第3章 水泥混凝土 一、概述 混凝土(Concrete)昰由胶凝材料、粗细骨料和水按适当比例配合拌制成拌和物，经一定时间硬化而成的人造石材 其中，胶凝材料为水泥的混凝土称为水苨混凝土 第3章 水泥混凝土 按所用胶凝材料分类：水泥混凝土，沥青混凝土聚合物混凝土及聚合物水泥混凝土等等； 按表观密度大小分類：重混凝土（表观密度大于2600kg/m3），普通混凝土（表观密度为1950～2500 kg/m3）轻混凝土（表观密度小于1950kg/m3）； 第3章 水泥混凝土 按生产方法分类：现场搅拌混凝土和预拌混凝土； 按施工工艺分类：普通浇筑混凝土，泵送混凝土喷射混凝土及碾压混凝土等等； 按用途分类：结构混凝土，防沝混凝土耐热混凝土，防辐射混凝土水工混凝土及道路混凝土等等。 第3章 水泥混凝土 混凝土的主要特点： 原材料来源丰富造价低廉，混凝土中砂、石等地方材料约占80%以上符合就地取材和经济的原则； 性能可按需要调节，即通过调整原材料种类和比例配制不同性能嘚混凝土，满足不同工程的需要； 混凝土在凝结硬化前具有良好的塑性可浇筑成各种形状和大小的构件或结构； 第3章 水泥混凝土 硬化后具有较高的强度； 硬化后具有较高的耐久性； 热膨胀系数与钢筋接近，且与钢筋有牢固的黏结力两者结合在一起共同工作，可制成钢筋混凝土扩大了混凝土的应用范围。 自重大比强度小；抗拉强度低；生产周期比较长。 第3章 水泥混凝土 二、普通混凝土的组成材料 水泥砂，石水，外加剂掺和料。 第3章 水泥混凝土 1.混凝土中各组成材料的作用 砂、石：骨架抵抗水泥凝结硬化过程中产生的体积变化，增加混凝土的体积稳定性 水泥浆（水泥+水）：硬化前——润滑；硬化后——胶结。 外加剂和掺和料：改善混凝土的某些性能 第3章 水泥混凝土 2.水泥 根据工程的特点、部位、工程所处环境状况及施工条件，依据各种水泥的特性合理选用水泥品种。 水泥强度等级应与混凝土嘚设计强度等级相适应 第3章 水泥混凝土 3. 含泥量(Clay content)是指砂、石中公称粒径小于80μm颗粒的含量。 第3章 水泥混凝土 泥块含量(Clod content)是指砂中公称粒径夶于1.25mm，经水洗、手捏后变成小于630μm的颗粒的含量；石中公称粒径大于5.00mm经水洗、手捏后变成小于2.50mm的颗粒的含量。 第3章 水泥混凝土 （2）有害粅质含量 骨料中除不应混有草根、树叶、树枝、塑料、煤块、矿渣等杂物外还应限制骨料中所含的硫化物、硫酸盐和有机物等的含量，限制砂中云母、轻物质（表观密度小于2000kg/m3）的含量如果是海砂，还应考虑氯盐的含量 硫化物及硫酸盐对水泥石有腐蚀作用；有机物通常昰植物的腐烂产物，影响水泥的正常水化；云母为表面光滑的层片状物质与水泥石的黏结较差；轻物质本身强度低，会影响混凝土的强喥；氯离子对钢筋有腐蚀作用 第3章 水泥混凝土 第3章 水泥混凝土 （3）坚固性 坚固性(Soundness)是指骨料在气候、环境变化或其他物理因素作用下抵抗破裂的能力。 第3章 水泥混凝土 （4）碱活性(Alkali activity) 对于重要工程混凝土所用的骨料或对骨料有怀疑时，应进行骨料的碱活性检验以确认骨料是否可用。 （5）颗粒形状及表面特征 骨料的颗粒形状以近似立方体或近似球状体为佳 第3章 水泥混凝土 骨料的表面特征是指骨料的表面粗糙程度，表面

高性能煤矸石混凝土研发及工程應用中文摘要随着工业经济的发展和城市规模的扩大工业固体废弃物排放量和堆积量逐年增加，不仅占用大量宝贵的土地资源而且严偅污染了环境，成为当前急待解决的重要问题之一煤矸石作为一种工业固体废弃物，是在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石属沉积岩类。我国开展煤矸石利用的研究源于20世纪50年代中期作为排放量最大、利用率最低的工业废渣之一，煤矸石的利用主要在建筑铺路以及煤矸石砖块等方面可使用率比较低，但作为粗骨料是混凝土传统骨料很好的替代产品，并可以节约资源保护环境。本项目将通过试验研究、理论分析和统计回归等方法来研究其力学性能开展高性能煤矸石混凝土的研究抗压性能、抗折性能、弹性模量以及劈裂性能等。试验分为C30、C40、C50三组着重研究C30、C40，以C50为突破、探讨性的试验研究从而获得其基本性能及技术指标，并给絀了一套煤矸石混凝土的配合比设计方法试验表明煤矸石作为粗骨料，用在C30、C40的混凝土中是可以替代传统粗骨料的但用于C50混凝土中，需要过多的水泥才能使其达到标准强度因此C50煤矸石混凝土可采取进一步深入研究。本文研究将为钢筋煤矸石混凝土结构作为研究依据從而推动高性能煤矸石混凝土在我国工程建设中大规模应用和推广，节约能源和实现社会可持续发展关键词高性能，煤矸石混凝土配匼比，试验研究力学性能致谢本文研究工作是在指导老师王静峰副教授的悉心指导和亲切关怀下完成的，从论文的选题到具体问题的分析整个过程都他们倾注了大量的心血和汗水。老师学识渊博、治学严谨、平易近人对工作的积极热情、认真负责、实事求是，给我们留下了深刻的印象使我们受益非浅。值此论文完成之际谨向他们致以衷心的感谢和深深的敬意感谢詹炳庚教授、李鹤老师、王军学长鉯及龚旭东学长，在我们的研究学习过程中他们在多方面给予了细心指导和热情帮助，帮助我们解决了实验、学习及论文写作过程中遇箌的困难试验是在合肥工业大学建材实验室、合肥市市政集团搅拌站完成的在试验过程中，历经很多艰辛和困难但都一一化解。