張斌斌，秦 原，謝 剛

江西省建筑材料工業(yè)科學(xué)研究設(shè)計院，江西 南昌 330001

0 引言

煤矸石是和煤炭相伴而生的巖石，其大量堆放可能會導(dǎo)致火災(zāi)的發(fā)生，長時間的堆放還會引發(fā)地下水污染［1-2］。由于煤矸石結(jié)構(gòu)致密的特征，研究人員發(fā)現(xiàn)將煤矸石替代混凝土中的粗骨料，可實現(xiàn)煤矸石的廢物利用，而且還會改善混凝土的抗?jié)B性能和其他的力學(xué)性能［3-4］。如果選擇合理的混凝土配合比和適當(dāng)采用減水劑，煤矸石混凝土的抗?jié)B性能較其他混凝土也有較強(qiáng)的優(yōu)勢。

下面，將從煤矸石的組成成分、煤矸石混凝土抗?jié)B性能和力學(xué)性能這三個角度系統(tǒng)的介紹影響煤矸石混凝土性能的因素，希望能夠推動煤矸石混凝土在實際工程中的大量應(yīng)用。

1 煤矸石的基本成分

1.1 化學(xué)成分

可以通過使用德國 Bruker 公司生產(chǎn)的 S4 型 X 射線熒光光譜分析儀對煤矸石的化學(xué)成分進(jìn)行分析。分析結(jié)果表明：煤矸石的主要化學(xué)成分是二氧化硅和氧化鋁，二者的占比分別為47%和16%。其他化學(xué)成分主要有氧化鐵、氧化鈣、氧化鎂和氧化鈉。

1.2 礦物分析

礦物成分主要有白云母、高嶺石和綠泥石。從礦物成分而言，煤矸石耐磨和抗風(fēng)化能力強(qiáng)，適合充當(dāng)粗骨料用于混凝土的配制中，是一種理想的粗骨料。

2 煤矸石混凝土的抗?jié)B性能

2.1 影響因素

影響抗?jié)B性能的因素主要有：水灰比，硅灰的摻量，煤矸石的摻量，減水劑的比例。很多學(xué)者系統(tǒng)分析了這四個因素對煤矸石混凝土抗?jié)B性能的影響大小，并得到了很多有價值的結(jié)論。

2.2 水灰比的影響

水灰比是指混凝土中水和水泥之間的配合比關(guān)系，也稱為水膠比。水膠比越大，表明混凝土中的水份就會越多，而水份多會引起混凝土中孔隙增多，這樣就會導(dǎo)致混凝土抗?jié)B性和耐久性變差。因此煤矸石混凝土的抗?jié)B性能跟水灰比的大小成反比，也就是說，要想提高煤矸石混凝土的抗?jié)B性能，就應(yīng)該降低水灰比。

2.3 硅灰摻量的影響

硅灰這種摻合料具有活性，能夠與混凝土內(nèi)部的堿性物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，改變了混凝土內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)，可以改善混凝土的抗?jié)B性能。但是據(jù)以前的研究可以發(fā)現(xiàn)，硅灰對混凝土抗?jié)B性能的提升效果并不顯著，不建議大量使用。

2.4 煤矸石摻量的影響

圖1 煤矸石顆粒級配

煤矸石對滲水高度的影響主要與煤矸石的摻合量有關(guān)，在實際的生產(chǎn)當(dāng)中，應(yīng)該先在實驗室得到良好的配合比。煤矸石并不是越多越好，而是需要找到一個合理的配比關(guān)系。合理的煤矸石級配也是改善抗?jié)B性能的關(guān)鍵，由于煤矸石原材料一般成塊狀、粒徑偏大而且雜物多，因此需要將煤矸石進(jìn)行破碎，其破碎前后的顆粒級配如圖1 所示。

2.5 減水劑的影響

減水劑對混凝土的抗?jié)B性能影響較大，其改善抗?jié)B性能的機(jī)理與水灰比相同。通過減少由于水分引起的毛細(xì)孔隙，改善混凝土內(nèi)部的密實性，進(jìn)而改善混凝土的抗?jié)B性能。還有一部分減水劑還可以通過生成閉合的氣泡，阻斷混凝土內(nèi)部的毛細(xì)孔道，也同樣可以提高混凝土的抗?jié)B性能。因此在實際的生產(chǎn)當(dāng)中，一定要注意使用適量的減水劑，這樣可能極大的改善混凝土的抗?jié)B性能。

3 煤矸石混凝土的力學(xué)性能

3.1 煤矸石力學(xué)性能

粗骨料的壓碎值通常被用于衡量骨料在不斷增加的荷載作用下抵抗壓碎的能力，是一種骨料力學(xué)性質(zhì)的強(qiáng)制指標(biāo)。通過壓碎實驗來測量骨料的壓碎值，研究表明煤矸石的壓碎值符合相關(guān)規(guī)范的要求，力學(xué)性能良好適合充當(dāng)粗骨料。

3.2 煤矸石混凝土抗折強(qiáng)度

煤矸石會直接影響混凝土的抗折強(qiáng)度，隨著煤矸石含量的增加，混凝土應(yīng)力集中的現(xiàn)象就會更加明顯，從而導(dǎo)致了混凝土抗折強(qiáng)度的降低，使得混凝土的韌性降低和脆性增加。因此一般在使用煤矸石作為粗骨料時，通常需要對其含量進(jìn)行控制，以免因抗折強(qiáng)度不足來引起工程質(zhì)量問題。

3.3 煤矸石混凝土抗折強(qiáng)度的其它影響因素

直接影響煤矸石混凝土康澤強(qiáng)度的因素除了煤矸石含量，最主要的影響因素是混凝土的養(yǎng)護(hù)時間和掩護(hù)條件，隨著混凝土養(yǎng)護(hù)時間的增加，混凝土的抗折強(qiáng)度明顯的增強(qiáng)。究其原因：硅酸三鈣最先開始反應(yīng)，隨著養(yǎng)護(hù)時間的加長，硅酸二鈣才會不斷的發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這才使得混凝土的抗折強(qiáng)度不斷的增強(qiáng)。如果能夠按照規(guī)范的要求來掩護(hù)，混凝土的抗折強(qiáng)度會有較大幅度的提升，這在已有的文獻(xiàn)［4］中有明確的記載?；炷琉B(yǎng)護(hù)對抗折強(qiáng)度的影響如圖2 所示。

圖2 養(yǎng)護(hù)齡期對煤矸石混凝土抗折強(qiáng)度的影響

4 結(jié)論

主要從煤矸石成分、煤矸石混凝土抗?jié)B性能和力學(xué)性能三個方面來系統(tǒng)的分析了煤矸石混凝土，為煤矸石混凝土的大量使用提供技術(shù)支撐。本文得到的主要結(jié)論如下：

（1）煤矸石的化學(xué)成分、礦物成分和力學(xué)性能均滿足混凝土粗骨料的相關(guān)要求，因此可以將煤矸石大量的用于混凝土的生產(chǎn)當(dāng)中，定能產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會效益。

（2）通過選用合適的減水劑和合理的配合比，煤矸石混凝土的抗?jié)B性能能夠得到很好的改善，因而煤矸石混凝土在抗?jié)B混凝土領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

（3）控制煤矸石的使用比例和增加混凝土養(yǎng)護(hù)的時間，可以顯著提高煤矸石混凝土的抗折強(qiáng)度。