煤矸石混凝土性能研究

1、成績(jī)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)2013級(jí)博士研究生課程考試試卷考試科目新型土木工程材料考試時(shí)間學(xué)生姓名陳曉淼學(xué)號(hào)所在院系力建學(xué)院任課教師呂恒林教授中國(guó)礦業(yè)大學(xué)研究生院培養(yǎng)管理處印制煤肝石混凝土性能研究摘要：煤研石是煤炭行業(yè)發(fā)生的廢物之一，對(duì)環(huán)境有嚴(yán)重的污染。目前我國(guó)現(xiàn)有煤研石儲(chǔ)量巨大，且逐年劇增，若不進(jìn)行合理的利用，將產(chǎn)生巨大的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的損失。利用煤研石生產(chǎn)集料來(lái)拌制水泥混凝土，可以大量減少土木工程中對(duì)天然集料的使用量，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。煤研石混凝土主要包括兩種，一種是摻入水泥中作為膠凝材料；另一種是作為粗細(xì)骨料替代天然砂和天然石。煤研石混凝土的性能主要包括耐久性和力學(xué)性能，力學(xué)性能主要

2、以抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度作為衡量指標(biāo)，耐久性主要以抗?jié)B、抗凍、干燥收縮、透水系數(shù)、抗裂性、抗氯離子滲透、耐磨性、護(hù)筋性、堿骨料反應(yīng)等作為衡量指標(biāo)。本文主要從煤研石混凝土的耐久性和力學(xué)性能兩方面對(duì)現(xiàn)有兩種煤研石混凝土的研究進(jìn)行綜述，分析利用煤研石進(jìn)行制作混凝土的可行性，為實(shí)際中進(jìn)一步應(yīng)用煤研石混凝土提供可用的配比和應(yīng)用指導(dǎo)關(guān)鍵詞：煤研石；混凝土；耐久性；力學(xué)性能；1引言煤研石是煤炭開(kāi)采和加工過(guò)程中排出的廢棄巖石，是一種在煤形成過(guò)程中與煤層伴生的含碳量較低的巖石。當(dāng)煤研石受到降雨等因素而處于浸水狀態(tài)時(shí)，其中的粉塵和有害離子就會(huì)污染環(huán)境1。綜上所述，今后相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，煤炭在能源中將仍占主要地位，其產(chǎn)生的

3、煤研石嚴(yán)重危害生態(tài)環(huán)境，如能對(duì)其進(jìn)行開(kāi)發(fā)利用，便可實(shí)現(xiàn)廢棄物重利用且減少對(duì)環(huán)境的危害，具有顯著經(jīng)濟(jì)社會(huì)環(huán)境效益，用煤研石生產(chǎn)混凝土是一條很好的路徑。目前已有許多學(xué)者進(jìn)行相關(guān)研究，然而目前為止的研究，其內(nèi)容過(guò)于復(fù)雜，本文僅從宏觀上對(duì)煤研石混凝土力學(xué)性能和耐久性進(jìn)行研究綜述。分析影響煤研石混凝土力學(xué)性能和耐久性的影響因素，以期通過(guò)改變優(yōu)化影響因素實(shí)現(xiàn)煤研石混凝土性能的提升，并提出適合實(shí)際工程的優(yōu)化配合比，對(duì)實(shí)際工程應(yīng)用提出指導(dǎo)建議。2煤肝石在混凝土應(yīng)用現(xiàn)狀煤研石的化學(xué)成分主要是SiO2、AI2O3和Co其次是Fe2O3、CaOMgONa?O、K2O、SO3、P2O5、N和H等。止匕外，也常含有少量

4、Ti、VCo和Ga等金屬元素。煤研石的礦物成分以黏土礦物和石英為主，常見(jiàn)礦物為高嶺土、蒙脫石、伊利石、石英、長(zhǎng)石、云母和綠泥石類?，F(xiàn)在對(duì)于煤研石在混凝土中的應(yīng)用主要包括兩種，一種是將煤研石作為粗細(xì)骨料摻入混凝土中，另一種是將煤研石作為膠凝材料摻入混凝土中。煤研石作為粗細(xì)骨料煤研石經(jīng)破碎后，粒徑在的經(jīng)過(guò)篩分試配制成煤研石砂，也稱為研砂，用研砂替代天然砂的使用，可減少對(duì)于河砂等得使用，避免環(huán)境損壞。而破碎后粒徑大于的顆粒作為粗骨料使用。現(xiàn)應(yīng)用較多的是將煤研石破碎后作為粗細(xì)骨料同時(shí)使用，以達(dá)到最大限度的使用煤研石的目的（a）煤肝石粗骨料（b）煤肝石細(xì)骨料圖1煤肝石骨料煤研石作為膠凝材料煤研石作為膠凝

