CN113480218A - 一种煤矸石机制砂及其制备方法和应用 - Google Patents

一种煤矸石机制砂及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于混凝土技术领域，提供了一种煤矸石机制砂，煤矸石机制砂的细度模数为2.5～2.9，烧失量为10～20％。本发明通过控制煤矸石机制砂的细度模数和烧失量，降低了煤矸石的含碳量，从而解决了煤矸石作为细骨料运用在混凝土中容易导致混凝土开裂的问题。实施例的结果显示，以本发明提供的煤矸石机制砂作为细骨料，制得的C05混凝土的抗压强度为6.17～7.94MPa，C10混凝土的抗压强度为12.18～14.76MPa，C20混凝土的抗压强度为20.51～22.86MPa，C30混凝土的抗压强度为30.41～34.52MPa，C40混凝土的抗压强度为40.52～42.76MPa。

Description

一种煤矸石机制砂及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及混凝土技术领域，尤其涉及一种煤矸石机制砂及其制备方法和应用。
背景技术
煤矸石是煤矿建井和生产过程中排出的一种混杂岩体，包括煤矿在井巷掘进时排出的矸石、露天煤矿开采时剥离的矸石和洗选加工过程中排出的矸石。煤矸石的产量约占煤炭开采量的10～25％，煤矸石的堆放已形成1500座，全国煤矸石共计约40亿吨，占地30万亩，已经成为我国积存量和年产量最大、占用堆积场地最多的一种工业废物。煤矸石一般露天堆放，经日晒、雨淋、风化、分解，会产生大量的酸性水或携带重金属的离子水，下渗后损害地下水质，外流后导致地表水的污染。煤矸石作为储量巨大的二次资源，其开发利用和天然资源有很大不同，怎样避免煤矸石开发利用过程中对生态环境的二次污染，对煤矸石进行快速大量的利用，是目前煤矸石利用过程中必须面对的问题。其中，煤矸石的回收利用，不仅有效缓解了煤矸石堆存带来的大量生态环境问题，还会带动依存煤矸石资源的新兴行业的发展，并且和国家节能减排，保护生态环境的大方向一致，对我国经济的可持续发展具有十分重要的意义。
目前，煤矸石大多用在发电、水泥原燃料、制砖以及井下充填、复垦造田、筑路等领域，总的利用率不高。混凝土作为当代最主要的工程材料之一，使用量巨大，将煤矸石用作混凝土的骨料，有望提高其利用率。然而，现有煤矸石在混凝土领域的应用一般是作为沥青混凝土的骨料，用作普通混凝土细骨料的报道很少，而且作为细骨料运用在混凝土中容易导致混凝土开裂。
发明内容
本发明的目的在于一种煤矸石机制砂及其制备方法和应用，本发明提供的煤矸石机制砂可用于制备不同强度的混凝土，而且制得的混凝土具体较高的强度，不易开裂，解决了煤矸石作为细骨料运用在混凝土中容易导致混凝土开裂的问题。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种煤矸石机制砂，所述煤矸石机制砂的细度模数为2.5～2.9，所述煤矸石机制砂的烧失量为10～20％。
优选地，所述煤矸石机制砂的细度模数为2.7～2.9，所述煤矸石机制砂的烧失量为15～20％。
优选地，所述煤矸石机制砂的含水量为<0.1％。
优选地，所述煤矸石机制砂中石英相的质量含量为>70％。
本发明还提供了上述技术方案所述煤矸石机制砂的制备方法，包括：将煤矸石破碎至粒径≤5mm，调整级配后烘干，得到煤矸石机制砂。
优选地，所述级配为：按质量份数计，1.18～5mm的煤矸石20～40份，0.3～1.18mm的煤矸石30～50份，0.075～0.3mm的煤矸石20～40份。
优选地，所述烘干的温度为95～105℃，所述烘干的时间为8～12h。
本发明还提供了上述技术方案所述煤矸石机制砂或所述制备方法制备得到的煤矸石机制砂在混凝土中的应用。
优选地，所述煤矸石机制砂在混凝土中的应用包括：用水对煤矸石机制砂进行预湿，将预湿后的煤矸石机制砂作为细骨料用于制备C05～C40混凝土。
优选地，所述水的质量为煤矸石机制砂质量的5～8％。
