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。     

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。     

粉煤灰掺量对煤矸石骨料混凝土性能影响研究

为探讨粉煤灰作为矿物掺合料对煤矸石骨料混凝土性能的影响,在制备煤矸石骨料混凝土试件时,掺入0%、15%、25%、35%、50%的粉煤灰来取代等量的水泥,进行抗压强度、碳化性能及干燥收缩性能试验研究。结果表明,煤矸石混凝土的抗压强度随粉煤灰掺量的增加而有所降低,且均低于未掺粉煤灰时的混凝土抗压强度,但当掺量为15%时,煤矸石混凝土的90 d抗压强度超过同龄期未掺粉煤灰时的混凝土强度;当粉煤灰掺量不超过35%时,对煤矸石混凝土的碳化性能影响不大,粉煤灰掺量达到50%时,煤矸石混凝土的抗碳化能力降低明显;随粉煤灰掺量的增加,煤矸石骨料混凝土的干燥收缩性能得到改善,50%粉煤灰掺量时干燥收缩率最小。试验表明,适量掺入粉煤灰能改善煤矸石骨料混凝土的后期强度及干燥收缩性能,且对碳化性能影响不大,这为煤矸石骨料混凝土掺粉煤灰的应用提供了试验依据。     

拌合工艺对煤矸石细骨料混凝土流动性和力学强度的影响

洗选煤矸石具有杂质多、孔隙率大和吸水性强的特点,由其制备的混凝土流动性差、强度低。为解决上述问题,对洗选煤矸石细骨料混凝土的拌合工艺开展优化试验研究。首先对洗选煤矸石细骨料进行预湿处理,然后通过一次投料法来拌合混凝土,研究附加水量和预湿时间对混凝土拌合物流动性及硬化后强度的影响,最后利用扫描电镜观察预湿处理工艺对混凝土微观形貌的影响,并借助Image J软件对微观图像进行灰度分析。结果表明:随着附加水量的增加,混凝土拌合物的坍落度呈现上升的趋势,7 d和28 d抗压强度均随之增加;煤矸石细骨料预湿时间越长,拌合物坍落度越大,7 d和28 d抗压强度先增大后减小。预湿处理可以促进生成更多的C—S—H凝胶,改善混凝土的微孔结构,提高密实度。洗选煤矸石细骨料按饱和吸水率的100%加入附加水,预湿60 min后拌合的混凝土,可获得较好的坍落度和较高的抗压强度。研究成果有望为洗选煤矸石混凝土的商业化应用提供理论指导和技术支撑。     

煤矸石资源化利用现状与进展

介绍了煤矸石的性质及其主要的资源化利用途径。在前期研究的基础上,提出了煤矸石资源化利用的新领域—轻骨料。煤矸石陶粒轻骨料具有良好的性能,符合国家的产业政策,用其配制的混凝土适应高层建筑轻质、高强的发展要求,国内外在煤矸石陶粒轻骨料研究方面取得了一些进展,为合理确定陶粒的工艺流程和参数进行了有益的探索,推动了煤矸石陶粒的应用发展。     

煤矸石资源化利用现状与进展

介绍了煤矸石的性质及其主要的资源化利用途径。在前期研究的基础上,提出了煤矸石资源化利用的新领域—轻骨料。煤矸石陶粒轻骨料具有良好的性能,符合国家的产业政策,用其配制的混凝土适应高层建筑轻质、高强的发展要求。国内外在煤矸石陶粒轻骨料研究方面取得了一些进展,为合理确定陶粒的工艺流程和参数进行了有益的探索,推动了煤矸石陶粒的应用发展。     

煤矸石骨料混凝土的耐久性试验研究

为探讨煤矸石骨料混凝土的耐久性,对其两个指标--干燥收缩性能和抗冻性能进行试验研究,重点对煤矸石和普通碎石作为骨料分别制备混凝土试件进行对比分析。干燥收缩性能实验表明：不同水灰比的情况下,煤矸石骨料混凝土的干燥收缩率、质量减少率都比普通碎石混凝土大,这主要由煤矸石骨料的吸水率较大所造成的;无论水灰比多大,两种骨料混凝土的早期干燥收缩率都较大,50 d时的干燥收缩率占整个龄期的85%左右,超过120 d后逐渐趋于稳定。抗冻性能实验表明：在常用水灰比情况下,煤矸石骨料混凝土的抗冻性能指标能够满足要求;在不同水灰比的情况下,煤矸石骨料混凝土的耐久性指数比普通碎石混凝土低,质量损失率增大,这主要由煤矸石骨料中的孔隙水产生较大的冻胀应力所造成的。试验结果表明,采用煤矸石骨料制备混凝土是可行的,其干燥收缩性能和抗冻性能能够满足规范要求。     

测定煤矸石骨料混凝土性能的试验分析

为探讨煤矸石作为骨料制备混凝土的可行性,采用煤矸石和碎石分别作为骨料制备混凝土试件进行干燥收缩性能和抗冻性能的对比分析。结果表明,煤矸石骨料混凝土的干燥收缩率比碎石混凝土大,主要由于煤矸石骨料吸水率较大;不同骨料混凝土的早期干燥收缩率都较大,当龄期超过120d后趋于稳定;在常用水灰比下,煤矸石骨料混凝土的抗冻性能指标满足要求,但煤矸石骨料混凝土的质量损失率较碎石混凝土有所增大,主要因为煤矸石骨料中的孔隙水产生较大冻胀应力。利用煤矸石制备混凝土可行。     

