氯氧镁水泥煤矸石混凝土的强度试验研究

黄子文,廖　川,杨小平,刘　静

(长江师范学院 土木建筑工程学院,重庆 涪陵　408100)



氯氧镁水泥煤矸石混凝土的强度试验研究

黄子文,廖川,杨小平,刘静

(长江师范学院 土木建筑工程学院,重庆 涪陵408100)

为了研究氯氧镁水泥煤矸石混凝土强度的主要影响因素及其变化规律,进行了一系列混凝土抗压强度试验。试验结果表明:氯氧镁水泥混凝土的强度与摩尔比为nMgO∶nMgCl2呈上凸曲线关系,在nMgO∶nMgCl2=6∶1时试样的强度达到峰值;随煤矸石掺量的增加,混凝土强度不断降低,且前7天混凝土强度增长速度下降,7天后不同煤矸石掺量的混凝土强度增长速度相差不大;氯氧镁水泥混凝土的最优摩尔比为nMgO∶nMgCl2=6∶1;煤矸石替代碎石作骨料会导致混凝土强度降低;煤矸石掺量对氯氧镁水泥煤矸石混凝土的早期强度影响较大。

混凝土;氯氧镁水泥;煤矸石;混凝土抗压强度试验

氯氧镁水泥又称菱镁水泥,主要胶凝成分为MgO—MgCl2—H2O体系,我国盐湖众多,氯氧镁水泥原料丰富,价格低廉,生产过程能耗小,此外和硅酸盐系水泥相比具有质轻高强、凝结硬化快、碱度低、粘结性好、阻燃性好等优点,常被用于轻质墙体和装饰板材。目前许多学者对氯氧镁水泥的水化机理[1-4],科学配比[5]、复合改良[6-8]、力学性能[8,9]等问题进行了大量试验研究,对氯氧镁水泥的推广应用具有重要价值。

煤炭是我国的基础能源,煤炭开采过程中排放的煤矸石每年达到3.8亿吨,大量煤矸石长期露天堆放,不仅侵占土地而且压埋植被、污染水源,严重破坏生态环境[10],加快煤矸石综合利用研究具有广阔前景和重要意义。煤矸石具有轻质高强,耐腐蚀性较好的特点,大量学者对使用煤矸石作为集料的混凝土的强度、耐久性等方面进行了试验研究[11-14],对煤矸石的应用推广起到了指导和促进作用。研究对使用氯氧镁水泥做胶凝材料,掺入煤矸石集料的混凝土强度进行了试验研究,以期得到一种轻质高强、耐腐蚀的新型混凝土。

1　试验方案

1.1试验材料

试验采用产自重庆九龙坡区石坪桥祥瑞化工的工业氯化镁和轻烧氧化镁,其中工业氯化镁的主要成分为氯化镁晶体MgCl2·6H2O,外观呈白色片状,轻烧氧化镁主要成分为氧化镁MgO,外观呈米黄色粉末,粗集料采用碎石,完全干燥,选用连续级配,范围为4～24 mm;细集料采用黄砂,细度模数2.89,属中砂;煤矸石采自重庆市涪陵区大木乡煤矿,粉煤灰为巩义市元亨净水材料厂的干排Ⅰ级粉煤灰。

1.2试验方案

试验控制氯氧镁水泥配比、煤矸石掺量和养护龄期三个因素,分为两个阶段:第一阶段,粗骨料采用碎石,配制10种氯氧镁水泥配比,即摩尔比nMgO∶nMgCl2分别为1∶1,2∶1,3∶1,4∶1,5∶1,6∶1,7∶1,8∶1,9∶1,10∶1,取龄期为3天、7天、28天进行养护,共30组试样,每组3个平行试样;第二阶段,氯氧镁水泥配比采用第一阶段强度最高的配比,粗骨料采用碎石掺煤矸石,煤矸石掺入量为0,20%,40%,60%,80%,共5组试样,每组3个平行试样。

1.3试样制备及养护

先将砂子、轻烧氧化镁、工业氯化镁、粉煤灰按配合比混合在一起,加水搅拌1 min,然后加入骨料(根据试验方案取碎石或煤矸石),搅拌3 min。采用100 mm×100 mm×100 mm立方体试模进行装模、振实,一天后即可脱模,置于空气中养护,达到设计养护龄期(3天、7天、28天)的试样,通过混凝土压力试验机测定其抗压强度,实验室温度为(20±2) ℃。第一阶段混凝土试验配比见表1。

