煤矸石细集料-水泥基材料力学性能影响的试验研究

为促进煤矸石集料在水泥混凝土中的应用,选用自燃(活性)和非自燃(非活性)煤矸石作为细集料,研究水灰比、掺量、养护制度等不同条件下两种矸石细集料-水泥基材料力学性能的发展规律,分析煤矸石的种类、活性、掺量等因素对水泥基材料力学性能的影响。试验结果表明:活性矸石作为细集料,能够在水化初期与水泥水化产物发生一定程度的二次水化反应,水化反应能提高其早期强度;非活性矸石细集料-水泥基材料的强度随水灰比的增大而减小,而活性矸石则存在合理的水灰比范围;高温养护能够促进煤矸石细集料-水泥基材料的早龄期的水化进程,提高其早期抗压强度,但28d龄期中小掺量的矸石细集料-水泥基材料的抗压强度会产生高温负效应,而对抗折强度的影响则相反。     

不同养护条件下煤矸石集料-水泥基材料力学性能影响的试验研究

选用自燃(活性)和非自燃(非活性)煤矸石作为粗、细集料,研究标准养护和高温水养护条件下两种矸石集料-水泥基材料力学性能的发展规律,为解决煤矸石集料在水泥混凝土中的应用提供依据。试验结果表明:对于煤矸石细集料-水泥浆体而言,高温水养护条件下,有利于提高两种矸石细集料-水泥基材料早期(3、7 d)的抗压强度,但对矸石细集料-水泥基材料的后期抗压强度的发展会产生高温负效应,但是对抗折强度的影响正好相反;对于煤矸石集料混凝土,高温水养护对其力学性能发的展是有利的,特别是对自燃矸石集料混凝土,高温水养护能够在一定程度上激发其火山灰活性,对其强度的发展有利,并不会产生"高温负效应"。     

煤矸石细集料对水泥浆体微观结构的影响及其作用机理

以自燃煤矸石细集料水泥浆体和非自燃煤矸石细集料水泥浆体为研究对象,采用X射线衍射仪和扫描电镜研究自燃和非自燃煤矸石细集料对水泥浆体水化产物的物相组成、微观形貌的影响,分析煤矸石细集料活性对水泥浆体微观结构和强度发展的作用机理.结果表明：自燃煤矸石细集料早龄期发生明显的活性反应,在水泥浆体中形成水钙沸石、水石榴石、钙铁榴石等新物相,对水泥浆体早期抗压强度有一定提高作用;非自燃煤矸石细集料对水泥浆体水化进程和微观结构没有产生影响.2种煤矸石细集料均存在一个最优掺量.当煤矸石掺量（质量分数）为20%时,自燃煤矸石细集料水泥浆体和非自燃煤矸石细集料水泥浆体抗压强度均最高.     

煤矸石集料性质对混凝土力学性能影响的试验研究

主要研究煤矸石集料的基本性质:矸石种类、颗粒级配、集料的预处理方式等对混凝土7,28,90d抗压强度及弹性模量的影响规律,为煤矸石集料混凝土的优化配合比设计提供依据。试验结果表明:矸石集料自身的强度极大地影响混凝土的强度,在不同强度的水泥基体下,当水泥基体强度与集料强度相协调时,其混凝土的强度才能达到最大,但是在低强的水泥基体下,提高矸石集料的粒径尺寸及比例,并不能提高混凝土的强度;自燃矸石集料经过预湿处理,能够提高混凝土的力学性能,但非自燃矸石集料经预湿处理后,并不能提高其混凝土的力学性能。     

煤矸石集料性质对混凝土力学性能影响的试验研究

主要研究煤矸石集料的基本性质:矸石种类、颗粒级配、集料的预处理方式等对混凝土7,28,90d抗压强度及弹性模量的影响规律,为煤矸石集料混凝土的优化配合比设计提供依据。试验结果表明:矸石集料自身的强度极大地影响混凝土的强度,在不同强度的水泥基体下,当水泥基体强度与集料强度相协调时,其混凝土的强度才能达到最大,但是在低强的水泥基体下,提高矸石集料的粒径尺寸及比例,并不能提高混凝土的强度;自燃矸石集料经过预湿处理,能够提高混凝土的力学性能,但非自燃矸石集料经预湿处理后,并不能提高其混凝土的力学性能。     

基于RSM-CCD的自燃煤矸石粉-水泥砂浆配比优化

基于响应曲面法中的中心复合试验法(RSM-CCD)设计13组试验,以自燃煤矸石粉细度和掺量为影响因素,研究其对混合砂浆流动性、不同水化龄期抗压强度和抗折强度的影响.结果表明：自燃煤矸石粉细度和掺量对砂浆流动性和强度影响显著,特别是两者交互作用对砂浆抗折强度的影响极为显著,对抗压强度的影响随着水化龄期的延长而递增,所建立的回归模型相关系数(R²)大于0.96,表明模型的合理性和拟合性较好;当自燃煤矸石粉细度为8.00μm、掺量为15.49%时,砂浆流动度为182 mm,28、56 d抗压强度为43.8、50.2 MPa,抗折强度为8.4、8.7 MPa;自燃煤矸石粉具有微集料和活性效应,可以作为混凝土掺合料.     

