高强度再生骨料和再生高性能混凝土试验研究

本文作者认为对高强度再生骨料的研究将越来越重要。介绍了再生高性能混凝土的概念,通过试验研究了高强度再生骨料对混凝土基本性能的影响,成功地配制出坍落度为245mm、28天强度达54 9MPa的再生混凝土。特别地,应用全部再生骨料配制的混凝土的三年强度达到了96 1MPa。作者认为,再生高性能混凝土的开发有助于扩大再生混凝土的应用。

燃煤矸石喷射混凝土界面结构分析与性能研究

通过自燃煤矸石骨料压碎值、吸水率、粒径分布测定和混凝土抗压强度试验研究了矸石骨料替代天然骨料及碱性拌合水对喷射混凝土抗压强度的影响,并利用SPSS软件对实验数据进行分析。结果表明:骨料类型对混凝土强度影响不显著;碱性拌合水有助于矸石混凝土3 d、28 d强度的提高,而对1 d及石子混凝土各龄期强度影响不明显。SEM观察和分析表明:矸石疏松多孔、易吸水、粗糙的表面特征有利于水泥砂浆的附着,有效降低了高拌合水量下界面处的水灰比,减少了对强度不利的界面过渡区的厚度;碱性的矿井水有助于激发自燃煤矸石中活性SiO2和Al2O3的溶出,这些活性物质与界面处聚集的Ca(OH)2发生反应产生凝胶,提高了界面过渡区的密实度。

煤矸石集料混凝土抗压强度及耐久性能

以煤矸石-普通碎石混合作为粗集料制备了一系列混凝土试样,其中煅烧和未煅烧煤矸石等量替代普通碎石的掺量为0%、30%、50%、70%和100%,探究了煤矸石粗集料掺量和700℃煅烧对混凝土抗压强度、快速氯离子渗透、抗碳化性能和抗硫酸盐侵蚀性能的影响,并借助X射线衍射仪(XRD)观测矿物成分变化,利用扫描电子显微镜(SEM)观测微观结构。实验结果表明煤矸石作混凝土集料是可行的,最大掺量受混凝土设计强度和所处环境的限制。煤矸石与胶凝材料粘结处空腔的存在不利于混凝土抗压强度和耐久性能,但对固化氯离子性能有利。相比于掺未煅烧煤矸石的混凝土,掺煅烧煤矸石的混凝土的内部结构更致密,但煅烧煤矸石自身的缺陷导致其未获得较大优势。后续研究将致力于更大程度地激发煅烧煤矸石集料的活性以更好地发挥其优势。本研究为煤矸石的大宗高效利用提供试验基础和理论依据。

煤矸石混凝土弹性模量的试验研究

主要研究煤矸石掺量对混凝土强度和弹性模量的影响,建立煤矸石混凝土弹性模量计算的数学模型。试验设计C20~C50四个强度等级的混凝土,按照等量取代法,用20%~100%煤矸石取代碎石,通过外加剂调整混凝土的工作性,制成混凝土试件。依据GB/T 50081进行测试,通过试验结果研究煤矸石掺量对混凝土强度、弹性模量的影响,建立煤矸石混凝土强度、表观密度和弹性模量的数学模型。试验结果表明:煤矸石掺量的变化对C20等级的混凝土强度影响不大;C30等级的混凝土,当煤矸石掺量在40%以内时,强度变化不大;但是当煤矸石掺量继续增大到60%时,强度出现明显降低趋势;C40~C50等级的混凝土煤矸石掺量达到20%时强度降低5%,因此煤矸石掺量应控制在20%内。通过对混凝土模量和强度的研究以及试验结果建立了煤矸石混凝土弹性模量计算的数学模型,E_c=429.1/(9.003+151.4/f_c)或者E_c=6.036×10^(-3)×ρ×f_c^(0.238 8)。

高性能再生骨料混凝土的物理力学性能及耐久性

针对再生骨料混凝土的路用性能,研究了再生骨料的掺量对高性能再生骨料混凝土物理力学性能的影响,并采用混凝土抗氯离子渗透性的电评价标准试验方法对高性能再生骨料混凝土的抗氯离子渗透性能进行了评价.研究结果表明,虽然再生骨料属于低品质骨料,但高性能再生骨料混凝土的力学性能及耐久性并未随着再生骨料掺量的增加而急剧劣化,再生骨料对混凝土性能既有正效应也有负效应;通过采用优质粉煤灰和高效减水剂双掺技术,可以制备出高强高性能再生骨料混凝土.