5、材料應(yīng)用主要分為兩方面，其一是作為礦物摻合料，與水泥及其他摻合料共同作為混凝土中的膠凝材料，許多學(xué)者考查了摻煤研石混凝土的耐久性，發(fā)現(xiàn)摻入煤研石后，混凝土密實(shí)度提高，具有較好的抗凍性，抗?jié)B性，抗硫酸鹽侵蝕，較低的氯離子擴(kuò)散速度和護(hù)筋能力網(wǎng)。另一種是代替水泥原料生產(chǎn)煤研石水泥，由于煤研石是一種富鋁的黏土質(zhì)原料，易磨，易燒性好，適于水泥廠作原料全部或者部分代替黏土生產(chǎn)水泥。而且煤研石本身也還有一定量的炭，這在水泥熟料煨燒的過(guò)程中還能提供熱量，節(jié)省一部分煨燒燃料。目前大部分的研究都集中于將煤研石作為礦物摻合料和粗細(xì)骨料進(jìn)行砂漿和混凝土的研究，而對(duì)于將其作為煤研石水泥的研究比較少，后續(xù)的研究可針對(duì)此方

6、向進(jìn)行深入研究。3煤肝石混凝土力學(xué)性能研究力學(xué)性能相關(guān)研究曹露春與張志軍5采用正交試驗(yàn)方法分析討論主要原材料和配比對(duì)煤研石透水混凝土抗壓強(qiáng)度的影響。采用水灰比分別為、三個(gè)水平；骨料粒徑分別為5mm510mm1015mn個(gè)水平；骨膠比（骨料與膠凝材料之比）選用、三個(gè)水平，通過(guò)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果分析認(rèn)為使用煤研石骨料代替天然骨料是完全可行的，煤研石骨料粒徑是決定混凝土強(qiáng)度的重要因素，且兩者為正比關(guān)系，水灰比直接決定煤研石骨料顆粒之間接觸水泥漿體的強(qiáng)度以及水泥漿體與集料的粘結(jié)強(qiáng)度，間接決定透水混凝土的整體強(qiáng)度和透水系數(shù)。他們6又采用水洗過(guò)的煤研石做了相同變量的試驗(yàn)，通過(guò)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析得出相同的結(jié)論，即煤

7、研石骨料粒徑的決定混凝土強(qiáng)度的主要因素。揣丹7采用煤研石為主要原料，制備了一種新型的泡沫混凝土。設(shè)計(jì)級(jí)水泥與煤研石4組配合比，做成混凝土砌塊并進(jìn)行相關(guān)強(qiáng)度試驗(yàn)。按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T500812002普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)的方法進(jìn)行硬化混凝土的3、7、28d抗壓強(qiáng)度和抗彎拉（折）強(qiáng)度測(cè)試。研究認(rèn)為隨著齡期的增加，強(qiáng)度增加趨勢(shì)都很明顯，混凝土強(qiáng)度隨著煤研石用量增大而下降。藺喜強(qiáng)等8的試驗(yàn)采用C40和C60兩種強(qiáng)度混凝土，每種強(qiáng)度的混凝土共設(shè)4組，其中三組分別摻入煤研石，粉煤灰，礦粉與純水泥進(jìn)行比較。試驗(yàn)可得活化煤研石摻合料的需水量較粉煤灰和礦粉高，煨燒煤研石粉對(duì)混凝土有早期的增強(qiáng)作用，且具

8、有后期的強(qiáng)度增長(zhǎng)保持能力；其活性介于粉煤灰和礦渣之間，比較接近礦渣。藺喜強(qiáng)等還對(duì)活化后的煤研石進(jìn)行研究，分析其對(duì)煤研石混凝土力學(xué)性能的影響，得出煤研石最佳活化煨燒溫度為900C,煨燒后的煤研石具有良好的易磨性，最佳粉磨時(shí)間為15min,比表面積達(dá)550m2/kg左右為宜。煤研石經(jīng)過(guò)900c的高溫煨燒其結(jié)構(gòu)膨脹及成分揮發(fā)，出現(xiàn)較為明顯的顆粒狀結(jié)構(gòu)并伴有一定的孔洞結(jié)構(gòu)?？锥春皖w粒狀結(jié)構(gòu)最適于煤研石活性作用的發(fā)揮。煤研石摻合料的需水量較粉煤灰和礦粉高，在一般混凝土中活化煤研石粉對(duì)混凝土工作性影響小，在高強(qiáng)混凝土中對(duì)混凝土工作性影響較大。孟文清等10利用回歸方程分析粉煤灰、石灰粉摻量對(duì)煤研石混合料劈裂

