方钢管煤矸石混凝土短柱轴压承载力有限元分析

目的 研究各设计参数在不同煤矸石粗骨料取代率下对方钢管煤矸石混凝土短柱轴压承载力的影响规律,提出轴压承载力计算式。方法 利用ABAQUS有限元分析软件建立方钢管煤矸石混凝土短柱轴压有限元模型,并与试验结果对比,验证模型的准确性;分析试件应力分布与荷载分配,并采用控制变量法分析试件在5种煤矸石粗骨料取代率下主要参数对其轴压承载力的影响。结果 相同设计参数下,试件轴压承载力随煤矸石粗骨料取代率的提高而降低,且最大降幅未超过14%;当试件截面边长一定时,含钢率对试件轴压承载力的影响最显著,其中,含钢率由7.4%增加至20.3%使试件轴压承载力在不同取代率下平均提升68.85%。结论 掺入煤矸石粗骨料不会使构件轴压承载力显著劣化,依据《钢管混凝土结构技术规范》(GB 50936—2014),引入煤矸石粗骨料取代率影响系数后的计算误差小于5%,可为相关研究提供参考。

自燃煤矸石制备轻集料混凝土的试验

为推广自燃煤矸石粗、细集料在混凝土中的应用,参照国标,通过试验对阜新市高德矿堆积的自燃煤矸石进行了轻集料品质评定.试验结果表明,阜新高德矿自燃煤矸石SO_3质量分数<1.0%,因此能保证该自燃煤矸石集料配制混凝土的结构安全性;在掌握了自燃煤矸石基本性质的基础上,将其破碎、筛分、级配,加工成粗、细集料.按轻集料混凝土配合比设计方法设计了5组试验,进行了大量的立方体抗压强度、轴心抗压强度、劈拉强度和弹性模量检测.研究结果表明,由于阜新高德自燃煤矸石粗、细集料与中等级混凝土基体的强度和弹性模量差距较小,虽然其自身强度不及天然砂子及碎石,但因充分发挥了集料和基体的协调作用,仍可配制出LC15-LC40的混凝土,且早期强度发展的更理想.

钢纤维增强自燃煤矸石轻集料混凝土试验研究

针对煤矸石占用大量耕地并对矿区生态环境造成的污染问题,参照国标,对辽宁省阜新市高德矿排放的自燃煤矸石进行了化学组成、耐久性及有害物质含量、物理力学性能的检测,发现其各项指标均满足国家对轻集料标准的要求.为此,将自燃煤矸石破碎作轻粗集料、钢纤维作增强材料,设计了5组钢纤维掺量的混凝土试件,进行了拌和物工作性及均质性,硬化后抗压强度、劈拉强度和抗折强度的试验,并且以试验结果为样本,建立了钢纤维掺量与混凝土强度之间的定量关系式.研究结果表明,当钢纤维掺量小于2%(体积分数)时,随钢纤维掺量增加,自燃煤矸石轻集料混凝土的抗压?劈拉和抗折强度都有不同程度的提高,其中以抗折强度的增长最为显著.另外,对上述现象进行了机理分析.

自燃煤矸石轻集料混凝土碳化性能试验研究

为探究自燃煤矸石轻集料混凝土的碳化性能,通过快速碳化试验研究抗压强度、水灰比、水泥用量、温湿度及龄期等敏感性因素对碳化深度的影响。结果表明,抗压强度与碳化近似为负相关,在24~38 MPa范围内,28 d最大减小量为9.7 mm;其他因素一定,水灰比越大,内部空隙越多,碳化深度越大;水泥用量提高1倍,碳化深度减小14.7%,单纯增加水泥用量减小其碳化程度不可取,应综合考虑其他敏感性因素;相对湿度与碳化关系呈负相关,温度与碳化关系呈正相关;在3~14 d范围时,碳化速率增长显著,超过14 d时,碳化速率增长平缓。

等强条件下集料级配对煤矸石集料混凝土工作性与强度影响

利用自燃煤矸石等质量取代天然砂、石配制煤矸石集料混凝土,确定煤矸石集料混凝土最大密度曲线公式指数。试验中用最大密度曲线公式确定各组煤矸石集料的颗粒级配范围,n值分别选取0.44、0.47、0.50、0.53、0.56、0.59、0.62、0.65和0.68。通过试验探讨等强度等级下(C25)n值对煤矸石集料混凝土拌合物工作性及硬化强度的影响及其变化规律。结果表明:当n=0.63时,在保持拌合物粘聚性和保水性能良好的前提下,既实现了预拌混凝土大流动性的目标(H>160 mm),又保证了硬化混凝土强度最高。研究结果为进一步探索集料级配对煤矸石集料混凝土性能影响提供了初步基础。

聚丙烯纤维自燃煤矸石轻集料混凝土的试验研究

参照国标,对辽宁省阜新市高德矿排放的自燃煤矸石进行了化学成分、耐久性及有害物质含量、物理力学性质的系统检测。在掌握了各项指标均满足国标对轻集料要求的基础上,将其破碎作轻粗集料、聚丙烯纤维作增强材料,采用均匀试验设计了10组聚丙烯纤维自燃煤矸石轻集料混凝土试件,进行了大量的抗压强度、劈裂抗拉强度和抗折强度的试验。利用均匀设计软件,建立了强度回归方程及二次项交互影响曲线。试验证明,阜新高德自燃煤矸石只要科学分拣,可以作轻粗集料制备混凝土,并配制出28d抗压强度49.2MPa、劈拉强度3.21MPa、抗折强度6.17MPa的聚丙烯纤维自燃煤矸石轻集料混凝土。

