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摘要：本研究采用了煤矸石骨料来代替天然的骨料配置来研究透水混凝土的性能，研究采用了正交的试验方法分析配备比以及主要原材料对煤矸石制作的透水混凝土的透水系数和抗压强度的影响，最终得出煤矸石的粒径是影响透水系数以及抗压强度的主要因素。
关键词：透水混凝土；煤矸石；骨料粒径
煤矸石是在煤炭形成过程中与煤炭伴生的一种坚硬的岩石，是在煤炭洗选加工以及开采过程中被分出来的废弃物，包括煤巷以及岩巷掘进过程中拍出来的矸石。中国是以燃烧煤炭为主能源国家，伴随着煤炭的大量开采，煤矸石的产量也变得十分惊人，既占用大量土地，又对环境污染巨大。目前国内外学者对煤矸石的综合治理以及利用进行了大量的相关研究，主要涉及的是煤矸石在热活化过程中的相变过程、煤矸石活性与热活化条件的关系、煤矸石性质对水泥体系的物理力学相关影响，这些研究均为煤矸石的活化理论以及煤矸石在工程上的应用起到了积极地促进作用，但是目前对于煤矸石不经过煅烧或者磨碎直接利用的系统的研究相对比较少见[1-2]。
本研究尝试采用经过水洗后的煤矸石来代替天然的骨料来制作透水混凝土，研究不同的配料方法下的透水混凝土的相关性能，此外，还分析不同因素可能对煤矸石透水混凝土的相关性能的影响，从而为将来的实际生产提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 一般材料
煤矸石： 煤矸石收集自徐州某建材功能年产量8000万标块的煤矸石的烧结砖生产工序，平均粒径在3-13 mm
外加剂：来源于青岛某个公司的HSC聚羧酸高性能的减水溶剂，作用主要是在一定干湿度活着稠度的前提下，可以提高骨料颗粒的粘结强度，从而能提高透水混凝土整体的力学性能。
水泥：取自徐州某股份有限公司所生产的水泥。
水：主要来自城市饮用水。
1.2 方案
煤矸石的粒径、水灰比以及胶凝材料与骨料的比值均是影响透水混凝土相关性能的主要因素。本研究采用正交的方法分析这些主要的因素对煤矸石透水混凝土透水系数的影响以及抗压强度的显著性分析，期望可以找到煤矸石透水混凝土的最好的配备方案。
1.3 方法
本研究采用的尺寸为90 mm × 90 mm × 90 mm。证件的制作方法采用的是静压成型方法，成型的压力为4MPa。将已经搅拌好的混合料放到试验模具当中，一次性加压成型。主要的工艺流程为：骨料和水泥混合搅拌→加水→搅拌均匀→装入模具→静压成型[3]。
静压成型后的煤矸石透水混凝土在带有模具的条件下养护20小时，拆掉模具，9天内进行潮湿养护，自然条件下干燥30天后进行挂件性能的测试。
试验所采用的测定透水系数的仪器是依照《透水砖》中的测定方法进行设计的[4]。测定步骤为：将之前浸水饱和而且四周被蜡封的材料放入仪器中，后用橡皮泥等材料密封试件材料与透水仪器的内壁之间的接缝，并向仪器中加一定的水，并控制加水的速度，保持一定的水位高度，等到渗透的水流稳定后，记录一定的时间内通过试件材料的水分量[5]。
2 结果与分析
2.1 结果
用煤矸石来代替天然的骨料配置的透水混凝土的方案以及结果详见表1。
表2表明，用煤矸石来代替天然的骨料而成产透水混凝土的方法是可行的，煤矸石生产成的透水混凝土在自然干燥30天后的抗压强度可以达到40.2MPa；粒径对于抗压能力的影响最为巨大，此外，对透水系数的影响也是非常大的，这样的结果表明，煤矸石透水混凝土的透水性以及混凝土强度主要受骨料的粒径所决定。
2.2 水灰比对煤矸石透水混凝土的透水性及强度的影响
有表1可以看出，伴随着水灰比的逐渐增大，混凝土的抗压强度却逐渐的降低，然而透水系数也逐渐增加，水灰比大于0.40时，透水系数增大的并不明显。因此，此结果说明用水量在一定的范围内，水泥水泥的用量越少，则强度就越低，但是透水性就越好，反之亦是这样[6]。
2.3 骨料的粒径对透水混凝土透水性以及强度的影响
研究表明，骨料的粒径越小，其颗粒间检出点就越多，堆积的密度也就越大，所配置成的透水混凝土的透水性也就越低，其强度也就越高。但与此同时，骨料的粒径越小，其表面积也就越大，在所形成的单位体积的结构骨架内颗粒之间的接触点也就越多，胶结的面积也就越大，因此混凝土的强度得到提高，但是同时需要增加水泥的永娘。相反，骨料的粒径越大，其所形成的接触点的数量也就越少，胶结的面积也就越小，因此透水性得到了提高，但是强度下降[7]。
