煤矸石混凝土性能研究

《煤矸石混凝土性能研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《煤矸石混凝土性能研究（11页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、成 绩 中 国 矿 业 大 学2013级 博 士研究生课程考试试卷考试科目 新型土木工程材料 考试时间 2014.1 学生姓名 陈晓淼 学 号 ZS13030029 所在院系 力建学院 任课教师 吕恒林教授 中国矿业大学研究生院培养管理处印制煤矸石混凝土性能研究陈晓淼 ZS13030029 力建学院摘要：煤矸石是煤炭行业发生的废物之一，对环境有严重的污染。目前我国现有煤矸石储量巨大，且逐年剧增，若不进行合理的利用，将产生巨大的社会、经济和环境的损失。利用煤矸石生产集料来拌制水泥混凝土，可以大量减少土木工程中对天然集料的使用量，具有较好的经济效益和社会效益。煤矸石混凝土主要包括两种，一种是掺入水

2、泥中作为胶凝材料；另一种是作为粗细骨料替代天然砂和天然石。煤矸石混凝土的性能主要包括耐久性和力学性能，力学性能主要以抗压强度和抗折强度作为衡量指标，耐久性主要以抗渗、抗冻、干燥收缩、透水系数、抗裂性、抗氯离子渗透、耐磨性、护筋性、碱骨料反应等作为衡量指标。本文主要从煤矸石混凝土的耐久性和力学性能两方面对现有两种煤矸石混凝土的研究进行综述，分析利用煤矸石进行制作混凝土的可行性，为实际中进一步应用煤矸石混凝土提供可用的配比和应用指导。关键词：煤矸石；混凝土；耐久性；力学性能；1引言煤矸石是煤炭开采和加工过程中排出的废弃岩石，是一种在煤形成过程中与煤层伴生的含碳量较低的岩石。当煤矸石受到降雨等因素而

3、处于浸水状态时，其中的粉尘和有害离子就会污染环境 孙家瑛用煤矸石炉渣取代天然砂的混凝土性能研究J建筑材料学报，2012(02).。综上所述，今后相当长时间内，煤炭在能源中将仍占主要地位，其产生的煤矸石严重危害生态环境，如能对其进行开发利用，便可实现废弃物重利用且减少对环境的危害，具有显著经济社会环境效益，用煤矸石生产混凝土是一条很好的路径。目前已有许多学者进行相关研究，然而目前为止的研究，其内容过于复杂，本文仅从宏观上对煤矸石混凝土力学性能和耐久性进行研究综述。分析影响煤矸石混凝土力学性能和耐久性的影响因素，以期通过改变优化影响因素实现煤矸石混凝土性能的提升，并提出适合实际工程的优化配合比，对

4、实际工程应用提出指导建议。2 煤矸石在混凝土应用现状煤矸石的化学成分主要是、和C。其次是、CaO、MgO、N和H等。此外，也常含有少量 Ti、V、Co 和Ga等金属元素 程显强煤矸石混凝土的应用研究J施工技术，2010(S1): 194-196。煤矸石的矿物成分以黏土矿物和石英为主，常见矿物为高岭土、蒙脱石、伊利石、石英、长石、云母和绿泥石类。现在对于煤矸石在混凝土中的应用主要包括两种，一种是将煤矸石作为粗细骨料掺入混凝土中，另一种是将煤矸石作为胶凝材料掺入混凝土中。2.1煤矸石作为粗细骨料煤矸石经破碎后，粒径在0.16mm4.75mm的经过筛分试配制成煤矸石砂，也称为矸砂，用矸砂替代天然砂的

