自燃煤矸石骨料附加水量和预湿时间对混凝土的影响

陈远环（东莞市裕燊混凝土有限公司）



自燃煤矸石骨料附加水量和预湿时间对混凝土的影响

陈远环
（东莞市裕燊混凝土有限公司）

【摘要】煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石。作为煤炭工业伴生的废弃物不仅堆积占地，而且还能自燃污染空气或引起火灾。科研人员在建筑材料、制取化工产品和提炼贵重金属方面作了大量的研究；相关的研究发现，煤矸石骨料取代传统的砂石，采取措施来进行预拌混凝土的配制，混凝土的工作性和强度基本达到天然骨料的效果。因此，本文对预拌混凝土中煤矸石骨料的附加水量和预湿时间作了一定的分析。

【关键词】煤矸石；骨料；预拌混凝土；附加水；预湿

煤矸石骨料在预拌混凝土中的应用，还是存在一些问题，例如：①自燃煤矸石的孔隙相对较大，所以作为骨料吸水率比较高，在搅拌过程中，会吸收大量的水，导致混凝土拌合物出现干稠现象，而且在具体的施工中，容易出现坍落度的经时损失严重，不一定能满足施工要求。②自燃煤矸石骨料的表面结构、粒形、级配和具体的强度方面和传统的砂石存在较大的差别，而且密度介于天然骨料和轻骨料之间，密实度较普通混凝土差。③具体的实践中发现，煤矸石由于母岩的特征不适宜应用于高强混凝土，一般研究不超过C40的混凝土。④有研究表明通过控制好附加水和预湿时间，使用高效减水剂配置出的煤矸石骨料混凝土抗压、抗折、劈裂强度基本与天然骨料接近，但弹性模量稍低于天然骨料混凝土。

1　实验部分

1.1原材料的性能

⑴自燃煤矸石粗集料：进行人工级配和筛分，表观密度2300kg/m3；

⑵自燃煤矸砂：细度模数Mx数值为2.76；

⑶胶凝材料：P.O42.5R水泥，密度为3000kg/m3，粉煤灰为Ⅱ级，密度达到2720kg/m3；

⑷天然砂：选择当地的河砂，含泥量为2.8%；

⑸天然碎石：石灰岩，具体的粒径在5～26.5mm，级配合格；

⑹自来水；

⑺减水剂：萘系高效减水剂，减水率达到15%～17%。

1.2实验的方法

对自燃煤矸石、煤矸砂在配置中的用水量和预湿时间作为主要的影响因素，按照普通的混凝土配合比设计方法，采用两组配置方法，一组为煤矸砂+天然碎石，另外一组采用自燃煤矸石+天然河砂进行组合集料，配置C30等级强度的混凝土［1］。同时，S系列的混凝土为天然碎石+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，附加水质量=集料质量×煤矸石的吸水率×K。

⑴对自然煤矸石、煤矸砂的附加水情况，对k的取值一般按照0、0.2、0.4、0.6、0.8和1的标准进行，同时，预湿的时间为10min。进行一定的实验对比，选择出工作性和强度能够满足要求的附加用水量。

⑵在选出的附加水中，加入自燃煤矸石和自燃煤矸砂，将具体的预湿时间看做变量，具体分为10min、30min、60min和80min四个阶段，进行实验对比，选出强度和工作性较为理想的自燃煤矸石、自燃煤矸砂的预湿时间。

1.3试验配合比和试验的步骤

在具体的实验中，自燃煤矸石的几种级配对技术方面的性质出入不大，所以，一般可以选取比较简单、没有进行组配的自燃煤矸石作为一种粗集料。实验的具体步骤可以分为以下几个方面：

⑴将实验前称量好的附加水，掺入一定量的煤矸石和煤矸砂集料进行均匀的搅拌。经过一定的预湿时间后，加入对应的天然集料，包括粗集料和细集料，拌合1.5min。同时，再掺入一定量的胶凝材料，拌合1.5min。最后，还需要加入稀释过的减水剂溶液，搅拌时间在2min左右。

⑵根据混凝土拌合物性能试验方法，检测拌合物的工作性能。

⑶根据混凝土力学性能的检测标准，检测拌合物的强度。同时，对成型的试件进行编号，放置在标准养护室养护，对抗压、抗折、劈裂强度和弹性模量做检测。

2　实验的结果和分析

2.1附加水对自燃煤矸石混凝土拌合物坍落度的影响

在实验中，随着附加水的逐渐增加，混合物的坍落度会出现比较明显的增大，而且，一般最初的增幅都比较大，但是随着自燃煤矸石或者是煤矸砂集料吸水逐渐饱和，坍落度的变化开始减小［2］。在S系列的混凝土中，当K值达到0.4时，拌合物的坍落度会达到150mm；当k值为0.6时，坍落度为160mm；另外，k值达到0.8时，拌合物的坍落度就达到了170mm。由于附加水的增加，会导致S系列混凝土强度的降低，而且下降幅度比较大，经过分析，在附加水量中K值取0.6比较合理。同时，在G系列的拌合过程中，K取值0.6，拌合物的坍落度会达到130mm；在k取值为1时，拌合物的坍落度就能够达到190mm。而且G系列的混凝土随着附加水的增加，强度的下降幅度不是很大，而且吸水量和吸水时间也比较长，所以，经过分析，K取值为0.8时，结果比较合理［3］。

