煤矸石作粗骨料配制混凝土在公路工程中运用研究.pdf

煤矸石作粗骨料配制混凝土在公路工程中运用研究高 阳(山西路桥建设集团有限公司山西 太原)收稿日期:作者简介:高阳()男山西临县人硕士经济师主要从事公路工程项目管理工作摘 要:煤矸石是煤开采和洗选过程中排放的固体废弃物我国每年产生大量煤矸石 由于其成分复杂且含有一定比例的有害元素若不经过处理而直接堆放将会对环境造成严重污染 煤矸石作粗骨料配制混凝土不仅可以实现资源回收利用而且具有显著的经济价值与环保效益 并且其在公路工程中的运用可提高路基稳定性降低路面开裂风险减少养护费用等 目前关于煤矸石混凝土的研究主要集中于强度、耐久性方面而对于其在公路工程中的运用研究较少因此对煤矸石作粗骨料配制混凝土在公路工程中的运用进行研究关键词:煤矸石粗骨料配制混凝土公路工程中图分类号:文献标志码:文章编号:():/引 言煤矸石是采煤和洗煤时排出的一种固废物目前我国已将其列入“三废”治理范围 随着炼产量的大幅度提高它的附属物 煤矸石的大量存在 因此生态工程就是将工程技术与生态学结合起来把自然和社会有机地融合为一体使人类社会能够持续发展 以绿色、节能、环保等理念为支持煤矸石是生态过程的主体以生物技术为手段提高资源利用效率以非能源利用方式实现经济价值最大化以循环经济模式减少对环境的污染 煤矸石做粗骨料配制混凝土具有节约水泥用量、降低建筑成本、保护环境、减轻劳动强度及改善工作性能的优点在公路工程的建设中十分有用 混凝土在生态工程中的应用煤矸石与煤伴生也就是说伴随着大量煤炭的生产随之而来的是煤矸石的生成 目前世界上许多国家都面临着严重的资源短缺问题 世界各国的初期经济增长方式粗放人们仅仅关注能源的开发和利用没有重视节能与能源再利用 现在人们已经意识到如果不能合理地处理煤矸石不仅会给人类带来巨大的环境灾难而且会对生态环境产生破坏作用 因此如何有效地进行矸石山治理已成为一个重要而紧迫的课题煤矸石具有良好的工程性能在国外各工程领域中得到广泛应用 我国煤矸石资源丰富但是由于开采条件差、利用价值低等原因造成大量堆积占用了许多土地和空间将煤矸石进行治理最佳方式是修复耕地不过这需要集中大量人力和物力、更需要政府扶持生物复田技术已应用于美国和其他国家的煤矸石在我国由于煤炭资源丰富煤矿开采也是非常普遍但是煤炭生产过程产生大量固体废弃物 煤矸石造成严重污染并且占用土地资源 但英国等国家对条件较好的矿区煤矸石则采用复田造地 我国对煤矸石的综合利用起步较晚目前还没有形成规模 将煤矸石进行资源化再利用多用于建材化工原料、工业填料等适用范围更广其中又以水泥熟料生产过程产生的废渣最为广泛 而在我国起初对煤矸石仅仅是当作工业废弃料来处理没有及时处理从而大量积累 由于长期堆放造成土地资源浪费严重并且污染环境 从 世纪 年代开始响应政府号召进行了矸石山的全面改造 由于缺乏相应的法律法规保障及相关政策支持造成煤矸石的无序开发 随着生态文明建设的要求和节能、环保的需要提出了绿色经济这样一个理念煤矸石资源化的研究已经起步建成煤矸石发电厂、水泥厂、砖厂开始将煤矿石用作建筑材料、化工原料等后来伴随着城市建设工程改造工程的不断深入并运用于市政工程及其他领域 目前我国对煤矸石综合利用方式主要是作为建材使用 