9、強(qiáng)度的影響。粉煤灰相對(duì)于石灰粉的摻量不宜過(guò)小，否則將對(duì)煤研石混合料劈裂強(qiáng)度產(chǎn)生不利影響。粉煤灰通過(guò)與足量的石灰粉發(fā)生作用來(lái)提高煤研石混合料的劈裂強(qiáng)度，因此，石灰粉的摻量不宜太小。但是，當(dāng)石灰粉相對(duì)于粉煤灰的摻量過(guò)大時(shí)，將對(duì)煤研石混合料劈裂強(qiáng)度產(chǎn)生不利影響。孫家瑛11對(duì)煤研石爐渣取代天然砂的混凝土進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)，通過(guò)分析抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度研究煤研石爐渣對(duì)混凝土性能的影響。孫家瑛先研究煤研石爐渣對(duì)水泥砂漿強(qiáng)度的影響，設(shè)定煤研石爐渣取代天然砂用量為30%50騎口80%分析得煤研石爐渣摻量的增加使得需水量增加，從而使水泥砂漿強(qiáng)度有所下降。與基準(zhǔn)砂漿28d抗壓強(qiáng)度（）相比，摻80嫄研石爐渣砂漿的28d抗

10、壓強(qiáng)度下降至，下降幅度達(dá)40%fc右。從試驗(yàn)結(jié)果還可以發(fā)現(xiàn)，在保持需水量不變的條件下，隨煤研石爐渣摻量的增加，水泥砂漿強(qiáng)度先有明顯提高，后逐漸降低。究其原因是煤研石爐渣具有潛在的水硬活性，可以參與水泥水化，所以宏觀上表現(xiàn)出水泥砂漿強(qiáng)度先揚(yáng)后抑。再對(duì)摻入不同量煤研石的混凝土強(qiáng)度進(jìn)行研究，研究發(fā)現(xiàn)隨著煤研石爐渣摻量增加水泥混凝土強(qiáng)度也是先揚(yáng)后抑。這主要是由于煤研石爐渣替代天然砂，對(duì)混凝土起到兩個(gè)互為相反的作用所決定的：一方面是煤研石爐渣具有潛在的水硬活性，在混凝土成型、凝結(jié)過(guò)程和硬化過(guò)程中可參與水泥水化，改善混凝土水泥漿與集料間界面結(jié)構(gòu)與性能，所以在宏觀上表現(xiàn)出混凝土強(qiáng)度提高；另一方面，煤研石爐渣

11、吸水率高達(dá)10%u上，使混凝土在大量使用煤研石爐渣替代天然砂時(shí)成型困難，水泥水化不充分，導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度明顯下降。周梅等12采用C15C4供6個(gè)強(qiáng)度等級(jí)煤研石混凝土進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，并測(cè)試其力學(xué)性能，研究發(fā)現(xiàn)利用自燃煤研石可以代替自然砂石配制出C15C40強(qiáng)度等級(jí)的混凝土，其中抗壓強(qiáng)度全部滿足要求，且煤研石混凝土表現(xiàn)出明顯的韌性。由試驗(yàn)結(jié)果可得所配制的混凝土的破壞機(jī)理與普通混凝土不同。當(dāng)配制的混凝土強(qiáng)度較低時(shí)，由于水泥用量少，砂漿不能充分包裹骨料，強(qiáng)度降低，當(dāng)配制的混凝土強(qiáng)度較高時(shí)，自燃煤研石混凝土就變成了強(qiáng)砂漿包弱骨料的模型。此時(shí)盡管水泥量增加（水灰比減?。鋸?qiáng)度也不再增加，集料成為了主要破壞

12、斷面，一般是沿著煤研石的節(jié)理面。這時(shí)破壞面強(qiáng)度取決于煤研石沿節(jié)理面方向的強(qiáng)度。骨料的節(jié)理是其薄弱環(huán)節(jié)，沿節(jié)理面方向的強(qiáng)度不但遠(yuǎn)低于總體強(qiáng)度，而且砂漿強(qiáng)度較高時(shí)，甚至還低于砂漿強(qiáng)度。所以隨砂漿強(qiáng)度的提高，混凝土強(qiáng)度由砂漿控制轉(zhuǎn)變?yōu)橛晒橇峡刂疲鋸?qiáng)度破壞模型，由“弱”包“強(qiáng)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤皬?qiáng)”包“弱”表明了采用煤研石集料配制混凝土強(qiáng)度不宜過(guò)高，通過(guò)增加水泥等膠凝材料用量來(lái)提高煤研石集料混凝土強(qiáng)度意義不大。對(duì)于C15以下強(qiáng)度的混凝土由于水泥漿用量較少，不能充分包裹骨料，強(qiáng)度較低，不宜采用。自燃煤研石材質(zhì)本身特性決定了混凝土拌合物塌落度較低，因此更適合生產(chǎn)預(yù)制構(gòu)件鄭旭13采用固定外加劑摻量和改變外加劑摻量?jī)?/p>

