石灰_粉煤灰_水泥稳定煤矸石混合料的研究
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( 1. Co lleg e of Civil Engineer ing and A rchitectur e, L iaoning T echnical U niv ersity, Fux in 123000, China; 2. College of Civil Eng ineer ing, T ianjin U niversity , T ianjin 300072, China)
2 二灰稳定煤矸石混合料强度试验
2. 1 二灰稳定煤矸石混合料配合比设计 二灰稳定煤矸石混合料获得优良性能的前提就
是它必须具有良好的组成结构. 根据二灰稳定煤矸 石基层的力学性能、水稳定性能、耐久性能和抗收缩 性能的要求, 混合料应该具有的理想结构是: 在经 压实后的二灰稳定煤矸石中, 表面包裹着一薄层二 灰结合料的粗集料必 须紧密排列( 其粒 径在 4. 75 m m 以上) , 以形成良好的骨架结构, 而密实的二灰
Experimental Research on Lime Fly Ash Cement Stabilized Coal Gangue Mixture
ZH O U M ei 1, 2 , L I Zhi g uo 2 , W U Ying qi ang 1 , ZH A N G X i ao f an1 , A I L i 1
Tabl e 2 Passi ng percentage( by mass) of l ime fly ash stabi lized coal gangue mixture
参 考 JT GE 42 200 5 公 路工程 集料 试验 规
图 1 煤矸石与人工砂活性对比试验结果 Fig. 1 Compariso n o f activ ities of coal g ang ue and artificial sand
程 、JC/ T 541 94 自 燃 煤 矸 石 轻 集 料 、GB 2842 81 轻骨料 试验方法 、GBJ 82 85 普通混 凝土长期性能和耐久性能试验方法 中的相应规定, 进行煤矸石物理力学性能及耐久性能检测, 结果见 表 3. 由表 3 可见, 阜新高德矿的红矸石和黑矸石其 物理力学性能及耐久性能均较好, 有害成分含量也 较少, 活性较高, 适于作为路面基层材料.
Fly ash in Pow er Plant Fux in
SiO 2 66. 88 60. 09 55. 98
A l2 O3 16. 28 18. 41 17. 93
Fe2O 3 4. 76 0. 76 10. 66
CaO 1. 72 0. 46 4. 08
MgO 3. 0 1. 18 3. 18
随着工业的发展, 工业废渣逐渐增多, 特别像辽 宁省阜新市这种资源枯竭的老工业基地, 一边是缺 少硬质石材的严重风化区, 一边是煤矸石、粉煤灰等
工业废渣堆积如山( 全市仅矸石山占地面积就达到 2 885 公顷, 总堆积量为 12. 108 5 亿 m3) . 怎样综合 利用工业废渣已引起各级政府的高度重视. 近几年,
料配合比, 并测试了它们在饱水状态下的无侧限抗压强度. 结果表明: 这些混合料的无侧限抗压强
度均能满足高速公路和一级公路对基层和底基层的强度设计要求. 以第 2 组混合料配合比( 生石
灰、粉煤灰、煤矸石的质量分数分别为 5% , 15% , 80% ) 为基础, 通过不同水泥掺量试件的外观变
化、质量损失、强度损失及极限冻融循环次数的抗冻融试验发现, 掺入水泥能显著改善二灰稳定煤
21 4
建筑材料学报
第 13 卷
国内外利用工业废渣铺筑路面 基层取得了显 著成 效, 不但提高了路面使 用品质, 而且降低了工 程造 价, 变废为宝, 具有显著的经济效益[ 1 2] . 但并非所有 采用工业废渣基层修筑的路面都获得了预期效果. 采用现行施工规范的石灰- 粉煤灰( 二灰) 煤矸石结 构层所暴露出来的粒料偏粗、抗冻融能力差等问题 也日益突出[ 3 4] . 究其原因主要是二灰稳定煤矸石混 合料的原材料组成和配合比不当, 煤矸石集料级配 不合理. 因此, 本文通过各项室内试验, 选定合理的 原材料组成、配合比及集料级配, 使二灰稳定煤矸
S O3 0. 73 0. 98 2. 58
IL 0. 87 7. 09 1. 89
煤矸石和粉煤灰的主要化学成分见表 1. 由表 1 可见, 无论是红矸石还是黑矸石, 其活性物质( SiO 2, A l2 O 3 , F e2 O3 , CaO ) 的含量都在 70% 以上, 当用石 灰和粉煤灰稳定煤矸石时, 石灰在水的作用下形成 饱和 Ca ( O H ) 2 溶液, 粉煤 灰与 煤 矸 石中 的 活 性 SiO 2 , A l2 O3 在 Ca( O H ) 2 溶液中发生火山灰反应, 生成水化硅酸钙和水化铝酸钙凝胶, 把颗粒胶凝在 一起, 随水化物不断产生而结晶硬化. 因此, 二灰稳 定煤矸石混合料基层经水解碾压后, 具有水硬性、缓 凝性, 其强度高、稳定性好, 成板体且强度随龄期不 断增加, 并具有抗水、抗冻、抗裂且收缩性小等特性. 1. 1 煤矸石活性
矸石混合料的强度和抗冻性, 当水泥掺量占试件总质量的 3% 时, 混合料的强度及抗冻性都达到了
15 次冻融循环的工程设计要求.
