基于均匀实验的自燃煤矸石透水混凝土配合比优化研究

为减少自燃煤矸石的堆存,拟将自燃煤矸石制备透水混凝土,并对其配合比进行优化。首先运用均匀设计实验法和回归分析法,分析骨胶比、细骨料占比和水灰比对试件力学性能、透水性能的影响,以获得综合性能最优的配合比方案。然后以机制砂等质量替代自燃煤矸石细骨料,分析替代率对试件性能的影响,最后借助SEM分析试件微观形貌的变化。结果表明:骨胶比、细骨料占比和水灰比与抗压强度、透水系数的回归关系皆成三次多项式,且拟合精准度较高。综合性能最优配合比方案为骨胶比2.6,水灰比0.28,细骨料占比60%。自燃煤矸石透水混凝土的抗压强度随机制砂替代率的增大而增大,而透水系数相对稳定。通过微观分析可知,煤矸石透水混凝土中水化产物主要是Ca(OH)2、C-S-H和AFt,内部结构较为稳定,机制砂替代煤矸石细骨料后,AFt数量减少,形状由细短状变为粗长状,与C-S-H相互交错,整体结构更加紧密,力学强度更大。研究成果可为自燃煤矸石在建筑材料领域的应用开辟新的途径。

非自燃煤矸石粗骨料高性能混凝土耐硫酸盐侵蚀性能

为扩大非自燃煤矸石(NCCG)混凝土应用范围,减少煤矸石堆放对环境造成的污染,将NCCG代替天然碎石制备绿色高性能混凝土,系统地研究不同水胶比、粗骨料取代率、矿物掺合料种类与掺量、硅灰裹浆水灰比对其耐硫酸盐侵蚀性能的影响,并借助扫描电镜-能谱分析(SEM-EDS)与X线衍射(XRD)探讨损失机理.结果表明:水胶比越大,各项损伤指标越大;复掺质量分数20%矿渣粉与质量分数10%粉煤灰时耐硫酸盐侵蚀性能最佳;硅灰裹浆NCCG骨料对提高耐硫酸盐侵蚀性能不明显.NCCG取代率越大、水胶比越大生成的钙矾石和石膏等侵蚀产物越多,复掺粉煤灰与矿渣粉时生成的侵蚀产物最少,建议工程中NCCG取代率不宜超过30%,按照矿渣粉与粉煤灰2∶1的质量比复掺使用2种矿物掺合料.

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。

自燃煤矸石粗集料对砂轻混凝土性能影响的试验研究

自燃煤矸石粗集料特性对混凝土性能影响是自燃煤矸石砂轻混凝土主要研究内容之一，对实际应用有着重要意义。试验选取代表自燃煤矸石粗集料特性的砂率、颗粒级配和附加用水量为影响因素，选择3因素、5水平的正交设计对自燃煤矸石砂轻混凝土进行试验研究，分析各因素对自燃煤矸石砂轻混凝土拌合物工作性、硬化强度及抗冻和抗氯离子渗透性能的影响。结果表明：当砂率为0．44、自燃煤矸石粗集料颗粒级配范围为（5—10mm）：（10—15mm）：（15～20mm）=7：47：46以及附加用水量为24h饱和吸水率的78％时，在拌合物获得大流动性同时，强度等级满足C25、抗冻等级满足FS0、抗氯离子渗透等级满足Ⅲ级的设计要求。研究结果为轻集料砂轻混凝土的配合比设计提供了基础。

附加水及预湿时间对自燃煤矸石砂轻混凝土性能影响

自燃煤矸石粗集料的多孔性能决定了其吸水特性,由于其吸水量比天然碎石大,配合比设计中单位用水量的选取就显得尤为重要。本文首先研究了自燃煤矸石粗集料吸水量随时间变化规律,建立了增加附加水的计算公式。其次研究了不同附加水对自燃煤矸石砂轻混凝土坍落度及强度的影响规律,最后研究了自燃煤矸石粗集料预湿时间对混凝土拌合物坍落度、经时损失及强度的影响。研究结果表明,当自燃煤矸石粗集料,提前1 h掺入吸水率80%的附加水润湿,自燃煤矸石砂轻混凝土,无论是拌合物坍落度、经时损失,还是强度等级皆能满足设计要求。研究结果丰富和发展了砂轻混凝土的配合比设计理论。

