盐冻循环作用下煤矸石混凝土耐久性研究

为研究盐冻循环作用下煤矸石混凝土耐久性能,通过盐冻循环试验,分析其质量、动弹性模量及抗压强度等裂化特性。结果表明：在氯盐溶液质量分数小于25%时,质量损失率与盐冻循环数呈正相关,随氯盐质量分数上升,其质量损失率逐渐降低,NaCl质量分数大于等于25%时,其质量损失率与循环数呈负相关;不同质量分数NaCl溶液中其动弹性模量损失率与盐冻循环数呈正相关,显著性表现为12%NaCl溶液＞3%NaCl溶液＞纯水＞6%NaCl溶液＞25%NaCl溶液;在相同盐冻循环条件下,其强度损失率与氯盐质量分数呈负相关,其显著性表现为25%氯盐＜12%氯盐＜6%氯盐＜3%氯盐。     

环境侵蚀对混凝土结构力学损伤效应研究

为了研究酸性干湿循环作用对混凝土结构力学损伤影响,根据不同酸性环境（pH值为3、5、7）条件以及不同干湿循环次数（N=0、5、10、20、50）作用下,通过对混凝土试件进行质量损失测试以及抗压强度、抗折强度试验等,对酸性干湿循环作用引起混凝土结构力学损伤效应进行定量分析,研究结果表明:环境侵蚀对混凝土结构以及强度产生不可逆损伤,随着酸性干湿循环次数的增加,质量损失率最大达到9.30%、抗压、抗折强度最大增幅分别为13.58%、15.40%,最大减小幅度分别为9.55%、10.55%;混凝土抗压、抗折强度呈现分段变化,符合线性变化及指数变化规律;建立混凝土质量损失率、抗压强度以及抗折强度损伤演化方程,对环境侵蚀引起的混凝土结构力学损伤进行定量表征。     

粉煤灰掺量对煤矸石骨料混凝土性能影响研究

为探讨粉煤灰作为矿物掺合料对煤矸石骨料混凝土性能的影响,在制备煤矸石骨料混凝土试件时,掺入0%、15%、25%、35%、50%的粉煤灰来取代等量的水泥,进行抗压强度、碳化性能及干燥收缩性能试验研究。结果表明,煤矸石混凝土的抗压强度随粉煤灰掺量的增加而有所降低,且均低于未掺粉煤灰时的混凝土抗压强度,但当掺量为15%时,煤矸石混凝土的90 d抗压强度超过同龄期未掺粉煤灰时的混凝土强度;当粉煤灰掺量不超过35%时,对煤矸石混凝土的碳化性能影响不大,粉煤灰掺量达到50%时,煤矸石混凝土的抗碳化能力降低明显;随粉煤灰掺量的增加,煤矸石骨料混凝土的干燥收缩性能得到改善,50%粉煤灰掺量时干燥收缩率最小。试验表明,适量掺入粉煤灰能改善煤矸石骨料混凝土的后期强度及干燥收缩性能,且对碳化性能影响不大,这为煤矸石骨料混凝土掺粉煤灰的应用提供了试验依据。     

煤矸石理化性质对混凝土抗压强度的影响

为研究不同地层的煤矸石物理化学性能及其骨料取代率对煤矸石混凝土力学性能的影响,通过X射线衍射(XRD)、骨料压碎指标、混凝土强度等试验研究了不同地层的煤矸石化学成分、压碎指标及骨料取代率(0、30%、60%与100%)等因素对煤矸石混凝土抗压强度的影响。结果表明:随着煤矸石粗骨料取代率的增加,混凝土的压强度明显降低,细骨料取代则无明显规律;不同地层的煤矸石压碎指标和化学成分相差较大,骨料的压碎指标越小,相应混凝土的抗压强度越高;SiO_2、Al_2O_3、Ca O含量相对较高,Fe_2O_3含量相对低的煤矸石更适合做混凝土的骨料。研究结果可为分类利用煤矸石,提高其资源化利用率提供参考。     

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.     

