煤矸石骨料混凝土的耐久性試驗研究

董虎元

摘 要：為了保證煤矸石骨料類型混凝土有良好的使用效果，應認識到耐久性對于煤矸石骨料類型混凝土的重要性，并能做好煤矸石骨料類型混凝土在耐久性方面的分析、判斷。本文就煤矸石骨料類型混凝土實際耐久性進行了試驗分析。

關鍵詞：骨料；混凝土；煤矸石；耐久性

當前材料領域發展較快，出現了煤矸石骨料類型混凝土等多種類型的新材料，這些材料由于成分以及制作工藝較為特殊，因此不僅使得材料領域更為豐富，同時也降低了廢棄料帶來的環境污染。需要工作人員做好這些新型材料的研發工作，使得材料在各項性能均得到提升的同時還能保證材料建造成本能得到有效控制。

1 煤矸石骨料類型混凝土分析

我國在煤炭生產以及煤炭消費方面的總量均較大，而在煤炭資源開發階段中往往產生大量的煤矸石，這種煤矸石利用價值較低，因此開采單位常將煤矸石當廢物堆放在一旁，而在煤炭資源不斷的開采中，煤矸石的累積總量也在不斷增多，并且已經對部分煤炭資源開采單位構成了影響。其次，煤矸石作為一種礦物資源，當將其采用隨意堆放方式進行處理的時候，也會造成巨大的資源浪費，和當前社會發展中提倡的資源節約、資源合理利用相違背。而且當將煤矸石放置在地表上的時候，由于雨水沖刷或者其他因素的影響，也就會帶來一定的污染問題。在這種情況下，煤矸石的能否都得到合理利用、處理，也就成為了影響礦區發展水平的關鍵。

目前對于煤矸石的研究也在不斷開展，人們尤其重視煤矸石材料的質量標準，并且在對包含煤矸石物質材料性能進行驗證的時候會重點關注兩個指標，也就是材料干燥條件下的收縮性以及實際抗凍性。

2 試驗材料以及制備分析

2.1 實驗材料以及具體級配

在本次試驗中使用的材料為普通類型水泥、普通規格自來水、實際減水率數值為百分之20的高性能減水劑。而集料使用天然類型砂子以及石灰巖類型碎石。試驗當中煤矸石材料取自于高德礦區，在將煤矸石粉碎過篩之后，用水沖洗晾干，選擇規格在5毫米以上的礦石作為骨料，將規格在5毫米以下的礦石作為細骨料。

2.2 試件制作分析

在本次分析中使用了百分數為百分之45以及百分之65兩種規格的水灰比材料進行對比分析。經過多次的嘗試配比之后，參照材料和易性標準要求，最終確定煤矸石骨料類型混凝土以及砂石骨料類型混凝土的科學比例，這也就能測定出不同類型骨料混凝土的實際力學性能。

按照規定的級配方案以及配比方案進行兩種類型骨料混凝土材料試件的制造，保證每種類型水灰比方案制作12組試件。其中煤矸石骨料類型混凝土和碎石骨料類型混凝土的試制件應各制造6組。當試制件制造后的24小時后進行拆模，將試制件放置到標準室內環境中進行養護保護，將室內溫度控制在18攝氏度到22攝氏度之間，并保證室內濕度高于百分之95，在這一標準條件下進行為期四周的養護。

3 干燥收縮性分析試驗

3.1 實驗方式

參照水泥混凝土材料干縮性進行試驗，保證干縮箱內的溫度一直維持在18攝氏度到22攝氏度之間，并將相對濕度控制在百分之55到百分之65之間。之后分別兩種類型骨料試件在180天以內的干燥收縮成因導致的長度變化進行測量。

3.2 試驗結果分析

當試驗經過了180天之后，當水灰比數值為百分之45的時候，煤矸石骨料類型以及碎石骨料類型混凝土的實際收縮率分別為0.000395以及0.000215，而材料的質量則分別降低百分之2.15以及百分之1.35。當水灰比數值為百分之65的時候，煤矸石骨料類型的混凝土以及碎石骨料類型的混凝土發生的收縮率分別達到0.000475以及0.000305，質量減輕的程度分別為百分3.15以及百分之2.05，這些數值均處于規定范圍內。