对我国煤矸石的开发和利用上仍有较大的发展空间需要加强应用研究提升综合效益煤矸石作为固体废弃物导致空气与环境的污染 为了更好地实现对资源的有效保护需要加强煤矸石的综合利用工作 继而造成生态问题只有主动试验研究充分利用煤矸石性质才能变废为宝 对煤矿企业产生的矸石的性质分析入手结合当前煤矿矿区存在的环境问题探讨如何更好地处理煤矸石 在搞好煤矸石资源化利用工作中探索煤矸石生态工程应用途径 通过对煤矸石的性质分析提出煤矸石作水泥混合材及生产生态混凝土的技术措施 可以考虑以煤矸石为骨料制成生态混凝土既解决其本身污染、并对生态工程的建设起到促进作用 煤矸石陶粒制作轻型混凝土传统的水泥材料是由砂石、水泥、水按一定的配比制成为了确保某些特定的性质和功能还需要加入橡胶胶结料和外加剂 为了缓解环境危机生态压力和最大限度地节能降耗应根据煤炭的特性对煤炭进行综合回收 采用粉煤灰和陶瓷颗粒取代砂砾制备出质量轻、强度高、抗震性能好的混凝土 世纪 年代我国首次开展了以煤矸石为原料的轻质水泥基材料的研究并以此为基础通过特殊的工艺制备出了一种新型的轻质水泥基材料 因其具有高强度、轻质、节约能源等特点越来越多地被用于环境友好型建筑物采用高陶粒配比的水泥砂浆 后其抗压强度和干重均能达 和 /以废渣为原料将其烧结为陶瓷颗粒、陶瓷砂砾并添加掺合材料等经过适当的工艺处理可以制备出大量的轻质水泥 结果表明在 的粉煤灰掺入率下其抗压性能达到最大通过试验得知粉煤灰早期的强度快速提高主要是因为粉煤灰具有高吸水性能用粉煤灰制备的粉煤灰颗粒粉煤灰早期的抗压性能与常规的粉煤灰相比存在很大差异干表观密度与压缩强度具有较好的相关性 将煤矸石与陶砂掺加在一起可提高其隔热能力同时使其热传导率下降从而使其更好地用于新的建筑物中 在实际应用过程中发现在制备该类混凝土过程中因添加适量的水泥及外加剂而引起了一定的开裂从而引起了一些严重的耐久性能问题制约了该类混凝土的规模化应用 试验显示在水泥浆液中添加高吸水性的煤矸石可以在某种意义上延缓水泥浆液的干缩改善水泥浆液的体积稳定改善水泥浆液的耐久性能 在不同的温度下掺入不同的掺入量可以提高水泥的稳定性 在一定的时期内根据一定的时间和方式进行养护对其内部的水分也有一定的抑制对其体积变化也有一定的影响 因此本项目的实施对煤矸石陶瓷颗粒轻质混凝土的力学特性和工程实践具有一定的理论意义和实用价值 煤矸石为粗骨料做生态混凝土当煤矸石颗粒直径小于 时具有硬度高、结构均匀等特征可通过特殊工艺将其用作一种粗集料配制成生态水泥 相关试验显示在水灰比为 、粗集料粒径低于 并且较为均匀骨胶比为 时 后混凝土强度可达到 透水系数为 /与常规水泥混合料比较采用该混合料所制得的绿色水泥具有更高的力学、透水性和耐磨性采用粉煤灰作为原料进行粉煤灰的烧成过程中将产生颗粒尺寸在 以下的粉煤灰 将这些残留物进行再循环不仅可以处理掉一些烧窑生产过程中的残留物而且可以将残留物再循环使用从而使残留物的综合利用率得到了进一步的提升 此外当用破碎机将煤矸石粉碎的时候必然会生成大量的粉尘如果没有被及时的清除在制成混凝土的时候粉尘就会缠绕在粗骨料的上面从而无法与水泥完全反应从而会对这种混凝土的透水性造成一定的影响因此通过多次的试验又增设了一项工艺就是在将煤矸石粉碎后进行洗涤然后烘干然后制备出一种新的混凝土这种方法可以让煤矸石与水泥进行更多的接触不仅可以确保生态混凝土的强度而且可以利用煤矸石的吸水特性让其具备充足的透水性 