煅烧超细磨煤矸石作高性能混凝土掺合料的研究.doc

煅烧超细磨煤矸石作高性能混凝土掺合料的研究陈寒斌陈剑雄 张彭成吴建成 后勤工程学院 重庆大学■要：般烧并趣细●后的蝶矸石具有较商的活性，其指数(抗压强度比J高达B“，与将煤灰的活性接近， 是理想的活性参台抖．在合理配比的混凝土中，煤矸石掺合抖可以很好地生桴大山友_教应，畿集抖填竟冀 应和时久性艘应：瞢代部分束jl邑(在不掺加任何激发剂的情况下．取代量不超过3喊)，改善木范蒙并的 壤配蛆成．提高混凝土的工作性；硬化后的混凝土的密实度提高：耐久性提高．尤其是抗琉t盐侵蚀的奠 力大大提高．如秉与硅灰震掺，对提高混凝土的时蚀性有明曼的作用． 关#诃：艨矸石、掺台料，高性麓混凝土1、引言煤矸石是夹在煤层中的岩石，是采煤和运煤过程中排出的度弃物，也是我 国排放量最大的一种工业废渣．据有关统计“1 ，煤矸石数量按屎煤产量的15％ 计，每年煤矸石至少增加l亿吨以上，历年积存的煤矸石已超过20亿吨．大量 的煤矸石不仅占用良田，也对环境造成严重的污染． ．大部分蝶矸石污染土岩类，其主要矿物组成为粘土矿物，其次为磺、长石、 云母和黄铁矿、碳酸盐等向生矿物．在经过700-900℃高温煅烧后，原来的结晶和分解破坏，变成天定型的非晶体，使煤矸石具有治性．活性的大小，和矸石的物相组成有关，还和煅烧温度有关“1．煅烧磨细后煤矸石比表面积3 300cm2／g，si02和Al 20，含量8 0}l以上．在砼中 的作用机理与硅灰及其它火山灰相似，具有火山灰质活性效应、傲集料效应及 耐久性效应．活性si0：和^l：O，与血(oH)：作用生成csH凝胶、水化铝酸钙和水 化硫铝酸钙．2、原材料和试验方法．2．1原材料2．1．1水泥：试验采用重庆水泥生产的P0525水泥，其性能指标见表1，属525R型水泥物理力学性能 表1标准稠 凝结时间 抗压强度 抗折强度 细度 h：min 跚Pa) 0dPa)度用水 安定性量{l c酽／g 初凝 终凝 3d 28d 3d 28d25．1 3300 合格 1： 45 2： 52 36．9 56．3 7．21 9．43注：水泥的力学强度系采用GBll 7—85试验方法测定的．2．2．2、煤矸石 试验用的煤矸石是产于华莹山脉，经过充分煅烧及磨细(达水泥细度)中田肿瞍舳学会第八屙水抛化学会泌 删·雨庆其化学成分及性能指标见表2，表3．化学成分 Si02 ^l 203 Fe203 Ca0 M90 S0】 烧失量 ￡ 煅烧前j6 51．46 21．75 4．7l 5．08 0．93 2．63 11．36 97．9 煅烧后，6 58．1 24．54 5．3l 5．7 3 1．05 2．97 97．70细度cm2／g 需水量％ 烧失量％ 含水量{l I三氧化硫％ 活性值％)3320 96．3 O．92 2．63 81．3由蝶矸石的化学成分可以看出，si02和^1203含量>70％．经煅烧后的s i0： 与Al。

0，的总量>80{1．它在砼中的作用机理与硅灰，粉煤灰及其它火山灰相似， 都具有火山灰质活性效应、微集料效应、及耐久性效应．煤开石经高温煅烧后， 高岭石分解，产生活性si0：和活性Al：0，．在水泥的水化和硬化过程中，体系中 的碱性物质与煤矸石的活性siO和A1：0，反应，生成c—s—H凝胶、水化铝酸钙及 水化琉铝酸钙等．由于煤矸石细粉的填充效应和对硅酸盐水泥的二次水化作用填充了原有的 水泥石结构孔隙，使水泥石的结构更加密实，提高了混凝土的密实度这不仅增 加了混凝土的强度，而且提高了混凝土的抗渗自B力，并提高混凝土的耐久性2．3，粉煤灰： 试验用粉煤灰是重庆九龙坡电厂的干排灰，其性能符合GBl596—91“用于水泥和混凝土中的粉煤灰”标准Ⅱ级品的指标要求．2．2．4、细集料：四川简阳中砂，细度模数Mx一2．32，级配合格，砂的含泥量1．眠砂的泥块含量0．3j1．2．2．5、粗集料 重庆小泉石灰石碎石，o一20叫连续级配合格，针、片状含量3％，压碎指标6％．2．2．6、外加剂： 以FDN为主的复合型的微引气的缓凝高教减水利，减水率23％，其它技术指标满足《砼外加剂》(GB8076—1997)的一等品品质要求，掺量为1．2{I．2．3混凝土配合比 掺煤矸石混凝土只要配合比设计合理，一般硬化后的性能与普通混凝土相同，某些性能超过普通混凝土。

