煤矸石混凝土的抗渗性能和力学性能分析

2020-07-04张斌斌

江西建材 2020年6期

张斌斌，秦原，谢刚

江西省建筑材料工业科学研究设计院，江西南昌 330001

0 引言

煤矸石是和煤炭相伴而生的岩石，其大量堆放可能会导致火灾的发生，长时间的堆放还会引发地下水污染［1-2］。由于煤矸石结构致密的特征，研究人员发现将煤矸石替代混凝土中的粗骨料，可实现煤矸石的废物利用，而且还会改善混凝土的抗渗性能和其他的力学性能［3-4］。如果选择合理的混凝土配合比和适当采用减水剂，煤矸石混凝土的抗渗性能较其他混凝土也有较强的优势。

下面，将从煤矸石的组成成分、煤矸石混凝土抗渗性能和力学性能这三个角度系统的介绍影响煤矸石混凝土性能的因素，希望能够推动煤矸石混凝土在实际工程中的大量应用。

1 煤矸石的基本成分

1.1 化学成分

可以通过使用德国 Bruker 公司生产的 S4 型 X 射线荧光光谱分析仪对煤矸石的化学成分进行分析。分析结果表明：煤矸石的主要化学成分是二氧化硅和氧化铝，二者的占比分别为47%和16%。其他化学成分主要有氧化铁、氧化钙、氧化镁和氧化钠。

1.2 矿物分析

矿物成分主要有白云母、高岭石和绿泥石。从矿物成分而言，煤矸石耐磨和抗风化能力强，适合充当粗骨料用于混凝土的配制中，是一种理想的粗骨料。

2 煤矸石混凝土的抗渗性能

2.1 影响因素

影响抗渗性能的因素主要有：水灰比，硅灰的掺量，煤矸石的掺量，减水剂的比例。很多学者系统分析了这四个因素对煤矸石混凝土抗渗性能的影响大小，并得到了很多有价值的结论。

2.2 水灰比的影响

水灰比是指混凝土中水和水泥之间的配合比关系，也称为水胶比。水胶比越大，表明混凝土中的水份就会越多，而水份多会引起混凝土中孔隙增多，这样就会导致混凝土抗渗性和耐久性变差。因此煤矸石混凝土的抗渗性能跟水灰比的大小成反比，也就是说，要想提高煤矸石混凝土的抗渗性能，就应该降低水灰比。

2.3 硅灰掺量的影响

硅灰这种掺合料具有活性，能够与混凝土内部的碱性物质发生化学反应，改变了混凝土内部的微观结构，可以改善混凝土的抗渗性能。但是据以前的研究可以发现，硅灰对混凝土抗渗性能的提升效果并不显著，不建议大量使用。

2.4 煤矸石掺量的影响

图1 煤矸石颗粒级配

煤矸石对渗水高度的影响主要与煤矸石的掺合量有关，在实际的生产当中，应该先在实验室得到良好的配合比。煤矸石并不是越多越好，而是需要找到一个合理的配比关系。合理的煤矸石级配也是改善抗渗性能的关键，由于煤矸石原材料一般成块状、粒径偏大而且杂物多，因此需要将煤矸石进行破碎，其破碎前后的颗粒级配如图1 所示。

2.5 减水剂的影响

减水剂对混凝土的抗渗性能影响较大，其改善抗渗性能的机理与水灰比相同。通过减少由于水分引起的毛细孔隙，改善混凝土内部的密实性，进而改善混凝土的抗渗性能。还有一部分减水剂还可以通过生成闭合的气泡，阻断混凝土内部的毛细孔道，也同样可以提高混凝土的抗渗性能。因此在实际的生产当中，一定要注意使用适量的减水剂，这样可能极大的改善混凝土的抗渗性能。

3 煤矸石混凝土的力学性能

3.1 煤矸石力学性能

粗骨料的压碎值通常被用于衡量骨料在不断增加的荷载作用下抵抗压碎的能力，是一种骨料力学性质的强制指标。通过压碎实验来测量骨料的压碎值，研究表明煤矸石的压碎值符合相关规范的要求，力学性能良好适合充当粗骨料。

3.2 煤矸石混凝土抗折强度

煤矸石会直接影响混凝土的抗折强度，随着煤矸石含量的增加，混凝土应力集中的现象就会更加明显，从而导致了混凝土抗折强度的降低，使得混凝土的韧性降低和脆性增加。因此一般在使用煤矸石作为粗骨料时，通常需要对其含量进行控制，以免因抗折强度不足来引起工程质量问题。

3.3 煤矸石混凝土抗折强度的其它影响因素

直接影响煤矸石混凝土康泽强度的因素除了煤矸石含量，最主要的影响因素是混凝土的养护时间和掩护条件，随着混凝土养护时间的增加，混凝土的抗折强度明显的增强。究其原因：硅酸三钙最先开始反应，随着养护时间的加长，硅酸二钙才会不断的发生化学反应，这才使得混凝土的抗折强度不断的增强。如果能够按照规范的要求来掩护，混凝土的抗折强度会有较大幅度的提升，这在已有的文献［4］中有明确的记载。混凝土养护对抗折强度的影响如图2 所示。