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基于RSM-BBD的自燃煤矸石骨料透水混凝土配比优化研究

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矿业科学学报 2022年第5期7卷 565-576页

作者：刘艳周梅张凯吴龙彭磊辽宁工程技术大学土木工程学院辽宁阜新123000 辽宁省煤矸石资源化利用及节能建材重点实验室辽宁阜新123000

为了对自燃煤矸石骨料透水混凝土进行配比优化,采用BBD响应面法设计17组试验,研究骨灰比、水灰比和增强剂掺量对透水混凝土抗压强度、透水系数和孔隙率的影响,构建响应面模型,揭示各因素与响应值的相关关系,获得综合性能最优配比。研究... 详细信息

为了对自燃煤矸石骨料透水混凝土进行配比优化,采用BBD响应面法设计17组试验,研究骨灰比、水灰比和增强剂掺量对透水混凝土抗压强度、透水系数和孔隙率的影响,构建响应面模型,揭示各因素与响应值的相关关系,获得综合性能最优配比。研究结果表明:各因素与各响应值关系皆呈二次多项式模型,回归系数R^(2)皆大于0.9,说明模型合理性和拟合性较好。水灰比和骨灰比对各响应值影响均非常显著,增强剂掺量只对抗压强度影响非常显著,骨灰比和增强剂掺量交互项对抗压强度影响显著,水灰比与增强剂掺量交互项对孔隙率影响显著。当骨灰比3.2、水灰比0.22、增强剂掺量4.5%时,混凝土28 d抗压强度为28.7 MPa、透水系数3.21 mm/s、孔隙率19.7%,满足C20透水混凝土的工程要求。

关键词：自燃煤矸石骨料透水混凝土响应面法配比优化抗压强度透水系数

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自燃煤矸石骨料混凝土单轴受压破坏特征及强度分析

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硅酸盐通报 2018年第11期37卷 3528-3532页

作者：周梅李国栋窦艳伟李少伟辽宁工程技术大学土木工程学院阜新123000

对取代率为100%的自燃煤矸石粗、细骨料单掺及同掺的混凝土立方体和棱柱体试件,进行了单轴抗压试验,探讨了不同自燃煤矸石粗、细骨料对混凝土破坏特征和强度的影响。结果表明:所有试件破坏过程相似,经历了弹性变形、裂缝出现、裂缝发展... 详细信息

对取代率为100%的自燃煤矸石粗、细骨料单掺及同掺的混凝土立方体和棱柱体试件,进行了单轴抗压试验,探讨了不同自燃煤矸石粗、细骨料对混凝土破坏特征和强度的影响。结果表明:所有试件破坏过程相似,经历了弹性变形、裂缝出现、裂缝发展、直至破坏四个阶段,但随着自燃煤矸石骨料掺量的增大,混凝土应力-应变曲线上升段的斜率变小,峰值应变变大,破坏形式由斜截面剪切转为纵向劈裂;自燃煤矸石骨料周围增强的界面区及与水泥砂浆较为良好的弹性协调性,在一定程度上弥补了自身强度低对混凝土强度的不利影响;自燃煤矸石骨料的"内养护"和表面"活性"作用,使单掺自燃煤矸石细骨料混凝土的长期强度增进率较高,但单掺粗骨料及同掺粗、细骨料混凝土的长期强度,受粗骨料自身强度低的影响发展空间有限。

关键词：自燃煤矸石骨料混凝土单轴强度破坏特征应力-应变曲线

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自燃煤矸石骨料含水状态对混凝土性能的影响

非金属矿 2015年第2期38卷 24-27页

作者：肖建华周梅赵华民辽宁工程技术大学建筑工程学院辽宁阜新123000

自燃煤矸石骨料具有孔隙率大、吸水率高的特点,使其含水状态对混凝土性能的影响程度远大于天然骨料。利用气干、湿润和饱和面干状态的自燃煤矸石骨料配制备混凝土,通过混凝土稠度和强度试验,揭示自燃煤矸石骨料含水状态对混凝土性能的... 详细信息

自燃煤矸石骨料具有孔隙率大、吸水率高的特点,使其含水状态对混凝土性能的影响程度远大于天然骨料。利用气干、湿润和饱和面干状态的自燃煤矸石骨料配制备混凝土,通过混凝土稠度和强度试验,揭示自燃煤矸石骨料含水状态对混凝土性能的影响。结果表明,按普通混凝土设计方法确定单位用水量,气干状态自燃煤矸石骨料配制的混凝土,拌合物干稠不能满足大流动预拌混凝土施工要求,加强振捣后硬化混凝土强度比普通混凝土高两个等级;按轻骨料混凝土设计方法确定单位用水量,即饱和面干自燃煤矸石骨料配制的混凝土,拌合物出现泌水、离析现象,强度降低一个等级;当自燃煤矸砂掺入吸水率60%的附加水、自燃煤矸石掺入吸水率80%的附加水,且提前1 h润湿,配制的混凝土流动性和抗压强度与普通混凝土相当。

