煤矸石混凝土性能研究方案

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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，一种是掺入水泥中作为胶凝材料；另一种

2、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

4、升，并提出适合实际工程的优化配合比，对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0.1

5、6mm~4.75mm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

6、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(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

7、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2.5~5mm、5~10mm、10~15mm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