煤矸石混凝土抗硫酸盐侵蚀试验研究

针对煤矸石混凝土结构耐久性问题,制作煤矸石混凝土立方体试件,进行抗硫酸盐侵蚀试验,研究了粉煤灰掺量、水胶比和干湿循环次数对煤矸石混凝土耐久性的影响.结果表明:煤矸石混凝土抗压强度随干湿循环次数增加呈先升高后降低的趋势;干湿循环15次时,煤矸石混凝土抗压强度耐蚀系数与粉煤灰掺量呈负相关,与水胶比关系不大;干湿循环大于30次时,煤矸石混凝土抗压强度耐蚀系数与粉煤灰掺量呈正相关,与水胶比呈负相关,相关显著性强弱表现为干湿循环90次＞干湿循环60次＞干湿循环30次.煤矸石混凝土抗硫酸盐侵蚀能力能满足一般建筑物要求,这为煤矸石混凝土应用提供了试验依据.     

不同取代方式下煤矸石对低强度混凝土强度的影响

以3种煤矸石取代骨料的方式配置低强度混凝土,研究了煤矸石掺量、类型对低强度混凝土坍落度、力学强度等性能的影响规律,并采用岩石点荷载测试和光学显微镜、扫描电镜等方法分析了煤矸石作为骨料对低强度混凝土强度的影响机理。结果表明:煤矸石对低强混凝土的强度影响不仅与取代方式有关,同时也取决于煤矸石的种类;煤矸石取代间断级配粗骨料30%以上时,混凝土抗压强度最大降低为24.9%;煤矸石全取代粗细骨料,混凝土强度会降低40%～60%;在煤矸石已取代连续粗骨料的前提下若继续取代细骨料,抗压强度会继续下降27%,劈裂抗拉强度会下降24.1%。煤矸石对低强度混凝土的强度降低效应主要是自身强度低以及界面过渡区(煤矸石-水泥)薄弱;为缓解因煤矸石取代所造成的强度"弱"化,可适当通过掺入粉煤灰的方法来改善。     

煤矸石混凝土力学性能试验研究

通过试验研究煤矸石骨料混凝土力学性能,分析了煤矸石骨料掺量对混凝土力学性能的影响规律,以求达到煤矸石的最大利用,减小大量煤矸石堆放对土地及周围环境的污染。通过三因素四水平正交试验及极差分析方法,研究煤矸石混凝土不同比例取代粗细骨料对混凝土抗压强度、劈裂强度、抗折强度的影响规律,得出了不同取代因素下的最优配合比。研究结果表明,煤矸石混凝土抗压强度影响因素由强到弱依次为:碎石水泥中砂;煤矸石混凝土抗折强度影响因素由强到弱依次为:水泥中砂碎石;矸石混凝土劈拉强度影响因素由强到弱依次为:中砂碎石水泥。     

酸碱干湿环境煤矸石混凝土抗压强度试验研究

为了探究干湿循环环境p H值不同时,掺入不同比例煤矸石骨料的混凝土强度弱化规律,制作混凝土棱柱体试件进行单轴抗压强度试验研究。结果表明:破坏面中断裂煤矸石骨料比例随干湿循坏次数增加而增加,掺入比例为δ=20%~50%时,煤矸石骨料及其周围混凝土成为试件承压的薄弱部位;混凝土试件单轴抗压强度随干湿循环次数与煤矸石骨料掺入量的增大而减小,且减小速度在中、碱性环境中逐渐减慢,而在酸性环境中逐渐加快;碱性环境对于干湿循环造成的煤矸石骨料混凝土强度降低现象起到了一定的缓解作用;干湿循环环境p H值不同时,掺入不同比例煤矸石骨料的混凝土随干湿循环次数的增加弹性模量减小。研究为防治煤矸石混凝土在建筑物服役期中受到酸碱干湿环境影响而逐渐弱化现象提供了一定的科学依据。     