在这个流程中在洗涤粉碎的煤矸石后所产生的水分和残留的煤矸石粉尘还可以用作烧制砖头从而逐步提升了对煤矸石的综合利用率 为了维护当地的生态我国采取了采石、淘沙等措施 在此基础上提出了一种以煤为主要原料的新型环保水泥 由于具有较强的排水能力在近年来由于天气异常和降雨异常等原因导致的地面沉降以及因环境异常和天气突变而导致的人员伤亡等方面具有较大的优势 因其具有孔隙度大的特点对噪音也有很好的吸收作用煤渣水泥作为一种新型的环保水泥已在徐州住宅区的人行道、停车场和居民休闲娱乐场所的公共广场上得到了大量的使用 本文通过徐州一座城市公共体育中心的工程实例对该工程进行了实例分析 该广场的总混凝土为 万地面为 的生物混凝土(该混凝土厚度为 )以煤矸石为粗集料(颗粒直径 )这条路是由煤渣制成的(因为它的渗水性能更好吸收水分更多所以它的力学性能更好)煤矸石砖具有大的空隙内部的细密组织中的水自由流动为植被的成长创造了一个很好的环境 此外它还能吸收噪声被大量用于路面等 采用了煤炭生产的新型环保水泥既可增加经济价值又可产生较好的社会效应由于受到装备、技术等条件的制约目前我国煤炭资源利用的范围还不大目前常见于市政设施中 在我国例如西安大明宫和上海世博会等建设中都采用了渗透式水泥作为建筑材料这种材料能够增强水的渗流能力降低噪声实现道路的“自由呼吸”笔者认为在我国推行“绿色建造”战略的背景下煤炭资源的资源化水平将进一步提高 煤矸石混凝土做小型砌块怎样才能使能量更加科学地使用怎样才能实现能量的多重重复使用是迫切需要研究的问题 为了维护生态我国严格控制了砂石等传统建材的开发利用 由于目前大部分的烧结体都是以泥土为主不但占了大量的田地甚至会破坏田地所以采用一种新的建材替代水泥就显得尤为必要 本文以山西省阳泉市一住宅区 栋建筑为实例进行阐述该项目从砂浆到混凝土、再到墙体全部使用了煤渣作为建筑的墙体 在用煤矸石水泥混合料做砌体时由于砌体特殊性不可能像普通的机械红砖一样进行所以其制作方法和步骤与一般的砖有很大的不同 如果能够将在进行之前所需要做的各种工作都做好并且根据特定的需要和技术来进行组织那么就可以确保砌块的品质由于煤矸石具有很强的吸湿性为了确保媒矸石能够吸收到足够多的水分所以搅拌过程要相应地延长 在使用其来制造砂浆和砖之前要对其进行预湿润以防止在施工期间由于吸收了太多的水分导致其容积发生剧烈的改变此外在施工中要防止砌块被潮湿浸透并且其堆积的高度不能大于 在墙面施工前要按照特定的尺寸和砌块的大小进行试排 要确保煤矸石混凝土砌块的搭接长度如果搭接的距离不够就要对其进行加固 砌筑用的泥浆要饱满、严实以确保其强度 在砌块的分缝方面要严格遵守相关的规定并要确保能够及时地进行勾缝 为了确保产品的品质在某些特定的位置比如设置过梁等用来制作的加长试块就是要对其进行加筋 因为在某些特定的位置比如设置过梁等用来制作预制的加长试块因为它具有很好的孔隙度所以它对保温、隔声等方面都很有好处 在此过程中还可以节省一部分的砂浆 此外还可以减少外墙的重量、减少外墙的承载力、减少基础的处理成本 