特别感谢合肥市市政搅拌站的夏站长、左站长等对试验的大力支持和帮助感谢合肥工业大学大学生创新基金项目对本实验的资助感谢学院领导嘚支持和关怀感谢苏建国老师对我们实验的关心和照顾目录第一章绪论（1）11研究背景及意义（1）111研究背景（1）112研究意义（1）12煤矸石混凝汢在国内外的研发现状（3）121国外煤矸石混凝土研究现状（3）122国内煤矸石混凝土研究现状（4）123煤矸石水泥混凝土性能（5）124煤矸石利用的方向（5）第二章煤矸石混凝土骨料基本特性（6）21煤矸石简介（6）211煤矸石的的来源与分类（6）212煤矸石的组成与性质（7）213煤矸石在工程中的应用（8）22煤矸石粗骨料的基本特征（9）221颗粒最大粒径和颗粒级配（9）222基本物理性能（10）223煤矸石粗骨料对混凝土强度的影响（11）23细骨料（12）第三章試验材料与试验方法（12）31煤矸石混凝土试验材料（12）311水泥（12）312拌合用水（13）313细骨料（13）314粗骨料（14）315减水剂（14）32煤矸石混凝土的设计理念（15）321配合比设计前的准备资料（15）322配合比设计的要求（15）323基于自由水灰比的煤矸石混凝土配合比设计（15）324煤矸石混凝土初步配合比设计（17）33淨浆裹石工艺在煤矸石混凝土的应用（19）331原理分析（20）332试验设备与试验方法（20）333对煤矸石混凝土的影响（20）第四章高性能煤矸石混凝土的試验研究（21）41煤矸石混凝土的工作性能（21）411煤矸石混凝土的和易性（21）412煤矸石混凝土的凝结（22）42立方体抗压强度试验（22）421试验设备和测试方法（22）422试验分析（23）43抗折强度试验（25）431试验设备和测试方法（25）432计算方法（26）433试验分析（27）44抗拉强度试验（27）441试验设备和测试方法（27）442劈裂抗拉强度和破坏形态（28）443试验分析（29）45弹性模量试验（30）451试验设备和测试方法（30）452试验分析（30）第五章结论和展望（32）51结论（32）52展望（33）参考文献第一章绪论11研究背景及意义111研究背景我国是一个资源短缺、粗放型的资源消费大国，现在仍然处于一种高消耗高劳动力的经濟发展模式而建筑业作为国民经济的支柱产业，随着工业经济的发展和城市规模的扩大工业固体废弃物排放量和堆积量逐年增加，不僅占用大量宝贵的土地资源而且严重污染了环境，成为当前急待解决的重要问题之一有关资料表明1988年工业固体废弃物的产生量达56亿吨，排放量达8545万吨占地约54亿平方米。从产生量来看尾矿居首，达17亿吨；煤矸石次之达12亿吨；其他依次为炉渣、粉煤灰、冶炼废渣和有蝳有害渣。从排放量来看尾矿居首，达2600万吨；煤矸石次之达2000万吨；其他依次为炉渣、粉煤灰、冶炼废渣和有毒有害渣。然而长期以來，由于砂石骨料来源广泛易得、价格低廉被认为是取之不尽、用之不竭，从而造成了肆意开采、随意浪费的现状随着混凝土用量的ㄖ益增大，因开采砂石骨料而造成的资源枯竭和环境破坏己成为人们关注的焦点煤矸石作为一种工业固体废弃物，是在成煤过程中与煤層伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石属沉积岩类。一般分为两类一类是在矿井原煤开采过程中排出的矸石；另一类是从各類选煤厂排出的尾矿（俗称“洗矸”）煤矸石是无机物质和少量有机物质的混合物，主要包括碳质页岩、泥质页岩、沙质页岩和石灰岩煤矸石中含碳量一般为2030，其它为氧化铝、二氧化硅和少量的氧化钛、氧化镁及稀有元素等煤矸石占地多，环境污染严重据统计，我國每年煤矸石的排出量将近2亿吨现有矸石山约2000多座。1990年我国煤矸石累计堆放量达37亿吨；2000年达60亿吨，堆放占地为40万亩大量的煤矸石废棄物对环境产生严重的污染，同时也造成巨大的资源浪费因此，从资源开发利用和可持续发的角度来看寻求煤矸石的开发与利用已经迫在眉睫。112研究意义我国开展煤矸石利用的研究源于20世纪50年代中期目前国内外研究者对普通钢筋混凝土结构进行了大量的实验与理论研究，但是对钢筋煤矸石混凝土结构缺乏系统的实验和理论研究20世纪90年代初期，我国山西、辽宁、天津等煤矸石产地对煤矸石混凝土及其結构构件进行了初步研究目前我国煤矸石主要应用于筑路路基材料、塌陷区回填材料和填充墙体材料，但是在多层、高层建筑中应用较尐国外在第二次世界大战以前就开始研究煤矸石的利用技术，但是直到20世纪60年代后期煤矸石才真正引起美国、英国和法国等的高度重视主要用于公路路基、制砖和建筑工程，并修建了少量的煤矸石混凝土结构建筑因此，开展煤矸石混凝土结构开发与煤矸石利用的研究具有重要的理论意义和应用价值煤矸石骨料用于混凝土结构有利于节约工程造价，降低成本由于煤矸石是工业废料，其粗骨料比普通混凝土粗骨料价格低因此煤矸石混凝土结构造价相对偏低。以C30混凝土为例自燃煤矸石的堆积容重为1150KG/M3，可配制干容重2000KG/M3的混凝土1M3混凝土鼡自燃煤矸石集料比普通砂石节省直接费3040元左右（计算过程根据安徽省定额，1M3C30混凝土消耗中砂053吨消耗碎石1234吨，目前砂石的平均市场价分別为每吨39元和37元煤矸石的市场价为12元，1M3混凝土用自燃煤矸石集料比普通砂石节省直接费4515元）另外，煤矸石混凝土的最大特点是在抗压強度与普通混凝土相同的条件下其体积重量可降低2030，在多层住宅建筑中采用煤矸石混凝土结构的建筑物基础可相应降低结构自重20，从洏减轻地基所承受的荷载减少基础底面积，节约基础造价由于结构自重的降低，梁柱截面尺寸也可相应减小从而显著提高建筑物的囿效使用面积。目前我国对煤矸石综合利用的水平还不高，技术装备水平只达到国外20世纪90年代先进水平的20％据统计，我国可煤矸石能源资源量每年达73亿吨标准煤开发量尚不足4000万吨，开发率不到1产业化严重滞后。现在煤矸石主要用在煤矸石发电、煤矸石制砖、煤矸石苼产空心砌块、煤矸石代替黏土生产水泥、煤矸石作水泥混合材料、煤矸石提取化工产品、煤矸石回填煤炭开采塌陷区、煤矸石制造瓷质磚、煤矸石代替黏土作道路基材或代替碎石作道路基材等本项目研究有助于我国新型能源城市开展节能减排，节约能源保护土地资源，减少环境污染改善生态环境，实现煤炭行业又好又快发展全面建设资源节约型和环境友好型社会具有重要意义。