防冻剂对自燃煤矸石混凝土力学性能影响研究

为探究防冻剂对煤矸石混凝土力学性能的影响,以防冻剂种类、不同掺量和养护温度等为因素进行对比试验,分析其对煤矸石混凝土强度影响水平和作用机制。结果表明：通过单掺不同防冻剂标养煤矸石混凝土强度分析,早强效果显著性为氯化钙＞硝酸钙＞乙二醇;养护环境由负温度到正温度,基准煤矸石混凝土的抗压强度损失率与养护温度呈正相关;在-5℃和-10℃养护环境中,不同掺量3种防冻剂对负温煤矸石混凝土均起一定防冻效果,其显著性体现为氯化钙＞硝酸钙＞乙二醇。     

石墨尾砂改性混凝土的单轴压缩与声发射试验

为研究石墨矿尾矿砂骨料混凝土的力学特性,对4种石墨尾砂掺量的混凝土开展单轴压缩试验,同时获取了压缩过程中的声发射信号,基于声发射信号对材料损伤演化特征进行评价.结果表明,混凝土试件的变形过程分为弹性、塑性、断裂破坏和残余变形4个主要阶段;随着石墨尾砂取代率增加,抗压强度有增大趋势,并在石墨尾砂取代率超过30％后趋于稳定...     

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。     

矿井环境中混凝土材料腐蚀损伤演化与机理分析

通过试验模拟地下复杂环境中混凝土在硫酸盐腐蚀和干湿循环耦合作用下混凝土受力特点和损伤演化,测试和分析了不同腐蚀时期混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度、质量和超声波速的变化及加载受荷过程中应力应变曲线变化,运用损伤力学,对腐蚀损伤进行多指标全面评价。分析受荷过程中腐蚀损伤对混凝土应力-应变关系的影响。结合腐蚀时间和应变对混凝土损伤扩展的影响,建立受蚀混凝土的受荷损伤模型。采用环境扫描电镜（ESEM）和X射线衍射（XRD）分析受蚀混凝土的微观结构演化。试验结果表明：① 混凝土受到硫酸盐侵蚀和干湿循环耦合作用,抗压强度、劈裂抗拉强度和抗折强度的经时变化规律大致相同,均呈现先增大后减小,其中劈拉强度和抗折强度对侵蚀引起的损伤更加敏感,劣化更加明显。通过数据回归得到以各性能指标为损伤变量的混凝土腐蚀损伤演化方程,得到不同损伤因子之间的线性函数关系;② 随着腐蚀环境的长期作用,腐蚀损伤混凝土试件峰值应力减小,峰值应变增加,弹性模量和峰值变形模量均有所降低。通过数学模型将腐蚀损伤和受荷损伤统一起来,表征混凝土受到的环境腐蚀、荷载及损伤之间的作用关系;③ 腐蚀产物钙矾石和石膏的膨胀作用和硫酸钠的结晶压在试件内部形成微破裂,随着腐蚀的加剧,微破裂逐渐增多和扩展。     

考虑频率影响的盐岩变参数蠕变损伤模型

基于低频三轴循环加卸载试验得到盐岩轴向初始衰减和稳态蠕变变形规律,以及卸载模量随着循环周次的增加呈现负指数型弱化趋势。以弹性模量的折减表征循环荷载下盐岩损伤劣化,考虑损伤因子的频率和时间效应,得到统一损伤演化方程,建立考虑频率影响的变参数Burgers蠕变损伤模型。对比分析表明,该模型能够准确描述不同频率循环荷载作用下盐岩蠕变变形特征和损伤演化过程,为盐岩地下储气库注采运营稳定性分析提供更为合理的分析模型和力学参数。     

煤矸石改性膨胀土干湿循环下缩裂的调控机制

为寻求改性膨胀土干燥开裂的调控机制,预防膨胀土工程灾害,在干湿循环条件下,针对不同煤矸石粉掺量的膨胀土进行收缩试验,确定煤矸石粉的最佳掺量及体缩率,通过土样表面的裂隙图像,计算土样外表面的裂隙率,借助压汞试验获得土样内部孔隙率和平均孔径参数,对体缩率、裂隙率、孔隙率等收缩性指标进行分析,揭示煤矸石抑制膨胀土收缩裂隙发育发展的机制。结果表明,在干湿循环下,煤矸石粉掺量为9%时,土样的收缩性得到较好的抑制;掺入煤矸石可降低膨胀土孔隙率,使土体内部结构更加稳定;素膨胀土和改性膨胀土的体缩率、面裂隙率和孔隙率与干湿循环次数的关系均符合三元二次方程。     