從試驗最終數據上來看，當水灰比數值處在相同條件下的時候，煤矸石骨料類型混凝土的干燥收縮率數值以及質量降低數值均要普通碎石類型混凝土要大。

隨著時間的延長，煤矸石骨料混凝土試件中的水分蒸發較多，這是引起較大干燥收縮率和質量損失的主要原因。隨著水灰比的增大，兩種骨料混凝土試件的干燥收縮率和質量減少率都增大，當水灰比變大時，水泥用量減少，經過水化反應后，多余的水分隨著時間的延長而逐漸蒸發，這是引起較大干燥收縮率和質量損失的主要原因。另外，無論水灰比多大，兩種骨料混凝土試件的早期干燥收縮率都較大，從圖4可以看出，50d的干燥收縮率占整個齡期180d的85%左右，超過120d后趨于穩定。

4 抗凍性能試驗分析

4.1 試驗方法分析

根據JTGE30-2005《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規程》，采用快速凍融法。試驗前稱量試件初始質量，并按"混凝土動彈性模量試驗"測量其初始自振頻率。將試件裝入試驗機內，注入水面超過試件頂面約20毫米的自來水，溫度控制在18攝氏度到5攝氏度，每次凍融循環3到4小時，每進行25次凍融循環，取出試件測試其自振頻率和質量，當試件循環凍融至300次或相對動彈性模量降低至百分之60或質量損失率達百分之5時，即終止試驗。

4.2 試驗結果以及分析

試件經300次凍融循環后，水灰比為百分之45時，煤矸石骨料（MH）與碎石骨料混凝土（SH）的耐久性指數分別為百分之92.5和百分之98.2，其質量損失率分別為百分之1.25和百分之0.55；水灰比為百分之65時，煤矸石骨料（MH）與碎石骨料混凝土（SH）的耐久性指數分別為百分之72.8和百分之80.5，其質量損失率分別為百分之4.55和百分之3.25，都達到了凍融循環耐久性指數大于百分之60、質量損失率小于百分之5的要求。

從以上數據分析，在同一水灰比的情況下，煤矸石骨料混凝土的耐久性指數比普通碎石骨料混凝土低，質量損失率有所增大，這主要是因為煤矸石骨料的吸水率較大，凍融循環時，在煤矸石骨料中孔隙水產生的凍脹應力比碎石骨料中孔隙水產生的凍脹應力大，因此，煤矸石骨料混凝土試件表面破壞較為嚴重。隨著水灰比的增大，兩種骨料混凝土的耐久性指數都降低，其質量損失率都增大，主要因為隨著水灰比增加，水泥用量減少，不同骨料混凝土的黏結強度及密實度隨之降低，凍融循環時，在孔隙水的凍脹應力作用下，試件容易發生破壞，造成試件表面剝離、剝落現象嚴重，由于煤矸石的強度較碎石低，其受損更嚴重，但試驗結果表明煤矸石骨料混凝土的抗凍性能能夠滿足規范要求。

5 試驗結論

在同一水灰比情況下，煤矸石骨料混凝土的干燥收縮率和質量減少率都比普通碎石混凝土大，這主要是因為煤矸石骨料的吸水率較大，隨著時間的延長，煤矸石骨料中水分蒸發較多；隨著水灰比的增大，兩種骨料混凝土的干燥收縮率以及質量減少率也相應增大，這是因為隨著時間延長，經水化反應后，多余水分蒸發。另外，兩種骨料混凝土的早期干燥收縮率都較大，50d的干燥收縮率占整個齡期180d的85%左右，超過120d后趨于穩定，因此，應采取措施防止煤矸石骨料混凝土早期干燥收縮裂縫過大。

參考文獻

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