煤矸石生態(tài)透水混凝土工程應用的生態(tài)效益及價值分析

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堅硬巖石。以煤矸石燒結磚廠廢棄的煤矸石顆粒作為制作透水混凝土的粗骨料，改進生產(chǎn)制備工藝制作的煤矸石生態(tài)透水混凝土，不僅能夠提高煤矸石的綜合利用度，其鋪設的透水路面在補充地下水、降低噪聲污染和光污染、緩解熱島效應上具有一定作用。文章通過對煤矸石生態(tài)透水混凝土的制備工藝、生態(tài)效益、市場前景進行分析，淺析煤矸石透水混凝土在城市建設的應用價值。

關鍵詞：煤矸石 制備工藝 透水混凝土 生態(tài)效益 應用價值

中圖分類號：S891 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）04（a）-0000-00

基金項目：江蘇省教育廳大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目（20141998056Y）；徐州工程學院大學生創(chuàng)新訓練計劃項目（XCX2014056）；江蘇大學與徐州工程學院聯(lián)合培養(yǎng)研究生課題項目資助基金。

作者簡介：丁權福（1994—），男，漢，徐州工程學院土木工程學院本科在讀，主要從事工程結構與材料方向研究。

引言：

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堅硬巖石。煤矸石曾一度被棄置不用，造成大范圍污染。隨著科技的發(fā)展，煤矸石的綜合利用成為研究熱點。以煤矸石為粗骨料的透水混凝土提高了煤矸石的利用度，有效改善了煤矸石廢棄產(chǎn)生的污染。其在補充城市地下水、有效緩解地表下沉以及提高城市防洪能力；緩解城市熱島效應、降低噪聲污染、改善出行環(huán)境等有諸多生態(tài)效益。

1 煤矸石生態(tài)透水混凝土特點

文章探討的透水混凝土粗骨料來源主要是煤矸石燒結磚廠制備煤矸石燒結磚無法破碎到5mm以下的煤矸石，這部分煤矸石結構均勻，致密度高，是制備透水混凝土的良好骨料。實驗測得當采用的煤矸石透水混凝土水灰比（W/C）為0.35，骨料粒徑取5—10mm，骨膠比（G/C）為4.5水平時，骨料采取單粒徑級配，28天煤矸石透水混凝土強度能夠達到34.7Mpa，透水系數(shù)為0.49cm/s。在同等強度的條件下，由于煤矸石透水混凝土粗骨料比較堅硬、膠結材強度明顯高于普通混凝土等導致其磨損速度較慢，耐磨性優(yōu)于普通混凝土，滿足抗壓強度的同時也兼顧了透水性，說明利用煤矸石代替天然骨料制備透水混凝土是可行的。

2.煤矸石生態(tài)透水混凝土工程應用的生態(tài)效益及價值分析

2.1改進透水混凝土制備工藝，提高煤矸石綜合利用度，減少煤矸石產(chǎn)生的污染

目前為止，由于技術不完善，地區(qū)發(fā)展不平衡，煤矸石還沒有得到充分利用，煤矸石對環(huán)境的影響還很嚴重。以徐州為例，作為煤炭開采和加工的老工業(yè)基地，在開采煤炭資源和洗煤過程中產(chǎn)生的煤矸石大量堆積得不到充分利用嚴重污染當?shù)丨h(huán)境的問題尤為突出。目前國內(nèi)對煤矸石的綜合利用主要是局限在回收煤炭和黃鐵礦、用作發(fā)電燃料、道路礦井的充填以及制造煤矸石燒結磚等。相較于美國、英國和德國等西方國家煤矸石總利用率達到90%以上，我國煤矸石的利用率只有30%。對不經(jīng)磨碎和直接煅燒的煤矸石的系統(tǒng)研究較少。制作煤矸石透水混凝土粗骨料主要是對煤矸石燒結磚廠對煤矸石粉碎機破壞較大的，不能破碎至5mm以下的煤矸石進行加工再次回收利用，提高了煤矸石綜合利用度。由于取自煤矸石燒結磚廠的煤矸石顆粒在破碎過程中，產(chǎn)生許多微細粉末，包裹在破碎后的碎塊上。這種粉末成分復雜，主要包括碳粉、砂灰、粉塵以及其他雜物，在混凝土的凝結過程中影響水泥與骨料的結合界面。另外，這些粉塵以細骨料形式進入透水混凝土，嚴重影響透水混凝土的透水性能。可對制備工藝進行改善，用水沖洗煤矸石骨料，得到較為純凈的煤矸石顆粒作為制備透水混凝土的材料，對沖洗的廢水進行沉淀、澄清處理后，回收的渣泥又可以成為燒結磚的良好原料，水可以作為燒結磚的用水，最大程度提高了對煤矸石的利用[1]。