结果显示，随着骨料颗粒直径的增加，混凝土的强度也就急剧下降，同时混凝土的透水性也迅速增加。这样的结果主要是由于混凝土抗壓强度主要由骨料颗粒之间的接触点所形成的，因此，如果水泥的粘结强度越高，则制成的混凝土强度也就越高。但由于骨料是非连续级配，因此骨料颗粒之间并不是很紧密的，骨料颗粒之间会产生小孔，形成一些小的水通道，骨料的颗粒直径越小，所形成的空隙就越小，从而透水性也就越差，但是混凝土的强度却增加；骨料颗粒直径越大，则骨料的颗粒之间的接触也就越少，所形成的空隙也就越大，但最后形成的混凝土强度也就越低，这时就需要具有高粘度的高强水泥进行粘结。
（）之前的数据为抗压强度的分析结果；（）内部为透水系数分析结果
2.4 骨胶比对混凝土透水性和强度的影响
由表1可以得出，骨胶比的增加，混凝土的强度逐渐的降低，透水系数慢慢增加。这样结果的产生主要是由于骨胶比的增加，水泥的相对含量随之降低最终导致混凝土的强度也随之下降，骨料颗粒相互镶嵌在一起形成了镶嵌结构，内部的空隙增加，透水性也就增加。
3 讨论
通过本研究分析结果显示，用煤矸石骨料来取代天然的骨料生产透水混凝土的方法是完全可行的，所配制成的透水混凝土抗压强度均可以达到40.2MPa以上。煤矸石骨料颗粒的直径是决定混凝土透水性以及强度的重要因素。在骨胶比、水灰比一定的情况下，骨料颗粒直径越小，透水性也就越低，但最终透水性混凝土的强度也就越高。此外，煤矸石透水沪宁图的透水性和强度是相互矛盾的指标，在实验设计上应该充分的开率到二者之间的相互关系以及工程的实际情况，根据不同的需要来进行不同的配备比。
参考文献：
[1]饶玲丽，曹建新，张洪波，等.粉煤灰透水砖的制备研究[J].新型建筑材料，2006（7）：48-50.
[2]左富云，孙可伟.废旧混凝土制备透水砖工艺的研究[J].建材发展导向，2007（6）：31-33.
[3]宋志斌，黄明君，马建军.混凝土透水砖的研制[J].河北工程大学学报：自然科学版，2008，25（2）：13-16.
[4]富建江.透水砖透水系数测定仪的研制应用[J].福建建材，2009（1）：110-111.
[5]雷丽恒.透水性道路用生态混凝土性能的试验研究[D].镇江：江苏大学，2007.
[6]王海燕，刘华章.混凝土透水砖的配合比设计、生产与施工[J].新型建筑材料，2007（7）：27-29.
关键词：透水混凝土；煤矸石；骨料粒径
煤矸石是在煤炭形成过程中与煤炭伴生的一种坚硬的岩石，是在煤炭洗选加工以及开采过程中被分出来的废弃物，包括煤巷以及岩巷掘进过程中拍出来的矸石。中国是以燃烧煤炭为主能源国家，伴随着煤炭的大量开采，煤矸石的产量也变得十分惊人，既占用大量土地，又对环境污染巨大。目前国内外学者对煤矸石的综合治理以及利用进行了大量的相关研究，主要涉及的是煤矸石在热活化过程中的相变过程、煤矸石活性与热活化条件的关系、煤矸石性质对水泥体系的物理力学相关影响，这些研究均为煤矸石的活化理论以及煤矸石在工程上的应用起到了积极地促进作用，但是目前对于煤矸石不经过煅烧或者磨碎直接利用的系统的研究相对比较少见[1-2]。
本研究尝试采用经过水洗后的煤矸石来代替天然的骨料来制作透水混凝土，研究不同的配料方法下的透水混凝土的相关性能，此外，还分析不同因素可能对煤矸石透水混凝土的相关性能的影响，从而为将来的实际生产提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 一般材料
煤矸石： 煤矸石收集自徐州某建材功能年产量8000万标块的煤矸石的烧结砖生产工序，平均粒径在3-13 mm
外加剂：来源于青岛某个公司的HSC聚羧酸高性能的减水溶剂，作用主要是在一定干湿度活着稠度的前提下，可以提高骨料颗粒的粘结强度，从而能提高透水混凝土整体的力学性能。
水泥：取自徐州某股份有限公司所生产的水泥。
水：主要来自城市饮用水。
1.2 方案
煤矸石的粒径、水灰比以及胶凝材料与骨料的比值均是影响透水混凝土相关性能的主要因素。本研究采用正交的方法分析这些主要的因素对煤矸石透水混凝土透水系数的影响以及抗压强度的显著性分析，期望可以找到煤矸石透水混凝土的最好的配备方案。
1.3 方法
本研究采用的尺寸为90 mm × 90 mm × 90 mm。证件的制作方法采用的是静压成型方法，成型的压力为4MPa。将已经搅拌好的混合料放到试验模具当中，一次性加压成型。主要的工艺流程为：骨料和水泥混合搅拌→加水→搅拌均匀→装入模具→静压成型[3]。