自燃煤矸石骨料含水状态对混凝土性能的影响

自燃煤矸石骨料具有孔隙率大、吸水率高的特点,使其含水状态对混凝土性能的影响程度远大于天然骨料。利用气干、湿润和饱和面干状态的自燃煤矸石骨料配制备混凝土,通过混凝土稠度和强度试验,揭示自燃煤矸石骨料含水状态对混凝土性能的影响。结果表明,按普通混凝土设计方法确定单位用水量,气干状态自燃煤矸石骨料配制的混凝土,拌合物干稠不能满足大流动预拌混凝土施工要求,加强振捣后硬化混凝土强度比普通混凝土高两个等级;按轻骨料混凝土设计方法确定单位用水量,即饱和面干自燃煤矸石骨料配制的混凝土,拌合物出现泌水、离析现象,强度降低一个等级;当自燃煤矸砂掺入吸水率60%的附加水、自燃煤矸石掺入吸水率80%的附加水,且提前1 h润湿,配制的混凝土流动性和抗压强度与普通混凝土相当。

自燃煤矸石粗骨料混凝土Bolomey公式的修正

为了更好地利用和推广自燃煤矸石骨料混凝土,研究其配合比设计和温度公式,以水泥强度等级和自燃煤矸石粗骨料的压碎值为影响因素,通过试验研究二者与自燃煤矸石粗骨料混凝土强度之间的关系。结果表明,水泥强度等级和自燃煤矸石压碎值与混凝土强度之间存在良好的线性关系。建立了自燃煤矸石粗骨料混凝土强度的Bolomey公式,并分析了自燃煤矸石粗骨料混凝土Bolomey公式中回归系数值的修正方法。

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。

自燃煤矸石粗骨料特性及其对混凝土性能的影响

在系统掌握自燃煤矸石粗骨料基本特性的基础上,研究了不同取代率下自燃煤矸石粗骨料混凝土的拌和物和易性,以及混凝土强度、弹性模量、破坏特征和应力-应变曲线,并通过界面过渡区微观表征了自燃煤矸石粗骨料混凝土的微结构特征.结果表明:与天然碎石相比,自燃煤矸石粗骨料的表观密度小、吸水率高、压碎和坚固性指标大;随着自燃煤矸石粗骨料取代率递增,混凝土拌和物的坍落度和混凝土的表观密度、弹性模量递减,塑性有一定程度改善,轴压纵向劈裂破坏形态越发明显;取代率小于50%的自燃煤矸石粗骨料对混凝土的内养护作用比其自身强度低的影响更为显著,使混凝土界面过渡区更为密实,抗压强度有一定幅度的提高;当取代率大于50%后,因自燃煤矸石粗骨料自身缺陷增多而导致混凝土强度有所下降.

自燃煤矸石粗集料取代率对混凝土断裂韧性的影响

通过跨度和初始缝高比恒定的三点弯曲梁试验,计算不同自燃煤矸石粗集料取代率下混凝土的断裂韧度和断裂能,用特征长度和延性指数来衡量其脆性与延性.基于图像处理技术,在水平投影方向对断裂面混合粗集料的分布及破坏方式进行分析.通过三维重构断裂面形貌计算相应分形维数,用以表征粗集料表面粗糙度.结果表明:自燃煤矸石粗集料混凝土的弯曲破坏特征与普通混凝土相似,但随着取代率的增大,裂缝发展路径由弯曲扩展向竖直扩展转变,贯穿截面所用时间变短;韧性参数皆随取代率增大而降低,但降幅不同,当取代率为25%时,特征长度及延性指数与普通混凝土持平,之后随取代率增大而下降,当取代率达到100%时,起裂断裂韧度、失稳断裂韧度和断裂能较普通混凝土分别下降11.69%、39.04%、47.86%.取代率变化对混合粗集料与断裂带净面积水平投影之比影响不明显,但对混合粗集料断裂破坏比例影响显著.随着取代率的增大,分形维数逐渐降低,断裂面形貌渐趋平整.自燃煤矸石粗集料对混凝土断裂性能产生明显不利影响,断裂特征较普通混凝土显著,在工程中应予以高度重视.

自燃煤矸石粗集料对混凝土强度影响的试验研究

参照国标,通过试验对辽宁省阜新市高德矿堆积的自燃煤矸石进行轻集料品质评定。在掌握了各项指标均满足国标对轻集料要求的基础上,将自燃煤矸石破碎作粗集料、普通砂作细集料、聚丙烯纤维作增韧材料,由均匀试验设计了10组自燃煤矸石轻集料混凝土试件,进行大量抗压强度、劈拉强度和抗折强度试验。研究结果表明:由于阜新高德自燃煤矸石粗集料与C40砂浆基体的强度和弹性模量相互匹配,虽然其自身强度远不及天然碎石,但因充分发挥了集料和基体的协调作用,可配制出性能优良的C40混凝土,且早期强度发展的更理想。

自燃煤矸石轻骨料混凝土碳化深度研究

为研究自燃煤矸石轻骨料混凝土结构耐久性重要指标,考虑抗压强度、水灰比、水泥用量、养护龄期、相对湿度以及温度等不同敏感性因素,采用快速碳化实验方法来探究其对碳化深度的影响。结果表明：碳化深度与强度呈负相关;水灰比越大,内部空隙就越多,碳化深度越深,反之亦然;碳化深度与水泥用量呈负相关,但单纯增加水泥用量来降低其碳化程度是不可取的,应综合考虑其他敏感性因素;碳化深度与养护龄期呈正相关,碳化深度在3~14 d龄期内增长率最大,随龄期延长,其增长速率逐渐减小;碳化深度与相对湿度呈负相关,与温度呈正相关。