关键词: 石灰- 粉煤灰- 水泥; 煤矸石; 混合料; 强度; 冻融
中图分类号: U 416. 21
文献标志码: A
doi: 10. 3969/ j. issn. 1007 9629. 2010. 02. 016
第 13 卷第 2 期 2010 年 4 月
建筑材料学报
JO U RN A L OF BU IL DIN G M AT ER IAL S
V ol. 13, No . 2 02 0213 05
石灰- 粉煤灰- 水泥稳定煤矸石混合料的研究
表 1 阜新煤矸石和粉煤灰的主要化学成分
Tabl e 1 Chemical compositions( by mass) of coal gangue and fly ash in Fuxin
%
M at erial Red gangue in G aode M ine Fuxin Black gangue in G aode M in e Fu xin
石混合料基层既具有良好强度, 又具有较好抗冻融 性能, 从而保证沥青面层具有优良的路用性能.
1 原材料
煤矸石: 辽宁阜新高德矿自燃红矸石和未燃黑 矸石; 石灰: 阜新当地产石灰, M gO 含量 2. 3% ( 质 量分数, 本文 中的含量、掺量 等均 为质量 分数) , f CaO 含量 39. 1% , 未消化残渣 48. 6% ; 粉煤灰: 阜新 热电厂粉煤灰, 其细度和需水量达到 级灰标准, 其 他指标符合 级灰标准.
收稿日期: 2009 03 03; 修订日期: 2009 07 27 基金项目: 辽宁省教育厅高等学校科学技术研究项目( 05L170) 第一作者: 周 梅( 1964 ) , 女, 广东潮阳人, 辽宁工程技术大学教授级高工, 硕士, 硕士生导师. E m ail: z houmei1108@ 126. com
二灰稳定煤矸石混合料的级配是保证压实的重 要指标, 本试验所用二灰稳定煤矸石混合料的级配 范围见表 2. 由表 2 可见, 此级配的中粒料质量占了 80% 以上, 基本符合 JT J 034 2000 公路路面基层 施工技术规范 中关于中粒式混合料的级配要求. 1. 3 煤矸石物理力学性能及耐久性能
Abstract: Based on t he ex perimental resear ch on t he act ivit y, physical propert ies, mechanical pro pert ies and durability of co al g ang ue, f if t een gro ups of mix ture w it h dif ferent mix ing ratio w as designed fo r the re search of t echnical f easibilit y o f the lime fly ash st abilized coal g ang ue m ixt ure used as base co urse of ro ad in seasonal f rozen area. T he unco nf ined co mpressive st reng th of t he mix t ure under t he conditio n of w at er sat urat ion w as det ermined. T he result s show t hat t he unco nf ined com pressive st rengt h of lime f ly ash st a bilized coal gang ue mixt ure can meet the requirement f or co mpr essive st reng th as base course and subbase in ex pressw ay and f ir st class hig hway. F urt hermor e, based on t he second gro up of m ix t ur e( m ass percent ag e of lime, f ly ash and coal g angue is 5% , 15% , 80% ) , f reezing and thaw ing t est s on the samples w it h dif ferent cement cont ent w ere carr