掺合料对自燃煤矸石砂轻混凝土抗渗和抗冻影响

自燃煤矸石粗骨料在表面质构和强度等方面,与天然碎石存在较大差异,特别是多孔、吸水,使其作为粗骨料配制的混凝土耐久性受到工程界质疑。采用正交试验,研究硅灰、粉煤灰等复掺对自燃煤矸石砂轻混凝土抗氯离子渗透和抗冻性能的影响。结果表明:硅灰掺量对自燃煤矸石砂轻混凝土抗氯离子渗透影响非常显著、对抗冻性能影响不明显,粉煤灰掺量对自燃煤矸石砂轻混凝土抗冻性能影响非常显著、对抗氯离子渗透影响不明显;扫描电镜表征,硅灰、粉煤灰以及矿渣复掺的综合效应,使混凝土结构密实、火山灰反应更加充分,Ca(OH)2含量降低,但冻后出现针状钙矾石。

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.

自燃型煤矸石混凝土界面过渡区微观特性研究

基于自燃型煤矸石多孔吸水、所含矿物成分容易水解等特性,研究自燃型煤矸石混凝土界面薄弱区域的显微硬度性能。研究表现,随着水泥用量比率的增加和预湿时间延长,其显微硬度均呈现逐渐增大趋势,然而二次水化效应随着离集料距离增加而逐渐减弱,导致低水灰比体系中的显微硬度优势逐渐消失;自燃型煤矸石集料混凝土界面过渡区属于薄弱区域,其显微硬度整体上低于普通碎石混凝土界面过渡区。

煤矸石掺合料的制备及对高强混凝土性能影响

通过研究未燃煤矸石的煅烧温度、恒温时间以及细度对煤矸石-水泥胶砂强度的影响,制备煅烧煤矸石矿物掺合料,并检验胶砂流动度。在此基础上,研究热活化煤矸石掺合料(包括煅烧和自燃煤矸石两种)与其他掺合料复掺的品种、比例以及减水剂掺量对高强混凝土工作性和强度的影响。结果表明:热活化煤矸石粉与硅灰复掺,在高效减水剂共同作用下,配制预拌高强混凝土可行。热活化煤矸石与硅灰复掺,混凝土7 d、28 d抗压强度都明显高于粉煤灰和硅灰复掺。其中掺合料复掺品种及掺量对高强混凝土7 d抗压强度影响非常显著,随着热活化煤矸石粉掺量的递增,混凝土强度明显递增。复掺品种对混凝土28 d劈拉强度影响显著。热活化煤矸石与硅灰复掺对新拌混凝土坍落度的改善不及粉煤灰与硅灰复掺,但能满足预拌混凝土大流动性的施工要求。

基于正交设计的大流动性自燃煤矸石全轻混凝土试验研究

为了实现大流动性自燃煤矸石全轻混凝土的配制要求,采用正交试验分析了粉煤灰取代率、减水剂掺量、砂率3个配合比因素对自燃煤矸石全轻混凝土拌合物工作性及硬化强度的影响。研究结果表明:粉煤灰取代率对拌合物工作性及硬化强度的影响最显著,其次是减水剂掺量和砂率。用粉煤灰取代率15%、减水剂掺量0.72%、砂率42%为参数进行配合比设计时,可使设计强度为C20的自燃煤矸石全轻混凝土在保持拌合物粘聚性和保水性良好的前提下,既实现预拌混凝土大流动性的目标(H>160mm),又保证了硬化混凝土具有较高的强度。研究结果对进一步探索预拌全轻混凝土提供了理论参考。