13、種技術(shù)路線進(jìn)行研究檢測(cè)煤研石的摻入對(duì)不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響，隨著煤研石的摻入，不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土的工作性能和立方體抗壓強(qiáng)度都有所改善。對(duì)于貧膠凝材料體系水泥混凝土，當(dāng)煤研石摻量小于30%寸，水泥混凝土的工作性能和立方體抗壓強(qiáng)度較為理想，其中20叫煤研石摻量的最佳值；而對(duì)于富膠凝材料體系水泥混凝土，煤研石的最大摻量為20%其中10叫煤研石摻量的最佳值。陳煒林等14用煤研石等量代替砂漿中的天然砂（替代率為10%30%50%測(cè)定砂漿的強(qiáng)度，試驗(yàn)結(jié)果分析得出煤研石摻量的增加并不會(huì)明顯降低砂漿的力學(xué)強(qiáng)度，甚至是砂漿力學(xué)強(qiáng)度出現(xiàn)增加現(xiàn)象。并且通過(guò)AutoPoreIV9510型全自動(dòng)壓汞測(cè)孔儀觀察

14、孔結(jié)構(gòu)，經(jīng)由分析知孔分形維數(shù)可以表征材料微觀孔結(jié)構(gòu)特征，抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度與分形維數(shù)都有一定相關(guān)性，并且兩者的變化規(guī)律相似，反映了宏觀力學(xué)強(qiáng)度與分形維數(shù)存在相關(guān)性，隨著分形維數(shù)的增加力學(xué)強(qiáng)度呈遞增趨勢(shì)。隨著孔徑增大、孔隙率增加，孔分形維數(shù)減小，砂漿力學(xué)強(qiáng)度呈遞減趨勢(shì)；隨著孔隙小于20mM匕例的增加，力學(xué)強(qiáng)度呈現(xiàn)遞增趨勢(shì)，隨著孔隙大于100mni匕例的增加，力學(xué)強(qiáng)度呈現(xiàn)遞減趨勢(shì)。陳煒林只對(duì)煤研石砂漿的力學(xué)性能與孔結(jié)構(gòu)及其關(guān)系進(jìn)行了探討，對(duì)耐久性方面的性能還不是很了解，有待于進(jìn)一步的探討。陳煒林等15對(duì)不同煤研石摻量的水泥漿進(jìn)行X射線衍射試驗(yàn)（XRD和同步熱分析試驗(yàn)（DSC-TG,分析摻合料的主要

15、礦物成分和熱穩(wěn)定性。隨著煤研石摻合料的增加，砂漿力學(xué)性能出現(xiàn)一定程度的下降，結(jié)合上述試驗(yàn)分析，應(yīng)該是煤研石摻合料中的水泥孰料成分少，在水化過(guò)程中形成比基礎(chǔ)砂漿疏松的空間形態(tài)，從而對(duì)砂漿的力學(xué)性能和孔結(jié)構(gòu)有一定的不利影響。俞心剛等16研究了粉煤灰-煤研石泡沫混凝土干表觀密度對(duì)粉煤灰-煤研石泡沫混凝土吸水率、抗壓強(qiáng)度影響。結(jié)果表明，隨粉煤灰-煤研石泡沫混凝土干表觀密度的增加，粉煤灰-煤研石泡沫混凝土水吸率減少，抗壓強(qiáng)度增大。研究存在問(wèn)題對(duì)于煤研石混凝土的力學(xué)性能研究大都局限于改變煤研石在混凝土中的摻量或者是改變配合比，采用正交試驗(yàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，但是每個(gè)學(xué)者所做試驗(yàn)數(shù)量有限，存在一定的誤差性，并不能

16、有一定的數(shù)理統(tǒng)計(jì)性。對(duì)試驗(yàn)的分析僅限于對(duì)數(shù)據(jù)的解釋，很少?gòu)臋C(jī)理上進(jìn)行理論的分析。對(duì)于以后的研究可以深入對(duì)機(jī)理上的研究，分析各種影響因素對(duì)力學(xué)性能的影響，并找到可以表征力學(xué)性能的一種參量，如孔結(jié)構(gòu)等。4煤肝石混凝土耐久性研究煤研石混凝土耐久性研究是很有必要的一項(xiàng)研究，耐久性研究包括抗氯離子侵蝕、抗?jié)B、抗凍、干燥收縮等性能。陳煒林17在其碩士畢業(yè)論文中提出煤研石摻量、吸水率、壓碎值和針片狀含量等指標(biāo)進(jìn)行宏觀衡量煤研石的耐久性優(yōu)良?？果}離子侵蝕周麗民18研究了粉煤灰、煤研石對(duì)混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能的影響。粉煤灰和煤研石取代水泥用量分別為0、10%30%口50%經(jīng)8個(gè)月用10%NO溶液浸泡試驗(yàn)表明，粉

