煤矸石混凝土性能研究现状

煤矸石是在原煤开采过程中产生的一种工业固体废弃物,其堆存量大,利用率相对较低。若将煤矸石用作混凝土骨料,不仅能有效解决煤矸石堆存造成的环境污染,还能缓解天然砂石资源短缺的问题,为煤矸石的大规模利用开辟一条有效途径。该文针对煤矸石作为混凝土骨料的应用特性,系统分析了煤矸石化学成分、矿物组成以及物理特性,概述了国内外关于煤矸石作为骨料对混凝土的工作性能、力学性能、体积稳定性以及耐久性的影响规律,并展望了煤矸石在混凝土骨料应用中的发展趋势,以期为煤矸石在混凝土中的大规模推广利用提供参考。

煤矸石粗骨料对混凝土力学性能的影响

针对煤矿煤矸石产量大、利用率低等问题,对煤矸石作为混凝土骨料的理化性能和力学性能进行了探究。试验结果表明:与普通碎石相比,非自燃煤矸石的堆积密度与表观密度小、吸水率高、压碎值大,当水灰比不变时,煤矸石混凝土的强度随着煤矸石粗骨料掺量的增加先增加后减小;当非自燃煤矸石混凝土掺量不变时,煤矸石混凝土的强度随着水灰比的增加先增加后减小。水胶比为0.5,煤矸石粗骨料取代率为40%时,煤矸石混凝土的强度最高为最优配合比。煤矸石可以作为混凝土粗骨料使用,但若全部采用煤矸石作为混凝土粗骨料,应限制煤矸石粗骨料在强度要求较高的混凝土中使用。

表观密度与孔结构对微孔混凝土性能的影响

采用料浆容重法进行配合比设计,分别制备了表观密度为600、800、1000、1200 kg/m^(3)的微孔混凝土,并研究了表观密度与孔结构对微孔混凝土性能的影响。结果表明,所制备的微孔混凝土抗压强度在1.68~10.57 MPa之间,导热系数在0.081~0.140 W/(m·K)之间,吸水率在29.76%~48.16%之间,且微孔混凝土的表观密度对上述性能的影响具有明显的规律性。孔结构测试结果表明,孔隙率、孔分布均匀性、平均孔径大小等因素对微孔混凝土性能也有一定的规律性影响。

基于骨料特性差异的煤矸石混凝土干燥收缩模型

为研究煤矸石粗骨料对混凝土干燥收缩的影响,试验分别以陕西榆神矿区3种典型矿井煤矸石为粗骨料,并以煤矸石取代率为变量,设计了10组干燥收缩试件。通过对试件在390d内干燥收缩变形的观测,分析煤矸石粗骨料对煤矸石混凝土收缩发展与收缩应变的影响,给出煤矸石混凝土的干燥收缩预测模型。试验表明:相较于普通混凝土,受煤矸石粗骨料吸返水特性影响,煤矸石混凝土干燥收缩发展存在滞后现象,且煤矸石粗骨料吸水率越高,其混凝土干燥收缩发展越慢,试件达到收缩稳定的龄期也越长。煤矸石粗骨料的表观密度与吸水率是影响煤矸石混凝土干燥收缩终值的2个主要指标,且随不同来源煤矸石粗骨料表观密度的降低、吸水率的增大,其混凝土的干燥收缩应变也随之增大。在CEB-FIP 90模型的基础上,分别引入了2个系数来考虑煤矸石粗骨料掺入对混凝土收缩发展与收缩终值的影响,并提出适用于煤矸石混凝土的干燥收缩预测模型。通过与试验数据对比,建议模型的预测精度较高,具有较好的适用性。

纳米材料改性对再生粗骨料性能的影响研究

研究了碳纳米管、纳米SiO_(2)和纳米CaCO_(3)的分散液浓度和浸泡时间对再生粗骨料吸水率、压碎值、堆积密度和表观密度的影响,并通过SEM分析了纳米材料的改性机理。结果表明:经纳米材料改性后,再生粗骨料的堆积密度、表观密度分别稳定在1260 kg/m^(3)、2650 kg/m^(3)左右,且能够显著提高再生混凝土的抗压强度;当碳纳米管浓度为0.20%、浸泡时间为24 h时,能使再生粗骨料的吸水率最大降低4.24%,压碎值最大降低18.75%;当纳米SiO_(2)浓度为7%、浸泡时间为72 h时,能使再生粗骨料的吸水率最大降低15.70%,压碎值最大降低19.53%;当纳米CaCO_(3)浓度为7%、浸泡时间为72 h时,能使再生粗骨料的吸水率最大降低9.62%,压碎值最大降低26.56%;SEM分析结果表明,经纳米材料改性后,再生粗骨料的表面变得均匀,内部结构变得更加密实。

