碱激发粉煤灰-矿渣基煤矸石透水混凝土制备及性能研究

作     者：查文华 李杰莲 吕文芳 许涛 林杭 易进翔 

作者机构：东华理工大学土木与建筑工程学院 江西省地质环境与地下空间工程研究中心 中南大学资源与安全工程学院 

出 版 物：《铁道科学与工程学报》 (Journal of Railway Science and Engineering)

年 卷 期：2024年

学科分类：08[工学] 081304[工学-建筑技术科学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0813[工学-建筑学] 

基　　金：国家自然科学基金项目(52264003) 江西省“双千计划”支持项目(DHSQT22021002) 

主　　题：碱激发胶凝材料 煤矸石 透水混凝土 配合比优化 微观结构 

摘      要：为弥补煤矸石透水混凝土强度缺陷，加强煤矸石在透水混凝土中的资源化利用。以碱激发粉煤灰-矿渣胶凝材料替代水泥，煤矸石取代部分天然粗骨料，制备碱激发粉煤灰-矿渣基煤矸石透水混凝土（AFSGPC）。通过正交试验和极差分析，探究骨料级配、煤矸石取代率、水胶比、碱激发剂模数、目标孔隙率五个因素对AFSGPC力学性能和透水性能的影响程度；基于正交试验得到的基准配合比设计单因素优化试验，研究影响程度最显著的三个因素对AFSGPC力学性能和透水性能的作用效应及其机理，并确定最优配合比；结合X-射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和能量色散光谱（EDS）分析AFSGPC的矿物成分变化和微观形貌。结果表明：正交试验下AFSGPC的28 d抗压强度最大值为22.59 MPa，此时的劈裂抗拉强度为2.62 MPa，透水系数为2.41 mm/s，有效孔隙率为19.7%；影响AFSGPC基本性能最显著的三个因素为煤矸石取代率、水胶比和目标孔隙率；基于这三个显著因素优化后的配合比为：采用5～10 mm单级配骨料，煤矸石取代率为35%，水胶比为0.32，碱激发剂模数为1，目标孔隙率为15%，该配合比能够在满足透水混凝土路用规范要求的前提下最大程度利用煤矸石；AFSGPC力学性能的提升主要得益于碱激发粉煤灰-矿渣胶凝材料高强度、高粘性特性以及胶凝材料对界面过渡区结构的改善。研究结果为AFSGPC的制备及其工程应用提供一定的参考价值。