5、使用，可减少对于河砂等得使用，避免环境损坏。而破碎后粒径大于4.75mm的颗粒作为粗骨料使用。现应用较多的是将煤矸石破碎后作为粗细骨料同时使用，以达到最大限度的使用煤矸石的目的。（a）煤矸石粗骨料 （b）煤矸石细骨料图1 煤矸石骨料2.2煤矸石作为胶凝材料煤矸石作为胶凝材料应用主要分为两方面，其一是作为矿物掺合料，与水泥及其他掺合料共同作为混凝土中的胶凝材料，许多学者考查了掺煤矸石混凝土的耐久性，发现掺入煤矸石后，混凝土密实度提高，具有较好的抗冻性，抗渗性，抗硫酸盐侵蚀，较低的氯离子扩散速度和护筋能力 郭金敏，朱伶俐煤矸石混凝土耐久性的正交试验研究J辽宁工程技术大学学报(自然科学版)，2011

6、(04) 郑旭煤矸石集料水泥混凝土配制技术研究J商品混凝土，2010(09): 28-32+42。另一种是代替水泥原料生产煤矸石水泥，由于煤矸石是一种富铝的黏土质原料，易磨，易烧性好，适于水泥厂作原料全部或者部分代替黏土生产水泥。而且煤矸石本身也还有一定量的炭，这在水泥熟料煅烧的过程中还能提供热量，节省一部分煅烧燃料。目前大部分的研究都集中于将煤矸石作为矿物掺合料和粗细骨料进行砂浆和混凝土的研究，而对于将其作为煤矸石水泥的研究比较少，后续的研究可针对此方向进行深入研究。3 煤矸石混凝土力学性能研究3.1力学性能相关研究曹露春与张志军 曹露春，张志军煤矸石生态混凝土透水性与抗压强度研究J中国建材

7、科技，2013(03)采用正交试验方法分析讨论主要原材料和配比对煤矸石透水混凝土抗压强度的影响。采用水灰比分别为0.30、0.35、0.40三个水平；骨料粒径分别为2.55mm、510mm、1015mm三个水平；骨胶比（骨料与胶凝材料之比）选用4.0、4.5、5.0三个水平，通过对试验结果分析认为使用煤矸石骨料代替天然骨料是完全可行的，煤矸石骨料粒径是决定混凝土强度的重要因素，且两者为正比关系，水灰比直接决定煤矸石骨料颗粒之间接触水泥浆体的强度以及水泥浆体与集料的粘结强度，间接决定透水混凝土的整体强度和透水系数。他们 曹露春，张志军煤矸石透水混凝土的试验研究J建材技术与应用，2013(01)又

8、采用水洗过的煤矸石做了相同变量的试验，通过对试验结果进行分析得出相同的结论，即煤矸石骨料粒径的决定混凝土强度的主要因素。揣丹 揣丹等煤矸石泡沫混凝土的试验研究J混凝土，2013(06)采用煤矸石为主要原料，制备了一种新型的泡沫混凝土。设计42.5级水泥与煤矸石4组配合比，做成混凝土砌块并进行相关强度试验。按照国家标准 GB/T500812002普通混凝土力学性能试验方法标准的方法进行硬化混凝土的3、7、28d抗压强度和抗弯拉（折）强度测试。研究认为随着龄期的增加，强度增加趋势都很明显，混凝土强度随着煤矸石用量增大而下降。蔺喜强等 蔺喜强等活化煤矸石掺合料对高性能混凝土干缩的影响J混凝土，201

9、3(07)的试验采用C40和C60两种强度混凝土，每种强度的混凝土共设4组，其中三组分别掺入煤矸石，粉煤灰，矿粉与纯水泥进行比较。试验可得活化煤矸石掺合料的需水量较粉煤灰和矿粉高，煅烧煤矸石粉对混凝土有早期的增强作用，且具有后期的强度增长保持能力；其活性介于粉煤灰和矿渣之间，比较接近矿渣。蔺喜强等 蔺喜强等固废煤矸石的活化及其对混凝土力学性能的影响J混凝土，2013(06)还对活化后的煤矸石进行研究，分析其对煤矸石混凝土力学性能的影响，得出煤矸石最佳活化煅烧温度为900，煅烧后的煤矸石具有良好的易磨性，最佳粉磨时间为15 min，比表面积达550左右为宜。煤矸石经过900的高温煅烧其结构膨胀及

