注：本文受湖南省高校思政项目重点课题（21SZ10）；湖南省教育厅科学研究项目重点项目（19A114）支持。

0  引言

煤矸石是在煤的形成过程中形成的伴生岩石，部分含有碳，利用这些资源，转废为宝，既可节约能源、节省资源，又可提高产值，是未来煤矸石开发的必然趋势^[1-3]。目前，对不同养护条件下煤矸石粒径、不同水灰比、煤矸石掺量对泡沫混凝土的影响研究还不够完善，为此通过研究在不同养护条件下水灰比、煤矸石掺量、聚苯乙烯颗粒掺量对泡沫混凝土的早期抗压强度的影响，确定试配煤矸石泡沫混凝土的最佳水灰比和，最佳煤矸石掺量以及最佳EPS颗粒掺量，并研究泡沫混凝土的力学特性。

在煤矸石泡沫混凝土的研究方面，研究人员尝试过用煤矸石粉^[4]，煤矸石块粒径4.7mm～9.5mm^[5]制备煤矸石泡沫混凝土，暂未有研究人员用0～５ｍｍ粒径制备煤矸石泡沫混凝土，本文为了更有效的利用固废，本文以煤矸石粒径为0～５mm 为主要原料，加入聚苯乙烯EPS研制了一种轻型的建筑用无机保温材料，具有较好的化学稳定性和耐水性，将水灰比，煤矸石掺量，EPS颗粒掺量变化作为变量，研究在标准养护，蒸汽养护，自然养护三种不同养护条件下的破坏过程，并研究其对混凝土的抗压性能的影响。

1.实验

1.1原材料

（1）水：采用实验室自来水。

（2）水泥：采用海螺牌普通硅酸盐PO42.5水泥

（3）砂子：选用清洗筛分后的河砂，细度模数为3.0～2.3，平均粒径为0.5～0.35mm，见图2-a

（4）煤矸石：选用华南地区非自然煤矸石，原材料见图一A,B。经过破碎筛分清洗后选用粒径为0～5mm，连续级配试验用煤矸石，见图二b。

（5）聚苯乙烯颗粒（EPS）：采用伟达科技有限公司的EPS泡沫颗粒3～5mm，连续级配

（6）减水剂：萘系高效减水剂

（7）发泡剂：采用河南省四通化建混凝土外加剂有限公司的浓缩型高效水泥发泡剂，棕褐色粘稠液体，固含量50+2%，PH值为6-8,易溶于水，在混凝土中可引入小气泡（5～200μm），与水混合后，用手持电钻搅拌机进行发泡，发泡效果见图2-c

A                     B

图1  制备煤矸石砂的主要材料

a                    b                     c

图2试验用材料

1.2试件制备

为使试验经济高效，本次试验采用 100mm×100mm×100mm 的模具制作，装入模具后放置于操作台上振动至表面出浆为止，刮除模具上方多余的混凝土后抹平，并在试件表面覆盖一层塑料薄膜防止水分蒸发，静置 24h 后进行拆模及编号，并将9个试块分为三组，其中两组进行自然养护和标准养护7天，剩下一组进行一次蒸汽养护，养护完成后进行立方体抗压强度测试。

1.3测试方法

抗压强度：参照GB/T 43487-2023《泡沫混凝土及制品试验方法》^[6]中规定的立方体抗压强度试验方法进行测试，其加压速度为0.2kN/s,加压应连续而均匀的加荷，直至试件破坏，并记录最大破坏荷载。

2结果与讨论

2.1水灰比对泡沫混凝土性能的影响

由于影响煤矸石泡沫混凝土的和易性以及抗压强度的因素较多，因此为了研究水灰比对其的影响，在设计试验时设定矸石粒径0～5mm、灰料比为0.789，研究不同水灰比对泡沫混凝土的影响（表1）。

表1 不同水灰比煤矸石泡沫混凝土配合比

随着水灰比的增加，煤矸石泡沫混凝土的流动度明显增大，因此在试配泡沫混凝土时应该严格控制水灰比，试配过程要搅拌充分，使得混凝土混合均匀。每组试验试配了3块100mm×100mm×100mm的混凝土块，分为三组，分别进行自然养护，标准养护和蒸汽养护后对其进行抗压强度的测量，加载速度为0.2kN/s，抗压强度测试结果见表2

表2 不同养护条件下煤矸石泡沫混凝土的抗压强度（MPa）

三种养护条件（自然养护、标准养护、蒸汽养护）下煤矸石泡沫混凝土破坏过程见图4。

自然养护

标准养护

蒸汽养护

图3  三种养护条件下煤矸石泡沫混凝土破坏过程

   由表2可发现，在水灰比0.35～０.45之间，三种养护条件下泡沫混凝土的7d抗压强度在1.88MPa以上，煤矸石泡沫混凝土的抗压强度随着水灰比的增加在逐渐变小。而蒸汽养护一次后的抗压强度达到了自然养护，标准养护7天的抗压强度附近，极大的缩短了养护时间。

