自燃煤矸石骨料含水状态对混凝土性能的影响.pdf

第3 8 卷第2 期 2 0 1 5 年 3 月 非金 属 矿 Noi l M et al l i c M i nes VO1 38 No 2 M a r c h，2 01 5 自燃煤矸石骨料含水状态对混凝土性能的影响 肖建华周梅赵华民 ( 辽宁工程技术大学 建筑工程学院，辽宁 阜新1 2 3 0 0 0 ) 摘要 自 燃煤矸石骨料具有孔隙率大、 吸水率高的特点， 使其含水状态对混凝土性能的影响程度远大于天然骨料。利用气干、 湿润和饱和 面干状态的 自燃煤矸石骨料配制备混凝土 ， 通过混凝土稠度和强度试验 ， 揭示 自燃煤矸石 骨料含水状态对混凝土性能的影响。结果表 明， 按普通混 凝土设计方法确定单位 用水量 ， 气干状态 自燃煤矸石骨料 配制的混凝土 ， 拌合 物干稠 不能满足大流动预拌混凝 土施 工要 求， 加强振 捣后硬化 混凝 土强度比普 通混凝土高两个等级 ； 按轻骨料 混凝土设计方法确定单位用水量， 即饱和面干 自燃煤矸石骨料 配制的混凝土， 拌合物 出现 泌水 、 离析现 象， 强度降低一个等级； 当自 燃煤矸砂掺入吸水率6 0 的附加水、 自燃煤矸石掺入吸水率 8 0 的附加水， 且提前 l h 润湿， 配制的混凝土流动性和 抗压强度 与普通混凝 土相 当。 关键词 自 燃煤矸石骨料； 含水状态； 和易 性； 强度 中图分类号 ： T U5 2 8 0 4 1 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 8 0 9 8 ( 2 0 1 5 ) 0 2 - 0 0 2 4 - 0 4 Ef f e c t o f M o i s t u r e S t a t e f o r S p o n t a n e o u s Co mb us t i o n Ga n g u e Ag g r e g a t e o n Co n c r e t e Pe r f o r ma n c e Xi a o J i a nh na Zh o u M e i Zh a o Hu a m i n ( C o l l e g e o f Ar c h i t e c tu r e a n d E n g i n e e r i n g ， L i a o n in g T e c h n i c a l Un i v e r s i t y ， F u x i n ， L i a o n i n g I 2 3 0 0 0 ) Abs t r a c t Be c a u s e o f s p o n t a n e ou s c o m b u s t i o n ga n g u e a gg r e g a t e h a v e s o me c h a r a c t e r i s t i c s ， f o r e x a mp l e ，l a r g e p o r o s i t y , hi g h bi b u l o us r a t e ， s o t h e e ffe c t d e g r e e o f moi s tur e s t a t e for s p o nt a ne o u s c o mb u s t i o n g a ng u e a g g r e g a t e o n c o n c r e t e p e r f o r ma n c e i s g r e a t e r t h a n n a t u r a l a g g r e g a t e Th i s p a p e r , us i n g g a s d r y ,we t a nd s a t u r a t e d s u r f a c e d ry s t a t e o f s p o n t a n e o u s c o mb u s t i o n c o a l g a n g u e a g g r e g a t e t o p r e p a r e c o n c r e t e ， t h r o u g h t h e c o nc r e t e c o n s i s t e n c y a n d s t r e n g t h t e s t t o r e v e a l t h e e f f e c t o f mo i s t u r e s t a t e for s po nt a n e o u s c o mb u s t i o n g an g ue a g g r e g a t e o n c o n c r e t e p e r f o rm a n c e T h e r e s u l t s s h o w t h a t a c c o r d i ng t o t h e o r d i n a ry c o n c r e t e d e s i g n me t h od t o d e t e r mi n e t h e u n i t wa t e r ll s e ， t h e d ry c o n d e n s e d s t a t e o f t h e c on c r e t e mi x t ur e wh i c h wa s p r e p a r e d b y u s i n g g a s d r y s t a t e o f s p o n t a n e o us c o mb u s