10、成分挥发，出现较为明显的颗粒状结构并伴有一定的孔洞结构。孔洞和颗粒状结构最适于煤矸石活性作用的发挥。煤矸石掺合料的需水量较粉煤灰和矿粉高，在一般混凝土中活化煤矸石粉对混凝土工作性影响小，在高强混凝土中对混凝土工作性影响较大。孟文清等 孟文清等煤矸石混合料劈裂强度试验研究J施工技术，2013(10)利用回归方程分析粉煤灰、石灰粉掺量对煤矸石混合料劈裂强度的影响。粉煤灰相对于石灰粉的掺量不宜过小，否则将对煤矸石混合料劈裂强度产生不利影响。粉煤灰通过与足量的石灰粉发生作用来提高煤矸石混合料的劈裂强度，因此，石灰粉的掺量不宜太小。但是，当石灰粉相对于粉煤灰的掺量过大时，将对煤矸石混合料劈裂强度产生不利

11、影响。孙家瑛 孙家瑛用煤矸石炉渣取代天然砂的混凝土性能研究J建筑材料学报，2012(02)对煤矸石炉渣取代天然砂的混凝土进行了相关试验，通过分析抗压强度、抗折强度研究煤矸石炉渣对混凝土性能的影响。孙家瑛先研究煤矸石炉渣对水泥砂浆强度的影响，设定煤矸石炉渣取代天然砂用量为30%，50%和80%，分析得煤矸石炉渣掺量的增加使得需水量增加，从而使水泥砂浆强度有所下降。与基准砂浆28d抗压强度（53.8MPa）相比，掺80%煤矸石炉渣砂浆的28d抗压强度下降至32.2MPa，下降幅度达40%左右。从试验结果还可以发现，在保持需水量不变的条件下，随煤矸石炉渣掺量的增加，水泥砂浆强度先有明显提高，后逐渐降

12、低。究其原因是煤矸石炉渣具有潜在的水硬活性，可以参与水泥水化，所以宏观上表现出水泥砂浆强度先扬后抑。再对掺入不同量煤矸石的混凝土强度进行研究，研究发现随着煤矸石炉渣掺量增加水泥混凝土强度也是先扬后抑。这主要是由于煤矸石炉渣替代天然砂，对混凝土起到两个互为相反的作用所决定的：一方面是煤矸石炉渣具有潜在的水硬活性，在混凝土成型、凝结过程和硬化过程中可参与水泥水化，改善混凝土水泥浆与集料间界面结构与性能，所以在宏观上表现出混凝土强度提高；另一方面，煤矸石炉渣吸水率高达10%以上，使混凝土在大量使用煤矸石炉渣替代天然砂时成型困难，水泥水化不充分，导致混凝土强度明显下降。周梅等 周梅，白金婷，薛忠泉自燃

13、煤矸石全集料混凝土强度研究J建筑结构，2011(S2)采用C15C40共6个强度等级煤矸石混凝土进行配合比设计，并测试其力学性能，研究发现利用自燃煤矸石可以代替自然砂石配制出C15C40强度等级的混凝土，其中抗压强度全部满足要求，且煤矸石混凝土表现出明显的韧性。由试验结果可得所配制的混凝土的破坏机理与普通混凝土不同。当配制的混凝土强度较低时，由于水泥用量少，砂浆不能充分包裹骨料，强度降低，当配制的混凝土强度较高时，自燃煤矸石混凝土就变成了强砂浆包弱骨料的模型。此时尽管水泥量增加（水灰比减小)，其强度也不再增加，集料成为了主要破坏断面，一般是沿着煤矸石的节理面。这时破坏面强度取决于煤矸石沿节理面

