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煤泥—自燃煤矸石陶粒泡沫混凝土配比优化及性能研究

煤泥—自燃煤矸石陶粒泡沫混凝土配比优化及性能研究

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作者：汪晶晶辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

陶粒泡沫混凝土是以轻质陶粒为骨料,并将泡沫引入到胶凝材料中制备而成的混凝土,相较于传统的陶粒混凝土、泡沫混凝土而言,具有更好的体积稳定性、耐久性和力学性能等,在建筑节能、碳减排、回填、预制构件和围护结构等领域应用广泛。论... 详细信息

陶粒泡沫混凝土是以轻质陶粒为骨料,并将泡沫引入到胶凝材料中制备而成的混凝土,相较于传统的陶粒混凝土、泡沫混凝土而言,具有更好的体积稳定性、耐久性和力学性能等,在建筑节能、碳减排、回填、预制构件和围护结构等领域应用广泛。论文以组内研发的500级煤泥-自燃煤矸石烧结陶粒为轻骨料,针对传统陶粒泡沫混凝土配合比设计停留在以多次往复试配求得最佳配比的现状,首先采用干表观密度法结合体积法进行配合比设计,基于单因素和响应曲面BBD试验优化配合比,建立混凝土性能(干表观密度、抗压强度和导热系数)与组分(泡沫掺量、水胶比和粉煤灰掺量)之间的定量关系,探究混凝土组分及其交互作用对混凝土性能的影响规律;然后对混凝土进行了细观层面上的孔结构分析,构建导热系数与孔隙率之间的理论模型;接着研究了不同密度级陶粒泡沫混凝土的破坏模式,并结合显微硬度对其界面过渡区进行表征;最后利用微观测试技术分析了陶粒泡沫混凝土的微观形貌、化学组成和物相变化,试图揭示其轻质保温的本源。取得以下主要研究结果:(1)BBD响应曲面试验表明,泡沫掺量和水胶比对混凝土干表观密度、抗压强度和导热系数影响极显著,粉煤灰掺量影响显著。泡沫掺量和水胶比的交互项对抗压强度影响极显著,泡沫掺量与粉煤灰掺量的交互项对各性能影响显著。建立的各因素与性能之间的二次回归模型R皆大于0.96,表明模型的合理性和拟合性较好。当泡沫掺量为43%、水胶比为0.31、粉煤灰掺量为18%时,陶粒泡沫混凝土的干表观密度947kg/m、28d抗压强度6.35MPa、导热系数0.2477W/(m·K),满足A10密度级陶粒泡沫混凝土国家标准要求。(2)孔结构分析表明,陶粒泡沫混凝土的平均孔径和平均圆度值均随着泡沫掺量的增大而增大、随着粉煤灰掺量的增大而减小,粉煤灰的颗粒形态效应减小了平均孔径、平均圆度值、降低了有害孔的占比。建立的三维串联模型精度较高,为其它多孔材料导热系数的测定提供了一种可供参考的数值计算方法。(3)显微硬度测试结果表明,陶粒与水泥石形成了“嵌锁式”界面结构,使得陶粒泡沫混凝土界面处连接更紧密。SEM、EDS、TG-DSC和XRD等分析表明,泡沫的引入没有形成新的水化产物,当泡沫掺量、水胶比和粉煤灰掺量匹配时,浆料可更好地包裹住气泡,粉煤灰掺量为15%时水泥基体中絮状的C-S-H凝胶最多,热重分析表明陶粒泡沫混凝土具有良好的热稳定性。该论文有图77幅,表21个,参考文献107篇。

关键词：煤泥-自燃煤矸石陶粒陶粒泡沫混凝土干表观密度抗压强度导热系数响应曲面显微硬度扫描电镜

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