煤矸石陶粒混凝土的轻质化及保温性能研究

研究了粉煤灰掺量和体积砂率对用煤矸石陶粒和陶砂作为骨料配制的轻骨料混凝土抗压强度和干表观密度的影响,测试了不同强度等级下轻骨料混凝土可以达到的最小干密度及相应的热导系数。结果表明:煤矸石陶粒混凝土的抗压强度和干密度均随着粉煤灰掺量的增加先增大后减小,当粉煤灰掺量为20%时抗压强度和干密度最高;而随体积砂率减小,抗压强度和干密度逐渐减小,满足LC10、LC15和LC20强度等级的最小干密度分别为1145、1220和1297 kg/m^3,对应的导热系数分别为0.1941、0.2050、0.2341 W/(m·K)。

混凝土界面特性与力学性能的细观数值分析

将混凝土等效为由骨料、水泥砂浆及二者间的界面所构成的三相复合材料,利用蒙特卡罗方法建立混凝土随机骨料模型。采用线性应力-裂缝宽度关系来表征混凝土材料的各相软化力学行为,利用扩展有限元法对单轴拉伸条件下混凝土材料的界面特性与力学性能进行数值分析。分析结果表明,随着界面强度提高,混凝土强度、断裂能和延性增大,破坏模式由单一贯通裂纹向多条非贯通裂纹过渡;混凝土弹性模量随界面弹性模量的增加而增大;界面厚度减小时,混凝土材料的强度、弹性模量、断裂能增加,界面厚度对混凝土力学性能弱化作用变小。

粉煤灰掺量对煤矸石骨料混凝土性能影响研究

为探讨粉煤灰作为矿物掺合料对煤矸石骨料混凝土性能的影响,在制备煤矸石骨料混凝土试件时,掺入0%、15%、25%、35%、50%的粉煤灰来取代等量的水泥,进行抗压强度、碳化性能及干燥收缩性能试验研究。结果表明,煤矸石混凝土的抗压强度随粉煤灰掺量的增加而有所降低,且均低于未掺粉煤灰时的混凝土抗压强度,但当掺量为15%时,煤矸石混凝土的90 d抗压强度超过同龄期未掺粉煤灰时的混凝土强度;当粉煤灰掺量不超过35%时,对煤矸石混凝土的碳化性能影响不大,粉煤灰掺量达到50%时,煤矸石混凝土的抗碳化能力降低明显;随粉煤灰掺量的增加,煤矸石骨料混凝土的干燥收缩性能得到改善,50%粉煤灰掺量时干燥收缩率最小。试验表明,适量掺入粉煤灰能改善煤矸石骨料混凝土的后期强度及干燥收缩性能,且对碳化性能影响不大,这为煤矸石骨料混凝土掺粉煤灰的应用提供了试验依据。

煤矸石粗集料粒径对混凝土性能的影响

从混凝土架构结构模型出发,采用对比实验,研究了煤矸石粗集料粒径对混凝土坍落度、抗压强度、抗折强度、弹性模量和抗冻性的影响.研究结果表明,煤矸石粗集料对混凝土的坍落度、抗压强度、抗折强度和弹性模量影响十分显著.煤矸石粗集料的掺入降低了混凝土的坍落度和抗折强度,提高了混凝土的抗压强度和弹性模量,改善了混凝土的抗冻性.随着煤矸石粗集料粒径的增大,煤矸石混凝土的坍落度逐渐增大,抗折强度和抗冻性逐渐降低,而抗压强度和弹性模量变化并不显著.

