骨料，改進(jìn)生產(chǎn)制備工藝制作的煤矸石生態(tài)透水混凝土，不僅能夠提高煤矸石的綜合利用度，其鋪設(shè)的透水路面在補(bǔ)充地下水、降低噪聲污染和光污染、緩解熱島效應(yīng)上具有一定作用。文章通過(guò)對(duì)煤矸石生態(tài)透水混凝土的制備工藝、生態(tài)效益、市場(chǎng)前景進(jìn)行分析，淺析煤矸石透水混凝土在城市建設(shè)的應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：煤矸石 制備工藝 透水混凝土 生態(tài)效益 應(yīng)用價(jià)值

中圖分類(lèi)號(hào)：S891 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）04（a）-0000-00

基金項(xiàng)目：江蘇省教育廳大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（20141998056Y）；徐州工程學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（XCX2014056）；江蘇大學(xué)與徐州工程學(xué)院聯(lián)合培養(yǎng)研究生課題項(xiàng)目資助基金。

作者簡(jiǎn)介：丁權(quán)福（1994—），男，漢，徐州工程學(xué)院土木工程學(xué)院本科在讀，主要從事工程結(jié)構(gòu)與材料方向研究。

引言：

煤矸石是采煤過(guò)程和洗煤過(guò)程中排放的固體廢物，是一種在成煤過(guò)程中與煤層伴生的一種堅(jiān)硬巖石。煤矸石曾一度被棄置不用，造成大范圍污染。隨著科技的發(fā)展，煤矸石的綜合利用成為研究熱點(diǎn)。以煤矸石為粗骨料的透水混凝土提高了煤矸石的利用度，有效改善了煤矸石廢棄產(chǎn)生的污染。其在補(bǔ)充城市地下水、有效緩解地表下沉以及提高城市防洪能力；緩解城市熱島效應(yīng)、降低噪聲污染、改善出行環(huán)境等有諸多生態(tài)效益。

1 煤矸石生態(tài)透水混凝土特點(diǎn)

文章探討的透水混凝土粗骨料來(lái)源主要是煤矸石燒結(jié)磚廠(chǎng)制備煤矸石燒結(jié)磚無(wú)法破碎到5mm以下的煤矸石，這部分煤矸石結(jié)構(gòu)均勻，致密度高，是制備透水混凝土的良好骨料。實(shí)驗(yàn)測(cè)得當(dāng)采用的煤矸石透水混凝土水灰比（W/C）為0.35，骨料粒徑取5—10mm，骨膠比（G/C）為4.5水平時(shí)，骨料采取單粒徑級(jí)配，28天煤矸石透水混凝土強(qiáng)度能夠達(dá)到34.7Mpa，透水系數(shù)為0.49cm/s。在同等強(qiáng)度的條件下，由于煤矸石透水混凝土粗骨料比較堅(jiān)硬、膠結(jié)材強(qiáng)度明顯高于普通混凝土等導(dǎo)致其磨損速度較慢，耐磨性?xún)?yōu)于普通混凝土，滿(mǎn)足抗壓強(qiáng)度的同時(shí)也兼顧了透水性，說(shuō)明利用煤矸石代替天然骨料制備透水混凝土是可行的。

