煤矸石混凝土性能与资源化应用研究评述

煤矸石是一种煤炭共伴生矿物生产的副产品,属于大宗固废弃物,煤矸石混凝土是其资源化应用的重要实践。碳中和碳达峰要求各行业为绿色生态的可持续发展做出相应规划,在建筑材料资源化利用方面,将煤矸石用作集料研制高性能混凝土开始了建筑与土木工程行业的新兴材料革新,同时将其作为不可或缺的低碳化资源处理的中坚力量能够为碳中和进程加速。国内外学者对煤矸石混凝土的力学性能与工程应用等方面进行了很多理论和实验研究,在改善煤矸石混凝土性能、工程实际应用及生产技术革新等方面取得重大进展,构建了较为完整的研究体系。基于不同地区煤矸石化学矿物特性和物理性质的差异性,阐述了煤矸石作为不同集料制备的煤矸石混凝土的力学性能与耐久性能,分析了煤矸石在土木工程领域应用的可行性和目前研究局限性,展望了煤矸石作为集料制备新型混凝土在道路工程和建筑结构中的资源化应用前景,为煤矸石大宗化再生利用和煤矸石混凝土进一步研究提供新的视角和参考。     

自燃煤矸石粗集料混凝土吸水性试验研究

自燃煤矸石粗集料的多孔性使其吸水量比天然碎石大,当自燃煤矸石部分替代传统粗集料时会对混凝土耐久性产生影响。本试验通过对自燃煤矸石替代30%粗集料的煤矸石混凝土试件在持续压荷载作用下的吸水性进行试验研究,分析了不同荷载水平对煤矸石混凝土吸水性的影响,并与普通混凝土进行了对比试验。研究结果表明:荷载水平对混凝土和煤矸石混凝土的吸水性会产生显著的影响,当荷载水平较小时,试件的吸水能力会降低,当荷载水平较高时,试件的吸水能力会显著提高;煤矸石替代30%的粗集料不会对试件的吸水性产生明显影响,反映出煤矸石掺量较低时对混凝土的耐久性影响较小。     

煤矸石粗集料理化性质和形状特征对混凝土强度的影响

随着天然集料的日益缺乏以及国家对固体废弃物再利用的高度重视,煤矸石集料的应用已引起广泛关注,但不同地区煤矸石粗集料理化性质和形状特征差异较大,会显著影响混凝土性能。本文选取陕西省不同矿区的煤矸石,采用宏观指标(压碎指标、吸水率、坚固性、表观密度、含泥量)和细观指标(矿物组成、化学成分、微观形貌和内部孔结构)评价煤矸石粗集料的理化性质,并分析了两者之间的关联性。针对煤矸石与天然碎石的形状差异,提出了球度、角数和纹理指数等煤矸石粗集料形状统计指标,并结合煤矸石粗集料宏观指标分析了对混凝土工作性与强度的影响规律。研究结果表明,石英、高岭石和伊利石含量高、微观形貌密实、孔隙率小的煤矸石粗集料,吸水率和压碎指标较低;与天然碎石相比,煤矸石粗集料球度较低,多呈不规则形状,角数和纹理指数高,表现为棱角较多且尖锐、表面更粗糙;压碎指标和吸水率低的煤矸石集料配制的混凝土,和易性好、强度高;当煤矸石粗集料压碎指标差异小时,其形状统计指标决定了混凝土强度,球度越高、角数和纹理指数越小,混凝土强度越低。     

煤矸石陶粒轻集料混凝土体积稳定性研究

开展煤矸石陶粒替代普通碎石骨料制备轻集料混凝土的研究有助于推动建材向轻质、高强、隔热方向发展。在总结轻集料混凝土的研究和应用现状、体积收缩种类、收缩机理及其改善措施的基础上,研究了减缩剂、陶粒预湿对煤矸石陶粒轻集料混凝土体积稳定性的影响。试验结果表明：无论是增加减缩剂掺量还是提高煤矸石陶粒预湿程度,煤矸石陶粒轻集料混凝土试件的收缩率均明显下降、体积稳定性均明显改善;二者复合应用更有利于降低试件的收缩率、提高试件的稳定性。该研究对煤矸石陶粒轻集料混凝土的推广应用具有指导意义。     

