煤矸石掺量对混凝土毛细吸水特性影响的试验研究

为了研究煤矸石部分替代传统粗骨料对混凝土毛细吸水特性的影响,通过试验分别对煤矸石替代30％粗骨料的混凝土试件、煤矸石替代60％粗骨料的混凝土试件在荷载作用下的吸水性能进行了测量,同时对普通骨料混凝土试件的吸水性能进行测量作为对比.分析了荷载水平、煤矸石掺量对混凝土吸水性能的影响,对比了相同荷载等级下不同掺量煤矸石混凝土与素混凝土的吸水性能力.研究结果表明:荷载水平对混凝土的吸水性会产生显著的影响,当荷载水平较小时,试件的吸水能力会有降低的趋势,当荷载水平较高时,试件的吸水能力会明显提高;煤矸石替代30％的粗骨料不会对试件的吸水性产生明显影响,但是当煤矸石替代60％的粗骨料时,试件的吸水性会增大,尤其是荷载水平较高时,试件的吸水性会显著增大,反映出煤矸石掺量对混凝土的耐久性会产生影响.     

不同吸水率粗骨料对混凝土强度和干燥收缩性能的影响

试验以不同吸水率粗骨料(天然碎石、再生骨料、煤矸石骨料)配制C20、C30混凝土,对不同吸水率粗骨料混凝土抗压强度及抵抗干燥收缩性能进行基础性试验研究,阐明不同吸水率粗骨料所保有的水分对混凝土强度及干燥收缩性能的影响.试验结果表明,随着养护龄期的增加,不同吸水率、不同强度等级混凝土的抗压强度也随之增加;和天然混凝土对比分析来看,再生粗骨料混凝土与自燃煤矸石粗骨料混凝土的强度略有下降.当混凝土强度等级相同时,在7d以内相对较短干燥收缩龄期时内吸水率最大的自燃煤矸石混凝土的干燥收缩长度变化率反而最小,再生粗骨料混凝土试件次之,普通混凝土试件的干燥收缩率最大;但7d以后随着干燥收缩龄期的增加,吸水率最大的自燃煤矸石混凝土的干燥收缩长度变化率却最大,所对应的质量损失率也会加大.     

自燃煤矸石骨料混凝土单轴受压破坏特征及强度分析

对取代率为100％的自燃煤矸石粗、细骨料单掺及同掺的混凝土立方体和棱柱体试件,进行了单轴抗压试验,探讨了不同自燃煤矸石粗、细骨料对混凝土破坏特征和强度的影响.结果表明:所有试件破坏过程相似,经历了弹性变形、裂缝出现、裂缝发展、直至破坏四个阶段,但随着自燃煤矸石骨料掺量的增大,混凝土应力-应变曲线上升段的斜率变小,峰值应变变大,破坏形式由斜截面剪切转为纵向劈裂;自燃煤矸石骨料周围增强的界面区及与水泥砂浆较为良好的弹性协调性,在一定程度上弥补了自身强度低对混凝土强度的不利影响;自燃煤矸石骨料的"内养护"和表面"活性"作用,使单掺自燃煤矸石细骨料混凝土的长期强度增进率较高,但单掺粗骨料及同掺粗、细骨料混凝土的长期强度,受粗骨料自身强度低的影响发展空间有限.     

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.     

陶粒对混凝土结构及毛细吸水性能的影响

研究了不同掺量(体积分数)、具有不同吸水率的陶粒配制不同水灰比的混凝土的毛细吸水性能,以及混凝土内部陶粒及界面区的孔结构和多孔陶粒对混凝土毛细吸水性能的影响.结果表明:低吸水率(1 h吸水率为2.4%)的陶粒对降低较高水比(0.49)混凝土的早期毛细吸水性能有利,但对界面改善作用较弱,在扫描电镜和显微硬度试验中发现其界面仍存在类似普通骨料的薄弱区;高吸水率(1 h吸水率为7.1%)的陶粒附近则形成了孔含量较少和显微硬度较高的结构致密区,在很大程度上降低了混凝土的毛细吸水性能,特别是在水化后期,改善效果更加明显.在水灰比较高的混凝土中,随着陶粒掺量的增加,混凝土的毛细吸水逐渐得到降低,陶粒掺量50%和100%的混凝土90d时的30min吸水量相对普通混凝上分别减少了21.3%和37.8%;但对于较低水灰比(0.32)的混凝土,则存在一个最佳掺量,过多的陶粒掺量(>50%)则会增大混凝土的毛细吸水性能.     

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1h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.     

