陳遠環(huán)（東莞市裕燊混凝土有限公司）

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自燃煤矸石骨料附加水量和預濕時間對混凝土的影響

陳遠環(huán)
（東莞市裕燊混凝土有限公司）

【摘要】煤矸石是采煤過程和洗煤過程中排放的固體廢物，是一種在成煤過程中與煤層伴生的一種含碳量較低、比煤堅硬的黑灰色巖石。作為煤炭工業(yè)伴生的廢棄物不僅堆積占地，而且還能自燃污染空氣或引起火災?？蒲腥藛T在建筑材料、制取化工產(chǎn)品和提煉貴重金屬方面作了大量的研究；相關的研究發(fā)現(xiàn)，煤矸石骨料取代傳統(tǒng)的砂石，采取措施來進行預拌混凝土的配制，混凝土的工作性和強度基本達到天然骨料的效果。因此，本文對預拌混凝土中煤矸石骨料的附加水量和預濕時間作了一定的分析。

【關鍵詞】煤矸石；骨料；預拌混凝土；附加水；預濕

煤矸石骨料在預拌混凝土中的應用，還是存在一些問題，例如：①自燃煤矸石的孔隙相對較大，所以作為骨料吸水率比較高，在攪拌過程中，會吸收大量的水，導致混凝土拌合物出現(xiàn)干稠現(xiàn)象，而且在具體的施工中，容易出現(xiàn)坍落度的經(jīng)時損失嚴重，不一定能滿足施工要求。②自燃煤矸石骨料的表面結(jié)構、粒形、級配和具體的強度方面和傳統(tǒng)的砂石存在較大的差別，而且密度介于天然骨料和輕骨料之間，密實度較普通混凝土差。③具體的實踐中發(fā)現(xiàn)，煤矸石由于母巖的特征不適宜應用于高強混凝土，一般研究不超過C40的混凝土。④有研究表明通過控制好附加水和預濕時間，使用高效減水劑配置出的煤矸石骨料混凝土抗壓、抗折、劈裂強度基本與天然骨料接近，但彈性模量稍低于天然骨料混凝土。

1　實驗部分

1.1原材料的性能

⑴自燃煤矸石粗集料：進行人工級配和篩分，表觀密度2300kg/m3；

⑵自燃煤矸砂：細度模數(shù)Mx數(shù)值為2.76；

⑶膠凝材料：P.O42.5R水泥，密度為3000kg/m3，粉煤灰為Ⅱ級，密度達到2720kg/m3；

⑷天然砂：選擇當?shù)氐暮由?，含泥量?.8%；

⑸天然碎石：石灰?guī)r，具體的粒徑在5～26.5mm，級配合格；

⑹自來水；

⑺減水劑：萘系高效減水劑，減水率達到15%～17%。

1.2實驗的方法

對自燃煤矸石、煤矸砂在配置中的用水量和預濕時間作為主要的影響因素，按照普通的混凝土配合比設計方法，采用兩組配置方法，一組為煤矸砂+天然碎石，另外一組采用自燃煤矸石+天然河砂進行組合集料，配置C30等級強度的混凝土［1］。同時，S系列的混凝土為天然碎石+自燃煤矸石，G系列的混凝土采用自然煤矸石+天然河沙。另外，附加水質(zhì)量=集料質(zhì)量×煤矸石的吸水率×K。

⑴對自然煤矸石、煤矸砂的附加水情況，對k的取值一般按照0、0.2、0.4、0.6、0.8和1的標準進行，同時，預濕的時間為10min。進行一定的實驗對比，選擇出工作性和強度能夠滿足要求的附加用水量。

⑵在選出的附加水中，加入自燃煤矸石和自燃煤矸砂，將具體的預濕時間看做變量，具體分為10min、30min、60min和80min四個階段，進行實驗對比，選出強度和工作性較為理想的自燃煤矸石、自燃煤矸砂的預濕時間。

1.3試驗配合比和試驗的步驟

在具體的實驗中，自燃煤矸石的幾種級配對技術方面的性質(zhì)出入不大，所以，一般可以選取比較簡單、沒有進行組配的自燃煤矸石作為一種粗集料。實驗的具體步驟可以分為以下幾個方面：

⑴將實驗前稱量好的附加水，摻入一定量的煤矸石和煤矸砂集料進行均勻的攪拌。經(jīng)過一定的預濕時間后，加入對應的天然集料，包括粗集料和細集料，拌合1.5min。同時，再摻入一定量的膠凝材料，拌合1.5min。最后，還需要加入稀釋過的減水劑溶液，攪拌時間在2min左右。

⑵根據(jù)混凝土拌合物性能試驗方法，檢測拌合物的工作性能。

⑶根據(jù)混凝土力學性能的檢測標準，檢測拌合物的強度。同時，對成型的試件進行編號，放置在標準養(yǎng)護室養(yǎng)護，對抗壓、抗折、劈裂強度和彈性模量做檢測。