2.煤矸石生態(tài)透水混凝土工程應(yīng)用的生態(tài)效益及價(jià)值分析

2.1改進(jìn)透水混凝土制備工藝，提高煤矸石綜合利用度，減少煤矸石產(chǎn)生的污染

目前為止，由于技術(shù)不完善，地區(qū)發(fā)展不平衡，煤矸石還沒(méi)有得到充分利用，煤矸石對(duì)環(huán)境的影響還很?chē)?yán)重。以徐州為例，作為煤炭開(kāi)采和加工的老工業(yè)基地，在開(kāi)采煤炭資源和洗煤過(guò)程中產(chǎn)生的煤矸石大量堆積得不到充分利用嚴(yán)重污染當(dāng)?shù)丨h(huán)境的問(wèn)題尤為突出。目前國(guó)內(nèi)對(duì)煤矸石的綜合利用主要是局限在回收煤炭和黃鐵礦、用作發(fā)電燃料、道路礦井的充填以及制造煤矸石燒結(jié)磚等。相較于美國(guó)、英國(guó)和德國(guó)等西方國(guó)家煤矸石總利用率達(dá)到90%以上，我國(guó)煤矸石的利用率只有30%。對(duì)不經(jīng)磨碎和直接煅燒的煤矸石的系統(tǒng)研究較少。制作煤矸石透水混凝土粗骨料主要是對(duì)煤矸石燒結(jié)磚廠(chǎng)對(duì)煤矸石粉碎機(jī)破壞較大的，不能破碎至5mm以下的煤矸石進(jìn)行加工再次回收利用，提高了煤矸石綜合利用度。由于取自煤矸石燒結(jié)磚廠(chǎng)的煤矸石顆粒在破碎過(guò)程中，產(chǎn)生許多微細(xì)粉末，包裹在破碎后的碎塊上。這種粉末成分復(fù)雜，主要包括碳粉、砂灰、粉塵以及其他雜物，在混凝土的凝結(jié)過(guò)程中影響水泥與骨料的結(jié)合界面。另外，這些粉塵以細(xì)骨料形式進(jìn)入透水混凝土，嚴(yán)重影響透水混凝土的透水性能?？蓪?duì)制備工藝進(jìn)行改善，用水沖洗煤矸石骨料，得到較為純凈的煤矸石顆粒作為制備透水混凝土的材料，對(duì)沖洗的廢水進(jìn)行沉淀、澄清處理后，回收的渣泥又可以成為燒結(jié)磚的良好原料，水可以作為燒結(jié)磚的用水，最大程度提高了對(duì)煤矸石的利用[1]。

2.2煤矸石透水混凝土工程應(yīng)用的生態(tài)效益及價(jià)值分析

目前透水混凝土的原材料特別是砂石料的選擇仍然以沙石為主，隨著我國(guó)生態(tài)混凝土的推廣應(yīng)用，沙石的需求量越來(lái)越大，需要大量開(kāi)山采石以及淘沙，嚴(yán)重破壞了生態(tài)環(huán)境。徐州過(guò)去開(kāi)采煤炭和洗煤使得徐州煤礦區(qū)煤矸石大量堆積，煤矸石資源豐富。在徐州建設(shè)工程推廣應(yīng)用煤矸石生態(tài)透水混凝土，在解決煤矸石堆積產(chǎn)生的污染同時(shí)，也減少了對(duì)開(kāi)山采石的作業(yè)量，有效保護(hù)了生態(tài)環(huán)境。徐州是我們國(guó)家嚴(yán)重缺水的40個(gè)城市之一，加之過(guò)去的嚴(yán)重開(kāi)采煤炭資源和水資源使得徐州地區(qū)地表下沉尤為突出。徐州九里湖就是因?yàn)檫^(guò)度開(kāi)采煤炭資源而導(dǎo)致地表下沉形成的自然湖的典型案例。煤矸石生態(tài)透水混凝土路面可以強(qiáng)化城市排水能力，吸收補(bǔ)充地下水緩解徐州地表下沉，當(dāng)降雨集中時(shí)形成天然城市排水管網(wǎng)系統(tǒng)，從而減輕過(guò)度的降水量給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及人民生活造成的危害。將煤矸石生態(tài)透水混凝土應(yīng)用于小區(qū)人行道、停車(chē)場(chǎng)、廣場(chǎng)道路，其能夠?qū)⑷肷涞酵杆炷羶?nèi)部的聲波轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和熱能消耗掉，從而達(dá)到降噪效果。根據(jù)地區(qū)特點(diǎn)，利用煤矸石透水混凝土產(chǎn)生的生態(tài)效益是巨大的。

以徐州新城區(qū)工程總量為12000㎡的某市民廣場(chǎng)建設(shè)為例，廣場(chǎng)透水混凝土路面采用30mm厚粒徑為5mm的C30露骨料煤矸石生態(tài)透水混凝土面層和100mm厚粒徑為10mm的C25煤矸石生態(tài)透水混凝土底層構(gòu)成。廣場(chǎng)人行道采用煤矸石透水燒結(jié)磚。透水磚取自徐州某新型建材有限公司年產(chǎn)6000萬(wàn)標(biāo)塊的煤矸石燒結(jié)磚，透水混凝土骨料采用該公司利用制造煤矸石燒結(jié)磚無(wú)法破碎至5mm以下的清洗過(guò)后的堅(jiān)硬煤矸石，透水混凝土采取現(xiàn)場(chǎng)加工制備。由于透水混凝土骨料是來(lái)自本地煤矸石燒結(jié)磚廠(chǎng)回收利用的煤矸石，骨料運(yùn)輸和加工成本較天然沙石較低，具有一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。建成后的廣場(chǎng)由于采用透水鋪裝，相當(dāng)于一個(gè)隱形的蓄水池。即使達(dá)到中到大的降水量，廣場(chǎng)能夠迅速吸收降水，不會(huì)造成地表大的徑流，減輕了廣場(chǎng)的排水系統(tǒng)的壓力。利用煤矸石透水混凝土大量連通的細(xì)密孔隙，這些細(xì)密孔隙可以使水、空氣自由滲透進(jìn)入土壤，水氣、光熱和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在路面和土壤之間的交換可以提供動(dòng)植物一個(gè)良好的生長(zhǎng)及生存環(huán)境[2]。這使得廣場(chǎng)綠化減少了人工養(yǎng)護(hù)成本。廣場(chǎng)的透水鋪裝有效地吸收了城市交通產(chǎn)生的噪聲，給市民創(chuàng)造了舒適安靜的環(huán)境。

