摘要：从上世纪中期开始，煤矸石的运用受到了全球多个国家的关注。其他国家早已针对煤矸石应用于道路工程方面展开了深层次的探究，并且收获了诸多的可喜成果，在利用率上比我们国家高出不少。煤矸石在建筑中的使用频率较高，而且被多个领域视作较佳的材料，获取了较高的认可度。
关键词：煤矸石；建筑材料；应用
一、我国煤矸石的基本物化特性概述
1、我国煤矸石基本物理特性分析
煤矸石是地球长期演化过程中地层矿物中众多沉积岩矿中的一种。砂岩、铝质岩、粘土岩以及碳酸盐岩等众多煤矸石类型中最为常见的几种类型。通常煤矸石会因含有岩石类型的差异而呈现出不同的光泽、颜色及硬度等表观物理特征。
2、我国煤矸石基本化学特性分析
目前，煤矸石在我国煤矿开采中其排放量很大，一般占煤炭产量的20%左右。因此，在我国工业废物的产生量中，煤矸石已经成为主要的工业废物之一。根据我国官方的行业数据统计，煤矸石在煤炭开采行业的产生量年均约为4.6亿吨，但其综合处理或利用率却不足一半。究其原因为相关的探索性研究较少，尤其是对煤矸石的化学组成分析不足。通过对我国典型煤矸石的化学组成分析可知，硅和铝作为火山灰反应的必需元素，是煤矸石中最主要的化学元素。此外，煤矸石的化学成分也会受煤矿开采过程各种人为和自然环境的影响而发生变化，煤质成分的差异是影响煤矸石成分差异的重要因素之一。
此外，煤矸石中也含有一些有害的化学成分，如重金属等。如若遭遇酸雨浸泡等环境影响，则会污染地下水或破坏土壤，进而给人们的生产生活带来危害。根据文献调研，现将我国典型的煤矸石与自燃煤矸石的化学性质对比总结如表1所示：
表1普通煤矸石与自燃煤矸石化学性质对比分析
二、煤矸石的种类
现如今，关于煤矸石的种类划分尚未达成一致性意见。在现实当中对其分类的时候基本上都是依照下述几方面而定。
1、根据煤矸石排出的地点区分
依此可分为露天煤矿剥离、全岩掘进、半煤岩掘进以及手洗煤矸石。
2、根据煤矸石采掘的时间区分
①新出的：开采时间在三个月以内的。其未经风化，在成分上未出现较为突出的改变，未风干，故而依旧有水分存在，无法产生自行破碎的内在驱动力。
②放置的：放置的时间较久，且小颗粒数量诸多。此类煤矸石出来就能够直接使用，使得经济性大幅提升，并且相应的可塑指标也有所提升。
3、根据煤矸石的燃烧情况区分
3.1未燃烧煤矸石
通常来说，未经燃烧的煤矸石中碳与硫的含量均偏低，也不存在和其余物质反应的活性，以黑色为主，多为粒状、块状，结构为岩石。稳定性较佳，结构极质点都存在规律性，其矿物成分多为蒙脱石、高岭石、伊里石。这种类型的煤矸石通常不会和其余化学成分活跃的物质产生反应。
3.2已燃烧煤矸石
此类煤矸石指的是将未燃过的煤矸石进行充分燃烧，其逐渐变为红色，化学成分当中存在硫，且表现出一定的活性，多为块状及颗粒状。在化学成分方面，碳及具有可燃性成分的物质大大减少，而氧化铝、氧化硅的含量却大幅提升，约为85%，变成了和火山灰物质。然而，在组分结构方面，其相较于未燃烧煤矸石表现出来极大的区别，在高温之后之前所含的粘性矿物质变为了全新的物理结构，有Al2O3、SiO2生成，使其具有了活性，和反应物质一起变为全新的化合物。已燃烧的煤矸石当中的碳物质基本上不复存在，而有害物质譬如硫等也都消失殆尽，物理结构趋于稳定，强度也大幅提升。
三、煤矸石对土壤和水质的破坏
