【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 研究。煤矸石綜合利用的途徑很多，用來做磚、水泥或混凝土的骨料等建筑材料是綜合利用的一個(gè)重要方面。1 煤矸石水泥煤矸石摻入混凝土中作為膠凝材料主要有兩種使用途徑。 作礦物摻和料采用自燃煤矸石用作礦物摻和料，與水泥及其他摻和料共同作為混凝土中的膠凝材料。許多學(xué)者考查了摻煤矸石混凝土的耐久性，發(fā)現(xiàn)摻入煤矸石后，混凝土密實(shí)度提高，具有較好的抗凍性，抗?jié)B性，抗硫酸鹽侵蝕，較低的氯離子擴(kuò)散速度和護(hù)筋能力［7，8］。目前國(guó)內(nèi)已開始了高摻和復(fù)合摻高性能混凝土的研究。但在這些研究當(dāng)中，大多以自燃煤矸石為基礎(chǔ)，因其活性較低，如何更有效地激發(fā)煤矸石的潛在活性已成為困擾研究者的一個(gè)主要問題。張長(zhǎng)森，蔡樹元等人用熱回流的方法測(cè)定自燃煤矸石中可溶出的SiOAl2O3含量，再與原樣品中SiOAl2O3含量相除，即為SiOAl2O3溶出率（活性SiOAl2O3的含量）。按《用于水泥中的火山灰質(zhì)混合料》GB/T28472005方法測(cè)定自燃煤矸石的火山灰活性，結(jié)果為OH－及CA2+的量均不大于Ca（OH）2飽和溶液的中的各離子濃度，表明自燃煤矸石具有火山灰活性［9］。粉狀的自燃煤矸石常溫下就可與堿性鹽發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成具有水硬性膠凝性能的化合物。這就是煤矸石的活性來源。目前，常采用物理激發(fā)、熱激發(fā)和化學(xué)激發(fā)等方法，其中對(duì)熱激發(fā)的研究較多。1）物理激發(fā)物理激發(fā)一般就是通過超細(xì)粉磨混合材料，使煤矸石顆粒變得很小，不僅能填充硬化結(jié)構(gòu)的毛細(xì)孔，起到密實(shí)增強(qiáng)的作用，而且還能增加混合材的表面積，同時(shí)其顆粒表面出現(xiàn)錯(cuò)位、點(diǎn)缺陷和結(jié)構(gòu)缺陷，SiO2和Al2O3的無(wú)定形程度增加，顆粒表面自由能增加，從而提高活性。2）熱激發(fā)熱激發(fā)是指將自燃煤矸石經(jīng)過高溫煅燒使其活性提高。它是利用高溫使煤矸石微觀結(jié)構(gòu)中的各微粒產(chǎn)生劇烈的熱運(yùn)動(dòng)脫去礦物中的結(jié)合水，使Ca2+，Mg2+，F(xiàn)e3+等陽(yáng)離子重新選擇填隙位置，從而使硅氧四面體和鋁氧三角體無(wú)法聚合成長(zhǎng)鏈，而存在很多的斷裂點(diǎn)，形成熱力學(xué)不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，即燒成后的煤矸石中含有大量的活性SiO2和Al2O3，使煤矸石的活性提高。3）化學(xué)激發(fā)煤矸石化學(xué)激活是通過引入少量激發(fā)劑，使其參與并加速煤矸石與水泥水化產(chǎn)物產(chǎn)生二次反應(yīng)的方法［10］?；瘜W(xué)激發(fā)主要是破壞SiO的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而SiO結(jié)構(gòu)相對(duì)比較穩(wěn)定，同時(shí)激發(fā)劑種類以及摻量的影響與所存在溶液的pH值相關(guān)，相應(yīng)單純的化學(xué)激發(fā)過程還是比較慢，為了促進(jìn)激活效果，一般要與熱激發(fā)相結(jié)合。對(duì)煤矸石采用物理、熱、化學(xué)激活主要是提高活性SiO2和Al2O3的含量，從而使煤矸石的活性提高，以提高水泥混凝土制品的強(qiáng)度，改善其耐久性。 代替水泥原料生產(chǎn)煤矸石水泥大多數(shù)煤矸石其礦物組分主要為SiO2（石英）和Al2O3，屬于一種富鋁的黏土質(zhì)原料，易磨，易燒性好，適于水泥廠作原料全部或者部分代替黏土生產(chǎn)水泥。而且煤矸石本身也還有一定量的炭，這在水泥熟料煅燒的過程中還能提供熱量，節(jié)省一部分煅燒燃料。