本发明提供了一种煤矸石机制砂，所述煤矸石机制砂的细度模数为2.5～2.9，烧失量为10～20％。本发明通过控制煤矸石机制砂的细度模数和烧失量，降低了煤矸石的含碳量，从而解决了煤矸石作为细骨料运用在混凝土中容易导致混凝土开裂的问题，同时合理利用了煤矸石，解决了煤矸石固废堆积的问题，对保护环境、节约资源具有重要的意义。并且，本发明提供的煤矸石机制砂可应用在不同强度的混凝土中。实施例的结果显示，以本发明提供的煤矸石机制砂作为细骨料，制得的C05混凝土的抗压强度为6.17～7.94MPa，C10混凝土的抗压强度为12.18～14.76MPa，C20混凝土的抗压强度为20.51～22.86MPa，C30混凝土的抗压强度为30.41～34.52MPa，C40混凝土的抗压强度为40.52～42.76MPa。
附图说明
图1为本发明中预湿水的质量与C05～C40混凝土28d抗压强度的拟合曲线图。
具体实施方式
本发明提供了一种煤矸石机制砂，所述煤矸石机制砂的细度模数为2.5～2.9，所述煤矸石机制砂的烧失量为10～20％。
在本发明中，所述煤矸石机制砂的细度模数为2.5～2.9，优选为2.7～2.9。本发明通过将煤矸石机制砂的细度模数控制在上述范围，降低了煤矸石的含碳量，从而解决了煤矸石作为细骨料运用在混凝土中容易导致混凝土开裂的问题。
在本发明中，所述煤矸石机制砂的烧失量为10～20％，优选为15～20％。本发明通过将煤矸石机制砂的烧失量控制在上述范围，降低了煤矸石的含碳量，从而解决了煤矸石作为细骨料运用在混凝土中容易导致混凝土开裂的问题。
在本发明中，所述煤矸石机制砂的含水量优选为<0.1％。本发明优选将所述煤矸石机制砂的含水量控制在上述范围，有利于精确控制混凝土的用水量。
在本发明中，所述煤矸石机制砂中石英相的质量含量优选为>70％，更优选为＞75％。本发明优选将所述煤矸石机制砂中石英相的质量含量控制在上述范围，将其作为细骨料用于制备混凝土，有利于保证混凝土的强度。
本发明通过控制煤矸石机制砂的细度模数和烧失量，降低了煤矸石的含碳量，从而解决了煤矸石作为细骨料运用在混凝土中容易导致混凝土开裂的问题，同时合理利用了煤矸石，解决了煤矸石固废堆积的问题，对保护环境、节约资源具有重要的意义。并且，本发明提供的煤矸石机制砂可应用在不同强度的混凝土中。
本发明还提供了上述技术方案所述煤矸石机制砂的制备方法，包括：将煤矸石破碎至粒径≤5mm，调整级配后烘干，得到煤矸石机制砂。
本发明将煤矸石破碎至粒径≤5mm，得到破碎后的煤矸石。本发明通过破碎将煤矸石的粒径减小至≤5mm，为后续调整级配做准备。在本发明中，所述破碎所用设备优选为破碎机。本发明对所述煤矸石的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的煤矸石即可。
得到破碎后的煤矸石，本发明通过调整级配后烘干，得到煤矸石机制砂。本发明通过调整级配将煤矸石的细度模数控制在2.5～2.9范围内，烧失量控制在10～20％范围内；通过烘干减少煤矸石中的水分，使得煤矸石的含水量<0.1％。
在本发明中，所述级配优选为：按质量份数计，1.18～5mm的煤矸石20～40份，0.3～1.18mm的煤矸石30～50份，0.075～0.3mm的煤矸石20～40份；更优选为：1.18～5mm的煤矸石20～40份，0.3～1.18mm的煤矸石40份，0.075～0.3mm的煤矸石30份。本发明通过将煤矸石的级配控制在上述范围，有利于得到细度模数为2.5～2.9，烧失量为10～20％的煤矸石机制砂，进而降低了煤矸石的含碳量，解决了煤矸石作为细骨料运用在混凝土中容易导致混凝土开裂的问题。
在本发明中，所述烘干的温度优选为95～105℃，更优选为100～105℃；所述烘干的时间优选为8～12h，更优选为10～12h。本发明对所述烘干的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的烘干的技术方案即可。
本发明还提供了上述技术方案所述煤矸石机制砂或所述制备方法制备得到的煤矸石机制砂在混凝土中的应用。
在本发明中，所述煤矸石机制砂在混凝土中的应用优选包括：用水对煤矸石机制砂进行预湿，将预湿后的煤矸石机制砂作为细骨料用于制备C05～C40混凝土。
本发明优选用水对煤矸石机制砂进行预湿，得到预湿后的煤矸石机制砂。本发明通过对煤矸石机制砂进行预湿，有利于精确控制混凝土的用水量，降低混凝土生产成本。本发明对所述预湿的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的预湿的技术方案即可。
