氯氧鎂水泥煤矸石混凝土的強(qiáng)度試驗(yàn)研究

黃子文,廖　川,楊小平,劉　靜

(長江師范學(xué)院 土木建筑工程學(xué)院,重慶 涪陵　408100)

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氯氧鎂水泥煤矸石混凝土的強(qiáng)度試驗(yàn)研究

黃子文,廖川,楊小平,劉靜

(長江師范學(xué)院 土木建筑工程學(xué)院,重慶 涪陵408100)

為了研究氯氧鎂水泥煤矸石混凝土強(qiáng)度的主要影響因素及其變化規(guī)律,進(jìn)行了一系列混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明:氯氧鎂水泥混凝土的強(qiáng)度與摩爾比為nMgO∶nMgCl2呈上凸曲線關(guān)系,在nMgO∶nMgCl2=6∶1時試樣的強(qiáng)度達(dá)到峰值;隨煤矸石摻量的增加,混凝土強(qiáng)度不斷降低,且前7天混凝土強(qiáng)度增長速度下降,7天后不同煤矸石摻量的混凝土強(qiáng)度增長速度相差不大;氯氧鎂水泥混凝土的最優(yōu)摩爾比為nMgO∶nMgCl2=6∶1;煤矸石替代碎石作骨料會導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度降低;煤矸石摻量對氯氧鎂水泥煤矸石混凝土的早期強(qiáng)度影響較大。

混凝土;氯氧鎂水泥;煤矸石;混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

氯氧鎂水泥又稱菱鎂水泥,主要膠凝成分為MgO—MgCl2—H2O體系,我國鹽湖眾多,氯氧鎂水泥原料豐富,價格低廉,生產(chǎn)過程能耗小,此外和硅酸鹽系水泥相比具有質(zhì)輕高強(qiáng)、凝結(jié)硬化快、堿度低、粘結(jié)性好、阻燃性好等優(yōu)點(diǎn),常被用于輕質(zhì)墻體和裝飾板材。目前許多學(xué)者對氯氧鎂水泥的水化機(jī)理[1-4],科學(xué)配比[5]、復(fù)合改良[6-8]、力學(xué)性能[8,9]等問題進(jìn)行了大量試驗(yàn)研究,對氯氧鎂水泥的推廣應(yīng)用具有重要價值。

煤炭是我國的基礎(chǔ)能源,煤炭開采過程中排放的煤矸石每年達(dá)到3.8億噸,大量煤矸石長期露天堆放,不僅侵占土地而且壓埋植被、污染水源,嚴(yán)重破壞生態(tài)環(huán)境[10],加快煤矸石綜合利用研究具有廣闊前景和重要意義。煤矸石具有輕質(zhì)高強(qiáng),耐腐蝕性較好的特點(diǎn),大量學(xué)者對使用煤矸石作為集料的混凝土的強(qiáng)度、耐久性等方面進(jìn)行了試驗(yàn)研究[11-14],對煤矸石的應(yīng)用推廣起到了指導(dǎo)和促進(jìn)作用。研究對使用氯氧鎂水泥做膠凝材料,摻入煤矸石集料的混凝土強(qiáng)度進(jìn)行了試驗(yàn)研究,以期得到一種輕質(zhì)高強(qiáng)、耐腐蝕的新型混凝土。

1　試驗(yàn)方案

1.1試驗(yàn)材料

試驗(yàn)采用產(chǎn)自重慶九龍坡區(qū)石坪橋祥瑞化工的工業(yè)氯化鎂和輕燒氧化鎂,其中工業(yè)氯化鎂的主要成分為氯化鎂晶體MgCl2·6H2O,外觀呈白色片狀,輕燒氧化鎂主要成分為氧化鎂MgO,外觀呈米黃色粉末,粗集料采用碎石,完全干燥,選用連續(xù)級配,范圍為4～24 mm;細(xì)集料采用黃砂,細(xì)度模數(shù)2.89,屬中砂;煤矸石采自重慶市涪陵區(qū)大木鄉(xiāng)煤礦,粉煤灰為鞏義市元亨凈水材料廠的干排Ⅰ級粉煤灰。