与普通砖相比较还可以减少建筑的能源消耗可以减少:与普通砖比较综合成本可以减少 以上 如果要给砖加隔热层则要从里到外都做隔热层以实现隔热层的隔热效果当前煤矸石是一种可利用的资源但其利用率仍不高致使部分区域出现了大量的矸石山我国工业废弃物的回收率并不高对煤矸石的回收利用也不多特别是将其用于建材及建筑的基础材料及水泥中的使用关于将其用作粗集料的相关的试验更是少见故本文的这类研究极具创新性实验的开展刻不容缓采用煤矸石配制的水泥砂浆工作性好、无空鼓、粘结性好 相关资料显示通过长时间的堆砌和燃烧其品质能达到我国的轻集料水泥技术规程的标准同时其早强、耐久性能也能达到实用需求 将这些煤矸石转化成资源不但可以降低环境污染而且能在一定程度上缓解资源短缺问题 煤矸石作粗骨料配制混凝土煤矸石作粗骨料配制混凝土具有强度高、坍落度损失小、易于施工等优点 但是煤矸石的矿物组成复杂化学活性大与水泥水化产物反应生成大量钙矾石和三水石膏对混凝土性能有不利影响 在公路工程的建设中采用掺加粉煤灰、矿渣粉或火山灰质材料以改善其工作性提高耐久性降低造价 因此研究不同类型的煤矸石及其他工业废渣作为细集料制备混凝土时的力学性能及工作性是很有必要的煤矸石作粗骨料配制混凝土在公路工程中的运用已越来越广泛 其主要应用于路面基层、底基层等方面在公路工程的建设中水泥用量大因此煤矸石作为一种新型绿色建筑材料具有巨大的经济潜力和环保意义 然(下转第 页)然砂砾石或是集配砂砾石所铺筑的隔断层 通过对砂砾石隔断层的使用可以使毛细水通道被充分隔断以此来避免盐分随毛细水而上升到上层同时还能够使地基的强度及稳定性得到加强 在具有充足石料的地方该处理方式具有着良好的经济性 另一种是以土工合成材料所形成的隔断层通过对土工布隔断层的使用可以在隔断毛细水上升的同时避免地表水的下渗 研究表明土工布作为应用非常广泛的建筑材料不但可以在应对次生盐渍化的问题上充分发挥作用而且施工难度较低将其运用到公路工程的盐渍土地基中具有重要的现实意义 结构加固)强夯法 这种方法是通过一定重量的重锤来在高处自由下落不断地夯击地基土体以此来使土体能够被充分压实使其压缩性得到有效控制最终达到加强地基土体强度与稳定性的目的避免存在不均匀沉降的问题 传统的强夯法仅仅是对碎石与砂土进行处理伴随着科技的发展这种地基处理技术也随之进步逐渐成为了现阶段软弱性地基处理的常用技术手段 在通过强夯法来对盐渍土地基实施加固处理以后地基的承载力特征值能够符合工程施工的相关要求 该方法能够使盐渍土地基的溶陷变形问题得到有效解决适用于含盐量不高、塑性较低的盐渍土地区)半刚性基层 主要是以无机结合料稳定材料铺筑的基层在实际应用中表现出了较好的荷载扩散能力及刚度研究表明在石灰含量及粉煤灰含量提高的情况下基层强度将会随之提升 通过沥青面层加半刚性基层的结构来针对盐渍土地基实施处理不但可以使地基的强度与稳定性得到改善还可以进一步节约成本)桩基 主要是以桩与连接桩顶部的承台所构成的深基础 其作用是穿过软弱的高压缩性土层把上部结构荷载传递于承载能力相对更强且压缩性更小的土层 在实际应用中桩基础有着良好的承载能力可以在许多工程中使用常见于高层建筑、公路工程等的地基处理中 如果盐渍土地基的土层厚度较高缺乏承载能力不适合使用其他处理方法就能够通过桩基来对地基进行处理 