煤矸石作为水泥混凝土骨料可行性的基础研究

论文摘要

煤矸石是煤炭行业发生的废物之一,发生量大、对环境有严重的污染。目前我国现有煤矸石储量巨大,而且每年都在产生大量的煤矸石,对煤矸石不进行合理的利用,将产生巨大的社会、经济和环境的损失。利用煤矸石生产集料来拌制水泥混凝土,可以大量减少土木工程中对天然集料的使用量,具有较好的经济效益和社会效益。作为煤矸石再生利用的可能途径之一,煤矸石被破碎、分选后制成煤矸石骨料,掺入水泥混凝土替代部分普通集料,生产煤矸石混凝土。本研究对煤矸石集料基本物理性能和微观构造特征进行全面的试验分析,并对煤矸石混凝土力学性能、微观孔结构及耐久性能进行对比分析,系统地研究了煤矸石集料的基本性能、取代率等因素对煤矸石集料混凝土的宏观力学性能、微观孔结构及耐久性能的影响规律。研究结果表明:（1）煤矸石性能具有较大的波动性,不同地点的煤矸石集料性能不同,即使是同一地点产生的煤矸石,其性能也存在较大的差异。（2）煤矸石集料化学成分主要是石英;在SEM微观形貌中发现煤矸石集料不如普通集料均匀、密实;煤矸石集料与普通集料的微观孔结构存在较大的差异。（3）煤矸石砂浆孔结构具有分形特征,在一定条件下,孔分形维数可以评定煤矸石砂浆孔结构特征;煤矸石砂浆强度与孔结构有一定关联关系,随着孔径增大,孔隙率增加,孔分形维数减小,砂浆强度呈递减趋势;小于20nm的无害孔越多,大于100nm的大孔越少,煤矸石砂浆的抗压及抗折强度越高。（4）测试的各种煤矸石集料都为非碱活性集料;煤矸石掺量在一定范围内时不会明显降低混凝土的抗渗性;随着煤矸石集料掺量的增加,混凝土的力学性能并没有降低,但非引气混凝土的抗冻性能出现一定程度的下降;除了气泡间距系数,煤矸石集料的吸水率也是影响煤矸石混凝土抗冻性能的重要因素之一,所以,应结合气泡间距系数和集料吸水率,才能更确切地评定煤矸石混凝土的抗冻性;煤矸石混凝土的水泥石-集料界面结构不同于普通混凝土。对于煤矸石集料应用于水泥混凝土中,本研究对煤矸石的掺量、吸水率、压碎值和针片状含量等指标提出了建议,以提高设计质量,保证结构安全。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 问题的提出与研究意义
• 1.1.1 煤矸石带来的问题
• 1.1.2 研究的意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 煤矸石用作燃料
• 1.2.2 煤矸石用作建筑材料原料
• 1.2.3 煤矸石用作建筑材料
• 1.2.4 煤矸石的化工利用
• 1.2.5 煤矸石生产农肥及改良土壤
• 1.2.6 小结
• 1.3 主要研究内容
• 1.4 本文技术路线
• 第2章 原材料与试验方法
• 2.1 原材料
• 2.1.1 水泥
• 2.1.2 煤矸石
• 2.1.3 普通细集料
• 2.1.4 普通粗集料
• 2.1.5 减水剂
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 混凝土拌合物含气量试验
• 2.2.2 混凝土抗压强度试验
• 2.2.3 砂浆抗渗性试验
• 2.2.4 混凝土抗冻性试验
• 2.2.5 硬化混凝土气泡特征参数试验
• 2.2.6 压汞测定细孔结构试验
• 2.2.7 扫描电子显微镜分析（SEM）
• 2.2.8 X 射线衍射分析（XRD）
• 2.2.9 差热分析（DTA）
• 2.3 本章小结
• 第3章 煤矸石集料基本性能的实验研究
• 3.1 引言
• 3.2 煤矸石基本物理性能
• 3.3 煤矸石微观性能
• 3.3.1 XRD 分析
• 3.3.2 EDS 试验结果
• 3.3.3 微观形貌分析
• 3.3.4 差热分析试验结果
• 3.3.5 孔结构分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 煤矸石砂浆的孔结构与强度的关系
• 4.1 引言
• 4.2 原材料
• 4.2.1 水泥、水和外加剂
• 4.2.2 集料
• 4.3 煤矸石砂浆试验概述
• 4.3.1 配合比
• 4.3.2 力学强度
• 4.3.3 煤矸石砂浆微观构造
• 4.4 混凝土孔结构分维模型及MIP 确定孔分形维数的方法
• 4.5 砂浆孔结构与强度的关系
• 4.5.1 煤矸石砂浆分形维数
• 4.5.2 煤矸石砂浆分形维数与孔结构的关系
• 4.5.3 煤矸石砂浆的强度与分形维数的关系
• 4.5.4 煤矸石砂浆的强度与孔径分布的关系
• 4.6 本章小结
• 第5章 煤矸石集料混凝土耐久性研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验概述
• 5.2.1 原材料
• 5.2.2 试验方法
• 5.3 试验研究
• 5.3.1 碱骨料试验
• 5.3.2 抗渗性试验
• 5.3.3 抗冻性试验
• 5.3.4 硬化混凝土气泡特征试验
• 5.3.5 水泥石-集料界面结构分析
• 5.4 煤矸石集料指标
• 5.4.1 掺量
• 5.4.2 吸水率
• 5.4.3 压碎值与针片状含量
• 5.5 本章小结
• 结论
• 1 主要结论
• 2 进一步研究的建议
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