17、煤灰對(duì)水泥基材料的抗硫酸鈉侵蝕性能有改善作用，且隨粉煤灰摻量的增大而線性提高；煤研石對(duì)水泥基材料的抗硫酸鈉侵蝕性能有不利影響，且隨煤研石摻量的增大而線性加劇。XRDf口MIP分析表明，粉煤灰改善了水泥石的化學(xué)組成和孔結(jié)構(gòu)。郭金敏19考查煤研石混凝土受硫酸鹽侵蝕方面的耐久性，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)煤研石混凝土經(jīng)過(guò)硫酸鹽侵蝕后強(qiáng)度影響不是太大。該成果突破了傳統(tǒng)的煤肝石活化方法研究煤研石，對(duì)其在道路工程、排水工程等方面的利用具有一定的參考價(jià)值。郭金敏還通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出硫酸鹽侵蝕后抗壓強(qiáng)度損失值與凍融后彈性模量損失值之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，二者為顯著的線性關(guān)系，表達(dá)式如下：y0.4291x0,2825(1)式中：y凍融后彈

18、性模量損失值，MPax硫酸鹽侵蝕后抗壓強(qiáng)度損失值，GPaR2回歸系數(shù)，R2=0.9936如此便可通過(guò)煤研石混凝土凍融后彈性模量損失值預(yù)測(cè)硫酸鹽侵蝕后抗壓強(qiáng)度損失值，或者已知硫酸鹽侵蝕后抗壓強(qiáng)度損失值，估算煤研石混凝土凍融后彈性模量損失值。這對(duì)預(yù)測(cè)、控制和改善煤研石混凝土的性能具有實(shí)際意義。周麗民21研究了粉煤灰、煤研石對(duì)混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能的影響。粉煤灰和煤研石取代水泥用量分別為0、10%30%口50%經(jīng)8個(gè)月用10%NO溶液浸泡試驗(yàn)表明，粉煤灰對(duì)水泥基材料的抗硫酸鈉侵蝕性能有改善作用，且隨粉煤灰摻量的增大而線性提高；煤研石對(duì)水泥基材料的抗硫酸鈉侵蝕性能有不利影響，且隨煤研石摻量的增大而線性

19、加劇高禮雄等22以40m睇40m訴160mmi田碎石混凝土試件和20m睇20m冰20mmk泥石試件進(jìn)行試驗(yàn)。礦物摻合料取代水泥用量為0、10%30騎口50%8個(gè)月浸泡試驗(yàn)表明，I級(jí)粉煤灰、礦渣、煤研石等礦物摻合料對(duì)混凝土抗硫酸鎂侵蝕性能的影響都存在著一個(gè)臨界摻量，小于其臨界摻量時(shí)摻合料對(duì)混凝土的抗硫酸鎂侵蝕性能有改善作用，反之則有不利影響。高禮雄等也對(duì)抗硫酸鹽的機(jī)理進(jìn)行分析，分析表明摻合料一方面降低了Ca(OH)從混凝土內(nèi)部向其表面的擴(kuò)散速度及混凝土表層Mg(OH)薄膜的增厚速度，另一方面水泥石的孔結(jié)構(gòu)隨摻合料摻量的增大而改善。周雙喜23將30%勺熱活化煤研石細(xì)粉取代水泥摻入混凝土中，活化煤研

20、石混凝土的力學(xué)性能要優(yōu)于素混凝土。7d齡期單摻熱活化煤研石細(xì)粉和復(fù)摻熱活化煤研石細(xì)粉的混凝土相對(duì)氯離子擴(kuò)散系數(shù)均高于素混凝土，到了180d齡期，無(wú)論是單摻熱活化煤研石細(xì)粉還是復(fù)摻熱活化煤研石細(xì)粉的混凝土相對(duì)氯離子擴(kuò)散系數(shù)不到素混凝土的一半。180d齡期，摻熱活化煤研石細(xì)粉混凝土的抗海水侵蝕能力要低于素混凝土，熱活化煤研石細(xì)粉與粉煤灰二元復(fù)摻混凝土及熱活化煤研石細(xì)粉與礦渣粉二元復(fù)摻混凝土在經(jīng)海水侵蝕后，混凝土的強(qiáng)度不僅未降低反而有一定增加。宋小軍等24比較了徐州煤研石在500900c5種不同的溫度下活化后的水泥膠砂強(qiáng)度，綜合評(píng)價(jià)后，確定600c為徐州煤研石實(shí)驗(yàn)室的合理活化溫度。以此溫度下活化的煤

