煤矸石骨料混凝土的耐久性研究

煤矸石骨料混凝土的耐久性研究

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1. 河北建筑工程学院 土木工程学院, 河北 张家口 075000

摘要：煤矸石是我国排放量最大的工业固体废物之一，其日益堆积引起了严重的环境问题。将煤矸石作为混凝土骨料不仅可以降低环境负荷，还能缓解天然砂石资源短缺的现状，是较为环保经济的资源化利用方式。本文从耐久性方面对现有煤矸石骨料混凝土的研究进行综述，分析煤矸石作为混凝土骨料的可行性，以期为煤矸石骨料在混凝土中的实际应用提供一定的理论参考。

关键词：煤矸石；骨料；耐久性

煤矸石是煤洗选过程中排放的固体废弃物，煤矸石的堆积不仅占用了大量土地，还造成了严重的环境污染，将其用作混凝土骨料是规模化消纳煤矸石的重要途径之一。本文从混凝土耐久性方面对现有煤矸石作为骨料应用于混凝土的研究进行综述，探究煤矸石作为骨料对混凝土耐久性的影响，分析目前煤矸石骨料在混凝土应用中存在的问题，以期为实现煤矸石的大宗高附加值利用提供一定的理论参考。

1 煤矸石骨料混凝土的耐久性研究

耐久性是混凝土长期安全使用的一个重要表现，根据环境的不同耐久性的影响因素有所区别，常见的破坏因素主要包括冻融破坏、离子侵蚀、碳化、碱骨料反应等。煤矸石的多孔、吸水性使其在作为混凝土骨料的过程中表现出不同的耐久性差异。

1.1 抗冻性

抗冻性指混凝土在水饱和条件下，经多次冻融循环后仍具备一定的强度和弹性模量的性能。王晴等[1]研究发现随着煤矸石粗骨料的抗冻性能随着煤矸石粗骨料取代率的增加而降低。陈彦文等[2]研究发现煤矸石粗骨料取代率达到100%时，煤矸石混凝土的动弹性模量损失较普通基准混凝土大幅度降低。王亮等[3]基于试验探究不同煤矸石细骨料取代率对混凝土抗冻性能影响，结果表明，煤矸石细骨料取代率为50%时，冻融循环达到250次后混凝土相对动弹性模量仅为53.1%。

1.2 抗碳化

混凝土在成型的过程中，空气中的CO2在特定的湿度环境，可以通过内部砂浆水化形成的毛细孔通道渗入，后与混凝土的水化产物反应生成CaCO3，其会对混凝土的内部结构造成一定程度的损伤，防止这种渗透的行为被称为抗碳化性能。王洋等[4]研究了不同因素对煤矸石粗骨料混凝土抗碳化性能的影响。结果表明，随着煤矸石的掺量的增加，在28d碳化龄期的碳化深度值呈现出先迅速后缓慢的上升的趋势。李志凯等[5]通过混凝土快速碳化试验，研究了煤矸石陶粒取代率对煤矸石陶粒混凝土抗碳化性能的影响，结果表明，低煤矸石陶粒取代率下（<20%），煤矸石陶粒混凝土的抗碳化性能优于普通混凝土，高煤矸石陶粒取代率下（>40%），煤矸石陶粒混凝土的抗碳化性能低于普通混凝土。

1.3 抗水渗透性

混凝土抗水渗透性能是指防止水通过混凝土内部存在的渗水孔道进入混凝土内部产生破坏作用的性能。宋洋等[6]将煤矸石作为骨料替代普通碎石制备煤矸石混凝土，并进行抗水渗透性能试验分析，结果表明，混凝土的抗渗性能随着煤矸石骨料替代率的增加而降低。张金喜等[7]将煤矸石作为细骨料制备煤矸石砂浆并进行抗渗性试验，结果表明，砂浆的饱水高度随着煤矸石取代率的提高而呈现递增的趋势，说明当煤矸石细骨料的取代率过高会加快水在砂浆中的渗透作用，从而降低水泥砂浆的抗水渗透性能。