用煤矸石配置輕骨料混凝土的技術(shù)已經(jīng)很成熟。早在1994年自燃煤矸石輕骨料JC/T54194對(duì)自燃煤矸石輕骨料使用做出了詳細(xì)的規(guī)范。煤矸石用作混凝土骨料分兩種情況，就是煤矸石分別用作細(xì)骨料或粗骨料，或者同時(shí)取代普通粗細(xì)骨料。自燃煤矸石經(jīng)粉碎而得的自燃煤矸石輕骨料，用煤矸石代替天然骨料配制混凝土強(qiáng)度能滿足工程使用的要求。有些指標(biāo)還高于普通混凝土指標(biāo)。用自燃煤矸石粗細(xì)骨料代替黃砂石子用于建筑業(yè)不僅經(jīng)濟(jì)上合理，技術(shù)上可行，而且可以大量利用工業(yè)廢渣，消除公害。既保護(hù)了土地資源，又改善了環(huán)境。2 利用煤矸石生產(chǎn)砌塊的可行性煤矸石隨煤炭開采出來被丟棄后，大部分礦山都是堆積幾年、十幾年，有的甚至超過幾十年時(shí)間。從表1及表3可以看出其化學(xué)成分主要以硅、鋁質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，表1中的鈣也主要以石灰?guī)r形式存在。過火煤矸石具有火山灰性質(zhì)，有一定的活性。因此使用煤矸石生產(chǎn)混凝土砌塊作為骨料對(duì)混凝土性能無(wú)損壞作用，是完全可行的。尾礦可能存在一定的放射性，如果超標(biāo)用于生產(chǎn)墻體材料，會(huì)危害人體健康，煤矸石也不例外。所以在利用煤矸石生產(chǎn)墻體材料時(shí)，首先必須要對(duì)煤矸石做放射性檢測(cè)。通過表2得知該煤矸石放射性指標(biāo)符合相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，不超標(biāo)，用于生產(chǎn)建材是合格的。第二章 混凝土配合比計(jì)算 設(shè)計(jì)條件混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C30C45，現(xiàn)以混凝土強(qiáng)度C30為例，要求強(qiáng)度保證率95%，要求混凝土拌和物的坍落度為35～50mm。假設(shè)制備砌塊MU15，用C30混凝土，根據(jù)普通混凝土配合比設(shè)計(jì)最新規(guī)范JGJ552011規(guī)定.本設(shè)計(jì)所采用的原始材料參數(shù)：1） 水泥： PO ，，；2） 砂：中砂，；3）石：碎石， g/cm3， g/cm3；；4）水：自來水；5）煤矸石： g/cm3 普通混凝土配合比計(jì)算 混凝土配制強(qiáng)度的確定了保證混凝土能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度等級(jí)，在進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，既要考慮到實(shí)際施工條件與實(shí)驗(yàn)室條件的差別，又要考慮到對(duì)混凝土強(qiáng)度的不利影響，必要使混凝土的配制強(qiáng)度高于設(shè)計(jì)等級(jí)強(qiáng)度。根據(jù)普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程（JGJ 55—2011），當(dāng)混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)小于C60時(shí)，配制強(qiáng)度應(yīng)按下式確定： 式（）式中： －－混凝土的配制強(qiáng)度，MPa；－－設(shè)計(jì)要求的混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，MPa；－－施工單位混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差，MPa，可按下表取值； 混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值≤C20C25～C45C50～C55Σ將=30MPa，=（）中得：=30+ = 確定水膠比（1） 當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)小于C60時(shí)，混凝土水膠比宜按下式計(jì)算： 式（）式中：——混凝土水膠比；、——回歸系數(shù)；——膠凝材料28d膠砂抗壓強(qiáng)度(MPa)。