通过钻孔压浆桩来针对盐渍土地基的桩基础实施处理根据实际情况来适当调节桩径、桩长等地基溶陷不会对桩的强度与稳定性造成影响同时与其他的桩基础相比其成本相对更低因此能够将其广泛用于公路工程的盐渍土地基将其作为基础使用 结 语盐渍土对于公路工程地基所造成的危害是十分明显的倘若不做好对于盐渍土地基的处理就将会对公路工程的整体质量造成严重影响 在盐渍土地基中应当结合盐渍土的具体特性来选择最为合适的处理方式包括去除土体内盐分、隔断水分、固化剂处理以及结构加固这四个方面的相关处理措施以此来尽可能加强公路地基的强度与稳定性避免出现各种病害在提高公路工程使用寿命的同时为我国公路事业的长远发展奠定坚实基础:参 考 文 献:唐先习王文远蒙富佳等.温度变化对高速公路盐渍土地基变形的影响分析.科学技术与工程():徐安花陈玺光房建宏.强夯加固技术在重盐渍土地区公路地基处理中的应用探讨.青海交通科技():邱睿哈图刘振正等.腾格里沙漠穿沙公路沿线盐渍土分布特征.内蒙古公路与运输():张朝晖师百垒李宗利.高速公路盐渍土地区路基地基改良研究.公路工程():裘友强宫玉明刘军勇.地基路基路面协同沉降变形一体化设计方法研究.中外公路():孙佳星.盐渍土地区地基处理及基础防腐应用策略.全面腐蚀控制():(上接第 页)而煤矸石用作路基填料时由于其高含水量及较大容重导致强度低、稳定性差难以满足现代公路施工技术要求 这就需要寻求新的途径来改善煤矸石用于路基填料的性能 通过实验发现采用掺加粉煤灰或矿渣粉对煤矸石进行改性可有效提高煤矸石的物理力学性能 首先对不同掺量的掺粉煤灰或矿渣粉的煤矸石试件进行了抗压强度试验研究其次以掺入一定量的粉煤灰或矿渣为基础对不同龄期的掺粉煤灰或矿尾矿的煤矸石试件分别进行了抗压回弹模量测试和劈裂抗拉强度试验研究 结果表明:随着粉煤灰或矿渣的添加量增大煤矸石试件的抗压强度和劈拉弹性模量均逐渐减小当粉煤灰或矿渣比例达到 时抗压强度降低幅度较小而劈裂抗拉力则随粉煤灰或矿渣配比增加而呈先增后减趋势 在公路工程的应用中若要获得良好的经济效益和社会效益应根据实际情况合理选择掺灰土与矿渣粉的最佳配比同时还要注意控制好灰剂量以及矿渣粉的质量 还要结合工程具体情况考虑当地的气候条件因地制宜地选取合适的原材料并做好相应的养护工作才能取得理想的效果 结 语本文以生态工程为理念提出了煤矸石具有的性质列出了用煤矸石陶粒生产轻型混凝土的实例煤矸石作为粗骨料制作为生态混凝土煤矸石混凝土制成小型砌块等煤矸石用作粗骨料生产混凝土并将其应用于生态工程中针对煤矸石替代石子作为粗骨料制备混凝土运用在公路工中进行研究从而使煤矸石可以成为一种绿色环保的建筑材料既能减轻对环境的污染又能解决大量堆积占用土地的问题还能为我国公路建设发展提供新的思路:参 考 文 献:鲁明奇索红莉张腾等.聚合物填充改性用煤矸石填料的制备技术研究.化工新型材料():贺晓梅段旭晨郭伟.煤矸石制备建筑材料研究现状及展望.陶瓷():田昊.煤矸石路堤填筑施工技术在铁路工程中的应用.四川建材():姚志鑫穆川川单俊鸿等.基于裹浆工艺的煤矸石混凝土性能研究.硅酸盐通报():牛晓燕王海安明磊等.煤矸石粗骨料对混凝土力学性能的影响.混凝土():刘丽红刘红维.煤矸石作粗骨料配制混凝土在生态工程中的应用.四川建材():