自燃煤矸石骨料混凝土配合比优化设计及性能研究

作     者：陈瑞雪 

作者单位：辽宁工程技术大学 

学位级别：硕士

导师姓名：周梅

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：自燃煤矸石骨料 配合比 力学性能 本构关系 叠合板 

摘      要：随着国家基础设施及城镇化建设的快速发展,作为基础建材的混凝土用砂石骨料供不应求。另一方面,人类在享受煤炭能源的同时,正遭受着煤矸石带来的空气、水体及土壤污染等问题。目前,我国煤矸石的堆存量高达60亿吨,其中过火自燃煤矸石占20%左右,自燃煤矸石作为一种次轻级骨料,以储量大、易开采、价格低廉的特点,在次轻骨料家族中占有一席之地。但煤矸石骨料混凝土的基础研究薄弱,缺少相关理论指导成为制约煤矸石规模化应用的主要障碍。因此,开展自燃煤矸石骨料混凝土配合比设计研究,无论对科学研究还是自燃煤矸石混凝土的推广都具有较大意义。本文提出一种基于自燃煤矸石理化性能特点的混凝土配合比设计方法,研究自燃煤矸石骨料混凝土的原材料组成、制备和性能的关系,并结合工程实际,通过自燃煤矸石粗骨料混凝土叠合楼板抗弯性能试验,检验混凝土设计方法的可靠性和自燃煤矸石骨料混凝土工程应用的可行性。主要工作如下:(1)以课题组前期大量试验数据为样本,采用Matlab软件的regress函数,修正了自燃煤矸石骨料混凝土Bolomey强度公式。并给出符合自燃煤矸石骨料特征的单位用水量、砂率选择区间。在充分考虑自燃煤矸石骨料吸水特征的基础上,提出了基于净水胶比的自燃煤矸石骨料混凝土配合比设计方法。(2)通过改进自燃煤矸石骨料混凝土拌合物投料顺序,以及对其自燃煤矸石粗、细骨料进行预湿处理,有效改善了自燃煤矸石骨料混凝土拌合物的初始坍落度,以及拌合物坍落度经时损失;引入参数浆体体积(V)、干砂浆体积(V),定量分析了二者与自燃煤矸石骨料混凝土拌合物泌水、离析的关系,为自燃煤矸石骨料混凝土现场拌合物质量控制提供了参考。(3)通过对自燃煤矸石骨料混凝土受力破坏过程的描述和试验结果分析,揭示不同组合形式、不同强度等级的自燃煤矸石骨料混凝土受力破坏特征及强度增长规律。自燃煤矸石骨料混凝土强度与骨灰比呈负相关,减小骨灰比可以提高混凝土强度;同种骨料组合形式的混凝土,应力-应变曲线上升段斜率随着混凝土强度等级的提高而增大。同种强度等级的混凝土,应力-应变曲线上升段斜率和下降段斜率皆随自燃煤矸石骨料掺量的增大而减小;依据过镇海模型,建立了自燃煤矸石骨料混凝土应力-应变曲线模型,模型精度大于0.9,验证了模型的可信度。(4)采用本文建立的配合比设计方法,结合工程实际制备半自燃煤矸石粗骨料混凝土-半普通混凝土叠合板及全普通混凝土叠合板各一块,室内三分点静力加载抗弯试验表明,两块叠合板受力破坏特征相似,均具有良好的整体性和较高的刚度及承载力,说明混凝土设计方法可靠,自燃煤矸石骨料混凝土作为结构楼板使用可行。该论文有图50幅,表22个,参考文献53篇。