煤矸石混凝土的材料组成与配合比设计

【摘 要】本文主要阐述了煤矸石混凝土的材料组成、压蒸煤矸石混凝土材料要求、煤矸石混凝土配合比设计等技术问题。

【关键词】煤矸石混凝土；材料；组成；配合比；设计

1、煤矸石混凝土的材料组成

煤矸石混凝土充分利用矿产废物而制成的环保型建筑材料，因其生产工艺各异，煤矸石混凝土的材料组成也不同，技术性能也存在较大差异。按照我国的建设工程实践，煤矸石混凝土一般由一定比例的煤矸石、生石灰、石膏、矿渣粉、水和减水剂组成。

1.1生石灰

生石灰是煤矸石混凝土中不可缺少的组成材料，其用量要确保生成水化生成物的需要。生产实践表明，在一定范围内，随生石灰用量的增加，煤矸石混凝土的强度也相应提高，而达到一定量再增加生石灰的用量，煤矸石混凝土强度就不明显增长。若生石灰用量过多，由于生石灰产生的水化热增加，加快混合料凝固的速度，影响混凝土制品的成型，强度也可能降低不同生石灰用量配制的煤矸石混凝土。

生石灰用量以有效氧化钙计算为5%-9%时，煤矸石混凝土的强度要达到20M以上。因煤矸石混合料中属于胶结料部分占30%左右，有效氧化钙的含量可占混合料总量中的5%-9%，即相当于在胶结料中的有效氧化钙含量为17%一30%，这与普通蒸养硅酸盐制品控制有效氧化钙含量为20%-25%是比较接近的。在通常条件下，质量合格的生石灰其有效氧化钙在65%-75%之间，生石灰的用量可为总干料量的8%-12%。

1.2石膏

实践表明，在煤矸石混凝土中掺入0.5%-1.0%的石膏，能提高煤矸石混凝土的强度，而混凝土的耐水性降低。按相关研究单位对煤矸石混凝土耐久性研究，掺加石膏的抗碳化性能不如不掺加石膏的好，因加入石膏后要增加原材料的成本，因此，对石膏的用量应适当控制。

在同样煤矸石、生石灰和水的条件下，掺加不同用量的石膏，对煤矸石混凝土的抗压强度有影响，对强度提高有利；石膏的掺量要适宜，煤矸石混凝土中石膏的最佳掺量要控制在0.5%。

实践表明，水淬高炉矿渣具有较高的活性，其化学成分与煤矸石相似，在煤矸石混凝土中加入适量的磨细矿渣粉，能明显提高混凝土的强度。特别是采用煅烧质量不好的煤矸石，或配制强度较高的煤矸石混凝土时，掺加15%的矿渣粉可作为提高强度、确保质量的重要技术措施。

1.3矿渣粉

试验表明，拌和水的用量对煤矸石混凝土的强度影响明显。若用水量太大，混凝土的水灰比增大，煤矸石混凝土的强度降低；若用水量太小，其强度应提高，而因干硬性的煤矸石混凝土很难振捣密实，其强度反而下降。所以，煤矸石混凝土拌和水的用量要控制在适宜的范围内。

1.4拌和水

实践表明，煤矸石混凝土的适合用水量与其成型方式有密切关系。在煤矸石为人工煅烧、混凝土采用振动成型时，用水量可控制在18%-20%之间；在煤矸石为人工煅烧、混凝土采用加压振动成型时，用水量要控制在14%-16%之间。

配制煤矸石混凝土用的拌和水，其质量要求与普通水泥混凝土相同，要符合《混凝土用水标准》（JGJ63-2006）中的要求。

1.5减水剂

在煤矸石混凝土工作度基本相同的条件下，采用扩散剂作为减水剂，在掺量为0.5%-1.0%时，减水率应达10%-25%，混凝土的强度能增长18%-37%；用自燃煤矸石配制胶结料的煤矸石混凝土，在掺加0.5%-1.0%减水剂时，混凝土的强度增长可达11%～30%，配制的煤矸石混凝土强度都在C30以上。

2、压蒸煤矸石混凝土材料要求

压蒸煤矸石混凝土即压制蒸养煤矸石混凝土，这是以煤矸石或沸腾炉渣为主要原料，掺入一定比例的生石灰、石膏，经过压力成型后经蒸养而制成的新型混凝土。压蒸煤矸石混凝土的抗压强度较低，通常稳定在8-12MPa左右。在进行压蒸煤矸石混凝土配制时，对原材料要求一般包括对原材料化学性质和骨料粒径。

2.1对原材料化学性质的要求

配制压蒸煤矸石混凝土的原材料，主要有煤矸石和生石灰。

煤矸石的化学成分与黏土相似，其中土氧化硅、三氧化二铝的含量占很大比例；三氧化工铁、氧化钙和氧化镁等的含量很少。二氧化硅与三氧化二铝是煤矸石的主要活性成分，其活性越高，压蒸煤矸石混凝土制品的质量越好。配制压蒸煤矸石混凝土的煤矸石，通常要求二氧化硅的含量要高于40%，氧化铝的含量高于15%。生产压蒸煤矸石混凝土制品，应当选用新鲜的生石灰，其质量要满足行业标准《建筑生石灰》规定。

2.2对原材料骨料粒径的要求

用于压蒸煤矸石混凝土使用的骨料，是把自燃后的煤矸石用锤式破碎机粉碎，并通过孔径为4mm的筛子筛分，其中粗粒（1-3mm）占到1/4。用于压蒸煤矸石混凝土使用的生石灰，要用球磨机磨细。再用4900孔/cm2的筛子进行筛分。

3、煤矸石混凝土配合比设计

在建筑工程中使用的煤矸石混凝土和制品，一般有压蒸煤矸石混凝土和煤矸石混凝土砌块。因其这两种混凝土的组成材料不同，其混凝土配合比设计也不同。

3.1压蒸煤矸石混凝土配合比设计

如：某压蒸煤矸石混凝土制品厂采用的配合比为：自燃煤矸石80%， 生石灰20%，加水20%。其中确定生石灰的掺量，是配制蒸压煤矸石混凝土的关键，掺量不可太多或太少。若掺量太少，不能充分激发煤矸石的活性，混凝土的强度较低；掺量太多，可能起相反的作用，使混凝土的强度反而降低。

3.2煤矸石混凝土砌块配合比设计

煤矸石混凝土空心砌块的配合比设计及正确选择，是确保制品质量的重要因素。在通常条件下，要考虑制品能满足墙体材料的使用要求，还要符合经济合理的原则，也要考虑方便施工生产。实践表明，煤矸石混凝土的胶骨比以1：（3-4）为适宜，细骨料与粗骨料的比例以1：（2.0-3.5）为适合，水灰比应控制在0.50-0.60之间，并以0.50-0.55自燃煤矸石吸水性比较强，在生产中要按骨料含水量和气候变化状况，及时调整加水量，防止由于水灰比变化太大而影响制品的质量。

煤矸石混凝土空心砌块的配合比试验表明，只要混凝土的配合比及水灰比在适合的范围内，混凝土的强度都能在C20以上，能满足矸石混凝土空心砌块的质量要求。配比试验还表明：在采用水灰比为0.50-0.55、材料组成为1：1：2（水泥：细骨料：粗骨料）配合比进行生产时，产品的质量稳定，这是生产煤矸石混凝土空心砌块最佳的配合比。