严玉梅

（广东广业检测有限公司）

0 引言

混凝土是由胶凝材料、水、骨料、外加剂等材料组成，骨料是混凝土的主要材料之一，其在混凝土中占据了大概70%的体积，是混凝土工程的主要材料，用量十分巨大。粗骨料在混凝土中占据的体积最大，大概占混凝土总体积的40%，是混凝土的骨架，而且在混凝土水化反应过程中，粗骨料的体积在混凝土中不发生变化，最大程度保证了混凝土的体积稳定性。但是粗骨料品种选择不当也会给混凝土的体积稳定性、工作性甚至强度带来不利影响，从而会影响到混凝土的性能。煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石，但煤矸石脆性大，硬度不如普通砂石，且常年经过风化后的煤矸石抗压强度较低，因此煤矸石并不适合作为混凝土的骨料使用。本项目对已使用在工程剪力墙上的混凝土中黑色粗骨料碎石进行矿相分析、化学成分分析等实验，鉴别项目所用混凝土所用碎石是否为煤矸石。

1 实验方案

检测样品为委托方在工程混凝土剪力墙上通过抽芯法取出混凝土芯样（图1、图2），再将芯样破碎后取出混凝土中的碎石（图3、图4），因碎石是混凝土用的粗骨料，首先对其力学性能压碎值指标进行检测，判定是否符合《建设用卵石、碎石》GB/T 14685-2011 标准要求；然后对压碎后的产品使用X 射线荧光光谱分析方法进行半定量全元素分析，对重点元素进行定量分析，通过对照煤矸石的化学成分含量来判定委托样品的矿物类型。

图1 芯样1

图2 芯样2

图3 芯样破碎后碎石1

图4 芯样破碎后碎石2

2 煤矸石化学组成

煤矸石(Gangue)，是煤伴生废石，组成：有机化合物和无机化合物，归类：矿石。其主要化学组成如表1、表2。

表1 常见煤矸石的化学成分

表2 煤矸石的化学成分及分类[1]

3 测试样品制备

为测试剪力墙混凝土中碎石的化学组成，同时将一个样品的分为两个样，分别采用两种不同的制样方法进行检测。

⑴剪力墙混凝土中碎石单一颗粒测试样品制备

①将3#-12 层16/E-F 骨料中颜色偏浅灰色的颗粒记为“骨料A”，随机取两粒用于实验；

②将颜色偏黑色的颗粒记为“骨料B”，随机取两粒用于实验；

③从块状混凝土中取偏黑色骨料，记为“骨料C”。

⑵混合样品

按照不同工程部位剪力墙混凝土中碎石混合制样检测，共有4 个样品，分别为3#12 层(8/B-C）样品、3#12层（16-17）/D 样品、4#16 层（16-17）F 样品、4#16 层（13-14）E 样品。

4 测试方法

⑴半定量分析方法采用《波长色散X 射线荧光光谱分析方法通则》JY/T 0569-2020，X 射线荧光光谱分析（设备：Axios PW4400），硼酸锂溶剂熔融法；

⑵定量分析方法采用《水泥化学分析方法》GB/T 176-2017；

⑶低位发热量采用《煤的工业分析方法》GB/T 212-2008；

⑷碎石压碎指标采用《建设用卵石、碎石》GB/T14685-2011。

5 碎石化学组成测试结果

⑴剪力墙混凝土中碎石单一颗粒样品X 射线荧光光谱分析结果见表3。

表3 剪力墙混凝土中碎石单一颗粒样品化学组成（wt%）

骨料A1 与A 与骨料B1 与B2 的Al2O3含量分布在4.69%～15.56%范围内，比常见煤矸石种类（见表1）中的Al2O3含量（＞15%）低。此外，B2 与C 烧失量分别为23.75%和32.15%，其他样品的烧失量均约为1%，而B2与C 的CaO 含量高达30%，可以推断B2 与C 中的碳主要以石灰石形式存在。

⑵剪力墙混凝土中碎石混合样品化学成分半定量分析结果见表4，定量分析结果见表5。

表4 剪力墙混凝土中碎石混合样品化学成分半定量分析结果（wt%）

从表4 半定量和表5 定量分析对同一个样品的分析结果可以看出，虽然因样本取样部位的不同数据有一定的差异，但也有一定的规律：从检测结果可知3#12 层（16-17）/D 样品两种方法检测出的烧失量较高，其氧化钙含量高，说明碳主要以石灰石形式存在，所有样品的氧化钙组分在17%～47%之间，不符合常见煤矸石中氧化钙组分不大于2.5%，且常见煤矸石的主要成份二氧化硅和三氧化二铝占比大于65%，而所检测的样品二氧化硅和三氧化二铝含量都比较低，远低于煤矸石化学成分的含量比例。因此判定所检测样品不符合煤矸石的化学组成特征，初步判定该样品碎石不是煤矸石。

表5 剪力墙混凝土中碎石混合样品化学成分定量分析结果（%）

6 碎石的物相组成

⑴测试方法：X 射线衍射分析，设备型号X’pert Powder，扫描角度θ：5～90°，扫描速度：10°/min。

⑵各类骨料样品物相组成如图5、图6 所示。

图6 骨料B 与骨料C 的物相组成

从图5 中可见，骨料A1 和A2 主要由石英、微斜长石、耀西耀喀石组成，两个骨料颗粒的矿物组成基本一致，其中骨料A2 含有少量含铁矿物，经鉴定可能为铁钙闪石。

图5 骨料A 的物相组成

骨料B1 和骨料B2 的两个样品的主要矿相均包含α-方石英，骨料B2 中含有大量方解石。此外，破碎骨料C 的主要矿相为方解石，并含有少量霞石。可见骨料的矿相组成难以通过外观简单判别。与文献对比，样品与典型煤矸石矿相对比（图7～图9），发现实验样品中并未出现煤矸石典型组分高岭石，因此所测试的骨料为煤矸石的可能性较低。

图7 煤矸石物相分析[1]

图8 煤矸石物相分析[2]

图9 煤矸石(Gangue)的物相分析[3]

7 结论

通过对检测样品进行化学分析及矿相分析，从检测结果可以看出，样品中的氧化钙含量相对较高，因而造成样品的烧失量高，不符合煤矸石中氧化钙组分不大于2.5%，且煤矸石的主要成份为二氧化硅和三氧化二铝，所检测的样品含量普遍偏低，低于煤矸石特征含量；再结合样品矿相组成未出现典型组分高岭石，从而判定所检测样品不符合煤矸石的化学组成及特征，该样品碎石不是煤矸石。

另为保证工程用混凝土质量，对在工地现场抽取混凝土芯样进行破碎，对分离出来的碎石依据《建设用卵石、碎石》GB/T 14685-2011 检测碎石压碎指标值，检测结果为9.7%，符合标准≤10%的要求。