自燃煤矸石骨料在预拌混凝土中的应用研究

用自燃煤矸石取代天然砂石配制预拌混凝土,研究了自燃煤矸石骨料附加水及预湿时间对预拌自燃煤矸石骨料混凝土工作性和强度的影响,并在此基础上,研究了这种预拌混凝土的抗氯离子渗透性能和抗冻性能.结果表明:控制好自燃煤矸石骨料的附加水及预湿时间,在外加剂及掺合料的共同作用下,预拌自燃煤矸石骨料混凝土的坍落度、坍落度经时损失、强度等级、抗氯离子渗透性能及抗冻融性能均满足GB/T 14902—2003规定的质量标准.

自燃煤矸石混凝土强度及干燥收缩裂缝试验研究

试验以不同环境、不同自燃煤矸石粗骨料取代率为变量对C30自燃煤矸石混凝土的强度及干燥收缩裂缝抵抗性能进行了试验研究,并与普通混凝土试件相对比。结果表明,当相对湿度(RH)为60%时,不同养护温度普通混凝土及自燃煤矸石混凝土的强度有所降低;在相同养护温度、湿度条件下,随着自燃煤矸石粗骨料取代率的增加,强度也略有降低;当试验环境湿度(RH=60%)相同时,普通混凝土及自燃煤矸石混凝土随着干燥环境温度的提高,自由干燥收缩长度变化率也会逐渐变大;在相同干燥温度环境下,随着自燃煤矸石粗骨料取代率的增加,混凝土自由干燥收缩率也会变大,所对应的质量损失也会增大;同时,干燥温度越高,干燥收缩裂缝产生的龄期就越早;当环境干燥温度相同时,自燃煤矸石粗骨料取代率越大,干燥收缩裂缝产生的龄期就越早;但粗骨料取代率对自燃煤矸石混凝土抗拉强度的影响有限。

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。

防冻剂对掺减水剂煤矸石混凝土抗冻性能研究

为探究防冻剂对掺减水剂自燃煤矸石混凝土的抗冻工作性能影响,考虑不同掺量4种防冻剂、不同掺量减水剂和不同冻融介质等因素进行坍落度与冻融试验,分析其坍落度和抗冻融破坏等情况。结果表明：通过拟合分析出防冻剂与减水剂对煤矸石混凝土拌合物坍落度影响为二次函数关系,掺无机盐防冻剂对其减水剂作用无显著影响,乙二醇对掺减水剂混凝土坍落度有负作用;随无机盐防冻剂掺量增加,劣化煤矸石混凝土抗冻性能显著性逐渐增强,但硝酸钙劣化程度较轻。乙二醇在较低掺量0~1.0%范围,使其抗冻融破坏能力得到提升,提升空间为10%~30%;无机盐防冻剂对其盐冻融剥蚀性能随掺量增加而降低,小掺量乙二醇增强其抗盐冻性能,其抗剥蚀能力显著性表现为乙二醇〉硝酸钙〉氯化钙〉亚硝酸钙。

自燃煤矸石全轻混凝土拌合物坍落度经时损失试验研究

为了实现大流动性自燃煤矸石全轻预拌混凝土在工程中的普及应用,拌合物坍落度经时损失的研究尤为重要。本文首先对萘系和聚羧酸系两个品种减水剂进行了坍落度经时损失的对比试验,结果表明聚羧酸系较萘系对自燃煤矸石集料配制的混凝土有更好的适应性,且减水剂掺量少、减水率高,经时损失少。接下来通过单掺羧甲基纤维素、粉煤灰及引气剂,研究其对坍落度经时损失的影响。试验结果表明,复合使用聚羧酸系减水剂与引气剂,能更有效地控制混凝土拌合物坍落度的经时损失且使其具有良好的工作性。研究结果为自燃煤矸石全轻预拌混凝土在工程中的应用提供了参考。

