煤矸石骨料混凝土的耐久性试验研究

发表时间:2019/7/25   来源:《防护工程》2019年8期   作者:杜平
[导读] 必须明确煤矸石混凝土的各项参数与潜在隐患,并提供适当的技术补偿措施,才能为后续此类材料的使用提供更全面的质量保障。
哈尔滨振鹏混凝土制造有限公司
  摘要:煤矸石骨料混凝土耐久性试验的有效落实,一方面能够有效缩减我国天然骨料的使用量,使我国煤矸石污染状况得到有效缓解,使建筑行业与生态发展双方受益;另一方面,煤矸石属于煤炭行业废料,在造价与强度方面更贴合工程经济性的要求,能够为开发商带来更丰厚的经济回报。本文基于煤矸石骨料混凝土试验方法展开分析,期望凭借耐久性试验资料为后续建筑工程体系的构建提供良好参照。
  关键词:煤矸石骨料;混凝土;耐久性;试验分析
  
  
  一、试验材料与方法
  1.  试验材料
  水泥材料选用普通硅酸盐水泥;水资源选用常见生活自来水;减水剂选用萘系减水剂;对比骨料选用市场常见的天然砂与石灰岩碎石;试验骨料选用市场常见的煤矸石,粒径保持在5~20mm,以便满足混凝土骨料配比的基本要求。
  2.  试验方法
  骨料碱性试验:根据相关规范对煤矸石碱活性进行检测,确保试件尺寸测量准确,并通过外层砂浆定期测量的膨胀量作为评判依据,判断骨料碱性对混凝土材料的影响。
  抗渗性试验:将经过检测的试验骨料放入烘箱中,分别通过35、75、105℃作为阶段性烘干温度,待达到标准烘干强度要求,再将材料取出进行密封。而后,根据试验抗渗性要求,将煤矸石材料分为五组,每组在试件一端做渗水口处理,而后放置于水槽内,分别进行渗水1、3、7、14、28天,待时限满足试验要求,再切块分别称重,而后将煤矸石再次烘干,再进行二次称重,以便得到试件确切含水量。
  抗冻性试验:根据混凝土材料试验规范内容先分析混凝土材料抗压强度,待数据值记录准确再根据快冻法对混凝土材料进行抗冻性试验,对材料的形变量与损耗度进行统计,再作为评价依据分析。
  硬化混凝土特征试验:通过混凝土空隙测定仪对成型混凝土进行监测,并按照混凝土制备规范进行处理,以便通过平均数值判断混凝土内部气泡条件。
  二、试验结果
  1.  骨料碱性试验
  根据以往资料可知,酸碱性环境会对混凝土材料的质量造成较大影响,而煤矸石中含有大量的SiO2,此种化合物极易与混凝土内碱性溶液发生反应,使碱硅凝胶吸水率极大提升,从而借助膨胀压力使混凝土材料受到损坏,由此导致混凝土耐久性明显下降。根据试验分析可知,煤矸石掺量的调整与定期膨胀系数的监测并未发现试件有明显的变形与裂缝情况,并且混凝土刚度与整体性也并未受到损伤,由此可见煤矸石混凝土的使用具备稳定性,并且煤矸石骨料也并非活性骨料。