煅烧煤矸石再生细骨料混凝土徐变性能

为研究不同煅烧温度、煤矸石掺量、粉煤灰掺量及水胶比对再生细骨料混凝土抗徐变性能的影响,采用4因素3水平的正交原理,对不同试验条件下再生细骨料混凝土进行120 d的干缩和徐变性能研究.结果 表明:对于养护28 d后的试件,影响其抗压强度最大的因素是煤矸石掺量的不同;干缩变形量从基础养护起第80 d为分界线,分快速干缩和稳定干缩两阶段,同时受煅烧温度和水胶比影响较大,但适当的粉煤灰掺量和煅烧温度不仅能抑制干缩,而且能致密空隙并降低水化热;持续荷载120 d时,构件整体徐变变形增大,分为快速、慢速和稳定3个阶段,受煅烧温度和煤矸石掺量影响较大,同时徐变变形与时间存在相对较高的相关性.     

干湿循环下煤矸石混凝土孔结构特性及抗氯离子侵蚀机理

氯离子侵蚀是影响混凝土耐久性的重要因素。通过干湿循环试验,研究了煤矸石混凝土的抗氯离子侵蚀性能,分析了煤矸石体积取代率(0%、20%、40%、60%)对氯离子浓度分布和表观扩散系数的影响。通过压汞试验,测定了煤矸石混凝土的孔结构参数,通过计算其孔隙体积分形维数,研究了孔结构对煤矸石混凝土抗氯离子侵蚀性能的影响。结果表明:随着煤矸石掺量的增加,自由氯离子的浓度先减小后增加,而表观扩散系数先增加后减小;煤矸石掺量为40%时,混凝土密实性最好,孔隙体积分形维数最大;与未添加煤矸石的混凝土相比,掺量40%的煤矸石混凝土氯离子浓度最低,此时抗氯离子侵蚀性能最好,且表观扩散系数下降35.68%。     

PVC粗骨料混凝土的力学和吸能性能分析

将聚氯乙烯(PVC)软板进行粉碎得到级配良好的片状PVC颗粒以不同掺量等体积替代天然粗骨料后加入混凝土中制成试件,做单轴压缩试验和钢球自由落体冲击试验,得到立方体抗压强度、劈裂抗拉强度、卸载弹性模量和能量吸收率,用来探究不同掺量的PVC粗骨料混凝土力学和吸能性能。结果表明,随PVC粗骨料掺量增加,混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度均呈显著降低趋势,在实际工程中,PVC粗骨料掺量应该控制在20%左右;随PVC粗骨料掺量增加,混凝土脆性得到改善以及延性增强;混凝土的能量吸收能力随PVC粗骨料掺量增加呈显著增加趋势。     

不同掺量粉煤灰轻骨料混凝土的强度试验研究

以内蒙古东部区富含天然浮石为粗骨料,通过在轻骨料混凝土中掺入粉煤灰0%、15%、20%、30%、45%、60%的试验中,将其3 d、7 d、14 d、21 d、28 d、90 d的抗压强度进行对比;并研究冻融循环作用下,对不同粉煤灰掺量的轻骨料混凝土的耐久性和抗冻性影响,得到对于天然浮石轻骨料混凝土,20%为最佳粉煤灰掺量.     

基于裹浆工艺的煤矸石混凝土性能研究

采用裹浆工艺对煤矸石骨料进行预处理,研究原状煤矸石骨料与不同浆体裹浆煤矸石骨料的吸水率、压碎值和干湿、冻融环境下的劣化行为以及裹浆煤矸石混凝土的强度和耐久性能,并分析骨料性能强化与混凝土性能提升的相关性。采用XRD、SEM分析原状煤矸石骨料与裹浆煤矸石骨料干湿、冻融循环前后的矿物组成、微观形貌和界面过渡区。结果表明,原状煤矸石骨料吸水率高,硬度低,在干湿、冻融环境下劣化明显,裹浆后煤矸石骨料性能提升。原状煤矸石混凝土强度与耐久性能较差,裹浆后煤矸石混凝土性能得到增强,骨料性能与混凝土性能相关性良好。煤矸石骨料劣化的主要原因是黏土矿物吸水后在干湿、冻融环境下软化失稳,而裹浆可以起到隔绝水分的作用,从而使骨料性能得到强化。骨料强化以及骨料与砂浆基体的结合程度提高共同促进了裹浆煤矸石混凝土性能提升。     

煤矸石骨料及其改性技术研究进展

煤矸石作为煤炭开采和洗煤过程中产生的废弃物,大量堆放会给生态环境带来巨大的压力,以煤矸石为骨料生产混凝土符合绿色可持续发展理念。煤矸石骨料具有孔隙率大、针片状颗粒含量高的特性,会对混凝土性能产生较大负面影响。本文简述了煤矸石骨料的基本物化特性,综述了煤矸石骨料对混凝土工作性能、力学性能、耐久性以及界面过渡区的影响;在此基础上,针对煤矸石骨料存在的缺陷,重点综述了煤矸石骨料改性技术(表面包覆、水玻璃改性、热活化和微生物矿化等技术)的研究现状,指出了每种改性技术目前存在的问题及解决方法,并对其在混凝土中的研究方向进行了展望,以期推动煤矸石骨料在混凝土的应用与发展。     