21、研石作水泥的混合材，在孔結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)上，對(duì)比研究了活化煤研石對(duì)混凝土抗氯離子滲透性能的影響。研究結(jié)果表明，在相同條件下活化煤研石水泥混凝土的抗?jié)B性能略優(yōu)于普通水泥混凝土。管學(xué)茂25在其博士論文中采用電化學(xué)方法、SEM-ED妗析和壓汞法系統(tǒng)的研究高性能水泥基材料在氯鹽+應(yīng)力、氯鹽十凍融和氯鹽+應(yīng)力+凍融等多因素協(xié)同作用下的氯離子滲透性能和鋼筋銹蝕及其機(jī)理；運(yùn)用灰色理論、化學(xué)分析、微觀測(cè)試等理論和方法系統(tǒng)深入的研究水泥基材料固化外滲氯離子的性能及機(jī)理，重點(diǎn)研究了水泥的礦物組成、礦物外加劑的種類和摻量、服役環(huán)境與固化氯離子的性能關(guān)系及其機(jī)理；論文還運(yùn)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)建立預(yù)測(cè)水泥基材料的氯離子滲透

22、和固化性能模型。他通過(guò)對(duì)混凝土的氯離子滲透性能和孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入研究表明，煤研石、粉煤灰等礦物外加劑能夠提高水泥基材料抗?jié)B性，降低氯離子滲透擴(kuò)散速度，且隨著水化齡期的延長(zhǎng)它們提高水泥基材料抗?jié)B性的效果更加顯著，其中煤研石改善水泥基材料的孔結(jié)構(gòu)，降低滲透性效果好于粉煤灰。水泥基材料在多因素協(xié)同作用下，氯離子的滲透速率提高，滲透深度加大，多因素協(xié)同作用對(duì)提高水泥基材料氯離子滲透性的作用大小依次是氯鹽+凍融十應(yīng)力氯鹽+凍融氯鹽十應(yīng)力氯鹽。水泥基材料界面區(qū)的氯元素分布測(cè)試表明，摻入煤研石的水泥基材料在骨料與漿體界面區(qū)氯元素的含量少，沒(méi)有氯元素富集現(xiàn)象；摻粉煤灰的水泥基材料在界面區(qū)氯元素含量較多；硅酸鹽混

23、凝土界面區(qū)氯離子的含量最大，有氯離子富集現(xiàn)象。運(yùn)用灰色理論分析水泥礦物與其固化氯離子能力的關(guān)聯(lián)度，研究表明水泥固化氯離子的能力與各礦物組成的關(guān)聯(lián)度從大到小依次是GA、GS、C4AF和C2S;論文建立了礦物外加劑固化氯離子的效應(yīng)評(píng)價(jià)方法與指標(biāo)體系，能夠定量的反映出水泥和礦物外加劑各自的貢獻(xiàn)大小，指導(dǎo)材料組成優(yōu)化設(shè)計(jì)；煤研石能夠提高水泥基材料固化氯離子的能力，且將其摻入高膠凝性水泥（C3s含量大于70%）中，其固化氯離子的能力比摻入目前工業(yè)化生產(chǎn)的硅酸鹽水泥（C3s含量在60溢右）中大，但是存在有最佳摻量。X衍射和DSC-T朋析結(jié)果表明水泥漿體經(jīng)過(guò)一段時(shí)間水化后，再受到外滲氯離子的侵蝕，仍然有Fr

24、ideel鹽生成；而且隨著煤研石摻量的增大，F(xiàn)rideel鹽的生成量增大，但是摻量大于30%B,Frideel鹽的增長(zhǎng)量降低；粉煤灰和礦渣均也能提高水泥基材料對(duì)氯離子的化學(xué)固化能力，在相同摻量的條件下，對(duì)于化學(xué)固化能的貢獻(xiàn)大小依次是礦渣煤研石一級(jí)粉煤灰二級(jí)粉煤灰；高膠凝性水泥基材料固化氯離子的能力大。環(huán)境因素對(duì)水泥基材料固化氯離子能力有很大影響溫度在0C40c之間，隨著溫度的升高，固化氯離子的能力增大，尤其對(duì)摻有礦物外加劑的材料，其效果更顯著；氯鹽的陽(yáng)離子類型對(duì)水泥基材料固化氯離子的能力影響較大，水泥基材料在各種氯鹽中的固化氯離子能力大小依次是CaCl2KClNaCl;硫酸根離子的存在不利于水