14、方向的强度。骨料的节理是其薄弱环节，沿节理面方向的强度不但远低于总体强度，而且砂浆强度较高时，甚至还低于砂浆强度。所以随砂浆强度的提高，混凝土强度由砂浆控制转变为由骨料控制，其强度破坏模型，由“弱”包“强”转变为“强”包“弱”表明了采用煤矸石集料配制混凝土强度不宜过高，通过增加水泥等胶凝材料用量来提高煤矸石集料混凝土强度意义不大。对于C15以下强度的混凝土由于水泥浆用量较少，不能充分包裹骨料，强度较低，不宜采用。自燃煤矸石材质本身特性决定了混凝土拌合物塌落度较低，因此更适合生产预制构件。郑旭 郑旭煤矸石集料水泥混凝土配制技术研究J商品混凝土，2010(09)采用固定外加剂掺量和改变外加剂掺量两

15、种技术路线进行研究检测煤矸石的掺入对不同强度等级混凝土抗压强度的影响，随着煤矸石的掺入，不同强度等级混凝土的工作性能和立方体抗压强度都有所改善。对于贫胶凝材料体系水泥混凝土，当煤矸石掺量小于30%时，水泥混凝土的工作性能和立方体抗压强度较为理想，其中20%为煤矸石掺量的最佳值；而对于富胶凝材料体系水泥混凝土，煤矸石的最大掺量为20%，其中10%为煤矸石掺量的最佳值。陈炜林等 陈炜林等煤矸石砂浆的孔结构与强度的关系J混凝土，2010(08)用煤矸石等量代替砂浆中的天然砂（替代率为10%、30%、50%）测定砂浆的强度，试验结果分析得出煤矸石掺量的增加并不会明显降低砂浆的力学强度，甚至是砂浆力学强

16、度出现增加现象。并且通过AutoPoreIV9510型全自动压汞测孔仪观察孔结构，经由分析知孔分形维数可以表征材料微观孔结构特征，抗压强度、抗折强度与分形维数都有一定相关性，并且两者的变化规律相似，反映了宏观力学强度与分形维数存在相关性，随着分形维数的增加力学强度呈递增趋势。随着孔径增大、孔隙率增加，孔分形维数减小，砂浆力学强度呈递减趋势；随着孔隙小于20mm比例的增加，力学强度呈现递增趋势，随着孔隙大于100mm比例的增加，力学强度呈现递减趋势。陈炜林只对煤矸石砂浆的力学性能与孔结构及其关系进行了探讨，对耐久性方面的性能还不是很了解，有待于进一步的探讨。陈炜林等 陈炜林等煤矸石掺合料基本性能

17、的实验研究J公路交通科技(应用技术版)，2010(08)对不同煤矸石掺量的水泥浆进行X射线衍射试验（XRD）和同步热分析试验（DSC-TG），分析掺合料的主要矿物成分和热稳定性。随着煤矸石掺合料的增加，砂浆力学性能出现一定程度的下降，结合上述试验分析，应该是煤矸石掺合料中的水泥孰料成分少，在水化过程中形成比基础砂浆疏松的空间形态，从而对砂浆的力学性能和孔结构有一定的不利影响。俞心刚等 俞心刚等干表观密度对粉煤灰-煤矸石泡沫混凝土性能的影响,in 第十届全国水泥和混凝土化学及应用技术会议2007: 中国江苏南京研究了粉煤灰-煤矸石泡沫混凝土干表观密度对粉煤灰-煤矸石泡沫混凝土吸水率、抗压强度影响

18、。结果表明,随粉煤灰-煤矸石泡沫混凝土干表观密度的增加,粉煤灰-煤矸石泡沫混凝土水吸率减少,抗压强度增大。3.2 研究存在问题对于煤矸石混凝土的力学性能研究大都局限于改变煤矸石在混凝土中的掺量或者是改变配合比，采用正交试验进行数据分析，但是每个学者所做试验数量有限，存在一定的误差性，并不能有一定的数理统计性。对试验的分析仅限于对数据的解释，很少从机理上进行理论的分析。对于以后的研究可以深入对机理上的研究，分析各种影响因素对力学性能的影响，并找到可以表征力学性能的一种参量，如孔结构等。4 煤矸石混凝土耐久性研究煤矸石混凝土耐久性研究是很有必要的一项研究，耐久性研究包括抗氯离子侵蚀、抗渗、抗冻、干

