非自燃煤矸石混凝土在冻融硫酸盐侵蚀下的耐久性研究

发布时间：2020-04-19 09:25

【摘要】：随着煤炭开采量的日渐累积,伴随着煤炭开采而产出的煤矸石不仅占用土地资源,还会造成环境污染等问题,煤矸石的回收利用成为一项具有研究意义的课题。将煤矸石作为骨料加入到混凝土中可以实现绿色环保的社会和经济效益,本论文以非自燃煤矸石作为混凝土骨料,替代石子和沙子,对非自燃煤矸石混凝土的抗压强度和耐久性进行试验研究,为非自燃煤矸石混凝土的利用提供科学依据。本文的主要研究内容和结论如下:通过试验研究了选取水胶比为0.4、0.45和0.5及粉煤灰替代率为0%、5%、10%、15%及20%下非自燃煤矸石混凝土在养护龄期3d、7d及28d的抗压强度值及变化规律。通过试验结果可知:3d强度可以达到28d强度的75%~81%,7d强度可以达到28d的73%~99%。对于3d和7d的早期强度而言,粉煤灰替代率在0%~20%变化范围内抗压强度随粉煤灰的替代率先增大后减小,10%替代率的粉煤灰可以提高混凝土的早期强度。但在28d时粉煤灰对抗压强度的影响已不显著,W0.4F10组强度比W0.4F0组的高2%,比W0.4F20组的高7.8%。相同粉煤灰替代率的情况下,水胶比越大,28d抗压强度越低。通过力学性能试验得出的最优配合比为水胶比0.4,粉煤灰替代率10%,以此配合比为基准配合比,取粉煤灰替代率为0%、10%和20%,水胶比为0.4、0.45和0.5,Na_2SO_4浓度变量取为0%、2.5%、5%和10%,通过单一冻融、单一硫酸盐侵蚀和冻融硫酸盐侵蚀耦合这三种环境下的耐久性试验研究,以质量损失率、相对动弹性模量和抗压强度损失率为评价标准,综合的反映了不同影响因素对非自燃煤矸石混凝土的耐久性能影响。其抗冻能力随水胶比的增大而降低,抗压强度损失率随粉煤灰替代率的增加,呈先减小后增大的变化规律,当粉煤灰替代率为10%时,抗压强度损失率最小。冻融循环对其破坏要比Na_2SO_4溶液侵蚀更加严重,耦合作用下损伤最严重,单一冻融的冻融次数在50~75次而耦合作用下只有25~50次。同时结合扫描电镜结和能谱分析的微观试验,研究了不同环境下非自燃煤矸石混凝土的微观情况。由试验结果可知:冻融侵蚀循环会使煤矸石骨料产生微观裂缝,同时在Na_2SO_4侵蚀的作用下,混凝土内部生成Na_2SO_4结晶和针状钙矾石结晶,这些膨胀性结晶体破坏了水泥胶体与煤矸石骨料之间的胶结作用。从能谱分析中可以看到单一硫酸盐侵蚀和冻融硫酸盐侵蚀耦合作用后,混凝土内部存在大量的Na元素,Na_2SO_4对煤矸石混凝土的侵蚀较为明显。运用Origin软件拟合函数建立了冻融循环作用下各评价指标与循环次数、水胶比和粉煤灰替代率的二元曲面模型,并建立了冻融硫酸盐侵蚀耦合作用下各评价指标和影响因素之间的多元回归模型。通过残差图评价了各拟合模型的回归精度。根据回归模型推导出非自燃煤矸石混凝土的耐久性寿命预测模型,为实际工程运用提供参考。论文共有图76幅,表35个,参考文献91篇。
【图文】：

抗压强度,力学性,井下巷道,宏观力学性能

on Gangue ConcreteIntroduction）石混凝土材料主要用于井下巷道支护与填充，其力学性而巷道支护与填充材料的抗压强度是最常用于表征其力混凝土的宏观力学性能用抗压强度来表征。测试了各影响因素（水胶比和粉煤灰替代率）对非自燃d 和 28d）抗压强度值的影响，以得到抗压强度与龄期、非自燃煤矸石混凝土的抗压强度预测提供有力依据。法与设计（Experiment Method and Design）材料用的非自燃煤矸石是取材自内蒙古煤矿的新鲜煤矸石，

颚式破碎机

试检测出非自燃煤矸石的主要化学成分如下表表 2-2 煤矸石的化学成分Table 2-2 The chemical composition of gangueAl2O3CnOm(碳氧化合物)Fe2O3K2O MgO 21.05 13.70 4.42 2.56 1.56 主要化学成分为 SiO2和 Al2O3，但由于非自燃煤过程，所以其中还含有少量的碳氧化合物 CnOm自燃煤矸石骨料是无级配的，，所谓无级配，是指不进行进一步的级配筛分而直接投入使用。虽然粒径控制在 25mm 以下。由于非自燃煤矸石开采机破碎，故应先用大型机械或人工将大体积煤矸，然后用破碎机破碎。国矿业大学结构试验室的小型颚式破碎机，如图
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU528

【参考文献】