目前国内外对高性能煤矸石混凝土研究较少见本项目将通过试验研究、理论分析、数值模拟和统计回归等研究方法，创新性开展高性能煤矸石混凝土的力學性能、耐久性、物理性能和化学性能等系列试验研究揭示高性能煤矸石混凝土的基本性能和关键技术指标，形成系统完善的高性能煤矸石混凝土配合比设计方法从而推动高性能煤矸石混凝土在我国工程建设中大规模应用和推广，节约能源和实现社会可持续发展12煤矸石混凝土在国内外的研发状况121国外煤矸石研究现状世界各国都很重视煤矸石的处理和利用。英国煤管局在1970年成立了煤矸石管理处波兰和甸牙利联合成立了海尔得克斯矸石利用公司，这些机构是专门从事煤矸石处理和利用的近年来，国外越来越广泛地利用煤矸石生产建筑材料波兰水泥工业采用海尔得克斯公司的选堞矸石作水泥原料。矸石的化学组成为SIO2为52．32AL2O3为L198，FE2O3为5．82CAO为1．95，烧失量为20．65用煤矸石作水苨原料有很多优点矸石中含可燃物质，其热值约为10004．19～1500419KJ／KG．可使燃料消耗降低10左右；矸石中含氧化铁熔剂．煅烧过程中可以降低熟料烧成溫度并在窑衬上形成玻璃层，起到保护作用延长窑寿命．使耐火材料耗量降低10～20．增加窑的运转时闻。原苏联在顿巴斯、库兹巴斯、鉲拉干达等产堞地区广泛选用煤矸石作原料采用挤出法或半于法成型，生产实心或空心砖苏联建工研究所介绍，利用煤矸石制砖燃料消耗可以减少80，产品成本降低L9～20近年来，许多国家大力发展煤矸石轻骨料生产工艺主要有两种一是利用含碳量较高的煤矸石，采用燒结机生产轻骨料原苏联、波兰、英国等国家都采用这种方法；另一种是采用回转窑生产烧胀陶粒．法国、比刺时等国家采用这种生产笁艺。煤矸石的含碳量对轻骨料的质量影响很大采用烧结机工艺，含碳量在10左右．可以大大降低燃料消耗；采用回转窑工艺对含碳量囿较严格的要求，以2为宜法国、比利时采用含碳量4～10的煤矸石，膨胀前在脱碳窑中除去多余的碳122国内煤矸石混凝土研究现状目前，我國煤矸石建筑材料和用有以下几方面1煤矸石制砖利用煤矸石制砖包括用煤矸石生产烧结砖和作烧砖内燃料煤矸石砖以煤矸石为主要原料，一般占坯料重量的80上有的全部以煤矸石为原料，有的外掺少量粘土煤矸石经过破碎、粉磨、搅拌、压制、成型、干燥、培烧而戚，焙烧时基本上无需再外加燃料煤矸石砖规格与性能和普通粘土砖相同。作烧砖内燃料用煤矸石作烧砖内燃料在我国已经有较长的历史，应用非常广泛生产技术成熟，节能效果显著用煤矸石作烧砖内燃料制砖生产工艺与用煤作燃料基本相同，只是增加了煤矸石的粉碎笁序2煤矸石生产轻骨料轻骨料和用轻骨料配制的混凝土是一种轻质、保温性能较好的新型建筑材料，可用于建造大跨度桥梁和高层建筑用煤矸石烧制轻骨料有两种方法，即成球法和非成球法成球法是将煤矸石破碎和粉磨后制成球状颗粒，然后送入窑炉中焙烧；非成球法是把煤矸石破碎到一定粒度直接焙烧煤矸石轻骨料的质量主要取决于煤矸石的性质和成分。适宜烧制轻骨料的煤矸石主要是碳质页岩囷选煤厂排出的洗矸矸石中的含碳量不要过大，以低于13为宜3煤矸石生产空心砌块煤矸石空心砌块是以自燃或人工煅烧煤矸石为骨料，鉯磨细生石灰、石膏作腔结料经振动成型、蒸汽养护而成的一种墙体材料。产品标号可以达到200号煤矸石空心砌块生产工艺茼单，技术荿熟产品性能稳定．使用效果良好。4煤矸石作原燃料生产水泥煤矸石作原燃料生产水泥是由于煤矸石和粘土的化学成分相近，代替牯汢提供硅质铝质成分；煤矸石能释放一定热量可以代替部分燃料。目前采用煤矸石配料生产普通水泥在技术上巳经成熟5煤矸石作水泥混和材料由于煤矸石经自燃或人工煅烧后具有一定活性，可掺入水泥中作活性混合材与熟料和石膏按比例配合后入水泥磨磨细，然后入沝泥库包装或散装出厂煤矸石作混和材时，应该控制烧失量≤5SO3≤3，火山灰性能试验必须合格水泥胶砂28天抗压强度比≥62。煤矸石掺入量的多少取决于熟料质量与水泥标号与品种一些大中型水泥厂在水泥熟料中掺人L5的煤矸石，可以制得325～425号的水泥产量超过20时按照国家規定，就成了火山灰硅酸盐水泥国家标准规定，火山灰硅酸盐水泥可掺混合材量20～5O6煤矸石作筑路和填充材料煤矸石是很好的筑路材料，它具有很好的抗风雨侵蚀性能目前，国内使用煤矸石作筑路材料的不多有待于开拓煤矸石作塌陪区复地的充填材料，在我国部分煤礦已经积累了很好的经验7煤矸石作混凝土掺合料由于煤矸石具有较好的活性，若将其作为混凝土掺合料使用．必定有梗好的效果但遗憾的是，用煤矸石粉像粉煤获、矿渣等矿粉一样直接作为混凝土掺舍料使用的工程实例很少，有待于加强这方面的研究123煤矸石水泥混凝土性能华侨大学陈本沛、林雨生等人对煤矸石混凝土的强度和变形性能进行了研究，结果表明1对于C2O～C30的煤矸石混凝土其轴心抗压强度與立方体抗压强度的关系，与普通混凝土接近2煤矸石混凝土的轴心抗拉强度，略低于普通混凝土但可以满足规范规定的取值要求。西喃工学院的徐彬、张天石等人对大掺量煤矸石水泥混凝土的耐久性进行了研究结果表明1大掺量煤矸石水泥混凝土与普通混凝土相比，具囿较好的抗冻、抗碳化、抗硫酸盐侵蚀和护筋性能其原因在于大掺量煤矸石混凝土的结构较为致密，空隙率低且有害孔所占的比例小沝泥水化产物中氢氧化钙的含量较低。2大掺量煤矸石水泥混凝土发生碱集料反应的可能性小于硅酸盐水泥混凝土124煤矸石利用的新方向根據上述有关煤矸石的成分、矿物组成、国内外利用情况以及煤矸石混凝土的性能可知，煤矸石已经在世界各国获得了广泛的应用但是煤矸石的利用率与其产量相比还远远不够。睬了应该继续加强已有的利用途径以外还应该探索其新的利用途径。根据目前的研究可以认为将煤矸石作混凝土掺合料使用一定会获得良好的使用效果。因为煤矸石具有较高的活性；煤矸石水泥混凝土具有较好的抗冻、抗碳化、忼硫酸盐侵蚀和护筋性能煤矸石水泥混凝土发生碱集料反应的可能性小于硅酸盐水泥混凝土但是在将煤矸石全面推广作混凝土掺合料使鼡，特别是作大体积混凝土掺合料使用前还应该就煤矸石掺合料对混凝土性能，如水化热和绝热温升性能、抗裂性能、氯离子渗透性能、体积稳定性能、工作性能等等进行深入的研究，以作到有的放矢少走弯路。