ied out . T he eff ect of cement co nt ent on t he f rost resistance of lim e fly ash st abilized coal gangue m ix t ure w ere clarif ied. T he result s show t hat t he increase of cement cont ent can significanly improve the str engt h and fro st r esist ance of t he mix ture. Key words: lime fly ash cement ; coal gangue; mix t ure; st rengt h; f reezing and t haw ing
随着石灰和粉煤灰掺量的增加混合料强度有增长趋势特别是石灰掺量的增加可使混合料强度增长更为显石灰粉煤灰水泥稳定煤矸石混目前国内外关于水泥稳定碎石等半刚性基层混合料的抗冻融耐久性研究刚刚起步尚无统一的试验规程本试验按水泥混凝土饱水冻融循环试验方法进行即以一定循环次数下的试件外观变化强度损失质量损失或一定强度损失下的冻融循环次数等作为评价指标来评定混合料的抗冻融耐久性
周 梅1, 2, 李志国2, 吴英强1, 张晓帆1, 艾 丽1
( 1. 辽宁工程技术大学 建筑与工程学院, 辽宁 阜新 123000; 2. 天津大学 建筑工程学院, 天津 300072)
摘要: 为分析石灰- 粉煤灰( 二灰) 稳定煤矸石混合料用于季节性冰冻地区路面基层的技术可行
性, 在对煤矸石进行活性、物理、力学和耐久性试验研究基础上, 设计了 15 组二灰稳定煤矸石混合
为对比红矸石与人工砂的活性, 按水泥胶砂强 度配合比成型两种试件( 尺寸均为 40 m m 40 mm
160 m m) ( ISO 标准) , 养护至规定龄期, 进行胶砂 抗压强度对比, 结果见图 1. 由图 1 可见, 随着养护 龄期的增长, 煤矸石和人工砂试件的抗压强度均呈 增长趋势. 但煤矸石试件的抗压强度增长幅度明显 高于石灰石质人工砂试件, 这充分说明红矸石活性 远远高于人工砂. 1. 2 二灰稳定煤矸石的颗粒级配
第2期
周 梅, 等: 石灰- 粉煤灰- 水 泥稳定煤矸石混合料的研究
21 5
Gangue type
Bla ck ( base cou rse)
Bla ck ( s ubbase cou rse)
Re d ( base cou rse)
Re d ( s ubbase cou rse)
表 2 二灰稳定煤矸石混合料的级配范围
2 二灰稳定煤矸石混合料强度试验
2. 1 二灰稳定煤矸石混合料配合比设计 二灰稳定煤矸石混合料获得优良性能的前提就
是它必须具有良好的组成结构. 根据二灰稳定煤矸 石基层的力学性能、水稳定性能、耐久性能和抗收缩 性能的要求, 混合料应该具有的理想结构是: 在经 压实后的二灰稳定煤矸石中, 表面包裹着一薄层二 灰结合料的粗集料必 须紧密排列( 其粒 径在 4. 75 m m 以上) , 以形成良好的骨架结构, 而密实的二灰
Experimental Research on Lime Fly Ash Cement Stabilized Coal Gangue Mixture
ZH O U M ei 1, 2 , L I Zhi g uo 2 , W U Ying qi ang 1 , ZH A N G X i ao f an1 , A I L i 1
Tabl e 2 Passi ng percentage( by mass) of l ime fly ash stabi lized coal gangue mixture
参 考 JT GE 42 200 5 公 路工程 集料 试验 规
图 1 煤矸石与人工砂活性对比试验结果 Fig. 1 Compariso n o f activ ities of coal g ang ue and artificial sand
程 、JC/ T 541 94 自 燃 煤 矸 石 轻 集 料 、GB 2842 81 轻骨料 试验方法 、GBJ 82 85 普通混 凝土长期性能和耐久性能试验方法 中的相应规定, 进行煤矸石物理力学性能及耐久性能检测, 结果见 表 3. 由表 3 可见, 阜新高德矿的红矸石和黑矸石其 物理力学性能及耐久性能均较好, 有害成分含量也 较少, 活性较高, 适于作为路面基层材料.
