钢纤维增强增韧煤矸石陶粒轻集料混凝土试验研究

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1、钢纤维增强增韧煤矸石陶粒轻集料混凝土试验研究[摘要]煤矸石陶粒和其他轻集料类似，由于密度小、强度低、内部空隙多的特点，导致配制出的混凝土的脆性比普通集料混凝土大，严重制约了煤矸石陶粒在建材领域中的推广应用。为此，选用朝阳华龙科建股份有限公司生产的煤矸石陶粒作粗集料，钢纤维作增强增韧材料，设计了5组不同钢纤维掺量的混凝土试件，采用拉压比作为脆性评价指标，通过试验数据和试件破坏形态分析钢纤维对煤矸石陶粒轻集料混凝土脆性的增强增韧作用。研究结果表明：当钢纤维掺量小于1.5%（体积分数）时，随着钢纤维掺量的增加，煤矸石陶粒轻集料混凝土的抗压强度、劈裂抗

2、拉强度都有不同程度的提高，脆性逐渐减小，显著改善了煤矸石陶粒轻集料混凝土的受压、受拉变形和破坏特性，使煤矸石陶粒轻集料混凝土由脆性破坏转变为具有一定塑性的破坏形态。中国2/vie　　[关键词]煤矸石陶粒；脆性；拉压比；钢纤维　　[DOI]10.13939/j.ki.zgsc.2017.10.229　　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离出来的固体废弃物，包括岩巷及煤巷掘进中排除的矸石。随着近年来我国煤炭产量的迅猛增长，采煤工艺技术及设备日新月异，煤矸石已成为我国排放量最大的固体废弃物之一。去年我

3、国煤炭产量约37亿吨，其中煤矸石占当年煤炭产量的20%左右。至2012年全国累计堆有煤矸石山1500多座，约45亿吨，占地1.3万公顷以上，而且每年以1亿～2亿吨的速度递增，每年形成新增占地400多公顷。[1]由于大量的煤矸石堆积，而且未能充分利用和处置，给生态环境带来了沉重的负担，同时也给人们的生活带来了巨大的危害。当前，煤矸石在建筑材料领域的综合利用，主要是替代黏土生产烧结砖、制作混凝土砌块、生产水泥的掺合料等[2][3]，生产轻集料并不多见，并且其中大部分都是自燃烧结、破碎形成的自燃煤矸石。而自燃煤矸石的集料离散性较大，各项性能较普通集料

4、相差过多，配制出的混凝土性能有限。　　煤矸石陶粒密度小、比强高、保温性、耐火性、耐久性、抗冻性较好，用其配制轻集料混凝土有利于建筑向高层、大跨度方向发展，应用前景广泛。本文选用煤矸石陶粒替代普通石子配制轻集料混凝土，并用钢纤维作增强增韧材料，通过试验研究了钢纤维对煤矸石陶粒轻集料混凝土脆性的增强增韧作用及破坏形态的改变。　　1试验内容　　1.1材料　　胶凝材料采用辽宁工源水泥有限责任公司生产的P.S32.5R型普通矿渣硅酸盐水泥，其主要性能见表1；粗集料采用朝阳华龙科建股份有限公司生产的煤矸石陶粒，基本性能见表2；细集料采用普通中沙，细度模数2

5、.6，堆积密度1349kg/m3，级配合格；减水剂采用北京德昌伟业建筑工程技术有限公司生产的DC―Pa。　　1.2基准配合比　　按照《轻骨料混凝土技术规程》（JGJ51―2002）的设计步骤，设计抗压强度等级为LC30的煤矸石陶粒轻集料混凝土。由此得出本次试验的初始配合比，通过多次试配调整得出实际基准配合比，见表3。　　1.3试验步骤　　由于本次试验配制的是煤矸石陶粒轻集料混凝土，故其拌合、成型过程与普通集料混凝土不同，只能参考《轻集料混凝土技术规程》（JGJ51―2002）和《轻集料及其试验方法》（GB/T17431.2―2010）进行。试验

6、过程中既要考虑煤矸石陶粒吸水性强的特点，又要考虑到振捣过程中可能出现的集料上浮现象。经过多次试拌，确定制作流程见图1。　　试件尺寸为100mm×100mm×100mm，试件成型24h后脱模、编号，然后放到装满饱和Ca（OH）2溶液的养护箱内养护至规定龄期后，按《轻集料混凝土实验规程》（JTT-053-94）进行各项力学性能指标测试。　　2�验结果与分析讨论　　2.1试验结果　　采用表3中的基准配合比和图1中的制作流程，调整钢纤维掺量配制钢纤维增强增韧煤矸石陶粒轻集料混凝土试件，成型养护至28d后分别测定抗压强度、劈裂抗拉强度见表4。　　煤矸石陶

7、粒轻集料混凝土拉压比与钢纤维掺量的关系见图2。　　由此可得：不掺钢纤维时，煤矸石陶粒轻集料混凝土的脆性比相同强度等级下普通集料混凝土的脆性大（C30普通集料混凝土的拉压比一般为0.105）；煤矸石陶粒轻集料混凝土的脆性随钢纤维掺量的增大而减小，但钢纤维掺量超过一定范围时，增强增韧效果会变差，钢纤维掺量以控制在1.5%左右为宜。　　2.2试件破坏形态分析　　（1）抗压破坏形态分析。由表4可得，当钢纤维体积掺量在2.0%以下时，煤矸石陶粒轻集料混凝土的抗压强度提高幅度不超过11%。但是，钢纤维的掺入却改变了煤矸石陶粒轻集料混凝土抗压破坏的形态。图3

8、、图4分别为钢纤维体积掺量为0%和1.5%时煤矸石陶粒轻集料混凝土的抗压破坏照片。由图3和图4的对照比较可见，未掺钢纤维的煤矸石陶粒轻集料混凝土破坏后