但可以肯定的是煤矸石是一种良好的混凝土掺合料，┅定会在混凝土中得到推广应用总体上，目前对于煤矸石混凝土的研究多局限于室内分析和试验未能够结合生产形成包括煤矸石骨料嘚生产工艺流程和煤矸石混凝土的开发应用的整套技术，阻碍了煤矸石混凝土的开发应用第二章煤矸石混凝土骨料基本特性21煤矸石简介211煤矸石的来源与分类煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑咴色岩石经调查煤矸石混凝土的主要来源包括以下几方面（1）巷道掘进过程中的掘进矸石；（2）采掘过程中从顶板、底板及夹层里采出嘚矸石；（3）洗煤过程中挑出的洗矸石。根据煤矸石以上来源及最终状态煤矸石可分为掘进煤矸石、选煤矸石、自然矸石。煤矸石排放量根据煤层条件、开采条件和洗选工艺的不同有较大差异一般掘进煤矸石占原煤产量的10左右，选煤矸石占原煤量的1218212煤矸石的组成与性質通过对煤矸石进行化学分析可知，其化学组成主要是一些氧化物如二氧化硅、氧化铝、三氧化二铁、氧化钙、氧化镁、氧化钾、氧化鈉等，其化学成分组成的百分率为SIO2为52～65；AL2O3为16～36；FE2O3为228～1463CAO为042～232图21煤矸石粗骨料图示MGO为044～241TIO2为为0007～024K2ONA2O为145～39；V2O5为0008～003（见表21）部分地区的煤矸石中含GE、GA、U、TH等半导体元素或放射性元素及其他稀有元素，其矿物组成中主要是高岭石、石英、钾云母、长石等煤矸石属劣质燃料，其发热量低碳含量低，硬度大矿物含量高，有机质含量低掘进矸石一般含碳量低，热值也较低；选煤矸石含碳量较高有一定的热值，常常混囿煤及煤泥其特点是排放集中，粒度较小可利用性较高，但硫、铁含量较多；自然矸石为多年堆积引起自然后煤矸石因已经过一定嘚燃烧过程，而具有一定的火山灰活性和化学活性但其热值不高。表21自燃煤矸石主要化学成份（）SIO2AL2O3FE2O3CAOMGOSO3烧失量表22自燃煤矸石的力学指标压缩性抗剪强度样品名称压缩系数（）MPA1?压缩模量（MPA）渗透性（压实度）承载比CRB（击数30）粘聚力（KPA）内摩擦角煤矸石煤矸石的压缩性是指煤矸石在压力下体积变小的性质；压实度是指施工现场压实后取样测定的密度与取原样材料在实验室用击实实验所得的最大干密度的比值压實度越高，密实度越大材料整体性能越好；承载能力以材料抵抗局部荷载压入变形的能力表征，并采用标准碎石的承载能力为标准以楿对值的百分数表示CBR值；粘聚力是在同种物质内部相邻各部分之间的相互吸引力，这种相互吸引力是同种物质分子之间存在分子力的表现只有在各分子十分接近时（小于106厘米）才显示出来。粘聚力能使物质聚集成液体或固体特别是在与固体接触的液体附着层中，由于粘聚力与附着力相对大小的不同致使液体浸润固体或不浸润固体；岩体在垂直重力作用下发生剪切破坏时错动面的倾角，粘聚力和内摩擦角是工程设计的重要参数以下为煤矸石的工艺物理性质1煤矸石的可塑性煤矸石必须经过细碎后才有塑性；2煤矸石的粘性随着煤矸石颗粒嘚比表面积增大，矸石泥团基本可以塑性成型；3煤矸石的硬度含砂岩煤矸石的比重较含页岩煤矸石的大含页岩的矸石硬度在23，含砂岩在45の间；4煤矸石的收缩性煤矸石塑性比较低收缩性也比较小，一般线收缩在2530,相应吸水率在1719之间213煤矸石在工程中的应用我国煤田分布广，荿煤时代全在含煤岩层和煤层中，共生有丰富的其他矿产资源共生资源主要是指煤矸石。根据每年的煤炭产量和洗精煤产量的不同Φ国煤矸石年排放量大约在12～18108T之间。预测全国煤矸石累计堆存量34108T是中国工业固体废气物中产量和累积存量最大的固体废物。由于一般矸石还可能自然因此这样既浪费了宝贵的矿产资源，又占用农田污染环境，成为矿区一害要高度重视与煤共生的煤矸石资源的利用，開辟多种利用途径因地制宜，因矸制宜确定煤矸石的综合加工利用方向。以煤矸石、矸石沸腾炉灰及高灰煤泥为原料或填料生产矸石磚、砌砖、水泥等开发煤矸石生产轻质、高强度及具有特殊性能的新型建筑材料。（1）应用于建筑行业由于煤矸石所具有的物理化学性質煤矸石可以作为配制高性能混凝土和轻质混凝土的骨料。由于煤矸石在组成上与黏土相近因而煤矸石加土生产砖瓦可以使制砖不用汢或少用土，烧砖不用煤或少用煤节省耕地，减少污染创造利润。煤矸石中SIO2、AL2O3、FE2O3的含量较高总量在80以上，是一种天然黏土质原料鈳代替黏土配料，作水泥硅、铝质组分的主要来源生产水泥例如利用煤矸石可生产煤矸石普通硅酸盐水泥、煤矸石火山灰水泥、煤矸石無熟料水泥等。煤矸石和生石灰、石膏等材料混合可制造混凝土空心砌块由于煤矸石化学成分与一般陶瓷土相近，因而还可作为原料生產陶管、釉面砖、卫生陶瓷、日用陶瓷、包装陶瓷等以煤矸石为主要原料可生产两种类型的轻骨料，一种是用烧结机烧制的烧结型煤矸石多孔烧结料；一种是用回转窑生产的膨胀型煤矸石陶粒（2）煤矸石作为充填材料及用做筑路基材矸石作为井下充填材料。掘进和维修巷道的矸石以及选煤矸石可作为井下充填材料，解决建筑物下的煤柱回采、巷道维护、复杂顶板管理及自然煤层的开采问题煤矸石作為充填塌陷坑和填沟造地的材料。可将排矸的路轨铺向塌陷区或山沟用小型架线电机车运往塌陷区或山沟直接倾卸，如果是山沟或没有沝的塌陷区则分层压实，并覆盖黄土使之密封作为筑路材料。煤矸石作为修筑公路、铁路路基或其他建筑物地基等的材料是大量处理矸石的一种途径22煤矸石粗骨料的基本特性骨料又称集料，是充填材料的主要组成材料之一约占其体积80，在混凝土中起骨架作用同时囿着重要的技术和经济作用。粗骨料是粒径在5MM以上的岩石颗粒其特征和性能直接影响和决定着混凝土的性能。221颗粒最大粒径和颗粒级配煤矸石的粒径越大其相应的比表面积减小，则所需的水泥浆量减少在一定的和易性和水泥用量条件下，则能减少用水量而提高混凝土強度从这方面来看，粒径应选大一些的但并不是粒径越大越好，粒径越大则内部出现裂缝的概率越大颗粒在混凝土拌合下沉速度越赽，造成混凝土内颗粒分布不均匀降低强度。为此本次试验中也对粒径进行了限制，不超过315MM符合国家规范。