《煤矸石集料在制備建筑砂漿中應(yīng)用指南》煤矸石作為煤炭開(kāi)采和洗選過(guò)程中產(chǎn)生的固體廢棄物，其資源化利用是解決礦山生態(tài)環(huán)境問(wèn)題、推動(dòng)建筑材料綠色化發(fā)展的重要方向。將煤矸石加工為集料應(yīng)用于建筑砂漿制備，既能降低天然砂石資源消耗，又能實(shí)現(xiàn)工業(yè)固廢的高效利用。但由于煤矸石物理化學(xué)性質(zhì)與天然砂存在差異，需系統(tǒng)規(guī)范其應(yīng)用流程，確保砂漿性能滿足工程要求。以下從材料特性、預(yù)處理工藝、配合比設(shè)計(jì)、制備技術(shù)、性能檢測(cè)及施工應(yīng)用等環(huán)節(jié)展開(kāi)詳細(xì)說(shuō)明。一、煤矸石集料的基本特性與質(zhì)量要求煤矸石的礦物組成主要包括黏土礦物（如高嶺石、伊利石）、石英、長(zhǎng)石及少量碳酸鹽礦物，其化學(xué)成分以SiO?、Al?O?為主，部分含F(xiàn)e?O?、CaO等。作為砂漿集料，其物理性能直接影響砂漿的和易性、強(qiáng)度及耐久性，需重點(diǎn)控制以下指標(biāo)：1.物理性能：表觀密度應(yīng)不低于2400kg/m3，堆積密度宜為1300-1500kg/m3，與天然砂接近以保證體積穩(wěn)定性；顆粒級(jí)配需符合《建筑用砂》（GB/T14684）中Ⅱ區(qū)中砂要求，細(xì)度模數(shù)控制在2.3-3.0之間，過(guò)細(xì)易導(dǎo)致需水量增加，過(guò)粗則影響保水性；吸水率應(yīng)≤5%（飽和面干狀態(tài)），過(guò)高的吸水率會(huì)在砂漿硬化過(guò)程中吸收水泥漿體水分，降低膠凝材料水化程度，導(dǎo)致強(qiáng)度下降；含泥量（粒徑＜0.075mm的顆粒）需≤3%，泥質(zhì)成分會(huì)削弱集料與膠凝材料的粘結(jié)性，增加收縮開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)。2.化學(xué)性能：煤矸石中若含有硫化物（如FeS?），在潮濕環(huán)境中會(huì)氧化生成硫酸，腐蝕膠凝材料并釋放氣體導(dǎo)致體積膨脹，因此硫化物及硫酸鹽含量（以SO?計(jì)）需≤1.0%；有機(jī)質(zhì)含量需通過(guò)比色法檢測(cè)，顏色不應(yīng)深于標(biāo)準(zhǔn)色，避免有機(jī)質(zhì)延緩水泥水化；燒失量應(yīng)≤8%，過(guò)高的燒失量表明未燃盡碳或易分解礦物含量大，會(huì)降低集料密實(shí)度。二、煤矸石集料的預(yù)處理工藝為滿足砂漿集料質(zhì)量要求，需對(duì)原始煤矸石進(jìn)行分級(jí)處理，關(guān)鍵步驟包括破碎、篩分、清洗及活化處理：1.破碎與篩分：采用顎式破碎機(jī)或反擊式破碎機(jī)將煤矸石破碎至≤5mm的顆粒，破碎過(guò)程中需控制單次進(jìn)料粒徑（建議≤300mm），避免過(guò)度粉碎產(chǎn)生過(guò)多細(xì)粉。破碎后通過(guò)振動(dòng)篩進(jìn)行分級(jí)，篩網(wǎng)規(guī)格依次為5mm、2.36mm、1.18mm、0.6mm、0.3mm、0.15mm，收集各粒徑區(qū)間的集料并按比例混合，使級(jí)配曲線位于標(biāo)準(zhǔn)Ⅱ區(qū)范圍內(nèi)。2.清洗與脫水：破碎篩分后的集料需通過(guò)輪斗洗砂機(jī)或螺旋洗砂機(jī)清洗，去除表面附著的黏土、煤屑等雜質(zhì)。清洗時(shí)需控制水流速度（建議0.1-0.3m/s），避免細(xì)顆粒過(guò)度流失；清洗后采用脫水篩或離心脫水機(jī)降低含水率至≤8%，防止集料結(jié)塊影響后續(xù)計(jì)量。3.活化處理（可選）：對(duì)于活性較低的煤矸石（如硅鋁質(zhì)含量高但結(jié)晶度高的硬質(zhì)矸石），可通過(guò)機(jī)械粉磨或高溫煅燒活化。機(jī)械粉磨至比表面積≥350m2/kg時(shí)，部分硅鋁礦物晶體結(jié)構(gòu)破壞，活性提高；高溫煅燒（700-800℃）可使高嶺石等黏土礦物脫水生成偏高嶺土，增強(qiáng)火山灰活性，適用于制備摻合料與集料復(fù)配的高性能砂漿。三、砂漿配合比設(shè)計(jì)原則與優(yōu)化方法煤矸石集料砂漿的配合比設(shè)計(jì)需綜合考慮和易性、強(qiáng)度、耐久性及經(jīng)濟(jì)性，核心參數(shù)包括膠凝材料用量、水膠比、砂率（煤矸石集料占集料總量的比例）及外加劑摻量。1.膠凝材料選擇：水泥宜選用42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，其早期強(qiáng)度發(fā)展快，與煤矸石集料粘結(jié)性好；摻合料可選用粉煤灰（Ⅱ級(jí)以上）或礦渣粉（S95級(jí)），摻量不超過(guò)膠凝材料總量的30%，以改善砂漿和易性并降低成本。