25、泥基材料固化氯離子；侵蝕液pH值增大，將降低水泥基材料固化氯離子的能力。電流階躍法適用于測(cè)試混凝土保護(hù)層的歐姆電阻，反映混凝土的密實(shí)度，試驗(yàn)表明煤研石的摻入能夠增加混凝土的電阻，提高混凝土的密實(shí)度；在等摻量的條件下，礦渣對(duì)提高混凝土密實(shí)度效果最好，煤研石次之，粉煤灰較差；多因素協(xié)同作用下，加速混凝土中鋼筋銹蝕的各種因素從大到小的次序是：氯鹽彳蝕+凍融循環(huán)+彎曲應(yīng)力氯鹽侵蝕+凍融循環(huán)氯鹽侵蝕+彎曲應(yīng)力氯鹽侵蝕?？箖鲂岳钣谰傅?6為探討煤研石骨料混凝土的耐久性，對(duì)其兩個(gè)指標(biāo)一一抗凍性能和干燥收縮性能進(jìn)行試驗(yàn)研究，重點(diǎn)對(duì)煤研石和普通碎石作為骨料分別制備混凝土試件進(jìn)行對(duì)比分析。抗凍性能實(shí)驗(yàn)表明：在常用

26、水灰比情況下,煤研石骨料混凝土的抗凍性能指標(biāo)能夠滿足要求；在不同水灰比的情況下，煤研石骨料混凝土的耐久性指數(shù)比普通碎石混凝土低，質(zhì)量損失率增大，這主要由煤研石骨料中的孔隙水產(chǎn)生較大的凍脹應(yīng)力所造成的。試驗(yàn)結(jié)果表明,采用煤研石骨料制備混凝土是可行的，煤研石骨料混凝土的抗凍性能能夠滿足規(guī)范要求。孫家瑛口采用煤研石代替30依然砂制作混凝土經(jīng)凍融循環(huán)100次后，其抗壓強(qiáng)度是標(biāo)準(zhǔn)抗壓強(qiáng)度的%強(qiáng)度損失為%而普通混凝土經(jīng)凍融循環(huán)100次后，其抗壓強(qiáng)度是標(biāo)準(zhǔn)抗壓強(qiáng)度的86%強(qiáng)度損失達(dá)14%由此可見(jiàn)，采用30%M研石爐渣替代天然砂可提高混凝土的抗凍融循環(huán)性能。張金喜等摻入煤研石集料的混凝土的抗凍性能普遍出現(xiàn)明顯

27、降低，并隨著煤研石摻量的增加，抗凍性能降低幅度加大。說(shuō)明煤研石集料對(duì)混凝土抗凍性有不利影響，可能是煤研石內(nèi)部結(jié)構(gòu)和物理性能與普通集料有差異，而造成抗凍性能的降低?？?jié)B性張金喜等27比較煤研石摻量不同時(shí)砂漿的飽水高度，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨著煤研石摻量的增加，砂漿的飽水高度呈現(xiàn)遞增的趨勢(shì)，高度越高說(shuō)明吸水速率越快，這說(shuō)明當(dāng)煤研石摻量過(guò)多會(huì)加快水在砂漿中的滲透作用，從而降低水泥砂漿的耐久性。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因可能是由于其內(nèi)部存在一定數(shù)量的連通孔隙通道；各種煤研石砂漿的抗?jié)B性能存在一定的差異。測(cè)試的各種煤研石集料都為非堿活性集料；煤研石摻量在一定范圍內(nèi)不會(huì)明顯降低混凝土的抗?jié)B性。在抗?jié)B性試驗(yàn)中，煤研石集料摻入

28、量在10%寸，煤研石混凝土的抗?jié)B性能與基礎(chǔ)混凝土接近；當(dāng)煤研石集料摻入量超過(guò)30%寸，煤研石混凝土的抗?jié)B性能開(kāi)始出現(xiàn)一定程度的降低。在抗凍性試驗(yàn)中，各種摻量的煤研石混凝土的抗凍性能出現(xiàn)不同程度的降低，優(yōu)質(zhì)煤研石集料配制的混凝土摻入量在20%寸，煤研石混凝土的抗凍性能降低較小。煤研石集料的摻入對(duì)混凝土的抗?jié)B性能構(gòu)成一定的不穩(wěn)定因素，建議煤研石摻入兩在10%20的宜。孫慶合等28利用煤研石、粉煤灰、礦渣代替部分水泥，制作C50復(fù)合混凝土，分析混合材料對(duì)混凝土的力學(xué)特性和抗?jié)B性能的影響。采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)與微觀相結(jié)合，并對(duì)復(fù)合混凝土的抗?jié)B性能做了初步研究。試驗(yàn)結(jié)果表明，煤研石摻量在10%U下時(shí)，混凝土