Fly ash in Pow er Plant Fux in
SiO 2 66. 88 60. 09 55. 98
A l2 O3 16. 28 18. 41 17. 93
Fe2O 3 4. 76 0. 76 10. 66
CaO 1. 72 0. 46 4. 08
MgO 3. 0 1. 18 3. 18
随着工业的发展, 工业废渣逐渐增多, 特别像辽 宁省阜新市这种资源枯竭的老工业基地, 一边是缺 少硬质石材的严重风化区, 一边是煤矸石、粉煤灰等
工业废渣堆积如山( 全市仅矸石山占地面积就达到 2 885 公顷, 总堆积量为 12. 108 5 亿 m3) . 怎样综合 利用工业废渣已引起各级政府的高度重视. 近几年,
料配合比, 并测试了它们在饱水状态下的无侧限抗压强度. 结果表明: 这些混合料的无侧限抗压强
度均能满足高速公路和一级公路对基层和底基层的强度设计要求. 以第 2 组混合料配合比( 生石
灰、粉煤灰、煤矸石的质量分数分别为 5% , 15% , 80% ) 为基础, 通过不同水泥掺量试件的外观变
化、质量损失、强度损失及极限冻融循环次数的抗冻融试验发现, 掺入水泥能显著改善二灰稳定煤
21 4
建筑材料学报
第 13 卷
国内外利用工业废渣铺筑路面 基层取得了显 著成 效, 不但提高了路面使 用品质, 而且降低了工 程造 价, 变废为宝, 具有显著的经济效益[ 1 2] . 但并非所有 采用工业废渣基层修筑的路面都获得了预期效果. 采用现行施工规范的石灰- 粉煤灰( 二灰) 煤矸石结 构层所暴露出来的粒料偏粗、抗冻融能力差等问题 也日益突出[ 3 4] . 究其原因主要是二灰稳定煤矸石混 合料的原材料组成和配合比不当, 煤矸石集料级配 不合理. 因此, 本文通过各项室内试验, 选定合理的 原材料组成、配合比及集料级配, 使二灰稳定煤矸
S O3 0. 73 0. 98 2. 58
IL 0. 87 7. 09 1. 89
煤矸石和粉煤灰的主要化学成分见表 1. 由表 1 可见, 无论是红矸石还是黑矸石, 其活性物质( SiO 2, A l2 O 3 , F e2 O3 , CaO ) 的含量都在 70% 以上, 当用石 灰和粉煤灰稳定煤矸石时, 石灰在水的作用下形成 饱和 Ca ( O H ) 2 溶液, 粉煤 灰与 煤 矸 石中 的 活 性 SiO 2 , A l2 O3 在 Ca( O H ) 2 溶液中发生火山灰反应, 生成水化硅酸钙和水化铝酸钙凝胶, 把颗粒胶凝在 一起, 随水化物不断产生而结晶硬化. 因此, 二灰稳 定煤矸石混合料基层经水解碾压后, 具有水硬性、缓 凝性, 其强度高、稳定性好, 成板体且强度随龄期不 断增加, 并具有抗水、抗冻、抗裂且收缩性小等特性. 1. 1 煤矸石活性
矸石混合料的强度和抗冻性, 当水泥掺量占试件总质量的 3% 时, 混合料的强度及抗冻性都达到了
15 次冻融循环的工程设计要求.
关键词: 石灰- 粉煤灰- 水泥; 煤矸石; 混合料; 强度; 冻融
中图分类号: U 416. 21
文献标志码: A
doi: 10. 3969/ j. issn. 1007 9629. 2010. 02. 016
第 13 卷第 2 期 2010 年 4 月
建筑材料学报
JO U RN A L OF BU IL DIN G M AT ER IAL S
V ol. 13, No . 2 02 0213 05
石灰- 粉煤灰- 水泥稳定煤矸石混合料的研究
表 1 阜新煤矸石和粉煤灰的主要化学成分
Tabl e 1 Chemical compositions( by mass) of coal gangue and fly ash in Fuxin
%
M at erial Red gangue in G aode M ine Fuxin Black gangue in G aode M in e Fu xin
石混合料基层既具有良好强度, 又具有较好抗冻融 性能, 从而保证沥青面层具有优良的路用性能.
1 原材料
煤矸石: 辽宁阜新高德矿自燃红矸石和未燃黑 矸石; 石灰: 阜新当地产石灰, M gO 含量 2. 3% ( 质 量分数, 本文 中的含量、掺量 等均 为质量 分数) , f CaO 含量 39. 1% , 未消化残渣 48. 6% ; 粉煤灰: 阜新 热电厂粉煤灰, 其细度和需水量达到 级灰标准, 其 他指标符合 级灰标准.