关键词：自燃煤矸石骨料含水状态和易性强度

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高温后自燃煤矸石骨料混凝土的抗压性能

建筑材料学报 2018年第6期21卷 984-991页

作者：周梅李少伟窦艳伟高跃张莉敏辽宁工程技术大学土木工程学院辽宁阜新123000

为保证自燃煤矸石骨料混凝土在实际工程中的安全运用,制备了172块取代率均为100%的自燃煤矸石粗、细骨料单掺以及同掺的混凝土立方体试件,进行20,100,300,450,600,750℃下的常温和高温试验.通过测定高温前后的混凝土质量、抗压强度和劈... 详细信息

为保证自燃煤矸石骨料混凝土在实际工程中的安全运用,制备了172块取代率均为100%的自燃煤矸石粗、细骨料单掺以及同掺的混凝土立方体试件,进行20,100,300,450,600,750℃下的常温和高温试验.通过测定高温前后的混凝土质量、抗压强度和劈拉强度,研究了自燃煤矸石骨料混凝土的高温后性能.结果表明:随着温度升高,试件表面颜色均由青灰色变为灰褐色,最后变为灰白色;试件表面龟裂逐渐增多,其中单掺自燃煤矸石细骨料的试件出现了爆裂现象;质量烧失率随着温度升高及自燃煤矸石骨料用量的增大而增大;自燃煤矸石骨料混凝土高温后的抗压强度和劈拉强度损失皆小于普通混凝土;根据最高受火温度和质量烧失率建立了高温后自燃煤矸石骨料混凝土抗压强度评估公式,与实测结果比较后发现,两者吻合较好.

关键词：自燃煤矸石骨料混凝土高温烧失率爆裂强度损失

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自燃煤矸石骨料混凝土配制技术及强度研究

自燃煤矸石骨料混凝土配制技术及强度研究

作者：赵华民辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

我国是以煤炭为主要能源的国家,煤炭开采产生的煤矸石是目前最大宗的工业固体废弃物,对环境造成的污染已经引起业内广泛关注。因此,煤矸石减量化、资源化和规模化的利用迫在眉睫。煤矸石的组成和性质决定了其在建材领域应用的可能性,其... 详细信息

我国是以煤炭为主要能源的国家,煤炭开采产生的煤矸石是目前最大宗的工业固体废弃物,对环境造成的污染已经引起业内广泛关注。因此,煤矸石减量化、资源化和规模化的利用迫在眉睫。煤矸石的组成和性质决定了其在建材领域应用的可能性,其中以煤矸石为骨料替代天然骨料配制混凝土,是规模化消纳煤矸石的最佳途径之一。本文是国家自然科学基金委员会与神华集团有限公司联合资助项目(U1261122)——“煤矸石在水泥和混凝土中资源化利用关键科学问题研究”的子项目,所有研究成果都是在该基金的资助下取得完成的。论文首先对自燃煤矸石骨料含水状态对混凝土拌合物工作性及抗压强度的影响进行了试验研究,提出了自燃煤矸石骨料单位用水量确定依据,为自燃煤矸石骨料混凝土配合比设计奠定了基础;接下来通过对自燃煤矸石粗骨料混凝土抗压强度试验结果的回归分析,建立了适合自燃煤矸石粗骨料强度特征的混凝土强度Bolomey公式;最后通过对不同尺寸的自燃煤矸石粗骨料混凝土的立方体抗压强度、轴心抗压强度、抗折强度试验结果统计分析,初步建立了各强度间的换算关系。主要取得以下研究成果：(1)自燃煤矸石骨料的含水状态对混凝土拌合物和易性、硬化强度的影响程度远大于天然骨料,不能按普通混凝土和轻骨料混凝土配合比设计方法确定单位用水量,建议加入适当附加水。(2)自燃煤矸石骨料混凝土拌合物坍落度,随着自燃煤矸石骨料含水量的增大而增大,强度随着自燃煤矸石骨料含水量的增大而减小。自燃煤矸石骨料加入适当的附加水是保证混凝土拌合物和易性和硬化强度的关键,且需要提前对骨料进行吮水润湿。(3)自燃煤矸石粗骨料混凝土与普通混凝土相似,抗压强度与胶水比之间成近似线性关系,但由于粗骨料吸水特征和压碎值与天然碎石区别较大,自燃煤矸石粗骨料混凝土强度Bolomey公式中的回归系数与普通混凝土的不同,建立了与粗骨料压碎值相关的回归系数。(4)自燃煤矸石粗骨料混凝土立方体抗压强度、轴心抗压强度以及抗折强度不在遵循普通混凝土强度的换算系数。