提高混凝土抗裂能力的机理分析

本文从界面过渡区结构的改善、水泥石韧性的提高、骨料性能、混凝土强度和外加剂等方面分析了提高混凝土抗裂性能的机理,为高抗裂性混凝土的配制提供了理论依据。

混凝土集料界面与强度关系的界面理论分析

应用界面理论分析混凝土强度与各类粗细集料界面之间的关系,着重讨论混凝土强度的最薄弱部位——粗集料界面区的影响因素。

高温后自燃煤矸石骨料混凝土的抗压性能

为保证自燃煤矸石骨料混凝土在实际工程中的安全运用,制备了172块取代率均为100%的自燃煤矸石粗、细骨料单掺以及同掺的混凝土立方体试件,进行20,100,300,450,600,750℃下的常温和高温试验.通过测定高温前后的混凝土质量、抗压强度和劈拉强度,研究了自燃煤矸石骨料混凝土的高温后性能.结果表明:随着温度升高,试件表面颜色均由青灰色变为灰褐色,最后变为灰白色;试件表面龟裂逐渐增多,其中单掺自燃煤矸石细骨料的试件出现了爆裂现象;质量烧失率随着温度升高及自燃煤矸石骨料用量的增大而增大;自燃煤矸石骨料混凝土高温后的抗压强度和劈拉强度损失皆小于普通混凝土;根据最高受火温度和质量烧失率建立了高温后自燃煤矸石骨料混凝土抗压强度评估公式,与实测结果比较后发现,两者吻合较好.

搅拌工艺对自燃煤矸石集料混凝土工作性和强度影响

通过对天然粗细集料、自燃煤矸砂与天然碎石、天然河砂与自燃煤矸石,以及自燃煤矸砂与自燃煤矸石四种组合集料配制的混凝土稠度和强度试验,以及微观形貌特征分析,揭示"普通"、"砂浆裹石"和"净浆裹石"三种不同搅拌工艺对不同集料混凝土工作性和强度的影响。研究结果表明,砂浆裹石适合天然砂石配制的普通混凝土;砂浆裹石和净浆裹石适合自燃煤矸砂与天然碎石配制的自燃煤矸砂混凝土,净浆裹石效果更好;净浆裹石适合天然河砂与自燃煤矸石配制的自燃煤矸石砂轻混凝土;附加水使混凝土水灰比变大,造成二次搅拌工艺对自燃煤矸砂、石配制的全煤矸石集料混凝土工作性和强度影响不明显。

未燃煤矸石粗骨料混凝土高温后的损伤研究

为研究未燃煤矸石粗骨料混凝土高温后的性能变化,进行了不同替代率的未燃煤矸石粗骨料混凝土高温试验。研究结果表明:受热温度和煤矸石替代率都是影响混凝土性能的重要因素;混凝土质量损失率随温度升高而增大,随替代率增大而增加;混凝土抗压强度和劈裂抗拉强度在受到200℃的温度时略微升高,超过200℃后随温度升高不断降低,随替代率的增加其强度一直降低;利用超声检测中的单面平测法对高温后的混凝土进行损伤检测,发现混凝土在受到400℃的温度时开始出现损伤,损伤层厚度随着温度升高不断加深,并且损伤程度随替代率增加也越来越大;在受热温度为800℃时,从普通混凝土到100%替代率的未燃煤矸石粗骨料混凝土,其损伤层厚度也由25.14mm达到46.64mm。

磷尾矿轻质超高强混凝土配制及其微观界面特性

该文以自制的筒压强度为7.2 MPa的800级磷尾矿轻质陶粒作集料,并通过添加适量硅粉、粉煤灰替换水泥作为胶凝材料,配制轻质超高强混凝土。研究了胶凝材料用量、轻细集料掺量以及浆集比对轻质超高强混凝土工作性能、力学性能及密度的影响,得出了最优配合比。在此基础上,采用扫描电镜-X射线能谱(SEM-EDX)和显微硬度计研究了轻质超高强混凝土微观界面过渡区的结构特征,并与普通高强混凝土比较。结果表明:随着胶凝材料用量以及浆集比的增加,坍落度、抗压强度、干表观密度均逐渐升高;而随着轻细集料掺量增加,各项性能均呈现出下降的趋势。当胶凝材料中水泥、粉煤灰、硅灰用量比例为70%、15%、15%时,其总用量为1110 kg·m^(-3),水胶比0.19,减水剂掺量1.9%,浆集比1.80,轻质集料掺量占集料总量80%,制备的轻质超高强混凝土各项性能最优,其坍落度为225 mm,28 d抗压强度达到了115.4 MPa,干表观密度为1875 kg·m^(-3)。在轻细集料的释水内养护作用下,轻质超高强混凝土的微观界面区结构较普通高强混凝土的更加致密,形成了拱壳结构,界面区内的显微硬度平均值为89.7MPa,高于水泥石基体的显微硬度,其界面过渡区宽度约为20~25μm。