2　實驗的結(jié)果和分析

2.1附加水對自燃煤矸石混凝土拌合物坍落度的影響

在實驗中，隨著附加水的逐漸增加，混合物的坍落度會出現(xiàn)比較明顯的增大，而且，一般最初的增幅都比較大，但是隨著自燃煤矸石或者是煤矸砂集料吸水逐漸飽和，坍落度的變化開始減?。?］。在S系列的混凝土中，當K值達到0.4時，拌合物的坍落度會達到150mm；當k值為0.6時，坍落度為160mm；另外，k值達到0.8時，拌合物的坍落度就達到了170mm。由于附加水的增加，會導致S系列混凝土強度的降低，而且下降幅度比較大，經(jīng)過分析，在附加水量中K值取0.6比較合理。同時，在G系列的拌合過程中，K取值0.6，拌合物的坍落度會達到130mm；在k取值為1時，拌合物的坍落度就能夠達到190mm。而且G系列的混凝土隨著附加水的增加，強度的下降幅度不是很大，而且吸水量和吸水時間也比較長，所以，經(jīng)過分析，K取值為0.8時，結(jié)果比較合理［3］。

2.2附加水對自燃煤矸石混凝土強度的影響

由于自燃煤矸石在集料的附加水方面存在不同，所以，也導致了混凝土產(chǎn)生強度不同的實驗結(jié)果。而且在附加用水量的增加方面，不論是S系列還是G系列的混凝土，拌合物的強度都會呈現(xiàn)降低的趨勢。如圖1、圖2所示。

圖1　自燃煤矸石集料附加水和強度的關系

圖2　自燃煤矸石集料附加水與混凝土劈拉強度的關系

而且，在自燃矸砂配制的混凝土拌合物中，附水量的增加，會導致抗壓強度出現(xiàn)幅度較大的降低。同時，附水量的增加，拌合物的劈拉強度呈現(xiàn)出了下降趨勢，但是當k值為0.6時，會出現(xiàn)上升的峰值［4］。另外，在G系列的拌合物中，附水量的增加，隨著時間的變化，強度和劈拉強度的變化幅度都相對較小，而且在k值為0.8時，與沒有加入附加水的強度相差不大。

在對混凝土流動性惡化強度方面的考慮中，自燃煤矸砂的附加水中k取值為0.6以及自燃煤矸石附加水值k取0.8時，產(chǎn)生的結(jié)果比較理想。

2.3自燃煤矸石預濕時間對拌合物坍落度的影響

在S系列中，自燃煤矸砂的附加水根據(jù)吸水率的60%加入，對G系列的自燃煤矸石的附水量根據(jù)吸水率為80%加入，自燃煤矸砂和煤矸石的預濕時間也會表現(xiàn)出不同的變化趨勢。如圖3所示：

圖3　自燃煤矸石對混凝土坍落度的影響

從圖3可以看出，自燃煤矸石的選擇中，不論是粗料還是細料，附加水預濕的時間越長，拌合物的坍落度就會呈現(xiàn)出增大的趨勢。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的主要原因就是，由于自燃煤矸石的空隙比較大，在預濕過程中，預濕的時間較長，集料吸附的水量就會越大［5］。所以，最后會導致混凝土拌合物的坍落度增大。

2.4自燃煤矸石預濕時間對混凝土強度的影響

在實驗中，對兩種系列的混凝土，集料隨著預濕時間的增加，混凝土的抗壓強度也會表現(xiàn)出不同的變化趨勢，具體如圖4所示：

圖4　自燃煤矸石預濕時間和強度之間的關系

從圖中可以看出，G系列的混凝土在預濕時間增加的過程中，混凝土拌合物的抗壓強度出現(xiàn)了遞增的趨勢。在實驗中，主要考慮的原因包括：①G系列的混凝土中，自燃煤矸石粗集料的粒徑比較大，所以，吸水預濕時間相對較長，導致附加水被集料吸收的概率增大，最終造成集料附近的水灰比變小，促進了混凝土的強度增長。②S系列的混凝土，由于集料的粒徑比較小，在較短的時間內(nèi)容易出現(xiàn)吸水飽和，所以預濕時間對其影響不太大。

3　結(jié)語

在使用自燃煤矸石骨料作為混凝土拌合物的應用中，代替了傳統(tǒng)的砂石，配制流動性較強的C30混凝土有一定的優(yōu)勢。而且，通過實驗分析可以發(fā)現(xiàn)，采用天然碎石+自燃煤矸石進行拌合，配制混凝土，可以對附加水按k取0.6加入，預濕時間控制在10min左右，可以滿足強度和流動性要求。實驗中，對另外一種自燃煤矸石+天然河砂集料配制的拌合物，一般對附加水按k取0.8加入，預濕時間控制在60min左右，可保證混凝土的強度和流動性?！?/p>

【參考文獻】

［1］周梅，趙華民，路其林，浦倍超.自燃煤矸石集料預處理對混凝土工作性及強度影響［J］.工業(yè)建筑，2014，12∶113-117.

［2］周梅，趙華民，王然，陳沖，瞿宏霖.摻合料對自燃煤矸石砂輕混凝土抗?jié)B和抗凍影響［J］.硅酸鹽通報，2015，01∶131-137.

［3］周梅，李高年，張倩，崔翰博.自燃煤矸石骨料在預拌混凝土中的應用研究［J］.建筑材料學報，2015，05∶830-835.

［4］李永靖，閆宣澎，郭瑞琪，周梅.自燃煤矸石全輕混凝土拌合物坍落度經(jīng)時損失試驗研究［J］.硅酸鹽通報，2013，04∶727-731.

［5］周梅，田博宇，王強，牟爽，浦倍超.自燃煤矸石粗集料對砂輕混凝土性能影響的試驗研究［J］.硅酸鹽通報，2013，11∶2231-2237.