19、燥收缩等性能。陈炜林 陈炜林煤矸石作为水泥混凝土骨料可行性的基础研究D北京工业大学，2010在其硕士毕业论文中提出煤矸石掺量、吸水率、压碎值和针片状含量等指标进行宏观衡量煤矸石的耐久性优良。4.1 抗盐离子侵蚀周丽民 周丽民磨细矿粉对混凝土抗硫酸盐侵蚀性能影响的研究J粉煤灰综合利用，2011(04).研究了粉煤灰、煤矸石对混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的影响。粉煤灰和煤矸石取代水泥用量分别为0、10%、30%和50%。经8个月用10%Na2SO4溶液浸泡试验表明，粉煤灰对水泥基材料的抗硫酸钠侵蚀性能有改善作用，且随粉煤灰掺量的增大而线性提高；煤矸石对水泥基材料的抗硫酸钠侵蚀性能有不利影响，且随煤矸石掺

20、量的增大而线性加剧。XRD和MIP分析表明，粉煤灰改善了水泥石的化学组成和孔结构。郭金敏 郭金敏，朱伶俐煤矸石混凝土耐久性的正交试验研究J辽宁工程技术大学学报(自然科学版)，2011(04): 566-570考查煤矸石混凝土受硫酸盐侵蚀方面的耐久性，经过试验发现煤矸石混凝土经过硫酸盐侵蚀后强度影响不是太大。该成果突破了传统的煤矸石活化方法研究煤矸石,对其在道路工程、排水工程等方面的利用具有一定的参考价值。郭金敏 郭金敏煤矸石混凝土耐久性的试验研究J混凝土，2011(07)还通过实验得出硫酸盐侵蚀后抗压强度损失值与冻融后弹性模量损失值之间的对应关系，二者为显著的线性关系，表达式如下： （1）式中

21、：冻融后弹性模量损失值，MPa；硫酸盐侵蚀后抗压强度损失值，GPa；回归系数，如此便可通过煤矸石混凝土冻融后弹性模量损失值预测硫酸盐侵蚀后抗压强度损失值，或者已知硫酸盐侵蚀后抗压强度损失值，估算煤矸石混凝土冻融后弹性模量损失值。这对预测、控制和改善煤矸石混凝土的性能具有实际意义。周丽民 周丽民磨细矿粉对混凝土抗硫酸盐侵蚀性能影响的研究J粉煤灰综合利用，2011(04): 22-23研究了粉煤灰、煤矸石对混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的影响。粉煤灰和煤矸石取代水泥用量分别为0、10%、30%和50%。经8个月用10%Na2SO4溶液浸泡试验表明，粉煤灰对水泥基材料的抗硫酸钠侵蚀性能有改善作用，且随粉煤灰

22、掺量的增大而线性提高；煤矸石对水泥基材料的抗硫酸钠侵蚀性能有不利影响，且随煤矸石掺量的增大而线性加剧。高礼雄等 高礼雄，文奔，刘金革矿物掺合料对混凝土抗硫酸镁侵蚀的有效性研究J混凝土，2007(11): 89-91+94以40mm40mm160mm细碎石混凝土试件和20mm20mm20 mm水泥石试件进行试验。矿物掺合料取代水泥用量为0、10%、30%和50%。8个月浸泡试验表明，I级粉煤灰、矿渣、煤矸石等矿物掺合料对混凝土抗硫酸镁侵蚀性能的影响都存在着一个临界掺量，小于其临界掺量时掺合料对混凝土的抗硫酸镁侵蚀性能有改善作用，反之则有不利影响。高礼雄等也对抗硫酸盐的机理进行分析，分析表明掺合料