蒸汽养护条件下水泥-粉煤灰复合胶凝材料的水化性能研究

通过测定不同龄期净浆的化学结合水量和抗压强度。研究了在蒸汽养护条件下粉煤灰掺量、细度对水泥-粉煤灰复合胶凝材料水化性能的影响。试验结果表明：蒸汽养护条件提高了水泥-粉煤灰复合胶凝材料的早期水化速度，并且提高了硬化浆体抗压强度。在蒸汽养护条件下，细度不同的粉煤灰对水泥-粉煤灰复合胶凝材料的化学结合水量影响不大，而超细粉煤灰的密实填充和微集料效应增加了硬化浆体的抗压强度；粉煤灰掺量的增加，降低了水泥一粉煤灰复合胶凝材料的化学结合水量和硬化浆体的抗压强度，但促进了水泥的早期水化。     

砂质自燃煤矸石胶凝材料的研究

以砂质自燃煤矸石和矿渣作为胶凝主体,并以熟石灰、芒硝和水玻璃为激发剂,研制出一种砂质矸石胶凝材料。结果表明,自燃煤矸石和矿渣在水化过程中相互促进,掺入低于50%自燃煤矸石能提高纯矿渣体系的早期强度,并且不降低后期强度;胶凝材料的强度随着激发剂熟石灰量的增加而提高,在熟石灰存在的条件下晶相水化产物是钙矾石,不掺熟石灰水化早期的晶相水化产物主要是石膏,随着水化的进行逐渐生成钙矾石;芒硝掺量为5%时强度达到最大值,而后由于生成较多的钙矾石,产生较大的体积膨胀,导致微裂纹产生,使强度降低。     

养护制度对超高强水泥基材料水化的影响

对比研究了标准养护(20℃、相对湿度≥95%)、早期高温养护(90℃蒸汽养护或水浴养护)下单掺粉煤灰或矿粉的超高强水泥基材料的抗压强度发展规律,并利用热重差热联用热分析仪(TG-DTA)定量分析了其氢氧化钙含量。结果表明:单掺粉煤灰或矿粉试样抗压强度高于纯水泥试样,3 d强度提高2.0%~14.8%,7 d强度提高8.5%~20.4%,28 d强度提高18.0%以上。90℃蒸汽养护3 d可使掺加20%矿粉或纯水泥超高强水泥基材料强度达到标准养护28 d时的强度,且其氢氧化钙量与标准养护28 d水泥基材料中的氢氧化钙量相当。90℃水浴养护3 d的超高强水泥基材料略低于标准养护28 d时的强度。粉煤灰或矿粉通过后期火山灰反应降低了超高强水泥基材料的氢氧化钙含量,且同掺量矿粉的超高强水泥基材料中的被反应的氢氧化钙量更多。     

石墨烯对硫氧镁水泥强度的影响及机理分析

为了研究石墨烯对硫氧镁水泥强度的影响,选取水灰比0.37、0.43、0.51在55%～95%的养护湿下制备了石墨烯硫氧镁水泥基复合材料,进行了抗折强度和抗压强度测试。采用X射线衍射研究了水化产物,并通过扫描电镜(SEM)观察了复合材料的微观形貌。结果表明,在0～2.0%的掺量内,硫氧镁水泥抗折强度随石墨烯掺量的增加而增大,当掺量达到2.0%,抗折强度最大提高了144.9%。抗压强度先减小后增大,2.0%掺量下出现极大值。该复合材料的最佳养护湿度在65%左右。水灰比对复合材料强度的影响在高石墨烯掺量下比较明显。X射线衍射分析表明掺石墨烯和改变养护湿度均只改变水化产物的数量。SEM分析表明石墨烯的掺入细化了水化产物尺寸,优化了水化产物的分布和排列。     

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。     

自燃煤矸石集料预处理对混凝土工作性及强度影响

自燃煤矸石集料的多孔性能决定了其吸水特性,其附加水及预湿时间对混凝土性能影响较大。通过对自燃煤矸砂+天然碎石、天然河砂+自燃煤矸石两种组合集料配制的混凝土进行试验研究,揭示附加水及预湿时间的变化对混凝土拌合物工作性及硬化强度的影响。结果表明:自燃煤矸砂按饱和吸水率的60%、自燃煤矸石按吸水率的80%加入附加水,拌合物可获得预拌混凝土大流动性的配制要求。自燃煤矸砂、煤矸石随着附加水的递增,混凝土7,28 d抗压和劈拉强度皆呈下降的趋势,抗压强度下降幅度较大;自燃煤矸石粗集料预湿时间越长其强度增长越好,但当预湿时间大于1 h,变化幅度很小。而自燃煤矸砂随预湿时间的递增,强度呈递减趋势。     