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。

自燃煤矸石加气混凝土性能与孔结构研究

为了探究自燃煤矸石在加气混凝土中替代胶凝材料的可行性,利用30%自燃煤矸石粉替代加气混凝土中的胶凝材料,铝粉、2Na_(2)CO_(3)·3H_(2)O_(2)+KMnO_(4)、2Na_(2)CO_(3)·3H_(2)O_(2)+FeSO_(4)为发泡剂,Na H_(2)PO_(4)为稳泡剂,研究自燃煤矸石加气混凝土性质及气孔参数。试验结果表明,当水胶比0.6,铝粉掺量1‰时,孔隙率63.95%,抗压强度3.67 MPa,干表观密度570 kg/m^(3),综合性能达到B05级;当2Na_(2)CO_(3)·3H_(2)O_(2)做发泡剂,FeSO_(4)做催化剂,水胶比0.6,发泡剂掺量3%时,干表观密度875 kg/m^(3),抗压强度仅为4.71 MPa;用5%掺量的2Na_(2)CO_(3)·3H_(2)O_(2)+FeSO_(4)制备的加气混凝土,综合性能符合B06级的要求。KMnO_(4)做催化剂时,制备的加气混凝土干表观密度较大,强度较低,FeSO_(4)更适合做2Na_(2)CO_(3)·3H_(2)O_(2)的催化剂。通过对加气混凝土气孔结构分析可知,铝粉作为发泡剂时,加气混凝土孔径分布均匀合理,孔径大于0.5 mm的孔数量大于50%,随着水胶比的增大,大于0.5 mm的孔数量增多。2Na_(2)CO_(3)·3H_(2)O_(2)为发泡剂时,孔径小于0.2 mm的孔数量较多,加气混凝土孔隙率较小。

复合高性能混凝土正交试验研究

采用自燃煤矸石和矿渣作为高性能混凝土的掺合料,通过混凝土配合比的正交试验,分析了有关因素对该高性能混凝土的影响和效果,验证了自燃煤矸石具有很好的活性,可以作为掺合料配制高性能混凝土,并确定了不同标号复合高性能混凝土的配合比方案.试验结果表明:水胶比是决定该次试验混凝土强度的最主要因素;自然煤矸石掺量对混凝土强度影响显著,其细度对混凝土强度有一定影响,但对工作性影响不显著;掺入矿渣对混凝土强度影响不显著,但对混凝土工作性影响显著;沙率对强度的影响不显著,但对混凝土工作性影响显著.

自燃煤矸石粗集料混凝土吸水性试验研究

自燃煤矸石粗集料的多孔性使其吸水量比天然碎石大,当自燃煤矸石部分替代传统粗集料时会对混凝土耐久性产生影响。本试验通过对自燃煤矸石替代30%粗集料的煤矸石混凝土试件在持续压荷载作用下的吸水性进行试验研究,分析了不同荷载水平对煤矸石混凝土吸水性的影响,并与普通混凝土进行了对比试验。研究结果表明:荷载水平对混凝土和煤矸石混凝土的吸水性会产生显著的影响,当荷载水平较小时,试件的吸水能力会降低,当荷载水平较高时,试件的吸水能力会显著提高;煤矸石替代30%的粗集料不会对试件的吸水性产生明显影响,反映出煤矸石掺量较低时对混凝土的耐久性影响较小。

自燃型煤矸石混凝土力学性能与配合比设计研究

通过基础试验以及正交优化试验,研究自燃型煤矸石混凝土力学性能及其配合比设计参数,结果表明:自燃型煤矸石混凝土力学性能发展规律与普通混凝土基本一致;自燃型煤矸石混凝土配合比设计中强度标准差σ为4.4,水灰比相关系数α_a=0.52,α_b=0.01;自燃型煤矸石混凝土28 d抗压强度的最佳配合比为水灰比0.35,体积砂率37%,减水剂掺量1.8%,各因素显著性优劣顺序:水灰比>减水剂掺量>体积砂率;自燃型煤矸石混凝土比普通混凝土具有更高的比强度。