在本发明中，所述水的质量优选为煤矸石机制砂质量的5～8％。在本发明中，所述水的质量可根据混凝土对抗压强度的需求进行调整。
本发明通过使用占煤矸石机制砂质量的5～8％的水润湿煤矸石机制砂，以其作为细骨料制备C05～C40混凝土，测试混凝土的28d抗压强度，制成曲线，如图1所示；然后对曲线进行拟合，得到不同预湿水下混凝土强度拟合方程，见表1。
表1拟合方程
Figure BDA0003223964830000051
Figure BDA0003223964830000061
其中，σ为标准偏差。
根据表1得到预湿水的质量与混凝土28d抗压强度的具体方程：
C05：
Figure BDA0003223964830000062
C10：
Figure BDA0003223964830000063
C20：
Figure BDA0003223964830000064
C30：
Figure BDA0003223964830000065
C40：
Figure BDA0003223964830000066
其中，X为预湿水的质量，Y为混凝土的28d抗压强度。
本发明通过先对煤矸石机制砂进行预湿，再将预湿后的煤矸石机制砂作为细骨料用于制备C05～C40混凝土，有利于精确控制混凝土的用水量，降低混凝土生产成本。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
(1)将煤矸石破碎至粒径≤5mm，得到破碎后的煤矸石；
(2)将上述破碎后的煤矸石调整级配，按质量份数计，1.18～5mm的煤矸石24份，0.3～1.18mm的煤矸石40份，0.075～0.3mm的煤矸石36份，得到级配后的煤矸石；
(3)将上述级配后的煤矸石在100℃下烘干10h，得到煤矸石机制砂，细度模数为2.5，烧失量为20％，含水量＜0.1％，石英相的质量含量为73％。
实施例2
(1)将煤矸石破碎至粒径≤5mm，得到破碎后的煤矸石；
(2)将上述破碎后的煤矸石调整级配，按质量份数计，1.18～5mm的煤矸石33份，0.3～1.18mm的煤矸石40份，0.075～0.3mm的煤矸石27份，得到级配后的煤矸石；
(3)将上述级配后的煤矸石在100℃下烘干10h，得到煤矸石机制砂，细度模数为2.6，烧失量为20％，含水量＜0.1％，石英相的质量含量为73％。
实施例3
(1)将煤矸石破碎至粒径≤5mm，得到破碎后的煤矸石；
(2)将上述破碎后的煤矸石调整级配，按质量份数计，1.18～5mm的煤矸石30份，0.3～1.18mm的煤矸石40份，0.075～0.3mm的煤矸石30份，得到级配后的煤矸石；
(3)将上述级配后的煤矸石在105℃下烘干8h，得到煤矸石机制砂，细度模数为2.7，烧失量为20％，含水量＜0.1％，石英相的质量含量为75％。
实施例4
(1)将煤矸石破碎至粒径≤5mm，得到破碎后的煤矸石；
(2)将上述破碎后的煤矸石调整级配，按质量份数计，1.18～5mm的煤矸石40份，0.3～1.18mm的煤矸石40份，0.075～0.3mm的煤矸石20份，得到级配后的煤矸石；
(3)将上述级配后的煤矸石在105℃下烘干8h，得到煤矸石机制砂，细度模数为2.8，烧失量为18％，含水量＜0.1％，石英相的质量含量为76％。
实施例5
(1)将煤矸石破碎至粒径≤5mm，得到破碎后的煤矸石；
(2)将上述破碎后的煤矸石调整级配，按质量份数计，1.18～5mm的煤矸石35份，0.3～1.18mm的煤矸石40份，0.075～0.3mm的煤矸石25份，得到级配后的煤矸石；
(3)将上述级配后的煤矸石在95℃下烘干11h，得到煤矸石机制砂，细度模数为2.9，烧失量为18％，含水量＜0.1％，石英相的质量含量为77％。
对比例1
原机制砂：细度模数为3.5，烧失量为28％，含水量为5％，石英相的质量含量为70％。
应用例1
用水对实施例2制备的煤矸石机制砂进行预湿，将预湿后的煤矸石机制砂作为细骨料用于制备C05混凝土，其中，水的质量为煤矸石机制砂质量的6％；C05混凝土的配合比为：水190kg/m3，水泥290kg/m3，煤矸石机制砂700kg/m3，石子1220kg/m3，容重2400kg/m3；测试C05混凝土的7d抗压强度和28d抗压强度，结果见表2。
对比应用例1
