自燃煤矸石骨料附加水量和預(yù)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）

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自燃煤矸石骨料附加水量和預(yù)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(zāi)。科研人員在建筑材料、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(guān)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(yù)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(yù)拌混凝土中煤矸石骨料的附加水量和預(yù)濕時間作了一定的分析。

【關(guān)鍵詞】煤矸石；骨料；預(yù)拌混凝土；附加水；預(yù)濕

煤矸石骨料在預(yù)拌混凝土中的應(yīng)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(dǎo)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(gòu)、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(yīng)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(yù)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(dāng)?shù)氐暮由埃嗔繛?.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(yù)濕時間作為主要的影響因素，按照普通的混凝土配合比設(shè)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(yù)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(yù)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(yù)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(shù)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(yù)濕時間后，加入對應(yīng)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(xué)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小［2］。在S系列的混凝土中，當(dāng)K值達到0.4時，拌合物的坍落度會達到150mm；當(dāng)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(dǎo)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(dǎo)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(guān)系

圖2　自燃煤矸石集料附加水與混凝土劈拉強度的關(guān)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(dǎo)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(dāng)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(yù)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(yù)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(yù)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(yù)濕過程中，預(yù)濕的時間較長，集料吸附的水量就會越大［5］。所以，最后會導(dǎo)致混凝土拌合物的坍落度增大。

2.4自燃煤矸石預(yù)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(yù)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(yù)濕時間和強度之間的關(guān)系

從圖中可以看出，G系列的混凝土在預(yù)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(yù)濕時間相對較長，導(dǎo)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(yù)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(yīng)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(yù)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(yù)濕時間控制在60min左右，可保證混凝土的強度和流動性。●

【參考文獻】

［1］周梅，趙華民，路其林，浦倍超.自燃煤矸石集料預(yù)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(yù)拌混凝土中的應(yīng)用研究［J］.建筑材料學(xué)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.