煤矸石骨料混凝土的耐久性试验研究

董虎元

摘 要：为了保证煤矸石骨料类型混凝土有良好的使用效果，应认识到耐久性对于煤矸石骨料类型混凝土的重要性，并能做好煤矸石骨料类型混凝土在耐久性方面的分析、判断。本文就煤矸石骨料类型混凝土实际耐久性进行了试验分析。

关键词：骨料；混凝土；煤矸石；耐久性

当前材料领域发展较快，出现了煤矸石骨料类型混凝土等多种类型的新材料，这些材料由于成分以及制作工艺较为特殊，因此不仅使得材料领域更为丰富，同时也降低了废弃料带来的环境污染。需要工作人员做好这些新型材料的研发工作，使得材料在各项性能均得到提升的同时还能保证材料建造成本能得到有效控制。

1 煤矸石骨料类型混凝土分析

我国在煤炭生产以及煤炭消費方面的总量均较大，而在煤炭资源开发阶段中往往产生大量的煤矸石，这种煤矸石利用价值较低，因此开采单位常将煤矸石当废物堆放在一旁，而在煤炭资源不断的开采中，煤矸石的累积总量也在不断增多，并且已经对部分煤炭资源开采单位构成了影响。其次，煤矸石作为一种矿物资源，当将其采用随意堆放方式进行处理的时候，也会造成巨大的资源浪费，和当前社会发展中提倡的资源节约、资源合理利用相违背。而且当将煤矸石放置在地表上的时候，由于雨水冲刷或者其他因素的影响，也就会带来一定的污染问题。在这种情况下，煤矸石的能否都得到合理利用、处理，也就成为了影响矿区发展水平的关键。

目前对于煤矸石的研究也在不断开展，人们尤其重视煤矸石材料的质量标准，并且在对包含煤矸石物质材料性能进行验证的时候会重点关注两个指标，也就是材料干燥条件下的收缩性以及实际抗冻性。

2 试验材料以及制备分析

2.1 实验材料以及具体级配

在本次试验中使用的材料为普通类型水泥、普通规格自来水、实际减水率数值为百分之20的高性能减水剂。而集料使用天然类型砂子以及石灰岩类型碎石。试验当中煤矸石材料取自于高德矿区，在将煤矸石粉碎过筛之后，用水冲洗晾干，选择规格在5毫米以上的矿石作为骨料，将规格在5毫米以下的矿石作为细骨料。

2.2 试件制作分析

在本次分析中使用了百分数为百分之45以及百分之65两种规格的水灰比材料进行对比分析。经过多次的尝试配比之后，参照材料和易性标准要求，最终确定煤矸石骨料类型混凝土以及砂石骨料类型混凝土的科学比例，这也就能测定出不同类型骨料混凝土的实际力学性能。

按照规定的级配方案以及配比方案进行两种类型骨料混凝土材料试件的制造，保证每种类型水灰比方案制作12组试件。其中煤矸石骨料类型混凝土和碎石骨料类型混凝土的试制件应各制造6组。当试制件制造后的24小时后进行拆模，将试制件放置到标准室内环境中进行养护保护，将室内温度控制在18摄氏度到22摄氏度之间，并保证室内湿度高于百分之95，在这一标准条件下进行为期四周的养护。

3 干燥收缩性分析试验

3.1 实验方式

参照水泥混凝土材料干缩性进行试验，保证干缩箱内的温度一直维持在18摄氏度到22摄氏度之间，并将相对湿度控制在百分之55到百分之65之间。之后分别两种类型骨料试件在180天以内的干燥收缩成因导致的长度变化进行测量。

3.2 试验结果分析

当试验经过了180天之后，当水灰比数值为百分之45的时候，煤矸石骨料类型以及碎石骨料类型混凝土的实际收缩率分别为0.000395以及0.000215，而材料的质量则分别降低百分之2.15以及百分之1.35。当水灰比数值为百分之65的时候，煤矸石骨料类型的混凝土以及碎石骨料类型的混凝土发生的收缩率分别达到0.000475以及0.000305，质量减轻的程度分别为百分3.15以及百分之2.05，这些数值均处于规定范围内。

从试验最终数据上来看，当水灰比数值处在相同条件下的时候，煤矸石骨料类型混凝土的干燥收缩率数值以及质量降低数值均要普通碎石类型混凝土要大。

随着时间的延长，煤矸石骨料混凝土试件中的水分蒸发较多，这是引起较大干燥收缩率和质量损失的主要原因。随着水灰比的增大，两种骨料混凝土试件的干燥收缩率和质量减少率都增大，当水灰比变大时，水泥用量减少，经过水化反应后，多余的水分随着时间的延长而逐渐蒸发，这是引起较大干燥收缩率和质量损失的主要原因。另外，无论水灰比多大，两种骨料混凝土试件的早期干燥收缩率都较大，从图4可以看出，50d的干燥收缩率占整个龄期180d的85%左右，超过120d后趋于稳定。

4 抗冻性能试验分析

4.1 试验方法分析

根据JTGE30-2005《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》，采用快速冻融法。试验前称量试件初始质量，并按"混凝土动弹性模量试验"测量其初始自振频率。将试件装入试验机内，注入水面超过试件顶面约20毫米的自来水，温度控制在18摄氏度到5摄氏度，每次冻融循环3到4小时，每进行25次冻融循环，取出试件测试其自振频率和质量，当试件循环冻融至300次或相对动弹性模量降低至百分之60或质量损失率达百分之5时，即终止试验。

4.2 试验结果以及分析

试件经300次冻融循环后，水灰比为百分之45时，煤矸石骨料（MH）与碎石骨料混凝土（SH）的耐久性指数分别为百分之92.5和百分之98.2，其质量损失率分别为百分之1.25和百分之0.55；水灰比为百分之65时，煤矸石骨料（MH）与碎石骨料混凝土（SH）的耐久性指数分别为百分之72.8和百分之80.5，其质量损失率分别为百分之4.55和百分之3.25，都达到了冻融循环耐久性指数大于百分之60、质量损失率小于百分之5的要求。

从以上数据分析，在同一水灰比的情况下，煤矸石骨料混凝土的耐久性指数比普通碎石骨料混凝土低，质量损失率有所增大，这主要是因为煤矸石骨料的吸水率较大，冻融循环时，在煤矸石骨料中孔隙水产生的冻胀应力比碎石骨料中孔隙水产生的冻胀应力大，因此，煤矸石骨料混凝土试件表面破坏较为严重。随着水灰比的增大，两种骨料混凝土的耐久性指数都降低，其质量损失率都增大，主要因为随着水灰比增加，水泥用量减少，不同骨料混凝土的黏结强度及密实度随之降低，冻融循环时，在孔隙水的冻胀应力作用下，试件容易发生破坏，造成试件表面剥离、剥落现象严重，由于煤矸石的强度较碎石低，其受损更严重，但试验结果表明煤矸石骨料混凝土的抗冻性能能够满足规范要求。

5 试验结论

在同一水灰比情况下，煤矸石骨料混凝土的干燥收缩率和质量减少率都比普通碎石混凝土大，这主要是因为煤矸石骨料的吸水率较大，随着时间的延长，煤矸石骨料中水分蒸发较多；随着水灰比的增大，两种骨料混凝土的干燥收缩率以及质量减少率也相应增大，这是因为随着时间延长，经水化反应后，多余水分蒸发。另外，两种骨料混凝土的早期干燥收缩率都较大，50d的干燥收缩率占整个龄期180d的85%左右，超过120d后趋于稳定，因此，应采取措施防止煤矸石骨料混凝土早期干燥收缩裂缝过大。

参考文献

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