t i o n c o a l g a n g u e a g g r e g a t e c a n n o t m e e t t h e c o n s t r u c t i o n r e q u i r e me n t s W h e n t he c o n c r e t e wa s s t r e n g t he n e d v i b r a t o ry， t h e s e n g t h o f ha r d e n e d c o n c r e t e h a d i mp r o v e d two l e v e l s hi g he r t h a n o r d i n a r y c o n c r e t e Ac c o r d i n g t o t h e l i g h t we i g h t a g g r e g a t e c o n c r e t e d e s i g n me t ho d t o d e t e r mi ne t he u n i t wa t e r u s e ， t h a t i s t o p r e p a r e c o n c r e t e b y u s i n g s a t u r a t e d s u r f a c e d r y s t a t e o f s p o n t a n e o u s c o mbu s t i o n c o a l g a n g u e a g g r e g a t e ， t he c o nc r e t e mi x tu r e a p p e a r e d bl e e d i ng ， s e g r e g a t i o n p h e n o me n o n ，a n d t h e s t r e n g t h h a d d e c r e a s e d a l e v e 1 I n a d d i t i o n t ha t ， wh e n t h e s po n t a n e o u s c o m b u s t i o n c o a l g a n g u e s a n d m i x e d wi t h a n a d d i t i o n a l wa t e r whi c h wa s 6 0 o f wa t e r a b s o r p t i o n， t h e s p o n t a n e o u s c o mb u s t i o n c o a l g a n g u e mi x e d wi t h an a d d i t i o n a l wa t e r wh i c h wa s 8 0 o f wa t e r a b s o r pt i o n ，a n d b o t h o f t h e tw o a g g r e g a t e s we r e we t t e d 1 h i n a d v a n c e ， t h e mo b i l i ty a n d c o mpr e s s i v e s t r e n g t h o f t he c o n c r e t e wh i c h wa s p r e p a r e d wi t h t h e m we r e e q u a l t o t h a t of o r d i n a r y c o n c r e t e Ke y wo r d s s p o n t a n e o us c o mb us t i o n g a n g u e c o ars e a g g r e ga t e ； mo i s t ur e c o n di t i o n ； wo r k a bi l i t y ；s e n g t h 根据混凝土恒定用水量法则， 当所用粗、 细骨料 种类及比例一定时， 为获得要求的流动性 ， 所需拌合 水基本是固定的； 另一方面， 骨料也是影响混凝土强 度和耐久性 的主要 因素。因此 ， 混凝土配合 比设计 中单位用水量选择 的主要依据是粗、 细骨料的技术 性质 。煤矸石 自燃后本身孔隙率较大， 加之在破碎 过程 中本身强度有限， 机械损伤在内部形成许多微裂 纹， 且 自燃煤矸石骨料 中过细 比例较大 ， 骨料比表面 积较大 ， 使 自燃煤矸石骨料的吸水量 比天然骨料大 的 多。设计配合比时， 若按天然骨料确定单位用水量， 收稿 日期 ：2 0 1 5 - 0 1 3 0 基金项 目：国家自然科学基金委员会与神华集团有限公司联合资助 项 目f U1 2 6 1 1 2 2 ) 。 则配制的混凝土拌合物千稠 ， 不能满足 目前大流态混 凝土施工要求 ； 若按轻骨料设计要求确定单位 用水 量 ， 则配制的混凝土拌合物泌水离析， 不能满足结构 设计的强度等级和使用环境的耐久性要求 2 - 1 。 自燃煤矸石骨料性质介于天然骨料与轻骨料之 间， 直接利用现有的任何一种设计方法进行配合比设 计 ， 都不能满足工程要求 ， 相关研究鲜见报道。鉴于 此， 依据相关研究资料 ， 本实验分别 以气 干、 湿润 和饱和面干状态的自燃煤矸石骨料配制混凝土 ， 通过 混凝土稠度和强度试验， 揭示自燃煤矸石骨料含水状 态对混凝土性能影响， 通过在天然骨料单位用水量基 础上修订 自燃煤矸石骨料单位用水量 ， 为 自燃煤矸石 骨料混凝土配合比设计提供理论基础。 