煤矸石骨料混凝土的冻融循环试验研究.pdf

2 0 1 3年 第 1 2期 (总 第 2 9 0期 ) Nu mb e r 1 2 i n 2 0 1 3 ( T o t a l No 2 9 0 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 原材料及辅助物料 MA T ERI AL AND ADM I NI CL E d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 3 1 2 0 2 7 煤矸石骨料混凝土的冻融循环试验研究 李永靖 ，韩俊俊 ，邢洋 ，闰宣澎 ，张旭 ( 辽宁工程技术大学 土木与交通学院，辽宁 阜新 1 2 3 0 0 0 ) 摘要： 为探讨煤矸石作为骨料制备混凝土的耐久性， 对其指标之一冻融循环性能进行了基础试验研究， 结果表明： 在常用水 灰比的情况下， 煤矸石骨料混凝土的抗冻性能指标能够满足要求 ； 在相同水灰比的情况下， 煤矸石骨料混凝土的耐久性指数比普 通混凝土有所降低， 质量损失率有所增大， 主要因为在煤矸石骨料中的孔隙水产生较大冻胀应力造成的； 随着水灰比的增加， 煤 矸石骨料混凝土与普通碎石混凝土的耐久性指数都降低 ， 二者的质量损失率也都增大， 主要是由于水灰比增加 ， 不同骨料混凝土 的强度 、 结构密实度都降低造成的。 试验结果表明 ， 采用煤矸石制备混凝土时， 应在满足和易性 的基础上 ， 尽量降低单位用水量， 水灰 比不宜超过 0 5 0 。 关键词： 煤矸石混凝土 ；动弹性模量 ；质量损失率；耐久性指数 ；冻融循环 中图分类号： T U 5 2 8 0 4 1 文献标志码： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 3 ) 1 2 0 1 0 0 0 3 R e s e a r c h 0 1 1 t h e f r e e z i n g a n d t h a w i n g c y c l e t e s t o f c o a l g a n g u e a g g r e g a t e c o n c r e t e L Y o n g fi n g ， H A NJ u n j t m， X I NG Y a n g ， Y A NXu a n p e n g ， Z H A NGX u ( I n s t i t u t e o f C i v i l E n g i n e e r i n ga n dT r ans p o r t a t i o n， L i a oNi n gT e c h n i c a l Un i v e r s i t y ， F u x i n 1 2 3 0 0 0， C h i n a ) Abs t r ac t ： To d e a l wi t h the c o n c r e t e d u r a b i l i t y o fc o g a n g u e p r e pa r e d f o r a g g r e g a t e， f un d a me n t a l e x p e r i me n t a l i n v e s t i g a t i o n i s a do p t e d t o l e a r n a b o ut fre e z i ng a n d tha wi n g c y c l e p e r f o r ma n c e F i nd i n g s s h o w tha t ， whe n wa t e r c e me nt r a t i o i s u nd e r the c o mmo n c i r c u ms t a nc e， fro s t r e s i s t i ng p e r f or ma n c e i n d e x o f c o a l g a n g u e a g gre g a t e c o nc r e t e c o u l d me e t r e q ui r e me n t s W h e n wa t e r c e me nt r a t i o i s u nd e r the s a me c i r c u ms t a nc e， c o mpa r e d wi th c o mmo n c o nc r e t e， the fro s t r e s i s t i n g p e r f o