23、一方面降低了Ca(OH)2从混凝土内部向其表面的扩散速度及混凝土表层Mg(OH)2薄膜的增厚速度，另一方面水泥石的孔结构随掺合料掺量的增大而改善。周双喜 周双喜海洋环境下掺活化煤矸石细粉混凝土的试验研究J混凝土，2007(12): 76-78将30%的热活化煤矸石细粉取代水泥掺入混凝土中，活化煤矸石混凝土的力学性能要优于素混凝土。7d龄期单掺热活化煤矸石细粉和复掺热活化煤矸石细粉的混凝土相对氯离子扩散系数均高于素混凝土，到了180d龄期，无论是单掺热活化煤矸石细粉还是复掺热活化煤矸石细粉的混凝土相对氯离子扩散系数不到素混凝土的一半。180d龄期，掺热活化煤矸石细粉混凝土的抗海水侵蚀能力要低于素

24、混凝土，热活化煤矸石细粉与粉煤灰二元复掺混凝土及热活化煤矸石细粉与矿渣粉二元复掺混凝土在经海水侵蚀后，混凝土的强度不仅未降低反而有一定增加。宋小军等 宋小军，王培铭活化煤矸石水泥混凝土性能的研究J新型建筑材料，2005(02): 3-5比较了徐州煤矸石在5009005种不同的温度下活化后的水泥胶砂强度，综合评价后，确定600为徐州煤矸石实验室的合理活化温度。以此温度下活化的煤矸石作水泥的混合材，在孔结构分析的基础上，对比研究了活化煤矸石对混凝土抗氯离子渗透性能的影响。研究结果表明，在相同条件下活化煤矸石水泥混凝土的抗渗性能略优于普通水泥混凝土。管学茂 管学茂水泥基材料在氯盐环境中的服役行为及机

25、理研究D中国建筑材料科学研究院，2005在其博士论文中采用电化学方法、SEM-EDS分析和压汞法系统的研究高性能水泥基材料在氯盐+应力、氯盐十冻融和氯盐+应力+冻融等多因素协同作用下的氯离子渗透性能和钢筋锈蚀及其机理；运用灰色理论、化学分析、微观测试等理论和方法系统深入的研究水泥基材料固化外渗氯离子的性能及机理，重点研究了水泥的矿物组成、矿物外加剂的种类和掺量、服役环境与固化氯离子的性能关系及其机理；论文还运用人工神经网络技术建立预测水泥基材料的氯离子渗透和固化性能模型。他通过对混凝土的氯离子渗透性能和孔结构进行深入研究表明，煤矸石、粉煤灰等矿物外加剂能够提高水泥基材料抗渗性，降低氯离子渗透扩

26、散速度，且随着水化龄期的延长它们提高水泥基材料抗渗性的效果更加显著，其中煤矸石改善水泥基材料的孔结构，降低渗透性效果好于粉煤灰。水泥基材料在多因素协同作用下，氯离子的渗透速率提高，渗透深度加大，多因素协同作用对提高水泥基材料氯离子渗透性的作用大小依次是氯盐+冻融十应力氯盐+冻融氯盐十应力氯盐。水泥基材料界面区的氯元素分布测试表明，掺入煤矸石的水泥基材料在骨料与浆体界面区氯元素的含量少，没有氯元素富集现象；掺粉煤灰的水泥基材料在界面区氯元素含量较多；硅酸盐混凝土界面区氯离子的含量最大，有氯离子富集现象。运用灰色理论分析水泥矿物与其固化氯离子能力的关联度，研究表明水泥固化氯离子的能力与各矿物组成的

27、关联度从大到小依次是C3A、C3S、C4AF和C2S；论文建立了矿物外加剂固化氯离子的效应评价方法与指标体系，能够定量的反映出水泥和矿物外加剂各自的贡献大小,指导材料组成优化设计；煤矸石能够提高水泥基材料固化氯离子的能力，且将其掺入高胶凝性水泥(C3S含量大于70%)中，其固化氯离子的能力比掺入目前工业化生产的硅酸盐水泥(C3S含量在60%左右)中大，但是存在有最佳掺量。X衍射和DSC-TG分析结果表明水泥浆体经过一段时间水化后，再受到外渗氯离子的侵蚀，仍然有Frideel盐生成；而且随着煤矸石掺量的增大，Frideel盐的生成量增大,但是掺量大于30%后，Frideel盐的增长量降低；粉煤灰