3.煤矸石透水混凝土應(yīng)用前景分析

由于作為路面材料的透水混凝土要滿(mǎn)足強(qiáng)度、透水性、耐磨性、施工性能及景觀(guān)性能等諸多要求，國(guó)內(nèi)研究的透水混凝土一般還只能應(yīng)用在輕載路面上，相較于普通混凝土應(yīng)用范圍不廣泛。我國(guó)對(duì)透水混凝土基本理論研究方面還缺乏系統(tǒng)性，較日本實(shí)現(xiàn)了透水混凝土的工業(yè)化生產(chǎn)和全機(jī)械化施工，我國(guó)還是以人工和小型機(jī)械為主。煤矸石生態(tài)透水混凝土從制備工藝和施工工藝等方面研究突破透水混凝土技術(shù)瓶頸，不僅在抗壓強(qiáng)度上滿(mǎn)足一般輕載路面要求，而且煤矸石是親水材料更加有利于涵養(yǎng)水分，其透水性、耐磨性良好，是一種新型透水混凝土。加以進(jìn)一步研究改進(jìn)煤矸石透水混凝土，必定將會(huì)在交通工程上發(fā)揮著更加重要的作用。

目前透水混凝土主要應(yīng)用在公園道路、休閑廣場(chǎng)、人行道、停車(chē)場(chǎng)等市政輕載路面及護(hù)岸護(hù)坡等水利工程上，技術(shù)較為先進(jìn)的國(guó)家也嘗試在高速公路的路肩使用透水混凝土。近年來(lái)提倡城市建設(shè)應(yīng)結(jié)合生態(tài)建設(shè)加之透水混凝土的技術(shù)漸于成熟，北京奧運(yùn)工程、上海世博園工程、西安大明宮工程、南京仙林大學(xué)城的透水路面等工程的應(yīng)用為透水混凝土的應(yīng)用提供了成功案例。隨著對(duì)施工技術(shù)、試驗(yàn)檢測(cè)方法、機(jī)理研究和標(biāo)準(zhǔn)制定的步伐加快，而且與雨水利用、水質(zhì)凈化、景觀(guān)和環(huán)境綠化技術(shù)等集成的成套化技術(shù)已經(jīng)逐漸形成，透水混凝土顯示出廣闊的市場(chǎng)空間。很多高校、科研院所研究機(jī)構(gòu)都投入透水混凝土這樣環(huán)保建材研究隊(duì)伍當(dāng)中，“十二五”期間我國(guó)投入近萬(wàn)億元用于綠色環(huán)保建筑發(fā)展，拉動(dòng)包括環(huán)保建材行業(yè)在內(nèi)的一系列行業(yè)發(fā)展，透水混凝土作為綠色環(huán)保建材其市場(chǎng)規(guī)模十分樂(lè)觀(guān)，而煤矸石生態(tài)透水混凝土作為新型透水混凝土建材必將在未來(lái)城市建設(shè)發(fā)展當(dāng)中起到舉足輕重的作用。

4 結(jié)語(yǔ)

用煤矸石作為粗骨料制備的透水混凝土其性能滿(mǎn)足一般透水混凝土路面的要求。制備工藝的改進(jìn)提高了煤矸石的綜合利用，有效改善了煤矸石產(chǎn)生的環(huán)境污染。其多孔的物理性質(zhì)能夠讓城市“自由呼吸”，產(chǎn)生一定的生態(tài)效益，具有廣闊的應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] 曹露春，張志軍.煤矸石生態(tài)混凝土透水性及抗壓強(qiáng)度研究[J].福建建材，2013年07期.

[2] 宋中南，石云興.透水混凝土及其應(yīng)用技術(shù)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社.2011.

[3] 趙紅軍.透水混凝土生態(tài)環(huán)境效益分析[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇，2012年第11卷.

[4] 戴天興.城市環(huán)境生態(tài)學(xué)[M].北京：中國(guó)建材工業(yè)出版社，2002：197—199.