静压成型后的煤矸石透水混凝土在带有模具的条件下养护20小时，拆掉模具，9天内进行潮湿养护，自然条件下干燥30天后进行挂件性能的测试。
试验所采用的测定透水系数的仪器是依照《透水砖》中的测定方法进行设计的[4]。测定步骤为：将之前浸水饱和而且四周被蜡封的材料放入仪器中，后用橡皮泥等材料密封试件材料与透水仪器的内壁之间的接缝，并向仪器中加一定的水，并控制加水的速度，保持一定的水位高度，等到渗透的水流稳定后，记录一定的时间内通过试件材料的水分量[5]。
2 结果与分析
2.1 结果
用煤矸石来代替天然的骨料配置的透水混凝土的方案以及结果详见表1。
表2表明，用煤矸石来代替天然的骨料而成产透水混凝土的方法是可行的，煤矸石生产成的透水混凝土在自然干燥30天后的抗压强度可以达到40.2MPa；粒径对于抗压能力的影响最为巨大，此外，对透水系数的影响也是非常大的，这样的结果表明，煤矸石透水混凝土的透水性以及混凝土强度主要受骨料的粒径所决定。
2.2 水灰比对煤矸石透水混凝土的透水性及强度的影响
有表1可以看出，伴随着水灰比的逐渐增大，混凝土的抗压强度却逐渐的降低，然而透水系数也逐渐增加，水灰比大于0.40时，透水系数增大的并不明显。因此，此结果说明用水量在一定的范围内，水泥水泥的用量越少，则强度就越低，但是透水性就越好，反之亦是这样[6]。
2.3 骨料的粒径对透水混凝土透水性以及强度的影响
研究表明，骨料的粒径越小，其颗粒间检出点就越多，堆积的密度也就越大，所配置成的透水混凝土的透水性也就越低，其强度也就越高。但与此同时，骨料的粒径越小，其表面积也就越大，在所形成的单位体积的结构骨架内颗粒之间的接触点也就越多，胶结的面积也就越大，因此混凝土的强度得到提高，但是同时需要增加水泥的永娘。相反，骨料的粒径越大，其所形成的接触点的数量也就越少，胶结的面积也就越小，因此透水性得到了提高，但是强度下降[7]。
结果显示，随着骨料颗粒直径的增加，混凝土的强度也就急剧下降，同时混凝土的透水性也迅速增加。这样的结果主要是由于混凝土抗壓强度主要由骨料颗粒之间的接触点所形成的，因此，如果水泥的粘结强度越高，则制成的混凝土强度也就越高。但由于骨料是非连续级配，因此骨料颗粒之间并不是很紧密的，骨料颗粒之间会产生小孔，形成一些小的水通道，骨料的颗粒直径越小，所形成的空隙就越小，从而透水性也就越差，但是混凝土的强度却增加；骨料颗粒直径越大，则骨料的颗粒之间的接触也就越少，所形成的空隙也就越大，但最后形成的混凝土强度也就越低，这时就需要具有高粘度的高强水泥进行粘结。
（）之前的数据为抗压强度的分析结果；（）内部为透水系数分析结果
2.4 骨胶比对混凝土透水性和强度的影响
由表1可以得出，骨胶比的增加，混凝土的强度逐渐的降低，透水系数慢慢增加。这样结果的产生主要是由于骨胶比的增加，水泥的相对含量随之降低最终导致混凝土的强度也随之下降，骨料颗粒相互镶嵌在一起形成了镶嵌结构，内部的空隙增加，透水性也就增加。
3 讨论
通过本研究分析结果显示，用煤矸石骨料来取代天然的骨料生产透水混凝土的方法是完全可行的，所配制成的透水混凝土抗压强度均可以达到40.2MPa以上。煤矸石骨料颗粒的直径是决定混凝土透水性以及强度的重要因素。在骨胶比、水灰比一定的情况下，骨料颗粒直径越小，透水性也就越低，但最终透水性混凝土的强度也就越高。此外，煤矸石透水沪宁图的透水性和强度是相互矛盾的指标，在实验设计上应该充分的开率到二者之间的相互关系以及工程的实际情况，根据不同的需要来进行不同的配备比。
参考文献：
[1]饶玲丽，曹建新，张洪波，等.粉煤灰透水砖的制备研究[J].新型建筑材料，2006（7）：48-50.
[2]左富云，孙可伟.废旧混凝土制备透水砖工艺的研究[J].建材发展导向，2007（6）：31-33.
[3]宋志斌，黄明君，马建军.混凝土透水砖的研制[J].河北工程大学学报：自然科学版，2008，25（2）：13-16.
[4]富建江.透水砖透水系数测定仪的研制应用[J].福建建材，2009（1）：110-111.
[5]雷丽恒.透水性道路用生态混凝土性能的试验研究[D].镇江：江苏大学，2007.
[6]王海燕，刘华章.混凝土透水砖的配合比设计、生产与施工[J].新型建筑材料，2007（7）：27-29.