2.2附加水对自燃煤矸石混凝土强度的影响

由于自燃煤矸石在集料的附加水方面存在不同，所以，也导致了混凝土产生强度不同的实验结果。而且在附加用水量的增加方面，不论是S系列还是G系列的混凝土，拌合物的强度都会呈现降低的趋势。如图1、图2所示。

图1　自燃煤矸石集料附加水和强度的关系

图2　自燃煤矸石集料附加水与混凝土劈拉强度的关系

而且，在自燃矸砂配制的混凝土拌合物中，附水量的增加，会导致抗压强度出现幅度较大的降低。同时，附水量的增加，拌合物的劈拉强度呈现出了下降趋势，但是当k值为0.6时，会出现上升的峰值［4］。另外，在G系列的拌合物中，附水量的增加，随着时间的变化，强度和劈拉强度的变化幅度都相对较小，而且在k值为0.8时，与没有加入附加水的强度相差不大。

在对混凝土流动性恶化强度方面的考虑中，自燃煤矸砂的附加水中k取值为0.6以及自燃煤矸石附加水值k取0.8时，产生的结果比较理想。

2.3自燃煤矸石预湿时间对拌合物坍落度的影响

在S系列中，自燃煤矸砂的附加水根据吸水率的60%加入，对G系列的自燃煤矸石的附水量根据吸水率为80%加入，自燃煤矸砂和煤矸石的预湿时间也会表现出不同的变化趋势。如图3所示：

图3　自燃煤矸石对混凝土坍落度的影响

从图3可以看出，自燃煤矸石的选择中，不论是粗料还是细料，附加水预湿的时间越长，拌合物的坍落度就会呈现出增大的趋势。出现这种现象的主要原因就是，由于自燃煤矸石的空隙比较大，在预湿过程中，预湿的时间较长，集料吸附的水量就会越大［5］。所以，最后会导致混凝土拌合物的坍落度增大。

2.4自燃煤矸石预湿时间对混凝土强度的影响

在实验中，对两种系列的混凝土，集料随着预湿时间的增加，混凝土的抗压强度也会表现出不同的变化趋势，具体如图4所示：

图4　自燃煤矸石预湿时间和强度之间的关系

从图中可以看出，G系列的混凝土在预湿时间增加的过程中，混凝土拌合物的抗压强度出现了递增的趋势。在实验中，主要考虑的原因包括：①G系列的混凝土中，自燃煤矸石粗集料的粒径比较大，所以，吸水预湿时间相对较长，导致附加水被集料吸收的概率增大，最终造成集料附近的水灰比变小，促进了混凝土的强度增长。②S系列的混凝土，由于集料的粒径比较小，在较短的时间内容易出现吸水饱和，所以预湿时间对其影响不太大。

3　结语

在使用自燃煤矸石骨料作为混凝土拌合物的应用中，代替了传统的砂石，配制流动性较强的C30混凝土有一定的优势。而且，通过实验分析可以发现，采用天然碎石+自燃煤矸石进行拌合，配制混凝土，可以对附加水按k取0.6加入，预湿时间控制在10min左右，可以满足强度和流动性要求。实验中，对另外一种自燃煤矸石+天然河砂集料配制的拌合物，一般对附加水按k取0.8加入，预湿时间控制在60min左右，可保证混凝土的强度和流动性。●

【参考文献】

［1］周梅，赵华民，路其林，浦倍超.自燃煤矸石集料预处理对混凝土工作性及强度影响［J］.工业建筑，2014，12∶113-117.

［2］周梅，赵华民，王然，陈冲，瞿宏霖.掺合料对自燃煤矸石砂轻混凝土抗渗和抗冻影响［J］.硅酸盐通报，2015，01∶131-137.

［3］周梅，李高年，张倩，崔翰博.自燃煤矸石骨料在预拌混凝土中的应用研究［J］.建筑材料学报，2015，05∶830-835.

［4］李永靖，闫宣澎，郭瑞琪，周梅.自燃煤矸石全轻混凝土拌合物坍落度经时损失试验研究［J］.硅酸盐通报，2013，04∶727-731.

［5］周梅，田博宇，王强，牟爽，浦倍超.自燃煤矸石粗集料对砂轻混凝土性能影响的试验研究［J］.硅酸盐通报，2013，11∶2231-2237.