工程混凝土中粗骨料碎石類別鑒別方法

嚴(yán)玉梅

（廣東廣業(yè)檢測(cè)有限公司）

0 引言

混凝土是由膠凝材料、水、骨料、外加劑等材料組成，骨料是混凝土的主要材料之一，其在混凝土中占據(jù)了大概70%的體積，是混凝土工程的主要材料，用量十分巨大。粗骨料在混凝土中占據(jù)的體積最大，大概占混凝土總體積的40%，是混凝土的骨架，而且在混凝土水化反應(yīng)過(guò)程中，粗骨料的體積在混凝土中不發(fā)生變化，最大程度保證了混凝土的體積穩(wěn)定性。但是粗骨料品種選擇不當(dāng)也會(huì)給混凝土的體積穩(wěn)定性、工作性甚至強(qiáng)度帶來(lái)不利影響，從而會(huì)影響到混凝土的性能。煤矸石是采煤過(guò)程和洗煤過(guò)程中排放的固體廢物，是一種在成煤過(guò)程中與煤層伴生的一種含碳量較低、比煤堅(jiān)硬的黑灰色巖石，但煤矸石脆性大，硬度不如普通砂石，且常年經(jīng)過(guò)風(fēng)化后的煤矸石抗壓強(qiáng)度較低，因此煤矸石并不適合作為混凝土的骨料使用。本項(xiàng)目對(duì)已使用在工程剪力墻上的混凝土中黑色粗骨料碎石進(jìn)行礦相分析、化學(xué)成分分析等實(shí)驗(yàn)，鑒別項(xiàng)目所用混凝土所用碎石是否為煤矸石。

1 實(shí)驗(yàn)方案

檢測(cè)樣品為委托方在工程混凝土剪力墻上通過(guò)抽芯法取出混凝土芯樣（圖1、圖2），再將芯樣破碎后取出混凝土中的碎石（圖3、圖4），因碎石是混凝土用的粗骨料，首先對(duì)其力學(xué)性能壓碎值指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，判定是否符合《建設(shè)用卵石、碎石》GB/T 14685-2011 標(biāo)準(zhǔn)要求；然后對(duì)壓碎后的產(chǎn)品使用X 射線熒光光譜分析方法進(jìn)行半定量全元素分析，對(duì)重點(diǎn)元素進(jìn)行定量分析，通過(guò)對(duì)照煤矸石的化學(xué)成分含量來(lái)判定委托樣品的礦物類型。

圖1 芯樣1

圖2 芯樣2

圖3 芯樣破碎后碎石1

圖4 芯樣破碎后碎石2

2 煤矸石化學(xué)組成

煤矸石(Gangue)，是煤伴生廢石，組成：有機(jī)化合物和無(wú)機(jī)化合物，歸類：礦石。其主要化學(xué)組成如表1、表2。

表1 常見煤矸石的化學(xué)成分

表2 煤矸石的化學(xué)成分及分類[1]

3 測(cè)試樣品制備

為測(cè)試剪力墻混凝土中碎石的化學(xué)組成，同時(shí)將一個(gè)樣品的分為兩個(gè)樣，分別采用兩種不同的制樣方法進(jìn)行檢測(cè)。

⑴剪力墻混凝土中碎石單一顆粒測(cè)試樣品制備

①將3#-12 層16/E-F 骨料中顏色偏淺灰色的顆粒記為“骨料A”，隨機(jī)取兩粒用于實(shí)驗(yàn)；

②將顏色偏黑色的顆粒記為“骨料B”，隨機(jī)取兩粒用于實(shí)驗(yàn)；

③從塊狀混凝土中取偏黑色骨料，記為“骨料C”。

⑵混合樣品

按照不同工程部位剪力墻混凝土中碎石混合制樣檢測(cè)，共有4 個(gè)樣品，分別為3#12 層(8/B-C）樣品、3#12層（16-17）/D 樣品、4#16 層（16-17）F 樣品、4#16 層（13-14）E 樣品。

4 測(cè)試方法

⑴半定量分析方法采用《波長(zhǎng)色散X 射線熒光光譜分析方法通則》JY/T 0569-2020，X 射線熒光光譜分析（設(shè)備：Axios PW4400），硼酸鋰溶劑熔融法；