砖含量对再生骨料性能影响的试验研究

将建筑垃圾中的废弃砖块和废弃混凝土加工后,选择5～31.5mm粒径范围内的天然碎石、再生混凝土骨料和再生砖粒作为混凝土的骨料,分别以砖粒含量为0、10%、20%、30%、40%、50%、60%的取代率,部分替代天然骨料和再生混凝土骨料,均匀拌和后形成试验用混凝土骨料。通过对比试验,研究了砖粒含量对拌和后试验用再生骨料物理力学性能的影响,探讨了其影响的一般规律。研究结果表明:砖粒含量在0～60%之间变化时,再生骨料的表观密度将随着砖粒含量的增加而降低,但吸水率却明显上升,其压碎值指标在0～20%范围内明显增加,随后有所降低但逐渐趋于稳定。另外,与天然碎石相比,试验用再生骨料的表观密度有所降低,吸水率有所增加,压碎值指标在砖粒含量较小时明显增加,在砖粒含量较大时有所降低。

再生骨料基本性能的研究

全面研究了再生骨料的来源、性状、表观密度、吸水率、强度、磨损性等基本性能,并比较它们与天然骨料的主要差异,旨在更好地指导再生骨料的应用,推动再生骨料混凝土的发展,为工程实践提供参考。

再生粗骨料品质提升技术研究

重点从物理强化和化学强化两个方向来对比研究强化技术对再生粗骨料品质的提升情况。通过对不同强化处理得到的再生粗骨料进行吸水率、表观密度、压碎指标、体积密度、坚固性等基本性能的研究,评定出再生粗骨料的类别。研究表明使用颗粒整形设备对破碎好的再生粗骨料进行二次处理,实现了对再生粗骨料的多次强化,使其达到国家I类骨料的标准,其表观密度达到2575 kg/m^3,空隙率为45%,24h吸水率为1.2%,压碎指标值为9%,各项性能参数接近于天然骨料。经过化学强化不同处理方式后再生粗骨料的各项性能参数也有一定的改善,其中采用浸渍处理要优于喷淋处理,强化处理48 h的效果更为明显。

再生混凝土中再生骨料取代率、浆含量、表观密度和吸水率的关系探讨

再生骨料表面包裹着一层硬化水泥砂浆、导致再生骨料的强度和表观密度、吸水率与天然骨料相比差别很大。利用骨料的吸水率,表观密度这两个指标来探讨再生混凝土中再生骨料的取代率、浆含量、表观密度和吸水率的关系及如何利用吸水率、取代率来推算浆含量。

砖替率对再生粗骨料的性能影响试验研究

将建筑垃圾中的废砖块和废混凝土加工后,选择5~31.5 mm粒径范围内的天然碎石、再生混凝土和再生砖粒作为混凝土的骨料,分别以砖粒含量0、10%、20%、30%、40%、50%、60%的取代率,部分替代天然骨料和再生混凝土骨料,均匀拌和后形成试验用混凝土骨料。通过对比试验,研究了砖粒含量对拌和后试验用再生粗骨料物理力学性能的影响,探讨了其影响的一般规律。研究结果表明:随着砖粒含量的增加,取代率越高,骨料的表观密度越小,吸水率越大,压碎指标越高。

结构混凝土用循环再生混凝土粗骨料性能研究

为探讨将废弃混凝土反复循环再生用作结构混凝土粗骨料的可行性,试验研究了5个系列普通混凝土经二次循环制备的再生混凝土粗骨料性能。分析了其矿物与化学成分,并依据不同的粗骨料质量等级标准对试验结果进行了等级评定。结果表明:随着循环次数增加,再生混凝土粗骨料表观密度、堆积密度与吸水率降低,压碎值、吸附的砂浆质量分数与微粉质量分数增大;第二次循环再生混凝土粗骨料性能指标趋于稳定,化学成分中CaO质量分数增大了49.7%,SiO2与Al2O3质量分数降低了33.90%与9.78%,满足RILEM、英国BS标准和国标GB/T 25177—2010中结构混凝土用粗骨料性能要求。

硼泥陶粒制备工艺的优化实验研究

本文根据硼泥的化学成分设计了制备硼泥陶粒的原料比例,参考相关资料制定了陶粒的预热温度、烧结温度、烧结时间等制备工艺参数,进行基础实验。通过基础实验确定烧制硼泥陶粒的主要影响因素及适宜的工艺参数,进行正交试验,确定制备硼泥陶粒的合理原料配比和最佳的焙烧制度:预热温度450℃,焙烧温度1200℃,焙烧时间15 min。制备出硼泥陶粒试样的技术性能为:表观密度833 kg/m3,筒压强度4.7 MPa,1 h吸水率2.3%,远低于吸水率≤22%的国家标准规定,既具有高强膨胀的特性,又具有极低的吸水率。

混凝土再生骨料的力学性能实验研究

为了推动环保材料的发展,特别是城市建设中对废弃建筑材料的再利用,得到能够解释再生混凝土作为新的原始材料加以利用的理论依据。通过介绍混凝土再生骨料与天然骨料基本特征的比较引出当前再生骨料混凝土的一些特性和发展,以及使用期需注意的问题。根据理论指导通过制作试块的方法对强度加以验证,结果验证了实验之前的理论推导,实验表明:存在一个临界水灰比,当水灰比大于这个值时,试块强度降低,当小于这个值时强度变化不大,再生混凝土的最佳砂率大致为0.37,并且再生混凝土可以实现建筑垃圾的再利用。通过实验对这些制作工艺上的推究相信会对环保材料的研究和发展,特别是对废弃混凝土的再利用起到积极的作用。

