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《非金屬礦雜志》2016年第二期

摘要

為了解煤矸石混凝土抗氯離子滲透性能，以自燃煤矸石為粗、細集料，42.5普通硅酸鹽水泥為膠凝材料并摻入粉煤灰，制備煤矸石混凝土試件，進行抗氯離子滲透實驗，研究了水膠比、粉煤灰摻量以及抗壓強度對煤矸石混凝土抗氯離子滲透性能的影響。結果表明：非穩態條件下煤矸石混凝土氯離子滲透深度隨水膠比增加而加深，呈正相關，氯離子滲透深度增長速度在水膠比0.42~0.48時較快，在水膠比0.48~0.56時緩慢；氯離子遷移系數與水膠比呈正相關，與粉煤灰摻量呈負相關；氯離子遷移系數隨抗壓強度增大而減小，呈負相關，負相關顯著性強弱表現為粉煤灰摻量0%<粉煤灰摻量20%<粉煤灰摻量40%。摻入粉煤灰可以改善煤矸石混凝土耐久性能。

關鍵詞

煤矸石混凝土；粉煤灰摻量；抗氯離子滲透；水膠比

煤矸石是煤炭生產過程中產生的固體廢棄物，堆存后占用大量農田，并且污染地下水和空氣，因此如何利用煤矸石成為亟待考慮的問題[1-2]。煤矸石綜合利用的主要途徑有生產煤矸石磚、路基填筑和制備煤矸石混凝土等[3-4]，雖然利用煤矸石制備煤矸石混凝土存在許多亟待解決的問題，但煤矸石部分、甚至全部替代碎石制備煤矸石輕骨料混凝土作為大宗建筑材料是必然趨勢[5]。大規模利用煤矸石混凝土的主要障礙是其耐久性尚缺乏深入研究，如抗氯離子滲透性能[6]。抗氯離子滲透性能是評價建筑結構鋼筋抵抗銹蝕能力的主要指標之一，而煤矸石混凝土由于其自身結構存在的天然缺陷，強度和耐久性較普通混凝土低，對其在建筑結構中的推廣使用造成了較大影響[7]。因此，提高煤矸石混凝土抗氯離子滲透性能已成為煤矸石混凝土在建筑結構中推廣使用的重要課題之一。本實驗以自燃煤矸石為集料，42.5普通硅酸鹽水泥為膠凝材料并摻入粉煤灰，制備煤矸石混凝土試件，進行抗氯離子滲透實驗，研究了抗氯離子滲透性能與水膠比、粉煤灰摻量以及抗壓強度關系。

1實驗部分

1.1原料水泥，阜新大鷹水泥廠產42.5號普通硅酸鹽水泥；實驗用水為普通自來水；減水劑，上海耀前建筑涂裝有限公司產SH-II高效高能無氯減水劑（萘系高效減水劑），可減水15%~25%；煤矸石集料取自阜新艾友礦矸石山；粉煤灰為阜新大唐發電廠Ⅱ級粉煤灰。水泥和粉煤灰物理力學指標見表1，物理性能指標見表2，粉煤灰和煤矸石化學成分見表3，自燃煤矸石粗、細集料顆粒級配見圖1。

1.2實驗設計與實驗過程本次抗氯離子滲透實驗參考GB/T50082-2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》[8]和JGJ/T193-2009《混凝土耐久性檢驗評定標準》[9]進行，試件采用直徑100mm、高度50mm的圓柱體，煤矸石骨料最大公稱粒徑20mm，標準養護28d，然后進行抗氯離子滲透實驗。煤矸石混凝土配合比情況，見表4。

2結果與討論

2.1氯離子滲透深度分析抗氯離子滲透實驗得到煤矸石混凝土氯離子滲透深度和遷移系數，見表5。依據表5所示數據，繪制非穩態條件下煤矸石混凝土氯離子滲透深度曲線，結果見圖2。由圖2a可看出，非穩態條件下氯離子滲透深度隨水膠比增加而增大，呈正相關；氯離子滲透深度增長速度在水膠比0.42~0.48時較快，在水膠比0.48~0.56時緩慢。未摻粉煤灰混凝土滲透深度曲線位于摻入粉煤灰混凝土上方，表明未摻粉煤灰煤矸石混凝土抵抗氯離子滲透能力較弱，鋼筋容易發生銹蝕，建筑結構耐久性較差；摻入粉煤灰煤矸石混凝土抵抗氯離子滲透能力較強，可以有效延緩鋼筋銹蝕過程，增強建筑結構耐久性。由圖2b可看出，非穩態條件下氯離子滲透深度隨粉煤灰摻量增加而減小，呈負相關。實驗表明摻入粉煤灰可以提高煤矸石混凝土抗氯離子滲透能力。