2.水膠比確定：煤矸石集料吸水率較高，需采用“飽和面干”狀態(tài)下的集料計(jì)算用水量。初始水膠比可參考天然砂砂漿（M5砂漿水膠比0.60-0.65，M10砂漿0.55-0.60），但需根據(jù)煤矸石實(shí)際吸水率調(diào)整：若集料吸水率為W（%），則額外需水量為膠凝材料總量×W×0.8（考慮部分水分被膠凝材料吸附）。3.砂率優(yōu)化：煤矸石集料表面粗糙、棱角多，砂率需比天然砂砂漿提高2%-5%（天然砂砂漿砂率通常為40%-50%）。當(dāng)煤矸石細(xì)度模數(shù)為2.5時(shí)，M5砂漿砂率建議45%-50%，M10砂漿建議42%-47%；細(xì)度模數(shù)每增減0.1，砂率相應(yīng)調(diào)整1%-2%。4.外加劑應(yīng)用：為改善和易性，可摻加0.1%-0.3%的減水劑（如聚羧酸系），降低用水量；為提高保水性，可摻加0.01%-0.03%的羥丙基甲基纖維素（HPMC），防止離析泌水；冬季施工時(shí)可摻加早強(qiáng)劑（如硫酸鈉，摻量≤2%），加速水泥水化。配合比設(shè)計(jì)需通過(guò)試配驗(yàn)證，具體步驟為：按計(jì)算配合比制備砂漿，檢測(cè)稠度（70-90mm）、保水率（≥88%）是否達(dá)標(biāo)；若稠度過(guò)低，可增加0.5%-1%的用水量或0.02%的減水劑；若保水率不足，可增加HPMC摻量或降低煤矸石細(xì)顆粒（＜0.3mm）比例。強(qiáng)度驗(yàn)證需制作7d、28d立方體試件（70.7mm×70.7mm×70.7mm），28d抗壓強(qiáng)度需達(dá)到設(shè)計(jì)值的110%以上（考慮煤矸石集料與膠凝材料粘結(jié)性略低于天然砂）。四、砂漿制備與施工關(guān)鍵技術(shù)1.攪拌工藝：采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)，攪拌順序?yàn)椋合韧度胨?、摻合料干?0s，再加入煤矸石集料干拌30s，最后加水及外加劑濕拌2-3min。攪拌時(shí)間不足會(huì)導(dǎo)致材料分散不均，過(guò)長(zhǎng)則可能因煤矸石吸水飽和后釋放水分而降低稠度。2.運(yùn)輸與儲(chǔ)存：砂漿應(yīng)在2h內(nèi)使用完畢（環(huán)境溫度20℃時(shí)），運(yùn)輸過(guò)程中需采用密封攪拌車或保溫桶，避免水分蒸發(fā)或離析。若需延長(zhǎng)使用時(shí)間，可摻加0.02%-0.05%的緩凝劑（如葡萄糖酸鈉），但需重新檢測(cè)凝結(jié)時(shí)間（初凝≥4h，終凝≤10h）。3.施工應(yīng)用要點(diǎn)：-基層處理：需清除基層浮灰、油污，灑水濕潤(rùn)至表面無(wú)明水，避免基層吸水導(dǎo)致砂漿失水過(guò)快。-抹灰厚度：?jiǎn)未文ɑ液穸炔灰顺^(guò)10mm，分層施工時(shí)需待前一層終凝后再進(jìn)行下一層，防止因自重下垂或收縮開(kāi)裂。-養(yǎng)護(hù)管理：常溫下（20±2℃）需覆蓋濕麻袋養(yǎng)護(hù)7d，高溫或干燥環(huán)境需縮短至5d并增加灑水次數(shù)；冬季施工需保持環(huán)境溫度≥5℃，必要時(shí)采用暖棚法或覆蓋保溫材料，避免受凍。五、性能檢測(cè)與質(zhì)量控制1.進(jìn)場(chǎng)檢驗(yàn)：煤矸石集料每500t為一批次，檢測(cè)顆粒級(jí)配、含泥量、吸水率、硫化物含量，不合格集料嚴(yán)禁使用。2.過(guò)程控制：每工作班檢測(cè)砂漿稠度、保水率各2次，稠度偏差±10mm，保水率偏差±2%；每100m3或每臺(tái)班制作強(qiáng)度試件1組（6塊），不足100m3按1組計(jì)。3.常見(jiàn)問(wèn)題處理：-泌水現(xiàn)象：原因可能是砂率過(guò)低或保水劑摻量不足，需增加砂率2%-3%或提高HPMC摻量0.01%。-早期開(kāi)裂：多因養(yǎng)護(hù)不及時(shí)或水膠比過(guò)大，需加強(qiáng)覆蓋保濕，降低水膠比0.02-0.03。-強(qiáng)度不足：可能是水泥用量不足或煤矸石含泥量過(guò)高，需增加膠凝材料用量5%-10%，或重新清洗集料降低含泥量至≤3%。將煤矸石集料應(yīng)用于建筑砂漿，需以材料特性為基礎(chǔ)，通過(guò)預(yù)處理優(yōu)化集料性能，科學(xué)設(shè)計(jì)配合比，嚴(yán)格控制制備與施工環(huán)節(jié)，同時(shí)建立全流程質(zhì)量檢測(cè)體系。實(shí)踐表明，符合要求的煤矸石集料砂漿28d