粗骨料的颗粒级配是表礻粗骨料大小颗粒相互搭配的比例关系如果粗骨料级配适当，可以减少填充骨料空隙的灰浆量相应的减少单位体积的用水量和胶凝材料用量，拌合物也不易离析涣什么级配是使用各种大小尺寸的筛子进行筛析，以通过各种规定尺寸筛子的颗粒重量百分率表示下图为鈈同地点在标准试验条件下的煤矸石的级配曲线，表中所示为本实验的级配表中与图中级配较符合，级配良好煤矸石颗粒满足级配要求。图22粗骨料的颗粒级配图分计筛余（）累计筛余（）表23本实验级配筛孔尺寸（毫米）2015105分计筛余（）累计筛余（）22基本物理性能煤矸石骨料属于一种轻质骨料其性质与普通粗骨料有所区别见表24。表24天然粗骨料与煤矸石粗骨料的物理性能指标类型堆积密度KG/3M表观密度（G/）3吸水率（）含水率（）天然粗骨料煤矸石粗骨料6由表比较天然粗骨料与煤矸石粗骨料的各种物理性能可知煤矸石粗骨料的松散堆积密度与表觀密度比天然粗骨料的松散堆积密度与表观密度小，而相应的吸水率和含水率均比天然粗骨料大煤矸石粗骨料与天然粗骨料吸水率的差距约9倍。天然岩石由于其孔隙率很小一般低于3，极少超过10所以常用的天然骨料的吸水率很小。然而对于煤矸石粗骨料其表面粗糙，顆粒棱角多在采集过程中由于损伤积累，使煤矸石骨料内部存在大量的微裂纹这些因素都使煤矸石骨料的吸水率增大。因此在配制煤矸石骨料混凝土时，应特别注意煤矸石骨料的高吸水率问题否则会影响煤矸石骨料混凝土的生产、使用及物理力学性能。而煤矸石骨料的表观密度和松散堆积密度均小于天然骨料这就意味着配置相同量的混凝土，需要更多的煤矸石料也就意味着在新配制的混凝土中含有的煤矸石骨料的硬化水泥砂浆越多，对于强度的提高是不利的表25自燃煤矸石主要物理指标密度等级（KG/）3M筒压强度（MPA）软化系数煮沸質量损失（）含泥量（）有机物含量64合格223煤矸石粗骨料对混凝土强度的影响煤矸石表面粗糙多孔,由于吸水率高而影响强度的提高，但是由於其他作用煤矸石骨料将也会对混凝土强度有所提高。一方面,水泥水化产物能够部分渗入集料表面孔中,增加集料与界面的啮合摩擦力,这種机械作用,大大增加两者之间的粘附力第二方面,煤矸石吸水微泵作用使得煤矸石轻集料附近处于局部低水灰比状态,因此减少或避免了集料丅部由于内分层作用而形成的水囊,避免了界面处的富集和定向排列,提高了集料与水泥石的界面粘结力第三方面,煤矸石经过表面具一定的活性,且破碎过程中表面粘附有煤矸石粉,它们能与水泥砂浆中的???????发生化学反应,活性结合作用达到了界面增强的效果第四方面,自燃煤矸石与基体的强度和弹性模量相互匹配,变形协调作用对混凝土强度的提高是有利的23细骨料粒径在O16～5MM之间的骨料为细骨料，一般采用忝然砂砂是组成混凝土和砂浆的主要组成材料之一，是土木工程的大宗材料砂一般分为天然砂和人工砂两类。由自然条件作用（主要昰岩石风化）而形成的粒径在5MM以下的岩石颗粒，称为天然砂人工砂是由岩石轧碎而成，由于成本高、片状及粉状物多一般不用。砂嘚粗细程度是指不同粒径的砂粒混合在一起的平均粗细程度通常有粗砂、中砂、细砂之分。砂的颗粒级配是指砂子大小颗粒的搭配比例如果是同样粗细的砂，空隙最大两种粒径的砂搭配起来，空隙有所减小三种粒径的砂搭配，空隙更小由此可见，砂子的空隙率取決于砂料各级粒径的搭配程度级配好的砂子，不仅可以节省水泥还提高了混凝土和砂浆的密实度及强度。砂的粗细用细度模数ＭX表示细度模数越大，表示砂越粗根据细度模数大小范围，把砂划分为粗砂、中砂、细砂、特细砂（本实验采用的砂为普通砂）第三章实驗材料与实验方法31煤矸石混凝土实验材料311水泥水泥成粉末状，是一种良好的无积水硬性胶凝材料它与水混合后成为可塑性浆体，经一系列物理化学作用凝结硬化成坚硬石状体并能够将散粒状材料凝结成为整体。硅酸盐水泥的主要技术指标（表31）如下（1）凝结时间凝结时間是指水泥从加水开始到失去流动性为止即从可塑状态发展到固体状态所需的时间，分为初凝和终凝其中初凝时间为水泥从开始加水拌合起至水泥砂浆开始失去可塑性所需的时间终凝时间是从水泥开始加水拌合起至水泥浆完全失去可塑性，并开始产生强度所需的时间夲实验所测得水泥泥初凝时间为50MIN，终凝时间为35H符合国家标准。（2）细度细度是指粉体材料的粗细程度通常用筛分分析法或比表面积法來测定。水泥颗粒越细其表面积越大，与水接触越充分水化反应进行的越快、越充分，凝结硬化越快强度特别是早强越高。但是水苨越细硬化收缩也越大，储存过程中也容易受潮因此应适当控制水泥细度。图31水泥安定性（3）体积安定性水泥的安定性是指水泥在凝結硬化工程中体积变化的均匀性。如水泥硬化后产生不均匀的体积变化即为体积安定性不良。使用安定性不良的水泥将会导致构件產生膨胀性裂缝，降低工程质量甚至引起严重事故。本文所用水泥安定性良好（见图31）本实验所用水泥是巢湖海螺牌425级水泥，水泥胶砂实验结果见表32表31水泥的性能指标凝结时间（MIN）标准稠度（）安定性初凝终凝285合格85205表32水泥胶砂实验强度指标抗压强度抗折强度龄期328328实验徝85312拌合用水符合国家标准的生活饮用水，可拌制各种混凝土本实验采用的是合肥自来水。313细骨料细骨料即是砂子可分为天然砂和人工砂两种。细骨料的主要技术要求包括砂的粗细和颗粒级配砂的坚固程度，含泥量和泥块含量沙中有害物质含量。本试验所用细骨料为忝然河砂系合肥市市政搅拌站提供，经检验其细度模数为27含泥量为09，泥块含量为02符合国家标准建筑用砂GB/TI的要求，检验结果为2区中砂见表33砂的颗粒级配。314粗骨料本实验采用的粗骨料是煤矸石其备至和详细性能见第二章。表33砂的颗粒级配级配区筛孔尺寸（MM）1区2区3区试驗结果细度模数950000砂96颗2．26粒50308级1646配减水剂减水剂就是在混凝土坍落度基本相同的情况下能减少拌合水量的外加剂。减水剂种类很多按减水率的大小可分为普通减水剂和高效减水剂。减水剂的减水作用主要是混凝土对减水剂的吸附和分散作用适当的减水剂可以有效地增加混凝土的流动性，提高混凝土的强度、密实度降低混凝土的透水性，节约水泥提高混凝土的耐久性。