一种高性能煤矸石细集料混凝土配合比的设计方法

本发明涉及固体废弃物制备混凝土材料，具体为一种高性能煤矸石细集料混凝土及其配合比设计方法。

背景技术：

1、我国能源结构不平衡是我国能源发展的重大问题之一，煤炭资源占总能源储备达90％，产量达到全球产量50％。而煤矸石作为煤炭开采的主要尾矿之一，约占煤炭产量的15％，并且还在以每年1.5亿～2亿吨的速度增加。煤矸石作为在煤矿开采和处理过程中产生的废弃物，对环境造成了严重的影响。大量煤矸石的堆放和处理给环境带来了多重负面影响。

2、目前，混凝土制备中细集料来源主要是通过开采天然河砂来获取，但随着全球人口增长和城市化进程的加速，对建筑材料的需求不断增长。天然砂作为不可再生资源，天然砂在混凝土、玻璃、沥青等领域的广泛应用使其需求急剧上升，已经超过了可持续供应的能力。

3、传统煤矸石混凝土是将煤矸石作为粗骨料加入混凝土中，由于煤矸石自身缺陷降低煤矸石混凝土的工作性能。将煤矸石破碎、筛分、组合制成煤矸石细集料用于制备煤矸石混凝土，节约了天然砂的开采，又消耗了大量的煤矸石，是有效的固废利用解决环境问题的方法。

技术实现思路

1、本发明目的在于：提供一种高性能煤矸石细集料混凝土及其配合比设计方法，本发明是为了解决普通煤矸石混凝土工作性能差的问题

2、技术方案：本发明提供如下技术方案：一种高性能煤矸石细集料混凝土配合比的设计方法：包括以下步骤：

3、步骤1：确定需要配制的高性能煤矸石细集料混凝土的设计强度，确定煤矸石细集料混凝土的水胶比；

4、步骤2：按照需要的煤矸石细集料混凝土的工作性和使用粗集料的最大粒径，确定未掺外加剂时的每立方米用水量mw0′；

5、步骤3：根据外加剂的减水率，确定每立方米实际用水量mw0，见公式(1)：

6、mw0＝mw0′(1-β)   (1)

7、式中β是减水剂的减水率；

8、步骤4：根据水胶比和实际用水量，确定胶凝材料用量mb0，见公式(2)：

9、

10、步骤5：根据矿物掺合料的用量系数βf，确定胶凝材料中矿物掺合料用量mf0，见公式(3)，水泥用量mc0，见公式(4)：

11、mf0＝mb0βf   (3)

12、mc0＝mb0-mf0   (4)

13、步骤6：根据选用的粗、细骨料和水胶比确定混凝土的砂率范围，在满足砂率下根据公式确定粗、细骨料用量，见公式(5)，砂率见公式(6)：

14、mf0+mc0+mg0+ms0+mw0＝mcp   (5)

15、

16、式中，mg0为每立方米混凝土粗骨料用量，ms0为每立方米混凝土细骨料用量，βs为砂率，mcp为每立方米混凝土拌合物的假定质量。

17、步骤7：煤矸石细集料用量根据公式(7)确定：

18、

19、式中，ρs为煤矸石细集料松堆密度，ρs0为天然河沙松堆密度。

20、步骤8：在进行煤矸石细集料混凝土制备前加入附加水进行预处理，附加水量为煤矸石细集料吸水率的60％。

21、本发明对于现有技术有益效果在于：对于现有的普通煤矸石混凝土中，粗集料孔隙率大、自身强度低、吸水率大降低煤矸石混凝土工作性能、力学性能，无法大规模使用的问题。本发明将自燃煤矸石通过颚式破碎机破碎，然后进行筛分、分级、混合后得到颗粒级配与天然河沙相近的自然煤矸石细集料，并加入粉煤灰提高混凝土强度，在制备前加入附加水进行预处理，改善混凝土的工作性能、力学性能，达到普通混凝土的强度。

技术特征：

1.一种高性能煤矸石细集料混凝土配合比的设计方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种高性能煤矸石细集料混凝土配合比的设计方法，其特征在于：所述的细骨料为将自燃煤矸石经过颚式破碎机破碎，然后进行筛分、分级、混合后得到颗粒级配与天然河沙相近的自然煤矸石细集料。

3.根据权利要求2所述的一种高性能煤矸石细集料混凝土配合比的设计方法，其特征在于：所述破碎得到的煤矸石细集料属于轻骨料，按体积比等体积替换天然河沙，煤矸石细集料用量根据公式(7)确定：

4.根据权利要求2所述的一种高性能煤矸石细集料混凝土配合比的设计方法，其特征在于：所述自燃煤矸石受到自身层状结构影响孔隙较多、吸水率较大，在进行煤矸石细集料混凝土制备前加入附加水进行预处理，附加水量为煤矸石细集料吸水率的60％。

技术总结本发明公开了一种高性能煤矸石细集料混凝土配合比的设计方法，涉及固体废弃物制备混凝土材料技术领域。其中，固体废弃物为将自燃煤矸石破碎后得到颗粒级配与天然河沙相近的自然煤矸石细集料，煤矸石细集料属于轻骨料通过体积比替换天然河沙作为细骨料，并加入粉煤灰提高混凝土的工作性能，解决了普通煤矸石混凝土工作性能差的问题。本发明将煤矸石破碎作为细骨料制备一种强度高、性能好的煤矸石细集料混凝土，节约了天然砂的开采，又消耗了大量的煤矸石，是有效的固废利用解决环境问题的实际方法。技术研发人员：张童,安启晨受保护的技术使用者：辽宁工程技术大学技术研发日：技术公布日：2024/6/5