2.2氯離子遷移系數分析抗氯離子滲透實驗得到的非穩態條件下煤矸石混凝土氯離子遷移系數變化規律，見圖3。由圖3a可看出，非穩態條件下煤矸石混凝土氯離子遷移系數隨水膠比增加而變大，呈正相關。當未摻加粉煤灰時，水膠比為0.42~0.56，氯離子遷移系數分別為6.9、8.5和9.3（單位10-12m2/s，下同），遷移系數分別增長了23.2%和9.4%；當摻加20%粉煤灰時，水膠比為0.42~0.56，氯離子遷移系數分別為6.4、7.7和8.2，遷移系數分別增長20.0%和6.5%；當摻加40%粉煤灰時，水膠比為0.42~0.56，氯離子遷移系數分別為5.3、7.4和8.0，遷移系數分別增長39.6%和8.1%。可以看出，雖然氯離子遷移系數隨水膠比增加而增大，但增長速度在降低。由圖3b可看出，非穩態條件下煤矸石混凝土氯離子遷移系數隨粉煤灰摻量增加而減小，呈負相關；當水膠比為0.42，粉煤灰摻量為0、20%和40%時，氯離子遷移系數分別降低7.3%和17.2%；當水膠比為0.48，粉煤灰摻量為0、20%和40%時，氯離子遷移系數分別降低9.4%和3.9%；當水膠比為0.56，粉煤灰摻量為0、20%和40%時，氯離子遷移系數分別降低11.8%和2.4%。實驗表明在煤矸石混凝土中摻入一定量粉煤灰對抗氯離子滲透起到有益作用。綜合上述實驗結果可知，為了提高煤矸石混凝土抗氯離子滲透能力，應采用較小的水膠比并摻入一定量粉煤灰。

2.3氯離子遷移系數與抗壓強度關系非穩態條件下煤矸石混凝土氯離子遷移系數DRCM與抗壓強度關系，見圖4。由圖4可看出，粉煤灰摻量一定時，非穩態條件下煤矸石混凝土氯離子遷移系數隨抗壓強度增長而減小，呈負相關，負相關顯著性強弱表現為粉煤灰摻量0<粉煤灰摻量20%<粉煤灰摻量40%。未摻粉煤灰混凝土抗壓強度普遍較高，氯離子遷移系數也較大，抵抗氯離子滲透能力較弱，鋼筋容易銹蝕，耐久性較差；摻入粉煤灰混凝土強度有所降低，但耐久性較好。

3結論

3.1.非穩態條件下氯離子滲透深度隨水膠比增加而加深，呈正相關，氯離子滲透深度增長速度在水膠比為0.42~0.48時較快，在水膠比為0.48~0.56時緩慢；

3.2.非穩態條件下煤矸石混凝土氯離子遷移系數與水膠比呈正相關，與粉煤灰摻量呈負相關；

3.3.非穩態條件下煤矸石混凝土氯離子遷移系數隨抗壓強度增長而減小，呈負相關，負相關顯著性強弱表現為粉煤灰摻量0<粉煤灰摻量20%<粉煤灰摻量40%。

參考文獻：

[1]周梅，王強，牟爽.自燃煤矸石粗集料特性對混凝土拌合物工作性影響研究[J].非金屬礦，2013，36(1)：8-11.

[2]李永靖，張旭，閆宣澎，等.測定煤矸石骨料混凝土性能的試驗分析[J].非金屬礦，2013，36(3)：43-45.

[3]宋洋，趙禹，祝百茹.煤矸石輕集料混凝土性能試驗研究[J].非金屬礦，2014，37(1)：28-30.

[4]胡瑾，閻培渝，董樹國，等.提高中等強度等級混凝土抗氯離子滲透性能的研究[J].硅酸鹽通報，2014，33(4)：913-917.

[5]劉軍，邢鋒，董必欽，等.混凝土的微觀孔結構及對滲透性能的影響[J].混凝土，2009(2)：32-34.

[6]趙鐵軍，朱金銓，馮乃謙.高性能混凝土的強度與滲透性的關系[J].工業建筑，1997，27(5)：14-23.

[7]王棟民，王劍鋒，范興旺，等.自燃煤矸石粉對混凝土耐久性的影響[J].硅酸鹽通報，2013，32(5)：839-843.

[8]GB/T50082-2009普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準[S].

[9]JGJ/T193-2009混凝土耐久性檢驗評定標準[S].

作者：李永靖 邢洋 單位：遼寧工程技術大學 土木與交通學院