冻融循环作用下岩石能量演化及损伤本构研究

针对冻融循环作用对岩石变形及强度影响等问题,研究冻融循环作用下岩石能量演化机制与本构模型,主要研究内容包括:冻融循环作用下岩石强度损伤特征,随着循环次数的增加,岩石抗压强度及弹性模量呈现指数函数降低,抗压强度、弹性模量的最大降低幅度分别为53.31%、36.33%;冻融循环作用下岩石能量演化机制,随着循环次数的增加,岩石总能量逐渐降低,岩石能量耗散速率整体呈现增大趋势,意味着冻融循环对岩石内部结构产生损伤;基于损伤等效原理与Weibull分布理论,建立岩石损伤本构模型,对比试验曲线得到损伤本构模型能够较好地描述岩石变形特征,为类似本构模型的建立提供了有益思路。     

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＞160 mm),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.     

冻融-酸雨耦合下煤矸石混凝土性能裂化研究

为了解冻融-酸雨耦合作用对煤矸石混凝土性能裂化的影响,通过冻融-酸雨交替侵蚀试验,探究不同水灰比条件下煤矸石混凝土质量、动弹性模量、抗压强度及中性化深度等指标的裂化规律,分析冻融-酸雨耦合作用机理。结果表明,煤矸石混凝土质量损失率、动弹性模量损失率及中性化深度均与循环阶段呈正相关,显著性表现为水灰比0.75>水灰比0.65>水灰比0.55;在酸雨侵蚀20~80 d范围内,其最大平均中性化深度增长速率为0.0273 mm/d;强度损失率与循环阶段呈正相关,其显著性表现为水灰比0.65>水灰比0.55>水灰比0.75,相应其最大强度损失率分别为43.49%、37.51%、33.62%。     

利用煤矸石粉煤灰制成农田排水混凝土材料的研制实验

为了解决高潜水位采煤塌陷区的排水问题,同时提高矿山固体废弃物煤矸石粉煤灰的利用率,本文开展了新型透水性煤矸石粉煤灰混凝土排水沟试验研究。本研究设计了两个试验,一是煤矸石粉煤灰混凝土透水系数和抗压强度测定试验:共设置了五个试验处理,分别以煤矸石代替25%和15%的碎石,粉煤灰替代10%和15%的水泥,同时包括一个空白对照组;二是室内模拟排水沟透水率测定试验:选取试验一中透水系数最大,且满足抗压强度标准的处理5的混凝土配合比(煤矸石替代碎石量为30%,粉煤灰替代水泥量为15%),进行室内排水沟模拟试验。结果表明:煤矸石粉煤灰混凝土具有较好的透水性,试验一处理5的混凝土块透水系数最大,其抗压强度为12.03MPa,满足抗压强度标准;室内模拟农田排水沟的透水率为0.072cm/h,在田间应用排渍模数可达0.01m3/(s.km2),该混凝土在排渍模数不大于该值的地区可以应用,具有广阔的应用前景。     

煤矸石泡沫混凝土性能研究

煤矸石泡沫混凝土是将煤矸石作为1种掺加物,混合到泡沫混凝土中,再加入其他的添加剂以满足工程的强度要求或其他特殊要求。通过试验研究确定发泡剂的最佳使用浓度,将煤矸石破碎筛选分级,通过水灰比对泡沫混凝土的坍塌度和力学特性影响的试验,得出在水灰比为0.2时,试配的泡沫混凝土具有良好流动性,其坍落度为13.8 cm,平均抗压强度为4.13 MPa;通过研究煤矸石掺量对泡沫混凝土的坍塌度和力学特性影响,得出煤矸石掺量的增加使得泡沫混凝土浆体的坍落度逐渐减小,浆体塑性增强,混凝土抗压强度在煤矸石掺量为60%左右时达到最大,之后随着煤矸石掺量的增加强度开始逐渐变小。