与应用例1的不同之处在于，以对比例1中的原机制砂为细骨料，预湿水用量为0％，其余同应用例1。
应用例2
与应用例1的不同之处在于，用水对实施例3制备的煤矸石机制砂进行预湿，其余同应用例1。
应用例3
与应用例2的不同之处在于，水的质量为煤矸石机制砂质量的7％，其余同应用例2。
应用例4
与应用例1的不同之处在于，用水对实施例4制备的煤矸石机制砂进行预湿，水的质量为煤矸石机制砂质量的5％，其余同应用例1。
应用例5
与应用例4的不同之处在于，水的质量为煤矸石机制砂质量的7％，其余同应用例4。
应用例6
与应用例1的不同之处在于，用水对实施例5制备的煤矸石机制砂进行预湿，其余同应用例1。
应用例7
用水对实施例1制备的煤矸石机制砂进行预湿，将预湿后的煤矸石机制砂作为细骨料用于制备C10混凝土，其中，水的质量为煤矸石机制砂质量的6％；C10混凝土的配合比为：水180kg/m3，水泥310kg/m3，煤矸石机制砂665kg/m3，石子1245kg/m3，容重2400kg/m3；测试C10混凝土的7d抗压强度和28d抗压强度，结果见表3。
对比应用例2
与应用例7的不同之处在于，以对比例1中的原机制砂为细骨料，预湿水用量为0％，其余同应用例7。
应用例8
与应用例7的不同之处在于，用水对实施例3制备的煤矸石机制砂进行预湿，其余同应用例7。
应用例9
与应用例8的不同之处在于，水的质量为煤矸石机制砂质量的7％，其余同应用例8。
应用例10
与应用例7的不同之处在于，用水对实施例4制备的煤矸石机制砂进行预湿，水的质量为煤矸石机制砂质量的5％，其余同应用例7。
应用例11
与应用例10的不同之处在于，水的质量为煤矸石机制砂质量的7％，其余同应用例10。
应用例12
与应用例7的不同之处在于，用水对实施例5制备的煤矸石机制砂进行预湿，水的质量为煤矸石机制砂质量的7％，其余同应用例7。
应用例13
用水对实施例1制备的煤矸石机制砂进行预湿，将预湿后的煤矸石机制砂作为细骨料用于制备C20混凝土，其中，水的质量为煤矸石机制砂质量的6％；C20混凝土的配合比为：水160kg/m3，水泥356kg/m3，煤矸石机制砂622kg/m3，石子1262kg/m3，容重2400kg/m3；测试C20混凝土的7d抗压强度和28d抗压强度，结果见表4。
对比应用例3
与应用例13的不同之处在于，以对比例1中的原机制砂为细骨料，预湿水用量为0％，其余同应用例13。
应用例14
与应用例13的不同之处在于，用水对实施例3制备的煤矸石机制砂进行预湿，其余同应用例13。
应用例15
与应用例14的不同之处在于，水的质量为煤矸石机制砂质量的7％，其余同应用例14。
应用例16
与应用例13的不同之处在于，用水对实施例4制备的煤矸石机制砂进行预湿，水的质量为煤矸石机制砂质量的5％，其余同应用例13。
应用例17
与应用例16的不同之处在于，水的质量为煤矸石机制砂质量的7％，其余同应用例16。
应用例18
与应用例16的不同之处在于，用水对实施例5制备的煤矸石机制砂进行预湿，其余同应用例16。
应用例19
用水对实施例1制备的煤矸石机制砂进行预湿，将预湿后的煤矸石机制砂作为细骨料用于制备C30混凝土，其中，水的质量为煤矸石机制砂质量的7％；C30混凝土的配合比为：水175kg/m3，水泥461kg/m3，煤矸石机制砂512kg/m3，石子1252kg/m3，容重2400kg/m3；测试C30混凝土的7d抗压强度和28d抗压强度，结果见表5。
对比应用例4
与应用例19的不同之处在于，以对比例1中的原机制砂为细骨料，预湿水用量为0％，其余同应用例19。
应用例20
与应用例19的不同之处在于，用水对实施例3制备的煤矸石机制砂进行预湿，水的质量为煤矸石机制砂质量的5％，其余同应用例19。
应用例21
与应用例19的不同之处在于，用水对实施例3制备的煤矸石机制砂进行预湿，其余同应用例19。
应用例22
与应用例19的不同之处在于，用水对实施例4制备的煤矸石机制砂进行预湿，水的质量为煤矸石机制砂质量的6％，其余同应用例19。
应用例23
与应用例19的不同之处在于，用水对实施例4制备的煤矸石机制砂进行预湿，其余同应用例19。
应用例24
与应用例19的不同之处在于，用水对实施例5制备的煤矸石机制砂进行预湿，其余同应用例19。
应用例25