rm a nc e i n de x of c o a l g a n g u e a g gre g a t e c o n c r e t e r e d uc e d， an d ma s s l os s r a t e i n c r e a s e d t o a c e r t a i n e x t e nt Th a t i s the r e a s o n wh y po r e wa t e r i n c o a l g a n g u e a g gre g a t e b r i n gs a bo ut l a r g e r fro s t h e a v e s t r e s s W i t h wa t e r c e me n t r a t i o i n c r e a s e d， b ot h p e r f o rm a nc e i n de x an d ma s s l o s s r a t e o fc o a l g a n g ue a g gre g a t e c o n c r e t e a n d c o mmo n c o n c r e t e r e d u c e d， ho we ve r ， the ma i n r e a s o n i s t h at， wa t e r c e me n t r a t i o i n c r e a s e d， s tre n g t h an d s t r uc t u r e c o mp a c t ne s s o f di ffe r e n t k i nd s o f c o n c r e t e s de c r e a s e dCo n c r e t e p r o d uc e d b y c o a l g an g u e s h o ul d n o t o n l y me e t t h e d e ma n d o fwo r k a b i l i ty， b u t a l s o b r i ng d o wn u ni t wa t e r c o n s u mpt i o n i n o r de r t o e ns ur e t h at wa t e r c e me n t r a t i o s ho u l d n ot b e mo r e tha n 050 Kmwor ds： c o a l g a n g uea g g r e g a t e c o n c r e t e； d y n a mi cmo d u l us o fe l a s t i c i t y； ma s sl o s s r a t e ； d u r a b i l i t yind e x； f r e e z i n gan dt h a wi ng c y c l e 0 引 言 煤矸石是煤炭工业中排放量最大的一种 固体废弃物 ， 若不加 以利用 ， 不仅 占用土地 、 破坏生态环境 ， 而且还会造 成土地 、 水体污染 。 煤矸石堆集成山则为“ 废物” ， 但若加以 充分利用 ， 则可变“ 废 ” 为宝 ， 化害为益f l _ 3 J 。 煤矸石的资源化 及合理利 用一直是 当前重 大课题 。 由于建 筑混凝土用 量 大 ， 而煤矸石的分布也很广 ， 同时大 多数煤矸石都含有黏 土矿物 ， 具有与黏土相似的化学成分 ， 因此用煤矸石为原 料生产建筑材料及制品， 成为利用煤矸石 的主要途径 2 - 7 。 采用煤矸石作 为骨料制备混凝土 ， 其耐久性是否达到 要求是关键 。 本试验对煤矸 石骨料混凝土的耐久性指标之 一 抗冻性进行了基础试验研究。 本试验是在辽宁阜新 矿区选取煤矸石试样， 同时， 选取一种普通碎石骨料制备 混凝土试件进行对 比试验分析 。 试验以煤矸石为骨料制备 收稿日期：2 0 1 3 - 0 6 - 2 5 基金项 目：国家 自然科学基金资助项 目( 5 1 0 0 8 1 4 8 、 5 1 2 7 4 1 1 1 ) 1 0 0 混凝 土试件 ， 采用常用的不同水灰 比 ， 分析 了煤矸石骨料 混凝土的抗冻性能 ， 为北方阜新地区煤矸石的综合利用提 供了新的试验基础资料。 1 试验 简况 1 1 试验材料 普通集料采用使用的天然砂和石灰岩碎石 ， 煤矸石集 料采用阜新艾友矿区煤矸石集料 ， 用小型撞击式破碎机进 行破碎， 经筛分后得到的 5 n l l T I 以上的煤矸石骨料经水冲 洗晒干后 当作粗 骨料使用 ， 5 1 T i m 以下煤矸石骨料 当作细 骨料使用 。 