用煤矸石炉渣取代天然砂的混凝土性能研究.pdf
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1、第 1 5 卷第 2期 2 0 1 2年 4月 建筑材料学报 J OURNAL OF B UI I DI NG MATERI ALS Vo 1 1 5, NO 2 Ap r , 2 01 2 文 章 编 号 : 1 0 0 7 9 6 2 9 ( 2 0 1 2 ) 0 2 0 1 7 9 - 0 5 用煤矸石炉渣取 代天然砂 的混凝 土性能研 究 孙 家瑛 ( 1 浙 江 大学 宁 波理 工学 院 , 浙 江 宁波 3 1 5 1 0 0 ;2 上 海大 学 土木 工程 系 ,上海 2 0 0 0 7 2 ) 摘 要 : 采 用 煤矸石 炉 渣等 量替 代天 然 细集料 , 制备 了掺 煤
2、矸 石 炉 渣 的水 泥 混 凝 土 结果 表 明 : 在 混 凝 土 中用一定 量 的煤矸 石 炉渣替 代 天然砂 , 可配制 出强度 等级 为 5 0 MP a以上 的混凝 土 , 其 2 8 d抗 压 强度和 耐久 性 能均 高于 同配合 比 的基 准 混 凝 土 ; 随 着煤 矸 石 炉 渣掺 量 的增 加 , 混凝 土 坍 落度 降 低 ; 掺 煤矸 石 炉渣 水泥 混凝 土的体 积 安定性 满足 国 家标 准 关 键词 :煤矸 石 炉渣 ;混凝 土 ; 物 理 力 学性 能 ; 体 积 安定性 中图 分类 号 : TU5 2 8 0 4 1 文献 标 志码 : A d o i :
3、1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 7 9 6 2 9 2 0 1 2 0 2 0 0 6 S t u d y o n Pr o p e r t i e s o f Co nc r e t e wi t h Co a l Ga ng u e S l a g t o Re p l a c e Na t u r a l S a nd SUN J i a y i n g ( 1 Ni n g b o I n s t i t u t e o f Te c h n o l o g y,Z h e j i a n g Un i v e r s i t y,Ni n g b o 3 1
4、5 1 0 0,Ch i n a ;2 De p a r t me n t o f C i v i l En g i n e e r i n g ,S h a n g h a i Un i v e r s i t y,S h a n g h a i 2 0 0 0 7 2,Ch i n a ) Ab s t r a c t :Con c r e t e wi t h c o a l ga ng ue s l a g t o r e pl a c e na t u r a l s a nd wa s p r e pa r e d f o r t he pu r p o s e o f ha r
5、m l e s s ma na g e me nt ,r e s ou r c e s u t i l i z a t i o n a n d i ndu s t r i a I i z a t i o n o f c o a l g a n gue s l a g Exp e r i m e nt r e s u l t s s ho w t ha t t h e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h o f c o n c r e t e a d d i n g p r o p e r q u a n t i t y o f c o a l g a n
6、g u e s l a g r e a c h e s 5 0 M P a ,wh i c h i s hi ghe r t ha n t he s t a nd a r d c o nc r e t e W i t h i nc r e a s i ng o f c o a l ga n gu e s l a g,t he s l u m p o f t he c o nc r e t e de c r e a s e s The du r a bi l i t y o f c o nc r e t e a d d i ng p r o pe r q ua nt i t y o f c o