28、和矿渣均也能提高水泥基材料对氯离子的化学固化能力，在相同掺量的条件下，对于化学固化能的贡献大小依次是矿渣煤矸石一级粉煤灰二级粉煤灰；高胶凝性水泥基材料固化氯离子的能力大。环境因素对水泥基材料固化氯离子能力有很大影响温度在040之间，随着温度的升高，固化氯离子的能力增大，尤其对掺有矿物外加剂的材料，其效果更显著；氯盐的阳离子类型对水泥基材料固化氯离子的能力影响较大，水泥基材料在各种氯盐中的固化氯离子能力大小依次是CaCl2KClNaCl；硫酸根离子的存在不利于水泥基材料固化氯离子；侵蚀液pH值增大，将降低水泥基材料固化氯离子的能力。电流阶跃法适用于测试混凝土保护层的欧姆电阻，反映混凝土的密实度，

29、试验表明煤矸石的掺入能够增加混凝土的电阻，提高混凝土的密实度；在等掺量的条件下，矿渣对提高混凝土密实度效果最好，煤矸石次之，粉煤灰较差；多因素协同作用下，加速混凝土中钢筋锈蚀的各种因素从大到小的次序是：氯盐侵蚀+冻融循环+弯曲应力氯盐侵蚀+冻融循环氯盐侵蚀+弯曲应力氯盐侵蚀。4.2 抗冻性李永靖等 李永靖等煤矸石骨料混凝土的耐久性试验研究J煤炭学报，2013(07)为探讨煤矸石骨料混凝土的耐久性，对其两个指标抗冻性能和干燥收缩性能进行试验研究，重点对煤矸石和普通碎石作为骨料分别制备混凝土试件进行对比分析。抗冻性能实验表明：在常用水灰比情况下，煤矸石骨料混凝土的抗冻性能指标能够满足要求；在不同水

30、灰比的情况下，煤矸石骨料混凝土的耐久性指数比普通碎石混凝土低，质量损失率增大，这主要由煤矸石骨料中的孔隙水产生较大的冻胀应力所造成的。试验结果表明，采用煤矸石骨料制备混凝土是可行的，煤矸石骨料混凝土的抗冻性能能够满足规范要求。孙家瑛1采用煤矸石代替30%天然砂制作混凝土经冻融循环100次后，其抗压强度是标准抗压强度的94.3%，强度损失为5.7%，而普通混凝土经冻融循环100次后，其抗压强度是标准抗压强度的86%，强度损失达14%。由此可见，采用30%煤矸石炉渣替代天然砂可提高混凝土的抗冻融循环性能。张金喜27等掺入煤矸石集料的混凝土的抗冻性能普遍出现明显降低，并随着煤矸石掺量的增加，抗冻性能

31、降低幅度加大。说明煤矸石集料对混凝土抗冻性有不利影响，可能是煤矸石内部结构和物理性能与普通集料有差异，而造成抗冻性能的降低。4.3 抗渗性张金喜等 张金喜等煤矸石集料混凝土耐久性研究J北京工业大学学报，2011(01)比较煤矸石掺量不同时砂浆的饱水高度，试验发现，随着煤矸石掺量的增加，砂浆的饱水高度呈现递增的趋势，高度越高说明吸水速率越快，这说明当煤矸石掺量过多会加快水在砂浆中的渗透作用，从而降低水泥砂浆的耐久性。产生这种现象的原因可能是由于其内部存在一定数量的连通孔隙通道；各种煤矸石砂浆的抗渗性能存在一定的差异。测试的各种煤矸石集料都为非碱活性集料；煤矸石掺量在一定范围内不会明显降低混凝土的