表面活性剂对酚醛泡沫塑料性能的影响研究

采用四种表面活性剂体系,包括硅酮系表面活性剂DC193、非硅酮系表面活性剂吐温-80、DC193与吐温-80复配体系,以及JFC复配体系,研究了不同表面活性剂体系对酚醛泡沫性能的影响。研究结果表明:采用DC193与吐温-80复配体系时,泡沫的综合性能最好。采用SEM观察了泡沫的孔结构,还进一步研究了DC193与吐温-80复配体系的用量对泡沫表观密度和吸水率的影响,并简单分析了机理。

再生混凝土多孔砖用再生骨料基本性能试验研究

再生混凝土多孔砖与再生混凝土相比有混凝土强度要求低、再生骨料利用率高、生产成本低等优点,非常适合再生混凝土技术的推广应用。粒径0～10 mm再生骨料基本性能的试验研究是再生混凝土多孔砖性能研究的基础和关键。再生骨料中细骨料比例取85%、90%、95%3个水平,再生骨料中碎砖含量取0、25%、50%、75%、100%5个水平,用全组合的方式在试验室中配制出3个系列共15种再生骨料。按照GB/T 14684—2001及GB/T 14685—2001对这15种再生骨料的级配、表观密度、吸水率、压碎指标进行实验。试验结果表明,粒径0～10 mm再生骨料随着骨料中碎砖含量的增多,再生骨料的表观密度、吸水率、压碎指标增大;压碎指标与吸水率、压碎指标与表观密度呈正比。这个性质与目前再生粗骨料的规律不同,说明混凝土砖用0～10 mm再生骨料的性质不同于再生粗骨料。

烧结板状刚玉的制备及性能研究

烧结板状刚玉具有优异的体积稳定性、抗热震性、机械强度、耐磨性和抗酸碱侵蚀能力,极高的耐火度,优越的抗蠕变性和抗剥落性等特性,具有广泛的应用前景。采用超高温竖窑工艺制备烧结板状刚玉,研究了产品的显微结构和物理性能。结果表明,经1 900℃高温烧结后形成了板片状组织,晶内含有大量的圆形闭口气孔。物理性能测试表明,其体积密度为3.68 g/cm3,显气孔率小于3%,吸水率小于0.8%。

再生粗骨料的生产与性能分析

选取3种由不同破碎生产线制备的再生骨料进行颗粒级配、表观密度、吸水率、压碎指标、含泥量性能试验,从骨料生产制备工艺线、堆积位置、与天然骨料对比等3方面分析再生粗骨料性能差异。结果表明:再生粗骨料性能符合GB/T 25177—2010《混凝土用再生粗骨料》的要求;相比上部、下部,位于堆积位置中部的骨料性能更优;附有清洗装置的生产工艺更为完善,能得到性能良好的再生粗骨料。

利用拜耳法赤泥制备烧胀陶粒的研究

以拜耳法赤泥为主要原料,通过掺加废玻璃、粉煤灰等固体废弃物,再加入少量的添加剂制备烧胀陶粒。结果表明,赤泥的掺加量和焙烧温度是影响陶粒的物理性能和显微结构的主要影响因素。当赤泥的掺加量为50%、焙烧温度为1140℃时,可得到外表面玻璃化程度良好、内部孔隙比较均匀、以封闭孔为主的陶粒。该陶粒的主要成分为赤铁矿、水钙铝榴石、钙长石、钙钛矿、霞石和玻璃体。陶粒的颗粒抗压强度为0.6kN,吸水率为0.4%,表观密度为1.31g/cm3。

柴达木盆地深层天然气测井识别方法研究

柴达木盆地深层储层岩石成分复杂,物性相对较差,钻井液密度大、侵入严重。用石英砂岩交会图骨架值参数法计算的孔隙度误差较大,钻井液的高侵使计算的含气饱和度偏高,造成油气层的误判。岩石颗粒密度分析认为,储层为非纯石英砂岩,含有高密度碎屑颗粒。采用了基于岩石颗粒密度实验的零孔隙度骨架参数选取方法,所得参数与岩心分析结果吻合,提高了孔隙度计算精度。通过采用视地层水电阻率法和反映储层结构与孔隙大小的变m值方法提高了测井解释符合率,解决了流体性质识别问题,从理论上证明了视地层水电阻率方法能消除钻井液侵入对饱和度计算的影响。研究成果应用于实际生产,取得了良好的应用效果。

用不同发泡剂制备的脲醛树脂泡沫塑料

采用不同种类的发泡剂制备出脲醛树脂泡沫塑料,研究了发泡剂的稳定性、发泡剂对泡沫塑料表观密度、吸水率以及压缩强度的影响,并对泡沫塑料的形貌进行了表征。结果表明:用十二烷基硫酸钠发泡的泡沫稳定性最好,泡沫高度在120s内变化很小;所得泡沫塑料的综合性能佳,其表观密度为0.083g/cm3,吸水率为2.51%,压缩强度为0.18 MPa。