近年来，煤矿的开采量非常大，故而也出现了诸多的煤矸石，使得许多农耕土地被占据。如此一来，一些地区的耕地面积变得更少，加之受到风力等影响，煤矸石会生成诸多的粉尘，对空气造成了极其严重的污染，且堆聚的煤矸石出现自燃的几率较高，对环境及公众的安全都带来了极大的威胁。其受到淋溶及风化等的影响会破坏水质及土壤，这和科学的发展理念不相契合。煤矸石本身的状态、属性、来源矿物的平稳度都与其重金属的流动性紧密相关，且起着决定性的影响。它的风化会将一些重金属排至环境当中，而后者在淋溶之后会进入到土层深部。可见，煤矸石在雨水淋溶及自然风化的影响之下会损坏四周环境，使水源与土壤的纯净度都遭到破坏且深受污染。
在长时间的淋溶及风化的影响之下，煤矸石中的汞也会发生迁移，但是速度非常慢。同时自开采历史各异的3个矿井区中选取了土壤采样线，数量为4条，系统性收集煤矸石堆周边的土壤样品，剖析土壤里的关键有害元素，譬如锌、铬等，同时对重金属的富集状态做出正确的评估。从结果得知，由于煤矸石的长期大范围堆积，致使矿区的土壤深受污染，且表现出了一定的累积性，所有的有害元素的迁移都十分明显，而一些矿井区土壤里的含量更是比国家一级污染标准高出许多。
四、煤矸石在建筑材料中的应用探讨
1、煤矸石在建筑墙体材料中的应用分析
目前，煤矸石主要用于制造建筑墙体材料中的煤矸石砖，是一种远远优于传统黏土砖的新型砖。它具有高硬度、抗压缩性、抗折性和耐酸和耐盐性。如果煤矸石的主要成分是层状页岩和碳质页岩，则易于研磨和风化，并且易碎。而在整个制砖过程中，SiO2含量不应超过75%，否则会发生砖体爆裂。
2、煤矸石在水泥基建筑材料中的应用分析
对于含碳的煤矸石，必须在自燃或煅烧之后除去碳含量，然后才能将其施加到水泥混合物中。根据实际研究结果，当黏土岩石脉石被加热并达到一定温度时，高岭土组分会脱水分解，形成二氧化硅和氧化铝以分解和破坏原始晶相，有效地提高水泥基建筑材料的性能。通过对水泥混合材料中自燃煤矸石量的研究，可以发现，当混合量不超过30%时，与不含煤矸石的水泥浆相比，可以改善流动性和标准稠度的用水量。冷凝时间符合标准要求。一旦量大于30%，流动性将迅速降低，并且标准稠度的水消耗将增加。由于煤矸石不像沙子那么坚固，它也可以与纤维结合使用以增强其强度。
3、煤矸石在道路填料中的应用分析
根据文献查阅及行业调研可知，道路填料的应用研究中，煤矸石已作为添加骨料被进行了大量的研究，但据国内文献综述可知，相关研究还较少，基本处于起步研究阶段。据调研可知，道路建筑材料中合理搭配使用煤矸石，可以有效增强建筑道路建材抵抗风雨侵蚀的能力。此外，如前所述，煤矸石的成分会受到开采条件和环境因素的影响，其物化性质的差异对路基也会产生不同的影响。根据调研可知，分级良好的硬煤矸石在路基填料中的应用必须保证其储存时间超过五年。此外，煤矸石自由膨胀率和有机质含量的各项指标应根据道路等级确定，均需符合相关规范要求。最重要的是，一些掺杂煤矸石的建筑材料混合物比普通基础材料对道路填料的稳定性更有利。
结束语
煤矸石作为我国煤矿开采过程中的一种副产物，其产生量之大，价格低廉及其优良的物化特性，使其在建材领域中具有广阔的应用前景。在煤矸石的建材资源化利用中，它不仅可以提高建筑材料的性能，节约成本，还可以解决我国煤矸石大量排放、污染环境等现实问题。
参考文献
[1]张晓建.建筑材料行业中煤矸石的分析及其应用[J].江西建材，2017（10）：1.
[2]惠婷婷，王俭.煤矸石砖在生态建筑中应用的市场潜力[J].环境保护与循环经济，2010，30（8）：65-67.
论文作者:王国禹
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第30期
论文发表时间:2019/1/9
标签：煤矸石论文; 土壤论文; 建筑材料论文; 道路论文; 含量论文; 成分论文; 填料论文; 《建筑学研究前沿》2018年第30期论文;