根据混凝土原材料的性能，试验中的基准配合比列于表5．试验中所用配 合比均在此基础上调整而得的混凝土基准配合比 表5水渑 砂 石 水 外加剂 Sp(种51 0 61 2 1140 l 68 6．12351 1．20 2．24 O．3 3 0．012中闽硅暗盐学会笫八届水泥化学会议 中用·再庆3、煅烧后煤矸石的性能3．1抗压强度比(活性指数)牯土岩类煤矸石主要由粘土矿物组成．加热到一定温度(一般为700℃一900℃)时，屎来的结晶相分解破坏，变成无定型的非结晶体，使煤矸石具有活性． 活性的大小和煤矸石的物相组成有关，还和煅烧温度有关．自燃过的煤矸石都 具有一定的活性．煤矸石的火山灰活性可以根据一定时间内石灰一一煤矸石混合物中未反应 的ca(0H)，的量来确定．但由于这种反应速度非常缓慢，因此工程上在确定火 山灰质混合材的火山灰活性时多采用比抗压强度．GBl596—91规定粉煤灰的活性为28d的水泥胶砂抗压强度比，印测定掺30％粉煤灰的水泥砂浆强度与同龄 期的纯水泥砂浆强度的比值．煤矸石的活性测定参照GBl596—91进行．其抗压 强度平均为81．3％．这与粉煤灰的活性接近．活性指数测定 表6次数 平均活性 标准差。

最高值 最低值17 81．3 4．7 86．5 74．6虽然媒矸石中含有活性siO和^l，0，，经自燃或人工煅烧后具有一定的恬 性，但它并不能取代水泥，不同掺量的煤矸石对水泥的物理性能的影响不同， 在不掺加任何激发剂的情况下，煤矸石掺量为2p3 ojl时，强度增长较好．结果 见表8煤开石 暂凝 终凝 执折强度呻^ 抗压曩虚峨掺量％ h：■In h：■ln 定性 3d 28d 36M 埘 2ld 36叫O l：-5 2：52 寺格 7．21 9．●3 10．73 ，6．9 5●．， 56．15 1：5l 3：12 告格 6．29 9．93 儿．23 32．6 52．8 S7．310 l：53 3：03 合格 6．07 lO．08 11．55 31．7 52．5 56．915 1：“ 2：58 畚格 6．06 9．97 11．9 31．2 52．3 57．720 l：50 3：16 合格 6．09 9．76 11．56 ，1．7 51．5 58．‘30 l：43 3：01 合格 4．●6 9．32 lO．●7 26．3 46．9 5{．2‘O 2：12 3：21 合格 I．48 8．24 9．26 19．6 41．8 柏．0‘5 2：16 3：29 合格 ●：48 8．21 ’．43 1 7．8 39．0 41．84、实验结果与讨论中国硅艘盐学会第八届水泥化学会'嫂 中田·重庆4．1煤矸石混凝土拌合物的工作性及坍落度损失煤矸石砼拌合物性能及强度表10序 初凝 终凝 坍落度／扩展度(Ⅻ) 抗压强度(岫．)号 h：皿in h：min 初始 lh 2h 3d 28d 9M1 7：35 8：28 210／490 2 00／430 160，350 49．O 69．9 74．22 7：52 8：47 215，515 2lO，452 185／395 46．3 68．2 74．63 8：lO 9：31 2l 5／510 210／460 200，420 43．2 67．8 73．2注：煤矸石取代水泥的量分；4 l’为o．2。

为15％，3为3睇从表10中可以看出：^．煅烧磨细煤矸石粉掺入砼后，混凝土的凝结时问(包括初、终凝)随着掺t的增加而延长．B．掺煅烧磨细煤矸石粉的混凝土的坍落度损失要比未掺者小．如2h，未掺者砼坍藩度损失达50咖，而掺15％的砼的坍落庹损失为30咖，掺30％的砼坍 落度损失仅为15衄．混凝土扩展度的减少也具有上述的规律性．这种现象对于 预拌砼具有积极的意义．c．掺入煅烧磨细煤矸石的混凝土强度与未掺者相比，混凝土早期强度随着掺量的增加而降低，砼后期强度基本持平．而砼的强度增长率：未掺者为(R—R，)／R，I(74．2—49．0)／49．9-51，l；掺30％的(R一R，)／R广a3'2—’43．2)／43．2-69％．笔者认为：混凝土早期强度稍偏低一些，在某种程度上来说．对砼质量有盏．4．2煤矸石混凝土抗压强度根据配合比设计，试配的混凝土R可满足c60混凝土试配强度保证率要 求，见表¨．(煅烧磨细煤矸石的掺量是30％)试配强度统计表 裹Il一146—中I=l：|排艘拈学会旃八届水怩化学会改 cj-同·晌庆试配次数 平均强度R：， 标准差6 R№in Rih-26 7 0．2 3．6 66．3 73．2煤矸石混凝土强度的发展取决于其配合比，印水泥的标号和品种，w／c的 大小，煤矸石的掺量，煤矸石的细度，外加剂的品种和掺量，环境温度、养护 条件等．但总的来说，只要材料质量好、配比恰当，可以配出高强混凝土．煤 矸石混凝土与其粉煤灰混凝土很相似，能够保证混凝土的后期强度．加强早期养护，有利于煤矸石混凝土的强度发展．4．3煤矸石混凝土的抗弯强度 抗弯试验采用四点加荷法，试件尺寸为400×l 00×1 00(叫)，踌距300岫，试验简圈见图3，试验结果列于表12煤矸石砼28天的抗弯强度(MPa)表12掺量(*) o j 10 20 30 4028d强度 4．56 l 4．62 5．32 4．97 4．35从试验结果看出，煤矸石掺量变化，对混凝土的抗弯强度影响不明显．这 结论与表7中的水泥胶砂抗折强度基本上吻合，在煤矸石掺量不超过30％时， 水泥胶砂试件的抗折强度基本上变化不大，但超过40％后，其抗折强度有所下 降．4．4煤矸石混凝土的耐久性④煤矸石混凝。