水泥采用阜新产大鹰牌水 泥 P O 4 2 5 级水泥 ， 水采用普通 自来水 ； 减水剂采用减水率为 2 0 的高性能 A E 减水剂 。 图 1 为煤矸石粗细骨料照片。 经筛分得 出各个粒径不同的煤矸石粗 骨料 与细骨料 之后 ， 依据 J G J 5 2 2 0 0 6 标准 ， 参考规定的砂石颗粒级 配 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m ( a ) 煤矸石粗骨料 (b ) 煤矸石细骨料 图 1 煤 矸石 骨料 范围进行调配 ， 图 2为调配后的煤矸石粗骨料 与细骨料的 级配 曲线。 筛孔 尺寸 m m ( a ) 煤 矸 石粗 骨 料 级配 筛孔尺 寸 mm ( b ) 煤矸 石 细骨 料 级 配 图 2煤矸 石 骨料 的级配 对调配好 的煤矸石粗骨料与细骨料及天然的砂石粗 、 细骨料 ， 按照建 筑材料有关试验规程 ， 在试验室 内进行测 试其基本物理性质 ， 包括表观密度 、 吸水率 、 单位体积质量 以及细度模数等 ， 具体参数见表 1 。 表 1 粗、 细骨料的基本物理性质 1 2 不同骨料混凝土力学性能 试验采用 0 4 5 、 0 6 5两种水灰 比比较分 析 ， 经过多次 试 配 ， 最后确定出 了煤矸石骨料混凝土 的试验室配合 比， 表 2 为水灰比0 4 5 、 0 6 5时试配确定的煤矸石骨料混凝土 ( 代号Mr I ) 以及对比分析用普通碎石骨料混凝土( 代号S H) 的试验室配合比， 表 3 为测定的水灰比0 4 5 、 0 6 5 时不同骨 料混凝土的力学性能。 按照 以上配合 比及标准方法进行配制不 同骨料混凝 表 2不 同骨 料混 凝土 配合 比 混凝土 。 坍落度 空气量砂率 混凝土配合比 ( k g m 3 ) 类别 m m 水 水泥 细骨料 粗骨料 减水剂 MH 0 4 5 1 8 2 3 6 4 0 1 70 42 0 6 0 0 90 0 2 9 S H 0 4 5 1 76 4 1 5 0 1 78 3 9 0 7 4 0 97 0 2 4 MH 0 6 5 1 9】 4 2 45 】 7 5 2 8 0 68 0 90 0 1 9 SH 0 6 5 1 85 4 7 4 8 1 78 28 5 8 3 5 96 0 1 6 土试件。 试件规格采用 1 0 0 m mx l 0 0 m mx 4 0 0 m l T l 。 制作 1 2 组 试件用于冻融循环试验， 其中煤矸石骨料混凝土试件 6 组， 普通碎石骨料混凝土试件 6 组。 1 3试验 方 法 本试验是参照 J T G E 3 0 -2 0 0 5 ( 公路工程水泥及水泥 混凝土试验规程 规定 ， 采用快速冻融法。 试验 以三个试件 为一组 ， 试验前称量初始质量， 并按“ 混凝土动弹性模量试 验” 测量其初始自振频率， 作为初始值。 将试件装入试验机 内， 注入 自来水 ， 使水面超过试件顶面约 2 0 m m， 开始进行 循环冻融试验。 每次冻融循环用时 3 4 h ， 试件温度控制在 ( 一 1 8 + 2 ) ( 5 2 ) ， 每进行 2 5 次冻融循 环后 ， 测试试件的 相对动弹性模量 、 质量损失率和相对耐久性指数来评定混 凝土的抗冻融性能 ， 按照式( 1 ) 进行计算 。 相对动弹性模量 P由式( 1 ) 计算： 。 式 中： P 循环冻融后 的相对动弹性模量 ， ； 厂 n n 次冻融循环后的 自振频率 ， H z ； 初始 自振频率 ， H z 。 质量损失率由式( 2 ) 计算： Wn -m - t r t n x 1 0 0 ( 2 ) m 0 式中： 循环冻融后的质量变化率 ， ； 1 7 1 ,。 初始试件质量 ， k g ； m 次循环冻融后的质量 ， k g 。 相对耐久性指数 K n由式 ( 3 ) 计算 ： Kn = P x N 3 0 0 ( 3 ) 式 中： n 次循环冻融后 的耐久性指数 ， ； 停止冻融试验时的循环次数 ； P n次循环冻融后的相对动弹模量平均值 ， 。 当试件循环冻融至 3 0 0 次或相对动 弹性 系数 降低 至 6 0 或质量损失率达 5 时 ， 即终止试验。 2 试验结果与分析 不同骨料混凝土试件经 3 0 0 次冻融循环之后如图 3 所 示 ， 测试计算得到的耐久性指数及质量损失率如图 4 所示。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m