自燃煤矸石集料制备混凝土工艺研究

采用"普通"、"净浆裹石法"和"砂浆裹石法"3种搅拌方法,以自燃煤矸石为粗、细集料制备混凝土。通过对自燃煤矸砂与自燃煤矸石、自燃煤矸砂与天然碎石、天然河砂与自燃煤矸石和天然粗细集料4种组合集料制备的混凝土进行稠度和强度试验,考察3种不同搅拌工艺对混凝土拌合物工作性和强度的影响。结果表明,砂浆裹石法最适合天然砂石制备普通混凝土;砂浆裹石法和净浆裹石法都适合自燃煤矸砂与天然碎石制备自燃煤矸砂混凝土,净浆裹石法对后期强度的发展更有利;净浆裹石法最适合天然河砂与自燃煤矸石制备的自燃煤矸石砂轻混凝土;附加水使二次搅拌工艺对自燃煤矸砂、石制备的全煤矸石集料混凝土工作性和强度影响不明显。     

自燃煤矸石粗集料特性对混凝土拌合物工作性影响研究

利用自燃煤矸石取代天然石材作粗集料配制煤矸石砂轻混凝土,并实现预拌混凝土大流动性的目标。采用正交设计,选取代表粗集料特性的附加用水量、砂率及颗粒级配范围3个影响因素,研究三者对自燃煤矸石砂轻混凝土拌合物工作性的影响及变化规律。结果表明,附加用水量对自燃煤矸石砂轻混凝土拌合物工作性影响最大,其次是砂率及煤矸石级配。当粗集料附加用水量为吸水率的78%、砂率为44%及煤矸石颗粒级配范围为m(5~10mm)∶m(10~15mm)∶m(15~20mm)=7∶47∶46时,拌合物在保持粘聚性和保水性能良好的前提下,流动性最大,且满足C20强度等级的设计要求。     

自燃陶粒轻集料混凝土的研究与应用

开滦（集团）有限责任公司范各庄矿业分公司利用井下排出的煤矸石经堆积自燃氧化后形成的陶粒加工井下喷射混凝土轻集料,替代原来的石灰岩碎石集料,经几年的研究与应用,取得了可观的经济效益和明显的社会效益,为煤矸石的利用找到了一条新途径。     

煤矸石混凝土的研制及应用

分析了煤矸石的岩相和化学组成,阐述了煤矸石水泥的配制和用煤矸石水泥和煤矸石轻集料配制煤矸石混凝土的情况,试验结果表明,煤矸石混凝土的物理力学性能能够达到使用要求。最后介绍了煤矸石混凝土在制作轻内隔墙板、彩色地面砖等新型墙体材料方面的应用情况。     

表面活化煤矸石集料水泥砂浆性能试验研究

将煤矸石颗粒分别置于500℃、600℃、650℃、700℃、750℃、800℃、900℃、1000℃的温度中煅烧活化,然后按一定级配制作砂浆试件,测定其抗压、抗折强度,评定最佳的集料活化温度;根据基准砂浆流动度,研究不同活化煤矸石集料比例下减水剂的掺入量;测试不同养护龄期、不同活化煤矸石集料比例的水泥砂浆试块的立方体抗压强度与抗氯离子渗透性能,并分析了水灰比与砂浆强度的关系。研究表明,煤矸石集料的最佳活化煅烧温度为750℃左右;水泥砂浆流动度相同时,活化煤矸石集料比例的增大会增加减水剂的加入量;水泥砂浆试件的抗氯离子渗透性能随表面活化煤矸石集料的增加先增强后减弱,活化煤矸石集料比例为35%、水灰比为0.86~1.01时水泥砂浆的后期抗压强度与抗氯离子渗透性能均达到最佳状态。     

煤矸石混凝土抗氯离子渗透实验研究

为了解煤矸石混凝土抗氯离子渗透性能,以自燃煤矸石为粗、细集料,42.5普通硅酸盐水泥为胶凝材料并掺入粉煤灰,制备煤矸石混凝土试件,进行抗氯离子渗透实验,研究了水胶比、粉煤灰掺量以及抗压强度对煤矸石混凝土抗氯离子渗透性能的影响。结果表明：非稳态条件下煤矸石混凝土氯离子渗透深度随水胶比增加而加深,呈正相关,氯离子渗透深度增长速度在水胶比0.42~0.48时较快,在水胶比0.48~0.56时缓慢;氯离子迁移系数与水胶比呈正相关,与粉煤灰掺量呈负相关;氯离子迁移系数随抗压强度增大而减小,呈负相关,负相关显著性强弱表现为粉煤灰掺量0%<粉煤灰掺量20%<粉煤灰掺量40%。掺入粉煤灰可以改善煤矸石混凝土耐久性能。