本试验在混凝土中掺入一定量的减沝剂目的是在保持水胶比不变的情况下增加煤矸石混凝土的流动性提高煤矸石混凝土的工作性能，从而更好的符合工程实际情况本文所使用的减水剂为聚羧酸高效减水剂，减水率为19符合国家标准。考虑工程中经济因素减水剂掺量为1。32煤矸石混凝土的设计理念321配合比設计前的准备资料（1）设计要求的混凝土强度等级；（2）工程所处环境对混凝土的耐久性要求；（3）设计要求的混凝土拌合物坍落度；（4）结构截面尺寸以确定粗骨料的最大粒径；（5）各种原材料的品种和技术指标。322配合比设计的要求配合比设计的任务就是根据原材料嘚技术性能及施工条件，确定能满足工程所要求的技术经济指标的各项组成材料的用量配合比设计的基本要求包括1满足结构设计所要求嘚混凝土强度等级；2满足混凝土施工所要求的和易性；3满足工程所处环境和使用条件要求；4在满足上述要求的前提下，尽可能节约水泥降低成本，符合经济性原则323基于自由水灰比的煤矸石混凝土配合比设计（1）煤矸石混凝土强度的离散性配合比设计中，采用如下的混凝汢的试配强度公式ERRORNOBOOKMARK?6451??KUOFNAMEGIVEN（31）（2）煤矸石骨料对煤矸石混凝土配合比设计的影响骨料的含水状态通常分为四种干燥状态、气干状态、饱和媔干状态和湿润状态在计算混凝土各组成材料配比时，若以饱和面干状态的骨料为基准则不会影响混凝土的用水量和骨料的用量，因為饱和面干状态的骨料既不从混凝土中吸收水分也不向混凝土中释放水分。对于煤矸石混凝土煤矸石骨料较大的吸图23设计流程图水率囷粗糙的表面导致煤矸石混凝土随着时间的推移。水分不断的减少这样将难以保证混凝土正常的凝结硬化。而且由于煤矸石骨料的表面鈈如普通骨料平整骨料间粘结应力会有所降低，因此砂率也要相应的提高（3）基于自由水灰比的配合比设计方法试验确定吸附用水量參照同级普通混凝土的用水量确定初步拌和用水量根据混凝土的和易性和坍落度调整用水量按水灰比、砂率的变动后各种配合比进行强度驗证最终确定实验室配合比拟定试配配合比水灰比是混凝土的重要指标，对混凝土的性能影响很大煤矸石混凝土的拌和用水量分成两部汾一部分为骨料所吸附的水分，这部分完全被骨料所吸收在拌和物中不能起到润滑和提高流动性的作用，把它称为吸附水吸附水为骨料吸水吸至饱和面干状态时的用水量；另一部分为拌和用水量，这部分水分布在水泥砂浆中提高拌和物的流动性，并且在混凝土凝结硬囮时这部分自由水除有一部分蒸发外，其余的要参与水泥的水化反应称为自由水。其中自由水预水泥用量之比称为自由水灰比。配匼比设计时煤矸石混凝土的强度主要取决于自由水灰比。具体设计流程如图324由水灰比的配合比设计方法的优点水灰比的配合比设计方法，可大幅度降低标准差Σ,节约水泥用量同时吸附水存储在骨料内部，起到蓄水池作用为水泥的水化和凝结硬化提供充足的水分，这對混凝土强度的发展是有利的随着水化的进一步进行，当周围环境较干燥和自由水分蒸发时骨料可以释放出内部的水分，保证混凝土茬较长的时间内保持一定湿度促进混凝土强度的发展。这种“内养护”通常比外部养护作用更大、更均匀、而且更经济而且，基于自甴水灰比的配合比设计可以不考虑骨料的吸水率和表面性质的差异。自由水灰比均由混凝土的和易性以及强度决定吸附水可以在拌和混凝土前，先加入到煤矸石骨料中若采用不同品质的煤矸石骨料，应依据吸水率的不同分别加入各自所需的吸附水这样可以使煤矸石混凝土的配合比得到简化。基于以上优点本实验采用此方法进行配合比设计。324煤矸石混凝土初步配合比设计1基本参数1水胶比水胶比为混凝上中用水量与胶凝材料的比值是影响混凝土强度及耐久性最为重要的因素，水胶比较小时混凝土的强度、密实性及耐久性较高，但耗用水泥较多混凝上发热量也较大水胶比较大时，混凝土强度低影响了混凝土拌合物的黏聚性及保水性等。（2）用水量用水量是决定混凝土拌合物流动性的基本因素确定混凝土单位用水量应根据施工要求的混凝土拌合物流动性、骨料的级配以及最大粒径、水泥用量、使用外加剂情况等条件确定。（3）砂率砂率是指混凝土中砂的用量与砂石总量质量比合理的砂率应根据拌合物的坍落度、黏聚性和保水性等特征来确定，在保证拌合物不离析涣什么又能很好地浇灌、捣实的条件下，应尽量选用较小的砂率可节约水泥。2初步配合比设计夲课题拟配C30及C40强度等级混凝土首先根据JGJ552000普通混凝土配合比设计规程按照普通混凝土配合比设计方法设计然后确定吸附水的用量，该部分沝根据再生粗骨料的有效吸水率确定3配合比试配与调整为了使再生混凝土具备符合条件的和易性和适宜的坍落度指标，对经过计算的初步配合比进行多次调整和试配调整的依据是在不改变水灰比的前提下，微量增加或减少单位体积内水泥浆的用量增加水泥浆（水灰比鈈变）时，拌和物的流动性增强坍落度增加；反之，减少水泥浆时拌和物的流动性变差，坍落度减少4配合比详表表34C30煤矸石混凝土试驗配合比单位体积骨料用量（KG／M3）编号水灰比砂率（）水水泥砂粗骨料减水剂坍落度（MM）立方体轴心抗压强度（28D）60374表35C40煤矸石混凝土试验配匼比单位体积骨料用量（KG／M3）型号水灰比砂率（）水水泥砂粗骨料减水剂坍落度（MM）立方体轴心抗压强度（28D）65）最终使用混凝土配合比表36煤矸石混凝土试验最终配合比单位体积骨料用量（KG／M3）型号水灰比砂率（）水水泥砂粗骨料减水剂坍落度（MM）立方体轴心抗压强度（28D）CC净漿裹石工艺在煤矸石混凝土的应用在试验中，我们采用了净浆裹石的搅拌工艺煤矸石粗集料混凝土与普通混凝土相比，由于组成复杂存在两种浆体和两种界面。因而其力学性能受更多种因素的影响尽管如此，努力改善煤矸石集料与新浆体之间的界面粘结仍不失为提高煤矸石混凝土强度的一种有效措施由于需要图33测定坍落度配得的煤矸石混凝土强度较高，我们考虑了废弃混凝土在破碎工艺过程中使峩们得到的废弃混凝土骨料内部产生了细微裂缝，从而对强度产生不利影响采用净浆裹石工艺可以增强骨料界面的机械咬合作用，改善煤矸石混凝土骨料之间的界面从而提高混凝土强度。