  2.  抗渗性试验
  根据试验资料可知,在砂浆吸水率试验中,煤矸石掺量保持在10%以内,砂浆的含水量不会出现较大的差异性。但若煤矸石掺量超过标准要求,则砂浆的吸水率会明显加快,因此可说明煤矸石掺量与砂浆渗透作用有明显关联性。而在荷载试验中,吸水率加快的砂浆耐久性明显降低,经由分析检测可知砂浆内部孔隙非常丰富且具备不规则性,因此不同的煤矸石材料也会导致砂浆抗渗性存在差异。
  3.  抗冻性试验
  根据抗冻性试验资料可知,以天然骨料作为对比的混凝土材料塌落度与强度,比较煤矸石混凝土并无明显差距,并且虽煤矸石产量的增加,混凝土的抗压强度会有略微的提升,并且材料掺量达到40%,混凝土强度仍旧能够得到保障。但通过抗冻性试验角度来看,煤矸石骨料的利用明显降低了混凝土强度,并且随骨料掺量的增加使得物理性能也急剧下降。
  4.  混凝土硬化特征试验
  从国内外已进行的抗冻性试验资料来看,气泡间距系数与混凝土抗冻性有一定联系,而且是评定混凝土抗冻性能的主要指标之一。各种硬化混凝土气泡间隔系数都大于450μm,抗冻性能较差,符合非引气混凝土抗冻性能的规律;硬化混凝土气泡间隔系数与耐久性的相关性低,可见煤矸石混凝土的硬化气泡系数特性与抗冻性的关系与普通混凝土不一样,可能煤矸石的某些特性影响了混凝土的抗冻性能。因此,单以气泡间距确定煤矸石混凝土材料的抗冻性数值,明显是不理智的。
  另外,在煤矸石混凝土试验研究中可知,气泡的平均直径与混凝土强度有所关联,并且随着混凝土材料的强度递增,气泡的大小也会呈递减趋势变化,而煤矸石骨料的使用使气泡直径显著降低,由此可见煤矸石骨料的应用,使混凝土材料的强度得到了显著提升。
  三、试验讨论分析
  1.  骨料掺量分析
  在抗压强度试验中,各种掺量的煤矸石混凝土的宏观力学性能与基础混凝土基本一致,优质煤矸石配制的混凝土的抗压强度甚至有所提高。在抗渗性试验中,煤矸石集料掺入量在10%时,煤矸石混凝土的抗渗性能与基础混凝土接近;当煤矸石集料掺入量超过30%时,煤矸石混凝土的抗渗性能开始出现一定程度的降低。在抗冻性试验中,各种掺量的煤矸石混凝土的抗冻性能出现不同程度的降低,优质煤矸石集料配制的混凝土掺入量在20%时,煤矸石混凝土的抗冻性能降低较小。
  综合上述试验结果,煤矸石集料的掺入并不会对混凝土的宏观力学性能产生不利影响,但是对混凝土的抗渗性能和抗冻性能构成一定的不稳定因素,所以,应对煤矸石的掺入量进行控制,建议掺入量控制在10%~20%为宜。
  2.  骨料吸水率分析
  集料吸水率的大小直接关系到混凝土配合比计算和实际用水量,从而影响混凝土强度和抗冻性等耐久性方面的性能。通过研究可知,混凝土耐久性与集料吸水率的关系,两者相关性大,随着吸水率的降低,混凝土耐久性呈现递增趋势。试验结果表明,煤矸石集料的吸水率普遍大于普通集料,配制的煤矸石混凝土耐久性也明显低于基础混凝土,因此,在有抗冻要求的条件下,建议煤矸石集料的吸水率小于1%。
  3.  力学性能分析
  压碎值是间接推测混凝土力学性能的重要指标;针片状颗粒容易折断,含量较多会影响混凝土强度,且总表面积及孔隙率增大,影响混凝土和易性,从而降低混凝土质量。借助试验可以看出,煤矸石集料的压碎值和针片状含量都优于所选取的普通碎石集料。与此同时,随着压碎值的降低、针片状含量的减少,混凝土抗压强度逐渐增大,并且相关性显著。试验结果表明,压碎值和针片状含量影响着混凝土宏观力学性能,现对煤矸石集料的压碎值和针片状含量提出建议,压碎值小于20%,针片状含量小于10%。
  四、结语
  煤矸石混凝土材料耐久性试验的有效落实,不但为此类材料的有效利用提供了更详细的参照数据,以便通过影响元素与力学性能提供更详细的技术解决方案,使生态城市等新兴理念得以落实,同时凭借性能检测,更便于管控此类材料施工质量,以便施工企业在施工质量与经济性方面得到明显收益。故而,在论述煤矸石骨料混凝土的耐久性试验期间,必须明确煤矸石混凝土的各项参数与潜在隐患,并提供适当的技术补偿措施,才能为后续此类材料的使用提供更全面的质量保障。
  参考文献:
  [1]刘世,刘海卿. 酸性环境下自燃煤矸石混凝土耐久性试验研究[J]. 非金属矿,2018(2).
  [2]严冰. 改性煤矸石骨料混凝土力学性能及抗冻性能试验研究[D].  2017.
  [3]严冰,宋战平,王艳,et al. 煤矸石混凝土抗冻性能试验研究[J]. 混凝土,2017(3):109-111.
  [4]刘世,刘海卿,王锦力. 自燃煤矸石粗集料混凝土吸水性试验研究[J]. 非金属矿,2017(4):33-35.
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