收稿日期: 2009 03 03; 修订日期: 2009 07 27 基金项目: 辽宁省教育厅高等学校科学技术研究项目( 05L170) 第一作者: 周 梅( 1964 ) , 女, 广东潮阳人, 辽宁工程技术大学教授级高工, 硕士, 硕士生导师. E m ail: z houmei1108@ 126. com
二灰稳定煤矸石混合料的级配是保证压实的重 要指标, 本试验所用二灰稳定煤矸石混合料的级配 范围见表 2. 由表 2 可见, 此级配的中粒料质量占了 80% 以上, 基本符合 JT J 034 2000 公路路面基层 施工技术规范 中关于中粒式混合料的级配要求. 1. 3 煤矸石物理力学性能及耐久性能
Abstract: Based on t he ex perimental resear ch on t he act ivit y, physical propert ies, mechanical pro pert ies and durability of co al g ang ue, f if t een gro ups of mix ture w it h dif ferent mix ing ratio w as designed fo r the re search of t echnical f easibilit y o f the lime fly ash st abilized coal g ang ue m ixt ure used as base co urse of ro ad in seasonal f rozen area. T he unco nf ined co mpressive st reng th of t he mix t ure under t he conditio n of w at er sat urat ion w as det ermined. T he result s show t hat t he unco nf ined com pressive st rengt h of lime f ly ash st a bilized coal gang ue mixt ure can meet the requirement f or co mpr essive st reng th as base course and subbase in ex pressw ay and f ir st class hig hway. F urt hermor e, based on t he second gro up of m ix t ur e( m ass percent ag e of lime, f ly ash and coal g angue is 5% , 15% , 80% ) , f reezing and thaw ing t est s on the samples w it h dif ferent cement cont ent w ere carr ied out . T he eff ect of cement co nt ent on t he f rost resistance of lim e fly ash st abilized coal gangue m ix t ure w ere clarif ied. T he result s show t hat t he increase of cement cont ent can significanly improve the str engt h and fro st r esist ance of t he mix ture. Key words: lime fly ash cement ; coal gangue; mix t ure; st rengt h; f reezing and t haw ing
随着石灰和粉煤灰掺量的增加混合料强度有增长趋势特别是石灰掺量的增加可使混合料强度增长更为显石灰粉煤灰水泥稳定煤矸石混目前国内外关于水泥稳定碎石等半刚性基层混合料的抗冻融耐久性研究刚刚起步尚无统一的试验规程本试验按水泥混凝土饱水冻融循环试验方法进行即以一定循环次数下的试件外观变化强度损失质量损失或一定强度损失下的冻融循环次数等作为评价指标来评定混合料的抗冻融耐久性
周 梅1, 2, 李志国2, 吴英强1, 张晓帆1, 艾 丽1
( 1. 辽宁工程技术大学 建筑与工程学院, 辽宁 阜新 123000; 2. 天津大学 建筑工程学院, 天津 300072)
摘要: 为分析石灰- 粉煤灰( 二灰) 稳定煤矸石混合料用于季节性冰冻地区路面基层的技术可行
性, 在对煤矸石进行活性、物理、力学和耐久性试验研究基础上, 设计了 15 组二灰稳定煤矸石混合
为对比红矸石与人工砂的活性, 按水泥胶砂强 度配合比成型两种试件( 尺寸均为 40 m m 40 mm
160 m m) ( ISO 标准) , 养护至规定龄期, 进行胶砂 抗压强度对比, 结果见图 1. 由图 1 可见, 随着养护 龄期的增长, 煤矸石和人工砂试件的抗压强度均呈 增长趋势. 但煤矸石试件的抗压强度增长幅度明显 高于石灰石质人工砂试件, 这充分说明红矸石活性 远远高于人工砂. 1. 2 二灰稳定煤矸石的颗粒级配
第2期
周 梅, 等: 石灰- 粉煤灰- 水 泥稳定煤矸石混合料的研究
21 5
Gangue type
Bla ck ( base cou rse)
Bla ck ( s ubbase cou rse)
Re d ( base cou rse)
Re d ( s ubbase cou rse)
表 2 二灰稳定煤矸石混合料的级配范围