1.4 抗氯离子渗透性

防止氯离子以水为传播介质，经由毛细孔通道渗透混凝土内部，从而引起结构内部侵蚀的现象被称为抗氯离子渗透性能。孙钢柱等[8]使用掺量20%的煤矸石细骨料混凝土试件进行抗氯离子渗透分析，结果表明，20%掺量的煤矸石细骨料混凝土的抗氯离子渗透性能与普通混凝土相近。马宏强等[9]以煤矸石作为粗骨料制备混凝土试样，探究了煤矸石粗集料掺量对混凝土氯离子渗透性的影响，结果表明，煤矸石作粗骨料有固化氯离子的能力，且取代率越高对混凝土抗氯离子渗透性能越有利。

1.5 抗硫酸盐侵蚀性

混凝土的抗硫酸盐腐蚀性能是指防止腐蚀环境中的硫酸根离子渗入混凝土内部，从而引起混凝土体积膨胀而破坏的能力。李永靖等[10]针对煤矸石混凝土结构耐久性问题，制作煤矸石混凝土立方体试件，进行抗硫酸盐侵蚀试验。结果表明，煤矸石混凝土抗硫酸盐侵蚀能力能满足一般建筑物要求，这为煤矸石混凝土应用提供了试验依据。郭金敏等[11]以煤矸石替代碎石配制煤矸石混凝土，采用正交试验法和综合平衡法分析了煤矸石混凝土经硫酸盐侵蚀后的强度损失。结果表明，硫酸盐侵蚀对煤矸石混凝土的强度影响较小。

2 结论

（1）煤矸石骨料混凝土的耐久性在抗冻性、抗碳化、抗水渗性方面较普通混凝土均有一定的降低，抗硫酸盐侵蚀性能接近普通混凝土，抗氯离子渗透性能优于普通混凝土。

（2）煤矸石烧制成陶粒后可作为粗骨料制备混凝土，适当控制煤矸石陶粒的掺入量可以提高煤矸石骨料混凝土的抗碳化性能；煤矸石作为粗骨料对混凝土抗氯离子渗透性能有利；煤矸石作为细骨料制备混凝土可以适当控制取代率，其抗氯离子渗透性可达到普通混凝土标准。

参考文献

[1]王晴,黄成洋,刘锁,刘颖琦. 煤矸石取代粗集料的混凝土抗冻性的研究[J]. 混凝土,2015(09):77-79.

[2]陈彦文,丁兆阳,祝金崧,孙小巍. 煤矸石掺量对混凝土耐久性影响研究[J]. 混凝土,2015(05):87-89.

[3]王亮,王志伟. 煤矸石细骨料混凝土强度及耐久性能研究[J]. 混凝土,2018(03):153-155.

[4]王洋,胡凯伟. 煤矸石混凝土碳化性能初步研究[J]. 粉煤灰综合利用,2015(05):3-6+18.

[5]李志凯,邹仁华. 煤矸石陶粒混凝土碳化性能试验研究[J]. 混凝土与水泥制品,2019(08):19-21+44.

[6]宋洋,赵禹,祝百茹. 煤矸石轻集料混凝土性能试验研究[J]. 非金属矿,2014,37(01):28-30.

[7]张金喜,陈炜林,金珊珊. 煤矸石集料混凝土耐久性研究[J]. 北京工业大学学报,2011,37(01):116-125.

[8]孙钢柱,关罡,许荣盛. 煤矸石作细骨料的混凝土性能试验研究[J]. 混凝土,2016(08):87-89+98.

[9]马宏强,易成,朱红光. 煤矸石集料混凝土抗压强度及耐久性能[J]. 材料导报,2018,32(14):2390-2395.

[10]李永靖,邢洋. 煤矸石混凝土抗硫酸盐侵蚀试验研究[J]. 非金属矿,2016,39(01):8-10.

[11]郭金敏,朱伶俐. 煤矸石混凝土耐久性的正交试验研究[J]. 辽宁工程技术大学学报(自然科学版),2011,30(04):566-570.