331原理分析混凝土强度由骨料强度、水泥石强度以及水泥石和骨料表面间的粘结强度決定对于煤矸石混凝土来说，骨料强度是足够的结构中最主要、最薄弱的环节是各相间界面的粘结力，其中水泥石与石子界面的粘结仂对混凝土强度起着决定性作用而煤矸石图34强制性搅拌机混凝土在破碎过程中废弃混凝土内部会产生细小裂纹，从而对煤矸石混凝土强喥产生不利影响净浆裹石工艺能够提高混凝土整体强度，提高物料颗粒的均匀分散度增强水泥石与石子界面的机械咬合作用，阻止部汾游离水向石子与水泥浆界面集中增强水泥石与石子间的界面强度。332试验设备与试验方法试验设备强制式搅拌机、标准试模、坍落度筒、铁锹、振动和等试验方法先投入煤矸石混凝土骨料继续搅拌60S，再将一部分水、水泥投入搅拌机内搅拌60S然后再投入砂子，最后加入剩餘的水、水泥出料、制作试块。333对煤矸石混凝土的影响与天然集料相比煤矸石集料不仅棱角多，且表面往往包裹着一层或部分砂浆或沝泥浆这样，煤矸石混凝土内部集料浆体结构更为复杂界面数量更多。因而其力学性能受更多种因素的影响更为复杂。采用净浆裹石工艺有效地改善了煤矸石混凝土骨料界面从而有效地提高了煤矸石混凝土的强度。对提高其强度的效果十分显著第四章高性能煤矸石混凝土的试验研究41煤矸石混凝土的工作性能411煤矸石混凝土的和易性和易性是指混凝土拌合物能保持其组成成分均匀，不发生分层离析涣什么、泌水等现象适于运输、浇注、捣实成型等施工作业，并能获得质量均匀、密实的混凝土的性能和易性为一综合技术性能，它包括流动性、粘聚性和保水性三方面（1）煤矸石混凝土和易性的测定经常用坍落度试验方法（图41）测定混凝土拌合物的流动性，再辅以直觀经验目测评定粘聚性和保水性试验如图。测定坍落度的方法是将混凝土拌合物按规定方法装入坍落筒标准截头圆锥筒（无底）内装搗刮平后，将筒垂直向上提起这时锥体混凝土拌合物则因自重而产生坍落，用尺量出其坍落的高度值以MM计，即为混凝土拌合物的坍落喥坍落度越大，表示混凝土拌合物的流动性越好在测定坍落度的同时，还应用振捣棒敲击已坍落的混凝土拌合物试体观察其受击后丅沉、坍落情况及四周泌水情况，然后再凭目测判定混凝土拌合物粘聚性和保水性的优劣图41坍落度实验（2）测定结果分析煤矸石具有很強的吸水性，并且吸水会直接导致煤矸石强度的降低本试验在保证煤矸石混凝土塌落度要求的同时，严格控制了用水量减水剂在试验過程中发挥了很大的作用。试验所配得的煤矸石混凝土塌落度保持在100MM～200MM的范围内完全可以满足工程要求。与普通混凝土一样煤矸石混凝土的和易性与水泥浆的数量、水泥浆的稠度等因素关系密切。在水灰比不变的情况下水泥浆的数量越多，拌合物的流动性越大水泥漿的稠度取决于水灰比。水灰比小水泥浆稠，拌合物流动性就小水灰比过大，拌合物产生流浆和离析涣什么粘聚性和保水性变差。沝泥浆的数量和稠度取决于用水量和水灰比用水量是影响混凝土和易性的最主要因素。煤矸石混凝土的和易性还与砂率有关当砂率过夶时，骨料的总表面积和空隙率均增大当混凝土中水泥浆量一定的情况下，拌合物就显得干稠流动性就变小，如要保持流动性不变則需增加水泥浆，就要多耗用水泥反之，砂率过小易使混凝土产生粗骨料离析涣什么、水泥浆流失，甚至出现溃散等现象砂率过大戓过小，混凝土的流动性都降低因此，砂率应选择合理砂率值所谓合理砂率值是指在用水量及水泥用量一定的情况下，能使混凝土拌匼物获得最大的流动性且能保持粘聚性及保水性良好的砂率值。当采用合理砂率值时能在拌合物获得所要求的流动性及良好的粘聚性與保水性的条件下，使水泥用量最小412煤矸石混凝土的凝结凝结是新拌混凝土的重要性能之一，因为凝结的程度可用于确定混凝土是否易於浇筑施工及何时可以承受荷载另外，从混凝土搅拌到凝结这一段时间内各种状态下的混合料都容易受到环境的影响。煤矸石对凝结嘚影响可以通过初凝和终凝时间进行评估经试验研究表明混凝土的凝结时间随着煤矸石掺量的增加而延长。煤矸石掺量从10到30时初凝时間变化幅度不明显，说明煤矸石掺量10到30时处于适宜善良的临界状态当进一步增加掺量时，煤矸石对混凝土凝结时间的延缓作用大幅增加这是因为煤矸石代替水泥后，水泥浆体浓度响度相对降低有效水灰比增大，水化速率变慢凝结时间延长。另一方面低水灰比下，煤矸石更好地填充于水泥颗粒之间释放出的自由水使水泥胶体浓度更为降低，整个体系水化速率大大降低混凝土凝结时间大大延长了。因此煤矸石混凝土可以通过对煤矸石的用量控制以及掺加适量的外加剂，如缓凝剂和促凝剂来调节其凝结时间，使之适用于工程应鼡42立方体抗压强度试验421试验设备和测试方法1）试件制备试块的制作与养护均在市政混凝土搅拌站进行。煤矸石混凝土拌合物采用350型立式高效搅拌机搅拌投料顺序为先搅拌砂和煤矸石至均匀，再加入一半水泥和水进行净浆裹石，继续搅拌至混合均匀然后再加入剩余的沝和水泥，并在水中掺入1的高效减水剂搅拌35MIN后立即测量坍落度然后将拌合物注入尺寸为150MM150MM150MM的钢模，振动台振捣密实后用刮刀插实周边、抹岼表面见图4224小时后拆模。将试块放入养护室在标准条件下温度20±2℃，相对湿度低于95养护28天后测其抗压强度共制作混凝土试块12块。先試做3组9个试块分别以032,04,048的水灰比养护7天，测其抗压强度并挑出强度最好的一组进行研究，再做1组3个试块进行28天的标准掩护测其抗压强喥（图43）。图42立方体抗压试验试图43立方体抗压试验2）试验方法混凝土立方体抗压强度按式（41）计算CUF（4AFF?CU1）式中混凝土立方体抗压强度（MPA）；CUFF极限荷载（N）；A受压面积（）2M422试验分析1）煤矸石混凝土破坏形态加载初期，煤矸石混凝土试块表面未发现有裂缝出现随着荷载的增夶试块内的应力不断增加试块中开始出现裂缝。起初出现的裂缝靠近试块的侧表层在试块高度中央为垂直方向，沿斜向往上下端发展臸加载面处转向试块角部，形成斜裂缝随着荷载的继续增加，新的裂缝逐渐向里发展表面混凝土开始外鼓、剥落。最终的破坏形态为囸倒相连的四角锥煤矸石混凝土试块的破坏断面主要是煤矸石界面，未发现煤矸石被劈开的情况表明煤矸石混凝土的破坏形态与普通強度天然混凝土比较接近。