文章编号：１００９—９４４１（２０１３）叭一００１１—０３ 煤矸石透水混凝土的试验研究① 口口曹露春，张，－．－ｔ ＝军摘（徐州工程学院，江苏徐州２２１００８） 要：研究了用煤矸石骨料代替天然骨料配制的透水混凝 结砖的良好原料，水可循环使用或用于拌和烧结砖 原料。 土的性能，采用正交试验方法分析了主要原材料和配比对煤 矸石透水混凝土抗压强度与透水系数的影响，得出了影响强 度和透水系数的主要因素是煤矸石骨料的粒径。 关键词：煤矸石；透水混凝土；骨料粒径 中图分类号：ＴＵ ５２８．２ 文献标识码：Ａ 本试验尝试采用水洗后的煤矸石替代天然骨料 制备透水混凝土，通过研究不同配料方案下透水混 凝土的性能来验证其可行性，并分析不同因素对煤 矸石透水混凝土性能的影响，以期为实际生产提供 依据。 引言 煤矸石是一种在煤形成过程中与煤伴生、共生 的坚硬岩石，是在煤炭开采和洗选加工过程中被分 １ 原材料及试验方法 １．１原材料 离出来的固体废弃物，包括岩巷及煤巷掘进中排出 的矸石。我国是以煤炭为主要能源的国家，随着煤 炭的开采，煤矸石的排放量和积存量也十分惊人，既 污染了环境，又占用了大量土地。国内外在煤矸石 治理和综合利用方面进行了大量的研究工作，涉及 到热活化条件与煤矸石活性的关系、热活化过程中 （１）煤矸石：取自徐州某新型建材有限公司年 产６ ０００万标块煤矸石烧结砖生产线破碎工序，粒 径为２～１５ ｍｍ。 （２）水泥：中联巨龙淮海水泥股份有限公司生 产的Ｐ・０ ４２．５Ｒ水泥。 煤矸石的相变过程、煤矸石对水泥体系物理力学性 能的影响等方面，这为煤矸石活化理论及其工程应 用起到了积极的作用，但目前对不经磨碎或煅烧直 接利用煤矸石的系统研究较少见报道。 在煤矸石烧结砖生产过程中，需要预先对煤矸 石进行多级破碎…。在破碎过程中，总有一部分矿 物相主要为白云石的煤矸石，由于结构比较均匀，致 密度高，质地坚硬，当破碎到５ ｍｍ以下时，对设备 的损耗和能源消耗很大，而这个粒径范围的材料恰 恰是制备透水混凝土的良好骨料。在煤矸石破碎过 程中，会产生一些微细粉末包裹在破碎后的碎块上， 这种微细粉末组成比较复杂，主要包括碳粉、砂灰、 粉尘以及其他杂物，在混凝土凝固过程中影响水泥 与骨料的结合。同时，由于这些粉尘以细骨料的形 式进人透水混凝土，严重影响透水混凝土的透水性 能 Ｊ。因此，需要对破碎后的煤矸石进行水洗处 理。水洗处理后的废水经沉淀、澄清，渣泥可作为烧 （３）外加剂：青岛某公司生产的ＨＳＣ聚羧酸高 性能减水剂，其作用是在保持一定稠度或干湿度的 前提下，提高骨料颗粒间的粘结强度，进而提高透水 混凝土的整体力学性能。 （４）水：采用城市自来水。 １．２试验方案 影响透水混凝土性能的因素主要有：水灰比、煤 矸石的粒径、骨胶比（骨料与胶凝材料之比）。本试 验采用正交试验方法来分析这些因素对煤矸石透水 混凝土抗压强度与透水系数影响的显著性，以期找 到制备煤矸石透水混凝土的最佳方案。 目前，透水混凝土的最佳水灰比（Ｗ／Ｃ）通常介 于０．２５－０．４５之间，本试验拟选用０．３０、０．３５和０．４０ 等３个水平。 为了保证透水混凝土的强度及透水性，粗骨料 通常采用单粒径骨料。骨料的粒径越小，颗粒间的 接触点越多，配制的透水混凝土强度越高，但由于比 ①基金项目：徐州市科技计划项目（ＸＦ１１Ｃ０５８） 建材技术与应用１／２０１３ 表面积较大，所需水泥浆的数量增多，骨料间的连通 表２正交试验方案及试验结果 试验号 水灰比Ｗ／Ｃ 骨料粒径 骨胶比Ｇ／Ｃ ２８ ｄ抗压 透水系数 强度／ＭＰａ ／（ｃｍ／ｓ） １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １ １ １ ２ ２ ２ ３ ３ ３ １ ２ ３ １ ２ ３ １ ２ ３ １ ２ ３ ２ ３ ｌ ３ １ ２ ３２．９ ２３．２ １７．４ ３４．７ ２５．３ １９．８ ２７．６ ２３．２ １５．５ ０．４４ ０．５８ ０．９７ ０．４９ ０．６３ ０．６７ ０．３５ Ｏ．６６ Ｏ．７２ 孔极易被填充密实，所以透水性能会降低。综合考 虑强度和透水性，骨料选用粒级为２．５～５ ｍｍ、５～ １０ ｍｍ和１０～１５ ｍｍ等３个水平。 骨胶比（Ｇ／Ｃ）的大小影响骨料颗粒表面包裹的 水泥浆薄厚程度和孔隙率的高低，即影响透水性混 凝土的强度和透水性。当水泥用量一定时，增大骨 胶比，骨料颗粒表面水泥浆厚度减小，孔隙率增加， 透水性提高，但强度降低；反之，透水性降低，但强度 提高。