32、抗渗性。在抗渗性试验中，煤矸石集料掺入量在10%时，煤矸石混凝土的抗渗性能与基础混凝土接近；当煤矸石集料掺入量超过30%时，煤矸石混凝土的抗渗性能开始出现一定程度的降低。在抗冻性试验中，各种掺量的煤矸石混凝土的抗冻性能出现不同程度的降低，优质煤矸石集料配制的混凝土掺入量在20%时，煤矸石混凝土的抗冻性能降低较小。煤矸石集料的掺入对混凝土的抗渗性能构成一定的不稳定因素，建议煤矸石掺入两在10%20%为宜。孙庆合等 孙庆合等粉体煤矸石混凝土抗渗性能的研究in 2008国际粉体技术与应用论坛暨全国粉体产品与设备应用技术交流大会2008: 中国北京利用煤矸石、粉煤灰、矿渣代替部分水泥,制作C50复合混

33、凝土，分析混合材料对混凝土的力学特性和抗渗性能的影响。采用正交试验设计与微观相结合，并对复合混凝土的抗渗性能做了初步研究。试验结果表明，煤矸石掺量在10%以下时，混凝土的杭渗性能得到提高。对于复合混凝土的渗水高度，影响因素的顺序为：煤矸石水灰比外加剂矿渣误差项粉煤灰。煤矸石、外加剂对混凝土的渗水高度的影响显著，水灰比有一定影响，其余均无影响。在混凝土中掺入煤矸石能显著提高混凝土的抗渗性。当水灰比0.350.45，煤矸石的最佳掺量为5%，混凝土28d抗压强度最大，渗水高度最小。4.4 干燥收缩性能李永靖等26所做试验也反映煤矸石对混凝土干燥收缩性能的影响，实验表明：不同水灰比的情况下，煤矸石骨料

34、混凝土的干燥收缩率、质量减少率都比普通碎石混凝土大，这主要由煤矸石骨料的吸水率较大所造成的；无论水灰比多大，两种骨料混凝土的早期干燥收缩率都较大，50d时的干燥收缩率占整个龄期的85%左右，超过120d后逐渐趋于稳定。蔺喜强等8采用900下活化后的煤矸石作为集料加入混凝土中，研究活化煤矸石对混凝土性能的影响。研究发现活化煤矸石掺合料的需水量较粉煤灰和矿粉高，煅烧煤矸石粉对混凝土有早期的增强作用，且具有后期的强度增长保持能力；其活性介于粉煤灰和矿渣之间，比较接近矿渣。随水灰比的降低，煤矸石混凝土干缩增大，在相同掺量下，活化煤矸石粉作掺合料的混凝土相较掺加粉煤灰的干缩率大，与掺加矿粉的混凝土干缩率

35、差别不多。合理掺量下，煤矸石粉混凝土的干缩率均小于纯水泥混凝土。煤矸石与粉煤灰双掺复合使用可有效降低混凝土的干缩。孙家瑛1用煤矸石代替30%天然砂制作混凝土测其抗氯离子渗透性，相对于未掺煤矸石的混凝土性能提高40%，且掺煤矸石混凝土抗硫酸盐侵蚀能力也较为优越。5 结论现有的研究主要集中于煤矸石作为集料掺入混凝土中，而对于煤矸石作为水泥生产原料方面的研究甚少。大多数研究都只是对试验结果进行一些描述性分析，并未从机理上进行深入分析，比较局限于表面。以后的研究可以专注于从机理上进行分析，提高理论上的创新。更加深入研究可对研究结果进行回归分析，并且提出理论计算公式，以更有利于对实际应用进行指导。对于煤矸石混凝土的研究大部分为仅从宏观层面上进行力学性能和耐久性等性能进行分析，而很少从微观层面上进行分析，进行材料的微观观察，研究不同影响因素下煤矸石的性能如何变化，或者建立微观显示与宏观表现的对应关系，从微观可以了解宏观，研究微观变化对宏观性质的影响，进而有利于找到解决方法，找到更优化的配合比方案，从而对以后的研究可以提出一种新思路。对于煤矸石耐久性方面的研究以抗氯离子侵蚀居多，抗硫酸盐侵蚀比较少，而对于耐久性其他方面的性能研究比较浅，从机理上进行分析的较少，微观结构观察的也较少，可以增加耐久性其他方面的研究，扩充研究领域。参考文献