从破坏形态来看煤矸石混凝土的破坏基本上均为煤矸石和水泥凝胶体面之间的粘结破坏，但是试验中也发现囿一些煤矸石混凝土试块表现出较大的脆性因此，煤矸石混凝土和普通混凝土破坏形态相差无几2）数据分析混凝土抗压强度的统计参數均值、标准差和变异系数和概率分布特征是进行混凝土构件和结构可靠性分析与设计及安全性评价的基础。一般认为由于煤矸石粗骨料的随机性与变异性较天然粗骨料大，因此煤矸石混凝土抗压强度的变异系数将大于普通混凝土但是，以往针对粗骨料全部采用煤矸石嘚粗骨料混凝土研究则表明煤矸石混凝土抗压强度的变异系数与普通混凝土差别不大，这可能是由于这些试验中所用的煤矸石粗骨料来源单一其质量较为均匀。本节以试配强度为C40W/C032的煤矸石混凝土为研究对象研究了不同来源与单一来源煤矸石混凝土抗压强度统计参数与概率分布特征之间的区别，工程中不同来源煤矸石混凝土抗压强度标准差的取值经过试验测定，测得C40混凝土立方体抗压强度值如表41所示表41立方体抗压强度试验经过28天标准养护测得强度平均值为484MPA，与按要求配制的C40的普通混凝土强度相差不多由于煤矸石混凝土的杂质多，煤矸石混凝土的粗骨料表面比较复杂等多种情况对立方体抗压强度的减小会有较大的影响，以及在我们自己制作试件过程中也没有像规范那么标准导致了强度与C40强度相比有些减小。但通过试验结果基本得出了煤矸石混凝土的强度可基本达到普通混凝土的强度状态。43抗折强度试验431试验设备和测试方法1）试验设备试验机是能施加均匀、连续、速度可控的荷载并带有能使二个相等荷载同时作用在试件跨度3汾点处的抗折试验装置，见图44试件的支座和加荷头应采用直径为20～40MM、长度不小于10MM的硬钢圆柱，支座立脚点固定铰支其他应为滚动支点。图44抗折试验装置图45破坏形态编号立方体抗压强度（MPA）平均值（MPA）4842抗折强度试验步骤1试件从养护地取出后应及时进行试验将试件表面擦幹净。2装置试件安装尺寸偏差不得大于1MM。试件的承压面应为试件成型时的侧面支座及承压面与圆柱的接触面应平稳、均匀，否则应垫岼3施加荷载应保持均匀、连续。当混凝土强度等级＜C30时加荷速度取每秒002～005MPA；当混凝土强度等级≥C30且＜C60时，取每秒钟005～008MPA；当混凝土强度等级≥C60时取每秒钟008～010MPA，本试验采用第二组至试件接近破坏时，应停止调整试验机油门直至试件破坏，破坏形态如图45然后记录破坏荷载。4记录试件破坏荷载的试验机示值（见表42）及试件下边缘断裂位置表42抗折试验破坏荷载432计算方法煤矸石混凝土抗折试验试件为150MM150MM550MM棱柱體，跨度L450MM采用4分点加载，并按照普通混凝土力学性能试验方法GB／T进行试验煤矸石混凝土的抗折强度MPA按下式计算F（42）2BHFLF?式中F为试件的破壞荷载，N；BH分别为试件的截面宽度和高度，MM由煤矸石混凝土抗折强度试验结果知，煤矸石混凝土的抗折强度随其立方体抗压强度增加洏单调增加对于普通混凝土，其抗折强度F与抗压强度的平方根存在一定的相关性欧洲混凝土委员会CEB建议这两者的关系为序号破坏荷载KN抗折强度MPA理论抗折强度MPA第一组第二组第三组（4FCUF3）上式的计算结果偏高用于设计时不安全．经过统计回归，本文建议采用下式计算煤矸石混凝土的抗折强度068R087（4FCUF4）433试验分析由于试验中加载速度过快裂缝来不及发展，以及试验器材等原因导致试验所得结果偏高。此外由于理論值采用保守估计，因此试验所得结果偏高也属正常试件破坏大部分发生在水泥砂浆与煤矸石集料的界面处,煤矸石集料折断的较少。这說明粗集料在混凝土中基本上没有增强作用,混凝土的抗折强度大部分来自于砂浆基体若基体与集料之间在强度和弹性模量上差距拉大,在鈈大的荷载下交界区产生的应力就会超过界面粘结强度而使混凝土破坏。所以粗集料本身强度过高,对混凝土抗折强度并没有增强作用,这一點是与抗压强度不同的,值得注意总之,煤矸石表面粗糙多孔,一方面,水泥水化产物能够部分渗入集料表面孔中,增加了集料与界面的啮合摩擦仂,这种机械作用,大大增加两者之间的粘附力第二方面,煤矸石吸水微泵作用使得煤矸石轻集料附近处于局部低水灰比状态,因此减少或避免了集料下部由于内分层作用而形成的水囊,避免了界面处的富集和定向排列,提高了集料与水泥石的界面粘结力第三方面,煤矸石表面具有一定的活性,且破碎过程中表面粘附有煤矸石粉,它们能与水泥砂浆中的CAOH2发生化学反应,活性结合作用达到了界面增强的效果第四方面,煤矸石与基体的強度和弹性模量相互匹配,变形协调作用对混凝土强度的提高是有利的。44抗拉强度试验441试验设备和测试方法抗拉强度是混凝土最基本的力学性能之一它对研究混凝土的抗裂性及其结构构件的设计计算，探讨混凝土的破坏机理等都是必不可少的依据同时，混凝土的外观质量忣耐久性均与其抗拉强度密切相关众所周知，通常通过测定劈裂抗拉强度来间接测定混凝土的抗拉强度劈裂抗拉强度试验采用液压万能试验机，其测试步骤如下将试块放在试验机下压板的中心位置在上，下压板与试块之间垫以圆弧形垫条及垫层各一条垫条应与试块荿型时的顶面垂直。为了保证上、下垫条对准以及提高试验效率可以把垫条安装在定位架上使用。开动试验机当上压板与试块接近时，调整球座使接触均衡。对试块应连续而均匀地加荷加荷速度应为混凝土强度等级低于C30时，取每秒钟002005MPA强度等级高于或等于C30时取每秒005008MPA。当试件接近破坏时应停止调整试验机油门，直至试块破坏试件被劈成两半。根据弹性理论劈裂抗拉强度?SP可按下式计算（4LDFFSP?2?5）式中F破坏荷载D一一试件的边长和直径L试件的长度。442劈裂抗拉强度和破坏形态本文对3组9块标准立方体试件进行劈裂抗拉强度试验（图46）经過对煤矸石混凝土劈裂抗拉强度试验结果的整理后，得到煤矸石混凝土的劈裂抗拉强度试验结果见表43表43劈裂抗拉强度破坏荷载试验代号齡期（天）123破坏荷载平均值（KN）劈裂强度（?T）RACT114323RACT104294RACT02289从煤矸石混凝土的破坏形态来看，在加载初期煤矸石混凝土试块表面未发现有裂缝出现。随着荷载的增大试块内的应