考虑较小粒径骨料的表面积较大，为保持水 泥浆体的合理厚度，小粒径骨料的骨胶比要适当小 些。本试验骨胶比选用４．０、４．５和５．０等３个水 一平 。 ＫＩ ７３．５（１．９９） ９５．２（１．２８） ７５．９（１．７７） Ⅱ ７９．８（１．７９） ７１．７（１．８７） ７３．４（１．７９） 正交试验因素水平表见表１。 表１ 正交试验因素水平表 ＼ ＼乎Ⅲ ６６．３（１．７３） ５２．７（２．３６） ７０．３（１．９５） ｔ ２４．５（０．６６） ３１．７（０．４３） ２５．３（０．５９） ＝２１９６ ．因素 ＼＼ 水灰比Ｗ／Ｃ 骨料粒径／ｍｍ 骨胶比Ｇ／Ｃ １（Ｏ．３０） ２（０．３５） ３（０．４０） １（２．５～５） ２（５～１０） ３（１Ｏ～１５） １（４．０） ＝５．５１ Ⅱ ２６．６（０．６０） ２３．９（Ｏ．６２） ２４．５（０．６０） 水平ｉ 水平２ 水平３ ｋⅢ ２２．１（０．５８） １７．６（０．７９） ２３．４（０．６５） ２（４．５） ３（５．０） 极差 Ｒ１） ４．５（０．０８） ２０．１（０．３６） １．９（Ｏ．０６） １．３试件制备与测定方法 １）（）之前的数据为抗压强度的分析数据；（）内的数据为透水系 数的分析数据。 本试验采用的试件尺寸为：１００ ｍｍ×１００ ｍｍ× １００ ｍｍ。试件的制作采用静压成型工艺，成型压力 为３ ＭＰａ。将搅拌好的混合料放人试模，一次加压 成型。工艺流程为：水泥、骨料搅拌一加水混合 搅 拌一装模一静压成型。 骨料粒径对抗压强度的影响最大，对透水系数的影 响也最大，这表明骨料粒径是决定煤矸石透水混凝 土强度和透水性的主要因素。 ２．２ 骨料粒径对透水混凝土强度和透水性的影响 成型后带模在标准养护条件下养护２４ ｈ，拆模， ７ ｄ内淋水潮湿养护，自然干燥２８ ｄ后测试试件性 能。 骨料粒径越小，其堆积密度越大，颗粒间接触点 越多，所配制的透水混凝土的强度越高，透水性越 试验所用透水系数仪是根据ＪＣ／Ｔ ９４５－－２００５ 低。同时，骨料粒径越小，其比表面积越大，所形成 的结构骨架单位体积内骨料颗粒之间接触点数量越 多，胶结面积越大，混凝土强度提高，但需同时提高 水泥用量。反之，骨料粒径越大，其比表面积越小， 《透水砖》中混凝土透水方法测定原理设计的，参阅 相关文献［４］，确定测定方法为：将预先浸水饱和并 四周蜡封的试件置人测试仪中，然后用橡皮泥密封 所形成的骨架单位体积内骨料颗粒之间接触点数量 越少，胶结面积越小，透水性提高，但强度降低 Ｊ。 随着骨料粒径的增大，混凝土强度急剧下降，同 时透水系数迅速增大。这是由于混凝土抗压强度主 要是由骨料间的接触点或面以水泥浆粘结而形成 透水仪内壁与试件之间的接缝，测试时向透水仪中 加水至一定高度，控制加入水的流量，维持一定的水 位，待渗透水流量稳定后，测试在一定时间内通过试 件的渗水量。 ２试验结果与分析 ２．１试验结果分析 的，如果水泥浆粘结强度高，则制品的强度就高。由 于骨料的级配为非连续级配，骨料之间并不密实，它 们之间会产生一些小孔，形成水的通道，即所谓透 水，骨料粒径越小，空隙越小，透水能力越差，但其强 度越高；骨料粒径越大，则骨料颗粒之间接触就越 用煤矸石替代天然骨料配制透水混凝土的试验 方案及结果见表２。 由表２可以看出，用煤矸石替代天然骨料生产透 水混凝土是可行的，其２８ｄ抗压强度可达３４．７ＭＰａ； －少，空隙越大，透水能力越好，但其强度越低，这时需 要有较高粘结力的高强水泥粘结。 Ｒｅｓｅａｒｃｈ＆Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｌ２・ ２。３水灰比对透水混凝土强度和透水性的影响 ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｐａｐｅｒ．Ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｐｅｒｍｅａｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｂｙ ｒａｗ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｉｎｇ ｉｓ ａｎａｌｙｓｅｄ ｗｉｔｈ ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｔｅｓｔ ｍｅｔｈｏｄ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｃｏａｌ ｇａｎｇｕｅ ａｇｇｒｅｇａｔｅ ｓｉｚｅ ｉｓ ｔｈｅ ｋｅｙ ｆａｃｔｏｒ ｈａｖｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｐｅｒｍｅａｔｉｏｎ ｃｏｅｆｉｃｉｅｎｔ．ｆ Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏａｌ ｇａｎｇｕｅ；ｐｅｒｖｉｏｕｓ ｃｏｎｃｒｅｔｅ；ａｇｇｒｅｇａｔｅ Ｓｉｚｅ 由表２可以看出，随着水灰比的增大，混凝土的 抗压强度逐渐下降，而透水系数逐渐增大，水灰比 Ｗ／Ｃ＞０．３５时，透水系数增大不明显。这说明在用 水量一定的范围内，水泥用量少，则强度低，但透水 性较好，反之亦然 Ｊ。 ２．４骨胶比对透水混凝土强度和透水性的影响 由表２可以看出，随着骨胶比的增大，混凝土强 度逐渐降低，透水系数逐渐增大。这是由于随着骨 胶比的增大，水泥的相对含量降低，导致混凝土强度 作者简介：曹露春（１９６７一），女，江苏宜兴人，副教授、高级 工程师，主要从事建筑材料和工程管理的研究工作。 收稿日期：２０１２—１２—１８ 随之降低，粗粒骨料相互嵌布在一起构成镶嵌结构， ｝昆凝土内部孔隙率增大，透水系数较高。 （编辑芋艳梅） ３结论 ３．１ 使用煤矸石骨料替代天然骨料生产透水混凝 土是完全可行的，所配制的透水混凝土的抗压强度 可达３０ ＭＰａ以上。 （上接第１０页） 七、监督管理 （二十一）新建和改扩建石墨项目应符合本准 入条件。 石墨项目的投资、土地供应、环境评价、安全生 ３．２煤矸石骨料的粒径是决定透水混凝土强度和 透水性的主要因素。水灰比、骨胶比一定时，骨料粒 径越小，强度越高，透水性越低。 ３．３煤矸石透水混凝土的强度和透水性是一对相 互矛盾的性能指标，在设计时应充分考虑二者的相 互关系和工程实际情况，根据需要进行适当的配合 比设计。 参考文献： ［１］饶玲丽，曹建新，张洪波，等．粉煤灰透水砖的制备研究 ［Ｊ］．新型建筑材料，２００６（７）：４８—５０． 产监管、节能评估、信贷融资等管理要依据本准入条 件。 （二十二）项目投产前和生产运行期间，地方工 业主管部门监督检查辖区内石墨企业执行本准人条 件情况。 （二十三）工业和信息化部公告符合本准入条 件的石墨生产企业名单，接受社会监督并实行动态 管理。公告管理办法由工业和信息化部另行制定。 有关行业协会和中介机构要宣传贯彻国家产业政 策，加强行业自律，协助做好行业监管工作。 ［２］左富云，孙可伟．废旧混凝土制备透水砖工艺的研究 ［Ｊ］．建材发展导向，２００７（６）：３１—３３． ［３］宋志斌，黄明君，马建军．混凝土透水砖的研制［Ｊ］．河北 工程大学学报：自然科学版，２００８，２５（２）：１３—１６． 八、附则 （二十四）本准入条件适用于中华人民共和国境 内（、、地区除外）所有石墨生产企业。 （二十五）本准人条件涉及的法律法规、标准规 ［４］富建江．透水砖透水系数测定仪的研制应用［Ｊ］．福建建 材，２００９（１）：１１０—１１１． ［５］雷丽恒．透水性道路用生态混凝土性能的试验研究 ［Ｄ］．镇江：江苏大学，２００７． ［６］王海燕，刘华章．混凝土透水砖的配合比设计、生产与施 工［Ｊ］．新型建筑材料，２００７（７）：２７—２９． Ｏｎ Ｃｏａｌ Ｇａｎｇｕｅ Ｐｅｒｖｉｏｕｓ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ 范和相关按其最新版本执行。 （二十六）本准入条件自２０１３年１月１日起实 施，由工业和信息化部负责解释和组织修订。 ＣＡＯ Ｌｕ—ｃｈｕｎ，ＺＨＡＮＧ Ｚｈｉ—ｊａｎ （Ｘｕｚｈｏｕ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｕｚｈｏｕ，Ｊｉａｎｇｓｕ， ２２１００８，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｃｏａｌ ｇａｎｇｕｅ ｐｅｒｖｉｏｕｓ ｃｏｎｃｒｅｔｅ，ａｆｔｅｒ ｒｅｐｌａｃｉｎｇ ｎａｔｕｒａｌ ａｇｇｒｅｇａｔｅ，ｉｓ 建材技术与应用１／２０１３ ・１３・