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。     

聚合物改性煤矸石粉煤灰混凝土性能研究

为探讨聚合物对大掺量煤矸石粉煤灰混凝土性能的影响,制备不同掺量苯乙烯、191#UP和196#UP 3种聚合物改性大掺量煤矸石粉煤灰混凝土试件,进行抗压强度、抗折强度、碳化性能试验研究。结果表明,3种聚合物的加入均提升了混凝土试件抗压强度,且应控制掺加191#UP和196#UP的量在10%左右;掺加3种聚合物的混凝土试件抗折强度都有明显提高,折压比也呈增长趋势,测得掺191#UP和196#UP混凝土的韧性比掺苯乙烯的性能优越;混凝土试件的碳化深度随着聚合物掺量的增加而逐渐减小,说明聚合物可以改善混凝土的碳化性能,并且随着聚合物的增加,改善效果越明显。试验表明,适量掺入聚合物可以改善大掺量煤矸石粉煤灰混凝土的抗压强度、抗折强度及碳化性能,这为聚合物改性大掺量煤矸石粉煤灰混凝土性能的应用提供了试验依据。     

低硅铁尾矿陶粒的制备与应用

以某低硅铁尾矿为主要原料,对铁尾矿陶粒的配方进行了研究,并考察了尾矿陶粒作为轻质混凝土骨料的应用效果。结果表明：低硅铁尾矿陶粒原料铁尾矿、工业粉状废物与KD的适宜质量比为75∶17∶8,成品陶粒用量为920 kg/m3、水泥用量为220 kg/m3、水灰比为0.37（不含预湿陶粒用水）情况下的铁尾矿陶粒混凝土密度等级为1 200、抗压强度等级为LC5.0,满足《JGJ 51-2002,轻骨料混凝土技术规程》中结构保温轻骨料混凝土的要求,产品保温性能良好。     

铁尾矿基陶粒混凝土的制备及性能研究

随着矿冶行业的快速发展,尾矿堆积量逐年增多,特别是铁尾矿已成为国内研究者关注的焦点。先用铁尾矿制备轻质高强陶粒,然后以该陶粒作为轻骨料制备陶粒混凝土。采用正交试验研究水灰比、减水剂用量、砂用量、增稠剂用量对陶粒混凝土抗压强度及陶粒上浮的影响。通过试验确定该铁尾矿基陶粒混凝土的最佳方案为水灰比0.25、减水剂用量0.5%、砂用量20%、增稠剂用量0.12%。最终制得28 d抗压强度为67.33 MPa、抗折强度为8.1 MPa、体积密度1 940 kg/m3的高性能陶粒混凝土。研究中解决了轻骨料陶粒混凝土中陶粒上浮问题,实现了资源二次开发。      

酸碱干湿环境煤矸石混凝土抗压强度试验研究

为了探究干湿循环环境p H值不同时,掺入不同比例煤矸石骨料的混凝土强度弱化规律,制作混凝土棱柱体试件进行单轴抗压强度试验研究。结果表明:破坏面中断裂煤矸石骨料比例随干湿循坏次数增加而增加,掺入比例为δ=20%~50%时,煤矸石骨料及其周围混凝土成为试件承压的薄弱部位;混凝土试件单轴抗压强度随干湿循环次数与煤矸石骨料掺入量的增大而减小,且减小速度在中、碱性环境中逐渐减慢,而在酸性环境中逐渐加快;碱性环境对于干湿循环造成的煤矸石骨料混凝土强度降低现象起到了一定的缓解作用;干湿循环环境p H值不同时,掺入不同比例煤矸石骨料的混凝土随干湿循环次数的增加弹性模量减小。研究为防治煤矸石混凝土在建筑物服役期中受到酸碱干湿环境影响而逐渐弱化现象提供了一定的科学依据。     

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。     

利用矿山废弃高塑性红黏土制备轻质陶粒的研究

生产上多取用农田黏土制备轻质陶粒,以红黏土为主要原料的技术还未见报道。某矿山在开采过程产生大量剥离红黏土,长期堆存无法利用。以该红黏土为主要原料,添加普通黏土、化合物L、石灰石、煤粉进行轻质陶粒制备试验,考察原料配比及焙烧制度对烧成陶粒性能的影响。结果表明,加入适量普通黏土、化合物L可有效降低陶粒烧制过程中的炸裂率,烧成陶粒强度、表观密度随普通黏土、化合物L、煤粉的添加量及焙烧温度的增加而降低,适量添加石灰石可增强烧成陶粒强度;以红黏土、普通黏土、化合物L、石灰石、煤粉质量比为85.5∶7.0∶3.5∶3.0∶1.0混合制得陶粒生球,在105℃下干燥4 h、450℃预热30 min、1 170℃焙烧12 min,可制得轻质陶粒。工业投笼试验所得成品陶粒的关键性能指标均达到GB/T 17431.1—2010中对500级陶粒的质量要求,说明该技术具有实际生产应用价值。研究成果突破了轻质陶粒对原料的严格限制,为矿山剥离高塑性红黏土的高附加值利用提供了新途径。     

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。     

粉煤灰-煤矸石质多孔陶粒的制备研究

以粉煤灰和煤矸石为主要原料,采用添加造孔剂法烧制出粉煤灰多孔陶粒,研究了原料中粉煤灰与煤矸石的配比、烧结温度对多孔陶粒的烧结外观、气孔率、抗压碎强度、晶相组成和微观结构的影响。实验结果表明,随着煤矸石添加量和烧结温度升高,气孔率下降,抗压碎强度增大;当成孔剂添加量30%、粉煤灰与煤矸石质量比46.2∶19.8、烧结温度1 120 ℃、保温时间30 min时,所得多孔陶粒晶相组成稳定,抗压碎强度较高,内部孔隙发达,且多为三维贯通的通孔结构。