（2） 回歸系數(shù)（、）按下表選用：（、）取值表碎石卵石實(shí)驗(yàn)采用碎石，=，=。 用水量和外加劑用量（1） 確定1立方米塑性混凝土用水量，是根據(jù)坍落度以及碎石最大粒徑來選取。（）項(xiàng)目指標(biāo)卵石最大粒徑（mm）碎石最大粒徑（mm）102040162040坍落度（mm）10～3019017016015020018517516535～5020018017016021019518517555～7021019018017022020519518575～90215195185175230215205195注：本表用水量系采用中砂時(shí)的取值。采用細(xì)沙時(shí)，每立方米混凝土用水量可增加5kg～10kg；采用粗砂時(shí)，可減少5kg～10kg。，坍落度為35～50mm，查混凝土單位用水量選用表得=185 。（1） 每立方米混凝土中膠凝材料用量（），按下式計(jì)算： 式（）將=18=：mb0=185/= （2） 每立方米混凝土中煤矸石摻量（），按下式計(jì)算： 式（）式中：——計(jì)算配合比每立方混凝土中煤矸石用量（）；——煤矸石摻量（%），=30%。將==30%代入到（）中得：==126kg/m3（3） 每立方米混凝土的水泥用量（），按下式計(jì)算： 式（）式中：——計(jì)算配合比每立方混凝土中水泥用量（）；將=、=126代入到（）中得：== 砂率（1） 砂率的確定，坍落度35～50mm的混凝土，其砂率可根據(jù)碎石最大公稱粒徑及水膠比按下表選用。（%）中砂水膠比（）卵石最大粒徑（mm）碎石最大粒徑（mm）26～3225～3124～3030～3529～3427～3230～3529～3428～3333～3832～3730～3533～3832～3731～3636～4135～4033～3836～4135～4034～3939～4438～4336～41注：本表數(shù)值系中砂的選用砂率，對(duì)細(xì)砂或粗砂，可相應(yīng)地減少或增大砂率。，取砂率=34%。 粗、細(xì)骨料用量（1） 確定1立方米混凝土中砂、石用量，采用體積法，按下式計(jì)算： 式（）式中：——每立方米混凝土中水泥的用量；——每立方米混凝土中粗骨料碎石的用量；——每立方米混凝土中細(xì)骨料砂的用量；——每立方米混凝土中水的用量；——水泥密度，；——碎石表觀密度，；——砂的表觀密度，；——水的密度，；——混凝土的含氣量百分?jǐn)?shù)，在不使用引氣劑或引氣型外加劑時(shí)，取1。又有： =34% 式（）聯(lián)立（）、（）求解得：= = 由以上計(jì)算結(jié)果得知：：：：： （）= :185:::126=1::::第三章 物料平衡計(jì)算 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)在實(shí)際生活中，砂石含有少量的水分。生產(chǎn)操作過程，原料有少量的生產(chǎn)損失。令砂含水量為3%，石含水量為1%。生產(chǎn)損失為：水泥2%；煤矸石1%。年工作時(shí)間：300天 日工作時(shí)間：兩班制，每班6小時(shí)混凝土的配合比為：：：：=1:::: 塊型設(shè)計(jì) 砌塊型號(hào)390mm190mm190mm此砌塊的整體尺寸為390mm190mm190mm?；疑硎酒鰤K主體混凝土，起到支撐作用，外壁厚度為25mm，內(nèi)部肋后為25mm；空心部分兩側(cè)的厚度為30mm，中間厚度為30mm，%，達(dá)到保溫節(jié)能效果。1. 砌塊產(chǎn)量計(jì)算砌塊年產(chǎn)量/萬(wàn)立方砌塊體積/m3年產(chǎn)量/塊日產(chǎn)量/塊小時(shí)產(chǎn)量/塊每年生產(chǎn)300天，實(shí)行兩班制，每班6小時(shí)107142857238091984 混凝土砌塊材料用量砂子石子水水泥煤矸石1m3用量/kg1