基于徐州矿区煅烧煤矸石细集料活性的砂浆孔结构研究

 采用X射线衍射法(XRD)、压汞法(MIP)以及环境扫描电镜(SEM)分析方法,研究煤矸石细集料在不同煅烧温度下的活性,并对不同活性的煤矸石细集料水泥硬化砂浆的孔结构进行探讨,并进一步分析孔结构与砂浆强度之间的关系。试验结果研究表明：不同活性的煤矸石细集料,在水化初期可以与水泥水化产物发生不同程度的二次水化反应,煤矸石细集料活性会对水泥硬化砂浆的孔径分布和孔隙率产生一定影响。采用较高活性的煅烧煤矸石细集料,可以降低水泥硬化砂浆的孔隙率和优化孔径分布,且大于200 nm的有害孔明显减少,100,20 nm以下的无害孔和少害孔相应增加,水泥硬化砂浆的水化产物相应增多。煅烧煤矸石细集料的活性由低到高,可以使砂浆的孔隙得到细化,更能有效地改善砂浆的孔结构,降低其孔隙率,能够提高砂浆的强度。     

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.     

橡胶粉改性混凝土的试验研究

对废旧轮胎橡胶粉碎料作为添加成分取代部分细骨料的混凝土的力学性能进行了试验,制备了多组不同橡胶粒径和掺量的橡胶粉改性混凝土试件,试验采用的橡胶粉为废旧轮胎橡胶胶粉,掺量为细骨料体积的5％、10％、15％和20％,探讨橡胶粉粒径和掺量变化对力学性能的影响,结果表明：掺人废旧轮胎橡胶胶粉的混凝土的抗压强度、抗折强度会随橡胶掺量的增加而降低;折压比增加。     

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.     

蒸汽养护对水泥基材料性能影响的研究进展

蒸汽养护能够加快水泥基材料水化速率,提高混凝土的早期强度,但水泥基材料水化性能在蒸汽养护及普通养护下存在显著差异,其高温养护条件下产生微结构缺陷、损伤和脆性的内在机理仍需要系统深入研究。为了更好的研究和应用蒸汽养护技术,综述了蒸汽养护对水泥基材料水化性能、孔结构、抗压强度、体积稳定性能和耐久性能等方面的研究进展,认为蒸汽养护制度与胶凝材料体系在水泥基材料水化性能、孔结构与强度之间的平衡点是评价其总体作用效果的关键,并指出蒸汽养护条件下掺合料间的相互作用机制、复合激发效果;多元胶凝体系水化热力学、动力学及其微观结构的演变规律。     

煤气化渣对水泥混凝土性能的影响

为探讨煤气化渣应用于水泥混凝土的可行性,将2种类型的煤气化渣分别制备混凝土试件并对其性能进行研究。采用扫描电镜和能谱仪分析煤气化渣微观结构与元素组成,并测试其基本物理性能;进一步研磨煤气化渣,制备掺煤气化渣混凝土试件,测试混凝土的抗压强度、干缩性能,并与普通混凝土性能进行比较。结果表明:煤气化渣组分中含有大量非晶态胶凝活性物质,在混凝土中掺入研磨后的粗渣,其抗压强度远高于基准混凝土,且随着龄期延长后期强度持续上升;掺细渣混凝土强度低于基准混凝土,且细渣研磨后对强度增长不大;掺煤气化渣有利于减小混凝土干缩率,煤气化渣研磨后比表面积增大,混凝土干缩率略有增大;综合考虑,推荐在混凝土中使用研磨后的粗渣部分替代天然砂作为混凝土细集料。     

微波场下微珠对碱激发粉煤灰早期力学性能的影响

基于多级微波养护制度,在经浮选、磁选后的焙烧粉煤灰中掺入炭粒、漂珠和磁珠等微珠,研究微珠在微波场下的水化行为及其对碱激发粉煤灰基胶凝材料早期力学性能的影响,并采用X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)分析其微观结构.结果表明:掺加5%炭粒对微波养护碱激发粉煤灰基胶凝材料的早期抗压强度没有影响,5%漂珠和磁珠能够显著提升其早期抗压强度;微波养护试样中都生成了羟基方钠石和钠系菱沸石,炭粒、漂珠和磁珠均不会改变水化产物的类型;碱激发反应能够在结构中空的漂珠内外同时进行,因此可以适当缩短富含漂珠的碱激发粉煤灰试样的微波养护时间.