1.2試驗(yàn)方案

試驗(yàn)控制氯氧鎂水泥配比、煤矸石摻量和養(yǎng)護(hù)齡期三個因素,分為兩個階段:第一階段,粗骨料采用碎石,配制10種氯氧鎂水泥配比,即摩爾比nMgO∶nMgCl2分別為1∶1,2∶1,3∶1,4∶1,5∶1,6∶1,7∶1,8∶1,9∶1,10∶1,取齡期為3天、7天、28天進(jìn)行養(yǎng)護(hù),共30組試樣,每組3個平行試樣;第二階段,氯氧鎂水泥配比采用第一階段強(qiáng)度最高的配比,粗骨料采用碎石摻煤矸石,煤矸石摻入量為0,20%,40%,60%,80%,共5組試樣,每組3個平行試樣。

1.3試樣制備及養(yǎng)護(hù)

先將砂子、輕燒氧化鎂、工業(yè)氯化鎂、粉煤灰按配合比混合在一起,加水?dāng)嚢? min,然后加入骨料(根據(jù)試驗(yàn)方案取碎石或煤矸石),攪拌3 min。采用100 mm×100 mm×100 mm立方體試模進(jìn)行裝模、振實(shí),一天后即可脫模,置于空氣中養(yǎng)護(hù),達(dá)到設(shè)計(jì)養(yǎng)護(hù)齡期(3天、7天、28天)的試樣,通過混凝土壓力試驗(yàn)機(jī)測定其抗壓強(qiáng)度,實(shí)驗(yàn)室溫度為(20±2) ℃。第一階段混凝土試驗(yàn)配比見表1。

表1　第一階段混凝土試驗(yàn)配合比

2　試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1nMgO∶nMgCl2對碎石砼強(qiáng)度影響

試驗(yàn)測定了不同氯氧鎂水泥nMgO∶nMgCl2摩爾比下氯氧鎂碎石混凝土試樣的抗壓強(qiáng)度,圖1為抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)的氯氧鎂水泥強(qiáng)度-配比曲線圖。由圖1可知,氯氧鎂水泥混凝土的強(qiáng)度與摩爾比nMgO∶nMgCl2呈上凸曲線關(guān)系,當(dāng)nMgO∶nMgCl2=6∶1時試樣的強(qiáng)度達(dá)到峰值。

圖1　不同配合比混凝土強(qiáng)度發(fā)展曲線Fig.1　The strength curves of concrete with different mixture proportion

氯氧鎂水泥在常溫下主要的水化產(chǎn)物為3Mg(OH)2·MgCl2·8H2O (3相)、5Mg(OH)2·MgCl2·8H2O (5相)和Mg(OH)2[1],當(dāng)nMgO∶nMgCl2≤3時,優(yōu)先生成 5相,隨水化時間延長逐步轉(zhuǎn)化為 3相;4≤nMgO∶nMgCl2<6時,主要水化物晶相為5相;nMgO∶nMgCl2≥6時,主要水化物相為 5 相和 Mg(OH)2,而5相晶體強(qiáng)度高于3相,是提供混凝土強(qiáng)度的主要物質(zhì)[2]。所以當(dāng)nMgO∶nMgCl2=6時,水泥水化產(chǎn)物5相含量最高,混凝土強(qiáng)度達(dá)到峰值。

2.2煤矸石摻量對氯氧鎂水泥砼強(qiáng)度影響

試驗(yàn)第二階段采用的nMgO∶nMgCl2摩爾比為6∶1,得到混凝土強(qiáng)度-煤矸石摻量關(guān)系曲線如圖2所示?？梢钥吹诫S著煤矸石摻量的增加混凝土強(qiáng)度不斷降低,但在摻量增大到40%時曲線出現(xiàn)拐點(diǎn),煤矸石摻量在0～40%范圍內(nèi)混凝土強(qiáng)度下降較快,煤矸石摻量在40%～80%范圍內(nèi),混凝土強(qiáng)度下降速度放緩。與碎石相比,煤矸石結(jié)構(gòu)較疏松,孔隙較多而復(fù)雜,強(qiáng)度相對較小,所以隨著煤矸石摻量增加混凝土強(qiáng)度不斷降低,煤矸石摻量在0～40%范圍內(nèi)時,粗集料中碎石含量較高,起骨架作用,煤矸石的摻入對碎石骨架作用削弱明顯,混凝土強(qiáng)度下降較快,當(dāng)煤矸石摻量>40%時,粗集料中煤矸石含量較高,碎石的骨架作用較弱,煤矸石的摻入對碎石骨架作用削弱不明顯,所以隨著煤矸石含量的增加,混凝土強(qiáng)度下降速度放緩。由此可知當(dāng)煤矸石摻量<40%時,隨著煤矸石的摻量的增加,混凝土強(qiáng)度損失較大,當(dāng)煤矸石摻量>40%時,隨著煤矸石摻量的增加,混凝土強(qiáng)度損失減小。