⑵定量分析方法采用《水泥化學(xué)分析方法》GB/T 176-2017；

⑶低位發(fā)熱量采用《煤的工業(yè)分析方法》GB/T 212-2008；

⑷碎石壓碎指標(biāo)采用《建設(shè)用卵石、碎石》GB/T14685-2011。

5 碎石化學(xué)組成測(cè)試結(jié)果

⑴剪力墻混凝土中碎石單一顆粒樣品X 射線熒光光譜分析結(jié)果見表3。

表3 剪力墻混凝土中碎石單一顆粒樣品化學(xué)組成（wt%）

骨料A1 與A 與骨料B1 與B2 的Al2O3含量分布在4.69%～15.56%范圍內(nèi)，比常見煤矸石種類（見表1）中的Al2O3含量（＞15%）低。此外，B2 與C 燒失量分別為23.75%和32.15%，其他樣品的燒失量均約為1%，而B2與C 的CaO 含量高達(dá)30%，可以推斷B2 與C 中的碳主要以石灰石形式存在。

⑵剪力墻混凝土中碎石混合樣品化學(xué)成分半定量分析結(jié)果見表4，定量分析結(jié)果見表5。

表4 剪力墻混凝土中碎石混合樣品化學(xué)成分半定量分析結(jié)果（wt%）

從表4 半定量和表5 定量分析對(duì)同一個(gè)樣品的分析結(jié)果可以看出，雖然因樣本取樣部位的不同數(shù)據(jù)有一定的差異，但也有一定的規(guī)律：從檢測(cè)結(jié)果可知3#12 層（16-17）/D 樣品兩種方法檢測(cè)出的燒失量較高，其氧化鈣含量高，說(shuō)明碳主要以石灰石形式存在，所有樣品的氧化鈣組分在17%～47%之間，不符合常見煤矸石中氧化鈣組分不大于2.5%，且常見煤矸石的主要成份二氧化硅和三氧化二鋁占比大于65%，而所檢測(cè)的樣品二氧化硅和三氧化二鋁含量都比較低，遠(yuǎn)低于煤矸石化學(xué)成分的含量比例。因此判定所檢測(cè)樣品不符合煤矸石的化學(xué)組成特征，初步判定該樣品碎石不是煤矸石。

表5 剪力墻混凝土中碎石混合樣品化學(xué)成分定量分析結(jié)果（%）

6 碎石的物相組成

⑴測(cè)試方法：X 射線衍射分析，設(shè)備型號(hào)X’pert Powder，掃描角度θ：5～90°，掃描速度：10°/min。

⑵各類骨料樣品物相組成如圖5、圖6 所示。

圖6 骨料B 與骨料C 的物相組成

從圖5 中可見，骨料A1 和A2 主要由石英、微斜長(zhǎng)石、耀西耀喀石組成，兩個(gè)骨料顆粒的礦物組成基本一致，其中骨料A2 含有少量含鐵礦物，經(jīng)鑒定可能為鐵鈣閃石。

圖5 骨料A 的物相組成

骨料B1 和骨料B2 的兩個(gè)樣品的主要礦相均包含α-方石英，骨料B2 中含有大量方解石。此外，破碎骨料C 的主要礦相為方解石，并含有少量霞石。可見骨料的礦相組成難以通過(guò)外觀簡(jiǎn)單判別。與文獻(xiàn)對(duì)比，樣品與典型煤矸石礦相對(duì)比（圖7～圖9），發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)樣品中并未出現(xiàn)煤矸石典型組分高嶺石，因此所測(cè)試的骨料為煤矸石的可能性較低。

圖7 煤矸石物相分析[1]

圖8 煤矸石物相分析[2]

圖9 煤矸石(Gangue)的物相分析[3]

7 結(jié)論

通過(guò)對(duì)檢測(cè)樣品進(jìn)行化學(xué)分析及礦相分析，從檢測(cè)結(jié)果可以看出，樣品中的氧化鈣含量相對(duì)較高，因而造成樣品的燒失量高，不符合煤矸石中氧化鈣組分不大于2.5%，且煤矸石的主要成份為二氧化硅和三氧化二鋁，所檢測(cè)的樣品含量普遍偏低，低于煤矸石特征含量；再結(jié)合樣品礦相組成未出現(xiàn)典型組分高嶺石，從而判定所檢測(cè)樣品不符合煤矸石的化學(xué)組成及特征，該樣品碎石不是煤矸石。

另為保證工程用混凝土質(zhì)量，對(duì)在工地現(xiàn)場(chǎng)抽取混凝土芯樣進(jìn)行破碎，對(duì)分離出來(lái)的碎石依據(jù)《建設(shè)用卵石、碎石》GB/T 14685-2011 檢測(cè)碎石壓碎指標(biāo)值，檢測(cè)結(jié)果為9.7%，符合標(biāo)準(zhǔn)≤10%的要求。