發(fā)布時間：2018-08-13 20:13

【摘要】：煤矸石是煤炭開采和煤煉油生產(chǎn)過程中的工業(yè)廢棄物。長期積存和逐年排棄不僅占用了大量的土地,而且在一定條件下還會自燃,對大氣及地下水造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。這些煤矸石,雖然一種污染源,但又是一種可利用資源,只要合理利用,便可變廢為寶。目前,部分煤矸石作為原料主要用來制備陶瓷、耐火材料及水泥等,但煤矸石的有效利用仍不足70%。隨著社會經(jīng)濟、環(huán)境和資源的發(fā)展,煤矸石的無害化應(yīng)用受到了廣泛的關(guān)注,尤其是實現(xiàn)其顯著的社會價值、環(huán)境價值和經(jīng)濟價值。煤矸石中含有Fe2O3, TiO2, K2O, Na2O及CaO等氧化物,其主要的礦物組成為高嶺石。煤矸石的煅燒與自然導(dǎo)致高嶺石的脫水和分解,使其具有火山灰活性,因此煤矸石可部分替代骨料來配制綠色高性能混凝土。本文首先研究了煤矸石作為粗骨料的物理特性,其中包括級配、表觀密度、吸水率、壓碎指標(biāo)、含泥量等,并利用XRD分析了煤矸石的相組成。通過基礎(chǔ)試驗的研究,找出煤矸石的最佳取代范圍和水膠比、減水劑摻量、硅灰摻量等因素的適宜范圍。然后采用正交試驗法得出了煤矸石混凝土的最佳配合比,研究了水膠比、煤矸石摻量、減水劑摻量和硅灰摻量四個影響因素對高性能煤矸石混凝土工作性、力學(xué)性能和抗氯離子滲透性、碳化性能等耐久性能的影響。最后利用SEM觀察煤矸石混凝土的微觀結(jié)構(gòu)和形貌。試驗研究表明：此煤矸石含泥量較大,是影響工作性的主要因素之一,使用前需進行處理。煤矸石表觀密度及壓碎指標(biāo)與碎石相接近,配制C50混凝土,其28d平均強度達到54MPa�；炷林忻喉肥瘬搅吭�40%～60%力學(xué)性能最佳,該煤矸石經(jīng)自燃后具有火山灰效應(yīng),參與進一步水化使抗壓強度得到保證,在最優(yōu)配比下配制的煤矸石混凝土抗壓強度可達54.71MPa。煤矸石的吸水率較大,對工作性有一定影響,高水膠比和低硅灰摻量可以改善煤矸石混凝土的工作,在最優(yōu)配比下配制的混凝土坍落度可達設(shè)計要求190mm。在選取的四個正交試驗因素中,水膠比和硅灰摻量對氯離子滲透和碳化性能影響非常顯著,煤矸石摻量次之,而減水劑摻量影響不大。在最優(yōu)配比下配制的煤矸石混凝土6h電通量可達943.25C,與同配比下的普通混凝土具有相似的抗氯離子滲透性能。在最優(yōu)配比下配制的煤矸石混凝土28d碳化深度可達4.1mm,與同配比下的普通混凝土碳化深度相接近。煤矸石的摻量對混凝土的收縮影響較為嚴(yán)重,在此試驗中,煤矸石摻量在40%時,既保證了煤矸石混凝土的抗氯離子滲透性能和抗碳化性能,又把混凝土的收縮降低到最小。從SEM掃描電鏡分析可以看出,煤矸石混凝土具有較為密實的結(jié)構(gòu),自燃煤矸石的火山灰效應(yīng)參與水化反應(yīng),形成網(wǎng)絡(luò)硅酸鈣凝膠,對骨料之間的縫隙進行填充,使煤矸石混凝土整體結(jié)構(gòu)更加密實,從而降低并減少了氯離子和CO2在煤矸石混凝土中的傳輸速度及傳輸通道,提高煤矸石混凝土的耐久性和抗壓強度。
[Abstract]:Coal gangue is a kind of industrial waste in the process of coal mining and oil refining. It not only occupies a large amount of land but also spontaneously combusts under certain conditions, causing serious environmental pollution to the atmosphere and groundwater. At present, some coal gangue is mainly used as raw materials to prepare ceramics, refractories and cement, but the effective utilization of coal gangue is still less than 70%. With the development of social economy, environment and resources, the harmless application of coal gangue has been widely concerned, especially to realize its remarkable social value, environmental value and cement value. Coal gangue contains oxides such as Fe2O3, TiO2, K2O, Na2O and CaO, and its main mineral composition is kaolinite. Calcination and nature of coal gangue lead to the dehydration and decomposition of kaolinite, making it have pozzolanic activity, so coal gangue can partly replace aggregate to prepare green high performance concrete. The physical properties of coarse aggregate, including gradation, apparent density, water absorption, crushing index, mud content and so on, are analyzed by XRD. The optimum substitution range of coal gangue and the suitable range of water-binder ratio, water reducing agent dosage, silica fume dosage and other factors are found through the study of basic experiment. The optimum mixing ratio of gangue concrete is obtained. The effects of water binder ratio, gangue content, water reducing agent content and silica fume content on the workability, mechanical properties, chloride ion permeability and carbonation resistance of high performance gangue concrete are studied. Finally, the microstructure of gangue concrete is observed by SEM. The experimental results show that the coal gangue has a large mud content, which is one of the main factors affecting the workability. The apparent density and crushing index of the coal gangue are close to the crushed rock. The average strength of C50 concrete reaches 54 MPa in 28 days. The mechanical properties of the concrete with 40%-60% coal gangue are the best. The compressive strength of coal gangue concrete can reach 54.71 MPa under the optimum proportion. The water absorption rate of coal gangue is higher, which has certain influence on the workability. High water binder ratio and low silica fume content can improve the work of coal gangue concrete under the optimum ratio. The slump of the concrete can reach 190mm. Among the four orthogonal experimental factors, the water-binder ratio and silica fume content have remarkable influence on the chloride ion permeability and carbonization performance, followed by the coal gangue content, while the water reducer content has little effect. Under the optimum proportion, the electric flux of coal gangue concrete can reach 943.25C in 6 hours, and the same proportion. Under the optimum proportion, the carbonation depth of coal gangue concrete can reach 4.1 mm in 28d, which is close to the carbonation depth of ordinary concrete in the same proportion. The influence of coal gangue content on the shrinkage of concrete is more serious. In this experiment, when the coal gangue content is 40%, the concrete can not only be guaranteed. The chloride ion penetration resistance and carbonation resistance of gangue concrete are studied, and the shrinkage of concrete is reduced to the minimum. SEM analysis shows that gangue concrete has a relatively compact structure. The pozzolanic effect of spontaneous combustion gangue participates in hydration reaction, forming network calcium silicate gel and entering the gap between aggregates. Row filling can make the whole structure of gangue concrete more compact, thereby reducing and reducing the transmission speed and transmission channel of chloride ion and CO2 in gangue concrete, and improving the durability and compressive strength of gangue concrete.
【學(xué)位授予單位】：沈陽建筑大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TU528

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本文編號：2182056