2 4 肖建华 ，周梅 ，赵华民 自燃煤矸石骨料含水状态对混凝土性能的影响 1 实验部分 1 1 原料 1 1 1 胶凝材料： 水泥： 阜新大鹰牌 3 2 5 和 4 2 5 普通 硅酸盐水泥 ( P O) ， 2 8 d E测抗压强度分别为5 3 6 9 V I P a 和 4 8 4 7 M P a ； 粉煤灰： 阜新发电厂I 级粉煤灰， 比表面 积 8 4 4 5 4 r n 2 ， 密度 2 6 g c m3 ； 矿粉 ： 抚J 颐产 $ 9 5级水 淬高炉矿粉， 比表面积 1 1 3 5 7 2 。粉煤灰和矿粉 主要化学成分见表 1 ， 二者粒度分析结果见图1 和图2 。 表 1 粉煤灰及矿粉主要化学成分 ( w ) 胶凝材料 S i O2 A1 2 03 F e 2 0 3 C a O Mg O S O 3 T i O2 K2 0 Na 2 0烧失量 粉煤灰6 2 0 2 1 1 2 9 5 1 9 6 0 7 1 5 6 1 0 4 1 0 0 1 6 3 0 ， 1 3 一 矿粉3 546 2 0 3 3 4 8 7 2 O 0 45 2 3 8 5一 一 一 一 皤 妊 擐 ： 麒 l t 。 r 9o 0 8o o 7 o o o 装 。 慧 i o o 蠢 。 2 O o l l 乱 o 乱 oL 一 一 蠹 o 1 i O 1 o, o 1 粒径范围 u m 图1 粉煤灰粒度分析结果 一 十一 十 “ ” 订 弼 。 。了 ； - - 斗 ,L H q - - - 一 一 一 十 十 ： ： ： ： ： ； ： L 一 一 十 一 i - - 十 一 以 仆 * 一 。 。 一 磐 I I I| + ， 0 I 一 一 一： 一 ； j ： ； ： ： ： ： ： l ： = i 臻j ： 一 一-I +抖卜 避 花 径冤ll la m 图2 矿渣粒度分析结果 1 1 2 骨料 ： 细骨料 ： 当地天然河砂， 细度模数 Mx为 2 6 8 ， 级配 曲线见 图 3 ， 表观密 度 2 5 8 0 k g m3 ， 松 堆密 度 1 3 0 5 k g m ， 紧堆密度 1 4 3 0 k g m ； 自燃煤矸砂， 阜 新清河 门矿 自燃煤矸石经 由 X P C 一 1 0 0 x 1 5 0 型 颚式 破碎机 破碎 ， 再经过人工筛分而得 ， 细度模 数 Mx为 2 7 6 ， 级配曲线见图 3 ， 表观密度 2 4 3 3 k g m3 ， 松堆密度 1 1 0 5 k g m3 ， 紧堆密度 1 1 8 5 k g m3 ， 吸水率 1 2 4 3 。 0 1 5 0 3 0 0 6 0 1 1 8 2 3 6 4 7 5 9 5 筛孔 尺 寸 n m 图3 天然砂与 自燃煤矸砂 筛分 曲线 25 粗骨料 ： 石灰岩碎石 ， 主要技术指标见表 2 ； 阜新 清河门矿 自燃煤矸石 ， 经过 XP C - 1 0 0 1 5 0型颚式破 碎机破碎 ， 再进行人工筛分、 组配而得 ， 主要技术指标 见表 2 。天然碎石与自燃煤矸石孔结构分布情况见 图 4 。 表 2 自燃煤矸石骨料主要技术指标 颗粒 表观 松 堆 紧堆 含水 吸水 压碎 粗骨料 级配 密度 密度 密度 率 率 指标 5 5 mn l( k g m )( k g m )( k g m3 ) 自燃煤矸 石 良好 2 5 1 8 1 1 2 1 1 2 5 5 0 7 2 8 4 3 1 8 6 2 5 天然碎石 良好 2 8 3 4 1 5 2 2 1 5 9 5 0 3 9 0 8 7 8 1 2 E 9 E 蝗 0 0 0 2 5 0 0 0 2 0 0 0 0 1 5 0 0 01 0 0 00 05 0 矸 石 石 1 1 0 1 O 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 孔 径 n m 图4 天 然碎 石与 自燃煤矸石孔 径分布 曲线 1 1 3 其他材料： 萘系高效减水剂： 掺量2 5 2 8 ， 减水率 1 8 2 0 ， 该减水剂内含防冻剂成分； 养护 及拌合水： 普通 自来水。 1 2 试验设计 以粗、 细骨料的含水状态为变量 ， 首 先按普通混凝土配合比设计方法 ， 进行 C 2 0混凝土设 计。然后根据骨料含水状态， 调整配合比。粗、 细骨 料进行以下 3 种组合： 天然河砂和天然石灰岩碎石； 自 燃煤矸砂和天然碎石； 天然河砂和自燃煤矸石。具 体试验配合比见表 3 。 l -3 试验内容及方法研究粗、 细骨料的含水状态 对混凝土拌合物和易性和硬化强度的影响， 因此主 要进行混凝土稠度和强度试验。试验过程严格执行 G B T 5 0 0 8 0 2 0 0 2 普通混凝土拌合物性能试验 方法 标准 7 1 和 G B T 5 0 0 8 1 - 2 0 0 2 普通混凝 土力学性能 试验 方法 【 8 。 自燃煤矸石骨料 附加水需要提前 1 h 吮水润湿 ， 具体试验步骤为 ： 将称量好的附加水掺入 称量好的气干状态下的自燃煤矸砂或煤矸石骨料 中， 搅拌均匀， 停放 1 h备用。 2 结果与讨论 2 1 混凝土拌合物和 易性分析不 同含水状态的 粗、 细骨料， 配制的混凝土拌合物和易性试验结果， 见 表 4和图 5 。从表 4可看出， 对于天然骨料配制的混 凝土， 初始坍落度随着骨料含水率的增大而增大， 但 变化幅度较小； 自燃煤矸石骨料配制的混凝土 ， 初始 坍落度也随着自 燃煤矸石骨料含水量的增大而递增， 但变化幅度很大。自燃煤矸石骨料含水状态对混凝 ； = = = = = I _ = = 二 # = 1_ _rI_