摘要
针对我国煤矸石产量的逐年增加以及对矿区环境保护的迫切需求，国家《煤矸石综合利用技术政策要点》强调，煤矸石的处理方式应着重于无害化处理和资源化利用。因此，需要依据煤矸石自身的材料特点，结合区域发展需求，探索经济、高效的加工工艺，研发可广泛应用于生产实践的产品和技术，以此提高煤矸石的综合利用水平。 为得到C20～C30等级的煤矸石活性粉末混凝土（煤矸石RPC），本文选用煤矸石、河砂、水泥、粉煤灰、硅灰、石灰石粉、纤维和高效减水剂为原材料，进行煤矸石RPC的配合比试验研究。得到以下结论： (1)测试集料的颗粒级配、化学成分、矿物组成和微观结构，得出煤矸石集料相较于河砂集料，其具有密度较小，自身强度较低，颗粒分布较不均匀，比表面积较大，微孔隙较为发达，富含粘土矿物，吸水性较强等特征。 (2)进行多因素正交试验，通过趋势图分析、极差分析和方差分析，研究正交试验中水泥／粉煤灰、水泥／硅灰、集胶比和纤维掺量因素对煤矸石RPC流动度、抗压强度和抗折强度的影响。并选取出一组优势配合比，即煤矸石／水泥／粉煤灰／硅灰为12∶3∶2∶1，聚丙烯纤维掺量为3kg/m3。该配合比的煤矸石RPC在7天和28天龄期下的抗折强度分别为4.17和4.69MPa，7天和28天龄期下的抗压强度分别为16.49和24MPa。 (3)将正交试验得出的煤矸石RPC配合比优化后应用于集料取代试验之中，通过对不同煤矸石取代率下的RPC进行紧密堆积程度评价、流动度测试、抗压与抗折强度测试、吸水率与孔隙率测试、纤维掺量测试、水化产物测试、微观结构和界面特征观测，从而对比煤矸石集料与常规天然集料在RPC中造成的性能差异。并选取出一组优势配合比，即煤矸石、河砂、水泥、粉煤灰、硅灰、石灰石粉和钢纤维掺量分别为925kg/m3、309kg/m3、312kg/m3、223kg/m3、125kg/m3、89kg/m3和160kg/m3。该配合比的煤矸石RPC在7天、14天和28天龄期下的抗折强度分别为16.55、22.43和9.68MPa;7天、14天和28天龄期下的抗压强度分别为39.58、43.91和48.32MPa。 (4)较大的水胶比（正交试验中水胶比在0.5~0.6之间）在一定程度上可以保证煤矸石RPC的流动性能和预防其后期强度的倒缩，但同时也会导致煤矸石RPC孔隙率较大，强度较低；而较小的水胶比（集料取代试验中水胶比为0.29~0.42）又可能让煤矸石RPC在养护后期出现由水化反应引起的膨胀应力，致使RPC内部微裂纹发育，出现强度倒缩的现象。所以对于煤矸石RPC，选择较为合适的水胶比至关重要。
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