2.2煤矸石透水混凝土工程應用的生態(tài)效益及價值分析

目前透水混凝土的原材料特別是砂石料的選擇仍然以沙石為主，隨著我國生態(tài)混凝土的推廣應用，沙石的需求量越來越大，需要大量開山采石以及淘沙，嚴重破壞了生態(tài)環(huán)境。徐州過去開采煤炭和洗煤使得徐州煤礦區(qū)煤矸石大量堆積，煤矸石資源豐富。在徐州建設工程推廣應用煤矸石生態(tài)透水混凝土，在解決煤矸石堆積產(chǎn)生的污染同時，也減少了對開山采石的作業(yè)量，有效保護了生態(tài)環(huán)境。徐州是我們國家嚴重缺水的40個城市之一，加之過去的嚴重開采煤炭資源和水資源使得徐州地區(qū)地表下沉尤為突出。徐州九里湖就是因為過度開采煤炭資源而導致地表下沉形成的自然湖的典型案例。煤矸石生態(tài)透水混凝土路面可以強化城市排水能力，吸收補充地下水緩解徐州地表下沉，當降雨集中時形成天然城市排水管網(wǎng)系統(tǒng)，從而減輕過度的降水量給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及人民生活造成的危害。將煤矸石生態(tài)透水混凝土應用于小區(qū)人行道、停車場、廣場道路，其能夠?qū)⑷肷涞酵杆炷羶?nèi)部的聲波轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和熱能消耗掉，從而達到降噪效果。根據(jù)地區(qū)特點，利用煤矸石透水混凝土產(chǎn)生的生態(tài)效益是巨大的。

以徐州新城區(qū)工程總量為12000㎡的某市民廣場建設為例，廣場透水混凝土路面采用30mm厚粒徑為5mm的C30露骨料煤矸石生態(tài)透水混凝土面層和100mm厚粒徑為10mm的C25煤矸石生態(tài)透水混凝土底層構成。廣場人行道采用煤矸石透水燒結磚。透水磚取自徐州某新型建材有限公司年產(chǎn)6000萬標塊的煤矸石燒結磚，透水混凝土骨料采用該公司利用制造煤矸石燒結磚無法破碎至5mm以下的清洗過后的堅硬煤矸石，透水混凝土采取現(xiàn)場加工制備。由于透水混凝土骨料是來自本地煤矸石燒結磚廠回收利用的煤矸石，骨料運輸和加工成本較天然沙石較低，具有一定的經(jīng)濟價值。建成后的廣場由于采用透水鋪裝，相當于一個隱形的蓄水池。即使達到中到大的降水量，廣場能夠迅速吸收降水，不會造成地表大的徑流，減輕了廣場的排水系統(tǒng)的壓力。利用煤矸石透水混凝土大量連通的細密孔隙，這些細密孔隙可以使水、空氣自由滲透進入土壤，水氣、光熱和營養(yǎng)物質(zhì)在路面和土壤之間的交換可以提供動植物一個良好的生長及生存環(huán)境[2]。這使得廣場綠化減少了人工養(yǎng)護成本。廣場的透水鋪裝有效地吸收了城市交通產(chǎn)生的噪聲，給市民創(chuàng)造了舒適安靜的環(huán)境。

3.煤矸石透水混凝土應用前景分析

由于作為路面材料的透水混凝土要滿足強度、透水性、耐磨性、施工性能及景觀性能等諸多要求，國內(nèi)研究的透水混凝土一般還只能應用在輕載路面上，相較于普通混凝土應用范圍不廣泛。我國對透水混凝土基本理論研究方面還缺乏系統(tǒng)性，較日本實現(xiàn)了透水混凝土的工業(yè)化生產(chǎn)和全機械化施工，我國還是以人工和小型機械為主。煤矸石生態(tài)透水混凝土從制備工藝和施工工藝等方面研究突破透水混凝土技術瓶頸，不僅在抗壓強度上滿足一般輕載路面要求，而且煤矸石是親水材料更加有利于涵養(yǎng)水分，其透水性、耐磨性良好，是一種新型透水混凝土。加以進一步研究改進煤矸石透水混凝土，必定將會在交通工程上發(fā)揮著更加重要的作用。

目前透水混凝土主要應用在公園道路、休閑廣場、人行道、停車場等市政輕載路面及護岸護坡等水利工程上，技術較為先進的國家也嘗試在高速公路的路肩使用透水混凝土。近年來提倡城市建設應結合生態(tài)建設加之透水混凝土的技術漸于成熟，北京奧運工程、上海世博園工程、西安大明宮工程、南京仙林大學城的透水路面等工程的應用為透水混凝土的應用提供了成功案例。隨著對施工技術、試驗檢測方法、機理研究和標準制定的步伐加快，而且與雨水利用、水質(zhì)凈化、景觀和環(huán)境綠化技術等集成的成套化技術已經(jīng)逐漸形成，透水混凝土顯示出廣闊的市場空間。很多高校、科研院所研究機構都投入透水混凝土這樣環(huán)保建材研究隊伍當中，“十二五”期間我國投入近萬億元用于綠色環(huán)保建筑發(fā)展，拉動包括環(huán)保建材行業(yè)在內(nèi)的一系列行業(yè)發(fā)展，透水混凝土作為綠色環(huán)保建材其市場規(guī)模十分樂觀，而煤矸石生態(tài)透水混凝土作為新型透水混凝土建材必將在未來城市建設發(fā)展當中起到舉足輕重的作用。

4 結語

用煤矸石作為粗骨料制備的透水混凝土其性能滿足一般透水混凝土路面的要求。制備工藝的改進提高了煤矸石的綜合利用，有效改善了煤矸石產(chǎn)生的環(huán)境污染。其多孔的物理性質(zhì)能夠讓城市“自由呼吸”，產(chǎn)生一定的生態(tài)效益，具有廣闊的應用價值。

參考文獻

[1] 曹露春，張志軍.煤矸石生態(tài)混凝土透水性及抗壓強度研究[J].福建建材，2013年07期.

[2] 宋中南，石云興.透水混凝土及其應用技術[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社.2011.

[3] 趙紅軍.透水混凝土生態(tài)環(huán)境效益分析[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇，2012年第11卷.

[4] 戴天興.城市環(huán)境生態(tài)學[M].北京：中國建材工業(yè)出版社，2002：197—199.