冻融作用下活化煤矸石粉混凝土损伤劣化规律

为促进寒冷地区煤矸石在混凝土中的应用,通过机械-微波方式对煤矸石进行复合活化,从表观形貌、质量损失率、相对动弹性模量、抗压强度和劈裂抗拉强度等方面对煤矸石粉混凝土的损伤劣化规律进行了研究,并使用扫描电子显微镜、核磁共振波谱仪和X射线衍射仪等研究了活化煤矸石粉对混凝土抗冻性能的改性机理。结果表明:20%(质量分数)掺量下活化煤矸石粉对混凝土抗冻性能改善效果最好,且经300次冻融循环后,质量损失率和相对动弹性模量分别为2.32%和91.32%,抗压强度和劈裂抗拉强度分别下降了16.40%和26.12%;活化煤矸石粉能填充、细化孔隙,且其二次水化能消耗水泥水化产物Ca(OH)₂,产生C-S-H和C-A-S-H,提升水泥石密实程度,改善孔结构,使大孔占比减少。     

煤矸石对泡沫混凝土孔结构的影响

本文将粉磨之后的煤矸石替代部分水泥掺入到混凝土中,通过物理发泡工艺制备煤矸石泡沫混凝土。采用FiJi-imageJ图像分析技术等对泡沫混凝土的孔径分布、平均孔径、气孔直径等进行表征,分析了煤矸石改善泡沫混凝土成孔的原因以及煤矸石粉磨粒径对泡沫混凝土抗压强度的影响。结果表明:当掺入粒径为45 μm的煤矸石粉时,泡沫混凝土的强度随着掺量的增加逐步下降,而掺入粒径为15 μm的煤矸石粉时,强度则随掺量的增加呈先上升后下降的趋势;在调节孔结构方面,粒径为45 μm的煤矸石粉优于粒径为15 μm的煤矸石粉,并在50%(质量分数)掺量下达到最优效果。     

石灰对煤矸石水泥砂浆性能影响研究

将铜川煤矸石进行热活化和机械活化后,加入石灰进行化学激发,掺入水泥砂浆中进行强度测试,对石灰和煤矸石掺量进行了实验研究,分析了石灰对煤矸石水泥砂浆的作用。结果表明,煤矸石和石灰掺入对水泥砂浆的强度具有较大的影响。煤矸石水泥砂浆的早期抗压和抗折强度均较低,但28 d强度随煤矸石和石灰用量增加出现先增加后降低的趋势。在煤矸石用量达到40%,石灰取代量为40%左右时,水泥砂浆抗压和抗折强度出现最大值。石灰的加入对煤矸石水泥砂浆的强度具有较大的提升作用,掺石灰后,煤矸石水泥砂浆28 d抗压强度提高约21%,抗折强度提高约31%。     

微波场中高含铁量煤矸石酸浸制备氧化铁的研究

研究了微波场中酸浸高含铁量煤矸石制取Fe2O3,探索了煅烧时间、煅烧温度、酸浸温度、酸浸时间、微波功率、HCl质量分数、煤矸石粒度对Fe2O3浸出率的影响。结果表明,在固液比1∶3条件下,煅烧时间为120 min,煅烧温度为700℃,酸浸温度为105℃,酸浸时间为30 min,微波功率为500 W,HCl质量分数为20%,煤矸石粒度为0.1753 mm,Fe2O3的浸出率可达39.36%。与传统方法相比,在大大节省时间的同时,改善了操作环境。制备的Fe2O3样品有较好的应用价值。     

纳米SiO2和聚丙烯纤维对煤矸石二灰混合料改性试验研究

为了研究纳米SiO₂和聚丙烯纤维对煤矸石二灰混合料力学性能及水稳定性能的影响,通过无侧限抗压强度试验、劈裂试验测得各组试件改性前后强度值,并对干湿循环后试件质量、强度值及声发射特性进行分析。结果表明:纳米SiO₂可以提高煤矸石二灰混合料的抗压强度,掺量为2.5%(质量分数)时效果最佳;同时加入纳米SiO₂和聚丙烯纤维可以进一步提升混合料的力学性能,掺加2.5%纳米SiO₂和0.15%(体积分数)聚丙烯纤维时煤矸石二灰混合料力学性能最好;掺加2.5%纳米SiO₂和0.10%(体积分数)聚丙烯纤维的煤矸石二灰混合料水稳定性能最佳。     

机械力化学效应对煤矸石水泥性能的影响

从充分发挥煤矸石潜在活性的观点出发,通过机械力化学作用对煅烧后煤矸石的活性进行进一步激发.将粉磨后不同细度煤矸石以不同掺量与熟料、石膏配置复合水泥,测定其3d、28d强度,标准稠度用水量和凝结时间.结果表明,经高能球磨后的煤矸石,其20%掺量的水泥胶砂强度可达53.8MPa,掺量为40%的水泥胶砂强度达到44.1MPa;煤矸石越细,标准稠度用水量越大,凝结时间越短.