7、a l ga ngu e s l a g i s muc h be t t e r t ha n t ha t o f no r - ma 1 c on c r e t e Ke y wo r ds :c o a l g a n gue s l a g;c o nc r e t e;phy s i c a l a nd me c ha n i c a l pr o pe r t y;s t a bi l i t y 煤矸 石是 煤炭 开采 和加 工 过程 中排 出 的废 弃岩 石 , 是 一 种在 煤形 成 过 程 中与 煤 层 伴 生 的含 碳 量 较 低 的岩石 中国煤矸 石 的产 量很
8、大 , 约 占国 内工业 固 体废弃物排放量 的 1 4 口 当煤矸 石受到降雨等 因 素而处于浸水状态时 , 其 中的粉尘和有害离子就会 污染 环境 l_ 2 然 而煤 矸 石 具 有 3 3 4 4 5 0 1 6 k J的 热值 , 仍可作为劣质煤加 以利用 煤矸石炉渣就是蒸 汽炉采用煤矸石作为燃料燃烧后所产生的固体废弃 物 , 在 上 海其 每年 的排放 量 为 1 0万 t 左 右 煤矸 石炉 渣 的最 佳 出路 是 无 害 化 处 理 , 资 源 化 利用 , 产业化发展 本文以煤矸石炉渣为处理对象 , 将其作为细集料替代砂 , 用于配制水泥混凝土 通过 对掺 煤矸 石炉 渣水 泥
9、混 凝土 的和易性 能 、 抗 压 强 度 、 抗折 强度 和 耐久 性 能 进 行 测试 , 来研 究 煤 矸 石 炉 渣 对混凝 土 性能 的影 响 j 1 试 验 原材 料及 试验 方法 1 1试 验原 材料 水 泥 : 海 螺牌 P 04 2 5普 通 硅 酸盐 水 泥 , 其 化 学组 成 ( 质量 分数 , 本 文 所涉 及 的组 成 、 含 量 等 除 特 别说明外均为质量分数) 及物理力学性质见表 1 活 性 掺 和料 : 磨 细矿 渣粉 , 产于 上海 宝 田新型 建材 有 限 公司 , 比表面积为 4 5 0 m k g ; 粉煤灰为 级磨细粉 煤灰 , 它们 的化学组成见
10、表 2 集料 : 细集料采用中砂 的河砂 , 粗 集料 采 用 5 4 0 mm 的石 灰 岩 碎石 ; 煤 矸 收稿 日期 : 2 0 1 0 一 l 1 1 2 ;修订 日期 : 2 0 1 0 1 2 0 2 基 金项 目: 上海市创新基金资助项 目( 0 8 0 5 H1 2 6 3 0 0 ) 第 一作者 : 孙 家瑛 ( 1 9 6 O ) , 男 , 上海人 , 浙江大学宁波理工学院教授 , 博士 E ma i l : J a k y s 1 6 3 c o rn 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 8 O 建筑材料学报 第 1 5卷 石炉渣: 表
11、观密度为 2 8 4 g c m。 , 吸水率为 1 3 2 , 其 化学组成见表 3 表 1 水泥的化学组成及物理力学性能 T a b l e 1 C h e mi c a l c o mp o s i t i o n b y ma s s )o f c e me n t a n d i t s p h y s i c a l p r o p e r t i e s 表 2 矿渣和粉煤灰的化 学组成 T a b l e 2 C h e mi c a l c o mp o s i t i o n s ( b y ma s s )o f s l a g a n d f l y a s h 表 3
12、 煤矸石炉渣化学组成 T a b l e 3 C h e mi c a l c o mpos i t i o n ( b y ma s s )o f c o a l g a n g u e s l a g 外加剂 : S N I I 高效减水剂, 其减水率为 2 5 3 1 2试 验 方法 ( 1 ) 煤矸 石 炉渣需 水 量 测 定 按 照 国家 相 关 标 准 进 行 ; ( 2 ) 水 泥 砂 浆 力 学 性 能 测 试 按 照 GB T 1 7 8 7 1 1 9 9 9 水 泥砂 浆 强 度 检验 方 法 进 行 ; ( 3 ) 混 凝 土抗 压强 度 和抗 折 强 度 试 验 按
13、照 GB T 5 O 0 8 1 2 O 0 2 普通 混凝 土力 学性 能试 验方 法 进 行 ; ( 4 ) 混凝 土坍落度试验按照 G B T 5 0 0 8 0 2 0 0 2 ( 普通混凝土 拌 合 物性 能试 验方 法 进 行 ; ( 5 ) 混 凝 土 氯 离 子 渗透 试 验 按照 AS TM 1 2 0 2方法进 行 ; ( 6 ) 混凝 土 耐 久性 能测试按照 GB J 8 2 8 5 普通混凝土长期性能和耐 久性 能试 验方 法 进行 2 试验 结果 与讨论 2 1煤矸石 炉 渣 的级配 特性 集 料 的级配 是 指 集料 的分 级 和 搭 配 当集 料 的 级 配较