圖2　混凝土強(qiáng)度-煤矸石摻量關(guān)系曲線Fig.2　The relation curves between concrete strength and content of coal gangue

2.3齡期對氯氧鎂水泥煤矸石砼強(qiáng)度影響

圖3為不同煤矸石摻量下的氯氧鎂水泥混凝土的強(qiáng)度發(fā)展曲線。從圖3可以看出,氯氧鎂水泥混凝土養(yǎng)護(hù)7天內(nèi)強(qiáng)度增長較快,養(yǎng)護(hù)7天后強(qiáng)度增速放緩,養(yǎng)護(hù)7天強(qiáng)度達(dá)到28天強(qiáng)度的80%以上,說明氯氧鎂水泥凝結(jié)硬化速度較快,最小養(yǎng)護(hù)時間應(yīng)達(dá)到7天以上。隨煤矸石摻量增加,混凝土前7天強(qiáng)度增長速度下降,不同煤矸石摻量的混凝土7天后強(qiáng)度增長速度相差不大,這說明煤矸石摻量對煤矸石氯氧鎂混凝土的早期強(qiáng)度影響較大。

圖3　不同煤矸石摻量混凝土強(qiáng)度發(fā)展曲線Fig.3　The strength development curves of concrete under different contents of coal gangue

3　結(jié)論

(1)氯氧鎂水泥混凝土的最優(yōu)摩爾比nMgO∶nMgCl2=6∶1。

(2)煤矸石替代碎石作骨料會導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度降低。

(3)氯氧鎂水泥混凝土養(yǎng)護(hù)7天內(nèi)強(qiáng)度增長較快,7天后強(qiáng)度增速放緩,且煤矸石摻量對氯氧鎂水泥煤矸石混凝土的早期強(qiáng)度影響較大。

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Study on Strength Test of Magnesium Oxychloride Cement Coal Gangue Concrete

Huang Ziwen,Liao Chuan,Yang Xiaoping,Liu Jing

(School of Civil and Architectural Engineering,Yangtze Normal University,Chongqing 408100,China)

In order to study the main factors affecting the strength of magnesium oxychloride cement gangue concrete and its variation,a series of concrete compressive strength test of the project.The experimental results show that the relationship between the concrete strength and the molar rationMgO∶nMgCl2of magnesium oxychloride cement concrete is an up-convex curve,and the strength reaches the peak value peak at thenMgO∶nMgCl2mass ratio of 6∶1;with the increase of the content of coal gangue,the concrete strength decreases,and the growth rate of the concrete strength decreases before 7 d ,the growth rate of the concrete strength after 7 d of the different content of coal gangue is little difference.The results obtained are as follows:the optimal molar ratio of magnesium oxychloride cement concretenMgO∶nMgCl2=6∶1;substitution of coal gangue as aggregate gravel will lead to the decrease of strength of concrete;and the gangue content has great influence on early strength.

Concrete;Magnesium oxychloride cement;Coal gangue;Compressive strength test of concrete

10.16468/j.cnki.issn1004-0366.2016.04.021.

2016-02-26;

2016-05-09.

長江師范學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(2014cxx0136).

黃子文(1993-)，男，福建漳州人，本科，研究方向?yàn)榈缆窐蛄?E-mail:hzw2651306@163.com.

TU528.2

A

1004-0366(2016)04-0107-04

引用格式:Huang Ziwen,Liao Chuan,Yang Xiaoping,etal.Study on Strength Test of Magnesium Oxychloride Cement Coal Gangue Concrete[J].Journal of Gansu Sciences,2016,28(4):107-109,114.[黃子文,廖川,楊小平,等.氯氧鎂水泥煤矸石混凝土的強(qiáng)度試驗(yàn)研究[J].甘肅科學(xué)學(xué)報(bào),2016,28(4):107-109,114.]