29、的杭滲性能得到提高。對(duì)于復(fù)合混凝土的滲水高度，影響因素的順序?yàn)椋好貉惺冶韧饧觿┑V渣誤差項(xiàng)粉煤灰。煤研石、外加劑對(duì)混凝土的滲水高度的影響顯著，水灰比有一定影響，其余均無(wú)影響。在混凝土中摻入煤研石能顯著提高混凝土的抗?jié)B性。當(dāng)水灰比,煤研石的最佳摻量為5%混凝土28d抗壓強(qiáng)度最大，滲水高度最小。干燥收縮性能李永靖等口所做試驗(yàn)也反映煤研石對(duì)混凝土干燥收縮性能的影響，實(shí)驗(yàn)表明：不同水灰比的情況下，煤研石骨料混凝土的干燥收縮率、質(zhì)量減少率都比普通碎石混凝土大，這主要由煤研石骨料的吸水率較大所造成的；無(wú)論水灰比多大，兩種骨料混凝土的早期干燥收縮率都較大，50d時(shí)的干燥收縮率占整個(gè)齡期的85溢右，超過(guò)12

30、0d后逐漸趨于穩(wěn)定。藺喜強(qiáng)等采用900c下活化后的煤研石作為集料加入混凝土中，研究活化煤研石對(duì)混凝土性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)活化煤研石摻合料的需水量較粉煤灰和礦粉高，煨燒煤研石粉對(duì)混凝土有早期的增強(qiáng)作用，且具有后期的強(qiáng)度增長(zhǎng)保持能力；其活性介于粉煤灰和礦渣之間，比較接近礦渣。隨水灰比的降低，煤研石混凝土干縮增大，在相同摻量下，活化煤研石粉作摻合料的混凝土相較摻加粉煤灰的干縮率大，與摻加礦粉的混凝土干縮率差別不多。合理?yè)搅肯?，煤研石粉混凝土的干縮率均小于純水泥混凝土。煤研石與粉煤灰雙摻復(fù)合使用可有效降低混凝土的干縮。孫家瑛口用煤研石代替30次然砂制作混凝土測(cè)具抗氯離子滲透性，相對(duì)于未摻煤研石的混凝土

31、性能提高40%且摻煤研石混凝土抗硫酸鹽侵蝕能力也較為優(yōu)越。5結(jié)論現(xiàn)有的研究主要集中于煤研石作為集料摻入混凝土中，而對(duì)于煤研石作為水泥生產(chǎn)原料方面的研究甚少。大多數(shù)研究都只是對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行一些描述性分析，并未從機(jī)理上進(jìn)行深入分析，比較局限于表面。以后的研究可以專注于從機(jī)理上進(jìn)行分析，提高理論上的創(chuàng)新。更加深入研究可對(duì)研究結(jié)果進(jìn)行回歸分析，并且提出理論計(jì)算公式，以更有利于對(duì)實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行指導(dǎo)。對(duì)于煤研石混凝土的研究大部分為僅從宏觀層面上進(jìn)行力學(xué)性能和耐久性等性能進(jìn)行分析，而很少?gòu)奈⒂^層面上進(jìn)行分析，進(jìn)行材料的微觀觀察，研究不同影響因素下煤研石的性能如何變化，或者建立微觀顯示與宏觀表現(xiàn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從微

32、觀可以了解宏觀，研究微觀變化對(duì)宏觀性質(zhì)的影響，進(jìn)而有利于找到解決方法，找到更優(yōu)化的配合比方案，從而對(duì)以后的研究可以提出一種新思路。對(duì)于煤研石耐久性方面的研究以抗氯離子侵蝕居多，抗硫酸鹽侵蝕比較少，而對(duì)于耐久性其他方面的性能研究比較淺，從機(jī)理上進(jìn)行分析的較少，微觀結(jié)構(gòu)觀察的也較少，可以增加耐久性其他方面的研究，擴(kuò)充研究領(lǐng)域。參考文獻(xiàn)1孫家瑛.用煤肝石爐渣取代天然砂的混凝土性能研究J.建筑材料學(xué)報(bào)，2012(02).2程顯強(qiáng).煤肝石混凝土的應(yīng)用研究J.施工技術(shù)，2010(S1):194-1963郭金敏，朱伶俐.煤肝石混凝土耐久性的正交試驗(yàn)研究J.遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2011(04)4鄭旭.煤肝石集料水泥混凝土配制技術(shù)研究J.商品混凝土，2010(09):28-32+425曹露