用水对实施例1制备的煤矸石机制砂进行预湿，将预湿后的煤矸石机制砂作为细骨料用于制备C40混凝土，其中，水的质量为煤矸石机制砂质量的6％；C40混凝土的配合比为：水160kg/m3，水泥432kg/m3，煤矸石机制砂558kg/m3，石子1250kg/m3，容重2400kg/m3；测试C40混凝土的7d抗压强度和28d抗压强度，结果见表6。
对比应用例5
与应用例25的不同之处在于，以对比例1中的原机制砂为细骨料，预湿水用量为0％，其余同应用例25。
应用例26
与应用例25的不同之处在于，用水对实施例3制备的煤矸石机制砂进行预湿，其余同应用例25。
应用例27
与应用例26的不同之处在于，水的质量为煤矸石机制砂质量的7％，其余同应用例26。
应用例28
与应用例25的不同之处在于，用水对实施例4制备的煤矸石机制砂进行预湿，水的质量为煤矸石机制砂质量的5％，其余同应用例25。
应用例29
与应用例28的不同之处在于，水的质量为煤矸石机制砂质量的7％，其余同应用例28。
应用例30
与应用例25的不同之处在于，用水对实施例5制备的煤矸石机制砂进行预湿，其余同应用例25。
表2应用例1～6和对比例应用例1制备的C05混凝土的抗压强度
Figure BDA0003223964830000121
表3应用例7～12和对比例应用例2制备的C10混凝土的抗压强度
Figure BDA0003223964830000122
表4应用例13～18和对比例应用例3制备的C20混凝土的抗压强度
Figure BDA0003223964830000123
Figure BDA0003223964830000131
表5应用例19～24和对比例应用例4制备的C30混凝土的抗压强度
Figure BDA0003223964830000132
表6应用例25～30和对比例应用例5制备的C40混凝土的抗压强度
Figure BDA0003223964830000133
由以上实施例可以看出，本发明提供的煤矸石机制砂可用于制备不同强度的混凝土，而且制得的混凝土具体较高的强度，不易开裂，解决了煤矸石作为细骨料运用在混凝土中容易导致混凝土开裂的问题；制得的C05混凝土的抗压强度为6.17～7.94MPa，C10混凝土的抗压强度为12.18～14.76MPa，C20混凝土的抗压强度为20.51～22.86MPa，C30混凝土的抗压强度为30.41～34.52MPa，C40混凝土的抗压强度为40.52～42.76MPa。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种煤矸石机制砂，其特征在于，所述煤矸石机制砂的细度模数为2.5～2.9，所述煤矸石机制砂的烧失量为10～20％。
2.根据权利要求1所述的煤矸石机制砂，其特征在于，所述煤矸石机制砂的细度模数为2.7～2.9，所述煤矸石机制砂的烧失量为15～20％。
3.根据权利要求1或2所述的煤矸石机制砂，其特征在于，所述煤矸石机制砂的含水量为<0.1％。
4.根据权利要求1或2所述的煤矸石机制砂，其特征在于，所述煤矸石机制砂中石英相的质量含量为>70％。
5.权利要求1～4任一项所述煤矸石机制砂的制备方法，包括：将煤矸石破碎至粒径≤5mm，调整级配后烘干，得到煤矸石机制砂。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述级配为：按质量份数计，1.18～5mm的煤矸石20～40份，0.3～1.18mm的煤矸石30～50份，0.075～0.3mm的煤矸石20～40份。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述烘干的温度为95～105℃，所述烘干的时间为8～12h。
8.权利要求1～4任一项所述煤矸石机制砂或权利要求5～7任一项所述制备方法制备得到的煤矸石机制砂在混凝土中的应用。
9.根据权利要求8所述的煤矸石机制砂在混凝土中的应用，其特征在于，包括：用水对煤矸石机制砂进行预湿，将预湿后的煤矸石机制砂作为细骨料用于制备C05～C40混凝土。
10.根据权利要求9所述的煤矸石机制砂在混凝土中的应用，其特征在于，所述水的质量为煤矸石机制砂质量的5～8％。
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