表1　第一阶段混凝土试验配合比

2　试验结果与分析

2.1nMgO∶nMgCl2对碎石砼强度影响

试验测定了不同氯氧镁水泥nMgO∶nMgCl2摩尔比下氯氧镁碎石混凝土试样的抗压强度,图1为抗压强度试验的氯氧镁水泥强度-配比曲线图。由图1可知,氯氧镁水泥混凝土的强度与摩尔比nMgO∶nMgCl2呈上凸曲线关系,当nMgO∶nMgCl2=6∶1时试样的强度达到峰值。

图1　不同配合比混凝土强度发展曲线Fig.1　The strength curves of concrete with different mixture proportion

氯氧镁水泥在常温下主要的水化产物为3Mg(OH)2·MgCl2·8H2O (3相)、5Mg(OH)2·MgCl2·8H2O (5相)和Mg(OH)2[1],当nMgO∶nMgCl2≤3时,优先生成 5相,随水化时间延长逐步转化为 3相;4≤nMgO∶nMgCl2<6时,主要水化物晶相为5相;nMgO∶nMgCl2≥6时,主要水化物相为 5 相和 Mg(OH)2,而5相晶体强度高于3相,是提供混凝土强度的主要物质[2]。所以当nMgO∶nMgCl2=6时,水泥水化产物5相含量最高,混凝土强度达到峰值。

2.2煤矸石掺量对氯氧镁水泥砼强度影响

试验第二阶段采用的nMgO∶nMgCl2摩尔比为6∶1,得到混凝土强度-煤矸石掺量关系曲线如图2所示。可以看到随着煤矸石掺量的增加混凝土强度不断降低,但在掺量增大到40%时曲线出现拐点,煤矸石掺量在0～40%范围内混凝土强度下降较快,煤矸石掺量在40%～80%范围内,混凝土强度下降速度放缓。与碎石相比,煤矸石结构较疏松,孔隙较多而复杂,强度相对较小,所以随着煤矸石掺量增加混凝土强度不断降低,煤矸石掺量在0～40%范围内时,粗集料中碎石含量较高,起骨架作用,煤矸石的掺入对碎石骨架作用削弱明显,混凝土强度下降较快,当煤矸石掺量>40%时,粗集料中煤矸石含量较高,碎石的骨架作用较弱,煤矸石的掺入对碎石骨架作用削弱不明显,所以随着煤矸石含量的增加,混凝土强度下降速度放缓。由此可知当煤矸石掺量<40%时,随着煤矸石的掺量的增加,混凝土强度损失较大,当煤矸石掺量>40%时,随着煤矸石掺量的增加,混凝土强度损失减小。

图2　混凝土强度-煤矸石掺量关系曲线Fig.2　The relation curves between concrete strength and content of coal gangue

2.3龄期对氯氧镁水泥煤矸石砼强度影响

图3为不同煤矸石掺量下的氯氧镁水泥混凝土的强度发展曲线。从图3可以看出,氯氧镁水泥混凝土养护7天内强度增长较快,养护7天后强度增速放缓,养护7天强度达到28天强度的80%以上,说明氯氧镁水泥凝结硬化速度较快,最小养护时间应达到7天以上。随煤矸石掺量增加,混凝土前7天强度增长速度下降,不同煤矸石掺量的混凝土7天后强度增长速度相差不大,这说明煤矸石掺量对煤矸石氯氧镁混凝土的早期强度影响较大。

图3　不同煤矸石掺量混凝土强度发展曲线Fig.3　The strength development curves of concrete under different contents of coal gangue

3　结论

(1)氯氧镁水泥混凝土的最优摩尔比nMgO∶nMgCl2=6∶1。

(2)煤矸石替代碎石作骨料会导致混凝土强度降低。

(3)氯氧镁水泥混凝土养护7天内强度增长较快,7天后强度增速放缓,且煤矸石掺量对氯氧镁水泥煤矸石混凝土的早期强度影响较大。

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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.

长江师范学院大学生创新创业训练计划项目(2014cxx0136).

黄子文(1993-)，男，福建漳州人，本科，研究方向为道路桥梁.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.[黄子文,廖川,杨小平,等.氯氧镁水泥煤矸石混凝土的强度试验研究[J].甘肃科学学报,2016,28(4):107-109,114.]