关键词：自燃煤矸石骨料配制技术强度研究 Bolomey公式尺寸效应

自燃煤矸石骨料混凝土配合比优化设计及性能研究

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自燃煤矸石骨料混凝土配合比优化设计及性能研究

作者：陈瑞雪辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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。

关键词：自燃煤矸石骨料配合比力学性能本构关系叠合板

自燃煤矸石全轻混凝土文化砖制备、性能及应用研究

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自燃煤矸石全轻混凝土文化砖制备、性能及应用研究

作者：崔家维辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

在低碳减排和大宗固废综合利用的背景下,以煤矸石为代表的煤基固废合理处置及资源化问题,已经成为影响矿区环境的制约因素之一。目前煤矸石资源化利用的主要途径是生产烧结砖,但产品附加值低,且随着建筑工业化的发展烧结砖应用范围受限... 详细信息

在低碳减排和大宗固废综合利用的背景下,以煤矸石为代表的煤基固废合理处置及资源化问题,已经成为影响矿区环境的制约因素之一。目前煤矸石资源化利用的主要途径是生产烧结砖,但产品附加值低,且随着建筑工业化的发展烧结砖应用范围受限。另一方面,徽派建筑独特的艺术特色与历史价值受到现代人追捧。随着社会的发展,科技的进步,传统的建筑材料与建造方式,逐渐被新的材料与新的建造方式所取代。目前我国仿古墙地砖基本是由天然集料混凝土或陶粒轻集料混凝土制作的。随着资源环境约束的持续加重,天然集料及黏土烧结陶粒让企业背负较大的经济和环保压力。本文提出利用自燃煤矸石全轻混凝土生产徽派仿古文化砖,可以大幅度提高制品附加值。针对目前混凝土仿古文化砖存在的成本高、抗冻性差、泛霜等问题,开展了系列研究,主要开展的工作和取得的成果如下:(1)文化砖是工厂预制的混凝土墙地砖,当选择硫铝酸盐水泥生产混凝土墙地砖时,模具周转快,但硫铝酸盐水泥价格高,导致原材料成本提高;选择硅酸盐水泥生产混凝土墙地砖时,硅酸盐水泥价格低,但混凝土早期强度低,一般需要蒸汽养护,导致生产成本提高。为降低文化砖成本,本文首先选择利用自燃煤矸石粗骨料和细骨料100%取代天然砂石。对于硫铝酸盐水泥文化砖,通过降低浆固比(浆体与固体质量比),实现减少水泥用量的目标。通过试配调整,在满足C20混凝土强度等级的前提下,实现了浆固比由1:1.5降到1:2～1:3。(2)为提高硫铝酸盐水泥生产的混凝土墙地砖的抗冻性,选择响应曲面试验设计方法,研究了砂率、引气剂掺量、硅灰取代率三个影响因素,对混凝土性能的影响规律。通过构建响应面模型,揭示各因素与响应值的关系,给出最优配合比。当砂率为40%、引气剂掺量为0.3%、硅灰取代率为3%时,文化砖混凝土拌合物坍落度达到210mm,满足硫铝酸盐水泥大流动性的施工要求,14d抗压强度达到21.2MPa,抗冻等级达到F75。(3)为提高普通硅酸盐水泥生产的混凝土墙地砖早期强度,选择正交试验设计的方法,研究萘系减水剂掺量、纳米早强剂掺量、粉煤灰取代率三个影响因素,对混凝土的脱模强度、1d强度、7d强度、28d强度的影响规律。通过对试验结果的极差和方差分析,给出最优配合比,当萘系减水剂掺量为2.5%、纳米早强剂掺量为0.5%、粉煤灰取代率为20%时,混凝土拌合物坍落度为75mm,1d、7d和28 d抗压强度分别为8.6MPa、24.4MPa和30.5MPa。(4)自燃煤矸石全轻混凝土文化砖与普通混凝土文化砖一样,应用中会出现“泛霜”现象,轻度泛霜可以用高压水枪清洗,中度和重度泛霜可以采用酸洗消除,建议严格控制原材料品质,采取主动控制效果更好;最后通过金属浸出试验,验证了自燃煤矸石全轻混凝土文化砖重金属含量符合规范要求;自燃煤矸石全轻混凝土仿古文化砖示范项目,已经经过了两个冬天的考验,各项性能指标皆满足工程设计要求。该论文共有74页,有图39幅,表37个,参考文献70篇。

关键词：煤基固废资源化利用自燃煤矸石骨料混凝土砖外加剂响应曲面