冻融环境下煤矸石混凝土的毛细吸水性能研究

发布时间：2020-03-25 14:15

【摘要】：煤矸石是煤炭生产过程中产生的固体废弃物,其不但污染环境,而且也威胁着人们的生活和生命财产安全。因此,将废弃堆放的煤矸石用于生产煤矸石混凝土这种绿色建筑材料,变废为宝,具有重要的经济、社会与环境效益。考虑煤矸石的产地、理化性质及发展应用等因素,本文主要对煤矸石混凝土使用寿命起决定性作用的抗冻耐久性进行研究。由于水分在材料基体内部传输的速度直接影响了冻融循环作用下混凝土的破坏损伤速度,因此了解水分在混凝土内的运输对其抗冻性研究十分重要。毛细吸附作用是工程实际中大多数在役期混凝土结构基体内水分传输的主要方式。因此,本文以煤矸石混凝土及钢纤维煤矸石混凝土为研究对象,通过试验研究与理论分析相结合的方法,研究煤矸石混凝土和钢纤维煤矸石混凝土在冻融环境下的毛细吸水性能,研究成果对寒区煤矸石混凝土和钢纤维煤矸石混凝土抗冻性评价具有重要的意义。本文开展的具体工作及研究结果如下:(1)对混凝土的冻融破坏机理、纤维增强理论以及毛细吸水原理及其理论方程进行了简要介绍,并引入了毛细吸水过程中所涉及到的主要参数;对研究中所用到的试验原材料、试验方法以及试验仪器进行了详细介绍;(2)对煤矸石混凝土和钢纤维煤矸石混凝土进行了冻融循环试验、毛细吸水试验及力学性能试验,并通过测定两种类型的混凝土在冻融环境下的超声波声时计算得到不同冻融次数下的相对动弹模,进而确定了试件进行吸水试验的冻融循环次数;(3)通过试验研究了煤矸石混凝土和钢纤维煤矸石混凝土在不同冻融循环次数下的毛细吸水能力。分析了煤矸石取代率、钢纤维体积率以及冻融循环次数等因素对其毛细吸水性能的影响。通过对试验结果的分析计算,得到了两种混凝土的累积吸水量,进而绘制了累积吸水量随时间平方根的变化曲线。对累积吸水量曲线进行分阶段线性拟合得到了煤矸石混凝土和钢纤维煤矸石混凝土的初始吸水率、二次吸水率以及后期吸水率,进而研究了两种混凝土的初始吸水率随冻融循环次数的变化规律。根据初始吸水率建立了冻融环境下煤矸石混凝土和钢纤维煤矸石混凝土的初始毛细吸水率预测模型,用以表征这两种混凝土的毛细吸水性能,为严寒地区煤矸石混凝土和钢纤维煤矸石混凝土的抗冻性能研究提供了理论参考。
【图文】：

煤矸石

(c) 污染水源 (d) 污染农田图 1.1 煤矸石的危害混凝土结构的耐久性问题涉及到的内容特别繁杂，具体包含了材料、构件和结构久性。本文主要研究的是材料的耐久性问题（具体有：混凝土的中性化、氯盐的腐融循环作用、碱集料反应以及钢筋锈蚀）。由于本论文的主要研究对象是煤矸石混凝虑到我国煤炭资源主要分布在“三北地区”，即华北、东北和西北（图 1.2 所示），地区处于严寒地带，冬天都较为寒冷，为了使煤矸石的就地取材利用方便，煤矸石土的应用区域也集中在“三北”地区，因此本文研究的重点是冻融环境下煤矸石混的抗冻耐久性问题。影响混凝土抗冻耐久性的关键因素是水分在建筑材料内部的传扩散，以及混凝土结构物自身多孔性的特征，同时膨胀和开裂也会导致混凝土建筑生破坏[2]。由于混凝土建筑物表面直接与复杂多变的环境接触，所以其渗透性决定种有害物质渗入基体的速度（渗透性对耐久性的影响较大），可用混凝土的渗透性表抗冻耐久性[3-8]。

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图 1.2 煤矿分布图渗透性所指代的范围较广，但常用其来评价混凝情况下，建筑材料的孔隙结构、水分的物理特性响材料渗透性能的主要因素[9]。多孔建筑材料产水分在其孔隙中的流通，且水分在传输过程中会水在混凝土的裂缝和孔隙中的传输是混凝土构筑方式有：离子扩散、压力梯度下的渗透、毛细吸是比较常见的传输形式，，因为实际工程环境下的，大多数的建筑结构都处于非饱和状态，而非饱细吸附作用，同时还伴随着离子、水分的浸入[13]冻融环境下煤矸石混凝土的毛细吸水性能对其抗国内外对煤矸石混凝土抗冻耐久性方面的研究较。因此，本文主要对煤矸石混凝土在冻融环境下耐久性评价提供了一定的理论参考，也为煤矸石
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU528

【参考文献】