14、好 时 , 填 充 集 料 间孔 隙所 需 要 的 水 泥浆 量 较 少, 从而可降低单位体积的水泥用量 表 4为试验测 得 的煤 矸 石炉渣 和 天然砂 的颗粒级 配 表 4煤矸 石 炉渣 和 天 然 砂 的 级 配 ( 筛 余 ) Ta b l e 4 P a r t i c l e g r a d a t i o n s o f c o a l g a n g u e s l a g a n d s a n d ( c u mu l a t i v e p a s s i n g p e r c e n t a g e ) 由表 4可知 , 煤 矸 石 炉渣 的级 配 与 天然 砂 相
15、比 有很 大差 异 : 大 于 1 1 8 mm 和 小 于 0 1 5 mm 的 煤 矸 石炉渣 颗粒 , 特别 是 大于 1 1 8 mm 的颗粒 明显 大 于 天然砂 , 说 明煤 矸 石 炉 渣 含 泥量 虽然 比天 然 砂 大 2 , 但是其大砂质颗粒含量较高 从整体来看 , 煤矸 石 炉渣 属 于 粗 砂 , 其 技 术 参 数 基 本 满 足 J G J 5 2 2 0 0 6 ( 普通 混凝 土用 砂 、 石质 量 及 检 验 方 法标 准 标 准 中对 细集 料 的技术 要求 2 2煤矸 石炉 渣对 水泥 砂浆 性能 的影 响 2 2 1 水 泥砂 浆流 动度 和需 水量 表
16、 5为煤矸 石 炉渣对 水 泥砂浆 流动 度 与需 水 量 的影 响情 况 表 5煤 矸 石 炉 渣对 水 泥砂 浆流 动 度 与 需 水 量 影 响 T a b l e 5 I n flu e n c e o f c o a l g a n g u e s l a g o n wa t e r d e ma n d a n d f l o w a b i l i t y o f mo r t a r 由表 5 可见 , 在水泥砂浆 中采用煤矸石炉渣替 代 部分 天然砂 , 在需 水 量 不 变 的情 况 下 随着 煤 矸 石 炉 渣掺 量 的增 加 , 水泥 砂浆 的流 动度 明显 下 降
17、压 蒸 法 试验 结果 表 明 : 煤 矸 石 炉 渣 对 水 泥砂 浆 安 定 性 无 不 良影 响 由试验 结果 还可 知 , 随着煤 矸石 炉 渣 替代 天然砂用量增 加 , 水泥砂浆 需水量 明显 提高 , 由 2 8 0 g ( 替代 量 为 3 0 时 ) 提 高 到 3 3 8 g ( 替 代 量 为 8 O 时) , 提高 幅度 达 7 2 以上 煤 矸 石 炉渣 吸水 率 大 是 水泥 砂 浆 在 掺 加 煤 矸 石 炉 渣 后 需 水 量 大 的 主 要 原 因 2 2 2 水泥砂 浆力 学性 能 由以上试 验结 果 可 知 , 在 水 泥 砂 浆 中掺 加 一 定 量 的
18、煤矸 石炉 渣替 代天 然砂 会影 响其 和 易性 等物 理 性 能 为 了更好 地 了解 煤 矸 石 炉 渣 对 水 泥砂 浆 力 学 性 能 的影 响 , 设 定 煤 矸 石 炉 渣 替 代 天 然 砂 用 量 为 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2期 孙家瑛 : 用煤矸石炉渣 取代 天然砂的混凝土性能研究 1 8 1 3 0 , 5 O 及 8 O , 并研究煤矸石炉渣掺 量对水泥 砂浆力学性能的影 响 表 6为不同煤矸石炉渣掺量 对 水 泥砂浆 强 度 的影 响 表 6 煤矸石炉 渣对水 泥砂 浆强度 的影响 Ta bl e 6 I n flu e
19、n c e o f c o a l g a n g u e s l a g o n s t r e n g t h o f mo r t a r 8 0 3 8 8 1 7 5 1 7 4 3 2 2 4 0 7 6 由表 6可知 , 煤矸石炉渣掺量的增 加使得需水 量增加 , 从而使水泥砂浆强度有所下降 与基准砂浆 2 8 d抗压强度 ( 5 3 8 MP a ) 相 比, 掺 8 O 煤矸石炉渣 砂浆的 2 8 d抗压强度下 降至 3 2 2 MP a , 下 降幅度 达 4 0 左右 从 试 验 结 果 还 可 以发 现 , 在 保 持 需 水 量不变的条件下 , 随煤矸石炉渣掺量的增加
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- 关 键 词:
- 煤矸石 炉渣 取代 天然 混凝土 性能 研究
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