通过研究发现，若选择0.4的水灰比，在不同条件养护下煤矸石泡沫混凝土早期平均强度为3.35MPa,而随着水灰比的增大，离析率变大，和易性变差，直接导致养护后抗压强度明显减弱，这与郑小磊等人^[5]研究一致。

2.2煤矸石掺量对泡沫混凝土性能的影响

  煤矸石颗粒在泡沫混凝土中扮演骨架的角色，支撑混凝土的强度。因此，煤矸石的添加量会直接影响泡沫混凝土的工作性能和力学特性，李月香，俞心刚等人设计煤矸石掺量为 50%～70%研究其对泡沫混凝土的影响^[7-8]，本文进一步设计煤矸石掺量为 45.5%～47.4%研究其对泡沫混凝土的影响，试配方案中保持水灰比 0.4、煤矸石粒径 0～5mm参数不变。

根据表1进行不同煤矸石掺量的泡沫混凝土的试配，试配完后分组进行自然养护，标准养护和蒸汽养护，养护完成后进行抗压强度的测量。由表2可知，煤矸石泡沫混凝土的抗压强度受煤矸石的掺量的影响，煤矸石掺量为45.5%时，试配的泡沫混凝土早期强度较高，其早起平均强度强度为5.9MPa，相比掺量为47.4%和49.2%的平均强度提高了67.8%和35.4%。

2.3 EPS颗粒掺量对泡沫混凝土性能的影响

根据表1进行不同泡沫颗粒掺量的煤矸石泡沫混凝土的试配，进行自然养护，标准养

护和蒸汽养护，养护完成后进行抗压强度的测量。从表2可以发现，随着泡沫颗粒掺量的增加，煤矸石泡沫混凝土的立方体抗压强度先降低后升高。分析原因：是因为随着EPS颗粒的掺加，在拌合物中出现的分层现象，EPS颗粒大多位于中上部，养护完成后混凝土试块下部抗压强度较高。在EPS颗粒掺量为146g时早期平均强度达到4.94MPa，蒸汽养护强度最高达到5.12MPa，超过了自然养护和标准养护7天的抗压强度。

3 结论

（1）通过试验研究发现，水灰比对煤矸石泡沫混凝土的和易性影响较大，当试配的泡沫混凝土的水灰比在0.4～0.45时，其浆体呈现流动性，而随着水灰比的继续增大，浆体的和易性变差，离析率也开始增大，早期养护的立方体抗压强度低于3.57MPa，研究发现水灰比为0.4时，试配的煤矸石泡沫混凝土具有良好流动性，其平均抗压强度为3.35MPa。

（2）煤矸石掺量的增加使得泡沫混凝土浆体塑性增强，同时随着煤矸石掺量的增加，试配的试块的平均抗压强度在煤矸石掺量为45.5%左右时达到最大，为5.9MPa,之后随着煤矸石掺量的增加强度开始变小。

（3）EPS颗粒的加入对煤矸石泡沫混凝土的抗压强度有着比较明显的影响，抗压强度随着EPS掺量的增加先降低后升高，在EPS颗粒掺量达到146g时其抗压强度达到4.94MPa,蒸汽养护后的强度最高。

参考文献

[1]王红美.煤矸石综合利用现存问题分析与解决对策研究[J].资源节约与环保,2022,(01):115-117.DOI:10.16317/j.cnki.12-1377/x.2022.01.032.

[2]耿金梅.我国煤矸石山治理现状及发展[J].山西化工, 2021, 41(6): 243-245.

[3]李少伟,周梅,张莉敏.自燃煤矸石粗骨料特性及其对混凝土性能的影响[J]. 建筑材料学报, 2020, 23(2): 334-340, 380.

[4]张林春,张爱莲,王倩,等.掺煤矸石泡沫混凝土制备及力学性能[J].硅酸盐通报,2020,39(09):2800-2806.DOI:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2020.09.013.

[5]郑小磊,马其华,曹富荣,等.煤矸石泡沫混凝土性能研究[J].煤矿安全,2019,50(04):63-66.DOI:10.13347/j.cnki.mkaq.2019.04.015.

[6]GB/T 43487-2023,泡沫混凝土及制品试验方法[S].

[7]李月香,李超刚,俞心刚.煤矸石掺量对泡沫混凝土性能的影响[J].新型建筑材料,2017,44(11):117-120.

[8]俞心刚,李德军,田学春,等.煤矸石泡沫混凝土的研究[J].新型建筑材料,2008,(01):16-19.