自燃煤矸石粗骨料混凝土双变量强度公式研究

通过对16组自燃煤矸石粗骨料混凝土试件的试验,研究了自燃煤矸石粗骨料压碎值、水胶比对混凝土抗压强度的影响。利用多元回归建立了自燃煤矸石压碎值、水胶比和混凝土28 d抗压强度之间的回归方程,并由25组试件检验,普适性良好。自燃煤矸石粗骨料混凝土双变量强度公式的建立,对自燃煤矸石粗骨料混凝土配合比设计及强度推算具有重要的实际意义。

煤矸石粗集料理化性质和形状特征对混凝土强度的影响

随着天然集料的日益缺乏以及国家对固体废弃物再利用的高度重视,煤矸石集料的应用已引起广泛关注,但不同地区煤矸石粗集料理化性质和形状特征差异较大,会显著影响混凝土性能。本文选取陕西省不同矿区的煤矸石,采用宏观指标(压碎指标、吸水率、坚固性、表观密度、含泥量)和细观指标(矿物组成、化学成分、微观形貌和内部孔结构)评价煤矸石粗集料的理化性质,并分析了两者之间的关联性。针对煤矸石与天然碎石的形状差异,提出了球度、角数和纹理指数等煤矸石粗集料形状统计指标,并结合煤矸石粗集料宏观指标分析了对混凝土工作性与强度的影响规律。研究结果表明,石英、高岭石和伊利石含量高、微观形貌密实、孔隙率小的煤矸石粗集料,吸水率和压碎指标较低;与天然碎石相比,煤矸石粗集料球度较低,多呈不规则形状,角数和纹理指数高,表现为棱角较多且尖锐、表面更粗糙;压碎指标和吸水率低的煤矸石集料配制的混凝土,和易性好、强度高;当煤矸石粗集料压碎指标差异小时,其形状统计指标决定了混凝土强度,球度越高、角数和纹理指数越小,混凝土强度越低。

添加两种再生骨料的保温混凝土基本力学性能研究

对于产煤量大的地区,煤矸石废料的堆放和填埋造成了环境保护的巨大压力,因此尽可能多的利用煤矸石废料具有极大的社会意义。以再生混凝土骨料为粗骨料的C30玻化微珠保温混凝土配合比为基础,着重研究了再生混凝土骨料中煤矸石不同替代率对再生保温混凝土立方体抗压强度的影响。并且通过对比各取代率下的棱柱体轴心抗压强度与立方体抗压强度,给出了再生煤矸石保温混凝土立方体抗压强度与棱柱体轴心抗压强度的换算计算式。

煤矸石混凝土抗折强度试验研究

以榆神矿区煤矸石为粗骨料,通过288个棱柱体抗折强度试验,分析了煤矸石含碳量、煤矸石取代率及水灰比对煤矸石混凝土抗折强度的影响.结果表明:当不同矿源煤矸石含碳量由0.91%增加至2.09%时,煤矸石混凝土抗折强度降低了21.1%~32.6%;与普通混凝土相比,不同煤矸石取代率下煤矸石混凝土抗折强度降低了20.5%~47.5%;当水灰比由0.25增加至0.45时,煤矸石混凝土抗折强度降低了8.0%~15.3%.综合考虑了煤矸石含碳量和煤矸石取代率的影响,提出了适用于不同矿源煤矸石混凝土抗折强度的预测公式.

成型方式对再生混凝土性能影响的试验研究

通过试验研究了真空脱水、净浆裹石和粗骨料预湿三种成型方式对再生粗骨料混凝土抗压强度和抗氯离子渗透性能的影响。结果表明:(1)随着真空度的增加,再生粗骨料混凝土抗压强度是先增大后减小,最佳真空度为0.06MPa;抗氯离子渗透性能是先增强后减弱,最佳真空度为0.04MPa。(2)净浆裹石对再生粗骨料混凝土抗压强度和抗氯离子渗透性能有一定的影响。用水泥和75%的水拌制的净浆裹石能明显提高再生粗骨料混凝土的抗压强度;用水泥和50%的水拌制的净浆裹石能明显改善再生粗骨料混凝土的抗氯离子渗透性能。(3)再生粗骨料混凝土抗压强度随着预湿再生粗骨料水量的增加而增大;抗氯离子渗透能力随着预湿再生粗骨料水量的增加是先增强后减弱,最佳预湿用水量为配合比水量的3%。