本文關(guān)鍵詞： 低熟料 井壁混凝土 絕熱溫升 水化產(chǎn)物 孔結(jié)構(gòu)　出處：《北京科技大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：井壁混凝土強(qiáng)度高,體積大,膠凝材料多由高強(qiáng)度等級(jí)水泥(52.5水泥及以上)和礦井專用外加劑組成,水泥用量大(單方水泥用量一般都高于400kg/m3)。近年來(lái),水泥的顆粒越磨越細(xì),比表面積也越來(lái)越大。造成井壁混凝土在澆筑過(guò)程中,水化速度快,水化熱大,水化溫度高,存在較大的溫度應(yīng)力。井壁混凝土強(qiáng)度表現(xiàn)為早期高,后期強(qiáng)度增長(zhǎng)乏力,澆筑過(guò)程中體積穩(wěn)定性不良,易開(kāi)裂,嚴(yán)重影響了井壁混凝土的耐久性。本文通過(guò)對(duì)內(nèi)蒙某礦井井壁混凝土施工過(guò)程中的溫度監(jiān)測(cè)以及黃淮地區(qū)某礦井井壁混凝土的腐蝕破壞分析,在了解井壁混凝土及其所用膠凝材料特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,提出采用“低比表面積,低熟料用量；高比表面積,高礦物摻合料量,優(yōu)化SO_3含量,一體化復(fù)合外加劑”的技術(shù)路線制備適于井壁混凝土的低熟料膠凝材料。對(duì)這種低熟料膠凝材料及其硬化體的力學(xué)性能、體積穩(wěn)定性發(fā)展規(guī)律進(jìn)行了研究。對(duì)其水化放熱特性、絕熱溫升以及溫度應(yīng)力進(jìn)行了試驗(yàn)研究,在基于低熟料膠凝材料組成和水化放熱特性的基礎(chǔ)上,優(yōu)化和建立低熟料膠凝材料水化放熱量計(jì)算方法,結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)混凝土的絕熱溫升和溫度應(yīng)力進(jìn)行了數(shù)學(xué)計(jì)算。對(duì)低熟料膠凝材料井壁混凝土在侵蝕環(huán)境下的抗侵蝕性能進(jìn)行了研究。采用壓汞法、低溫氮?dú)馕椒▽?duì)低熟料膠凝材料硬化體的微觀孔結(jié)構(gòu)特征和發(fā)展規(guī)律進(jìn)行了研究,結(jié)合XRD、TG-DTA和SEM對(duì)其水化生成物和水化形貌進(jìn)行了觀察和分析。主要研究結(jié)論如下：(1)高強(qiáng)度大體積井壁混凝土在澆筑入模后24h,溫度迅速攀升,超過(guò)80℃,過(guò)高的溫度產(chǎn)生大的應(yīng)力梯度,對(duì)混凝土的體積穩(wěn)定性造成劇烈影響。黃淮地區(qū)礦井井筒服在役近30年后,SO_4~(2-)、Cl~-、Na~+、HCO_3~-離子給井壁混凝土造成了溶解性和結(jié)晶性腐蝕,水化產(chǎn)物中的CH、AFt被耗盡,C-S-H被分解,生成了Na_2SO_4、NaCl等結(jié)晶體,在混凝土外側(cè)生成了無(wú)膠凝性的硅膠和結(jié)晶度差的CaCO3。(2)以“低比表面積,低熟料用量;高比表面積,高礦物摻合料量,優(yōu)化SO_3含量,一體化復(fù)合外加劑”的技術(shù)路線制備井壁混凝土用低熟料膠凝材料,熟料用量(比表面積310m~2/kg)40%,粉煤灰20%,礦渣粉20%,石灰石粉20%,外加劑1.3%條件下,90d膠砂抗壓強(qiáng)度最低46MPa,抗折強(qiáng)度7.6MPa。熟料用量70%,粉煤灰10%,礦渣粉20%,外加劑0.7%條件下,90d膠砂抗壓強(qiáng)度高達(dá)63MPa,抗折強(qiáng)度9.2MPa。C30、C50、C70低熟料膠凝材料井壁混凝土長(zhǎng)齡期最低強(qiáng)度為36.9MPa,57.3Mpa,78.5MPa,優(yōu)于同樣齡期條件下的普通水泥混凝土。低熟料膠凝材料硬化體強(qiáng)度隨齡期發(fā)展持續(xù)增長(zhǎng)。低熟料膠凝材料膠砂試件180d收縮率在0.06～0.09%之間,混凝土3d非接觸收縮率在0.008～0.024%之間,接觸式收縮率在0.039～0.071%之間,收縮率較低。低熟料膠凝材料井壁混凝土的開(kāi)裂時(shí)間和裂縫寬度要晚于和小于對(duì)應(yīng)強(qiáng)度等級(jí)的普通水泥混凝土,表現(xiàn)出更好的體積穩(wěn)定性。(3)不同系列低熟料膠凝材料72h最大放熱速率為5.07,4.77,3.80J/gh,累計(jì)放熱量為210,181,155J/g,低于傳統(tǒng)井壁混凝土用膠凝材料的最大放熱速率(10.04,7.82,9.70J/gh)和累計(jì)放熱量(293,256,259J/g)。C30、 C50、C70的144h絕熱溫升值為46℃,51℃和58℃低于對(duì)應(yīng)強(qiáng)度等級(jí)的普通水泥混凝土1～6℃,溫度—應(yīng)力關(guān)系表明,低熟料膠凝材料混凝土的開(kāi)裂產(chǎn)生的溫度應(yīng)力為0.7-1.2MPa。采用基于低熟料膠凝材料的水化放熱量計(jì)算方法對(duì)井壁混凝土的絕熱溫升和溫度-應(yīng)力進(jìn)行了模擬計(jì)算,計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果基本一致。(4)低熟料膠凝材料井壁混凝土在侵蝕環(huán)境中的抗硫酸鹽侵蝕性、抗碳化性、抗氯離子滲透性更加優(yōu)異。(5)180d低熟料膠凝材料漿體孔結(jié)構(gòu),200nm以上大孔降低顯著,從3d的最高比例75%降低至16%,20nm以下微孔增多明顯,從3d最低比例8%增至最高25%,平均孔徑隨著齡期的增長(zhǎng)逐漸降低,從3d的18nm左右降低至180d的7-9nm,孔形貌為典型的平行板壁狹縫狀開(kāi)口毛細(xì)孔。低熟料膠凝材料井壁混凝土的孔隙率,孔徑分布更為合理,孔體積,孔面積及平均孔徑均低于普通水泥混凝土。低熟料膠凝材料的水化產(chǎn)物界面結(jié)構(gòu)更加密實(shí)且水化產(chǎn)物中能夠發(fā)現(xiàn)C_3S和C_2S,水化仍在持續(xù)進(jìn)行,水化生成物C-S-H為Ⅲ型C-S-H,水化產(chǎn)物中Ca(OH)_2量降低明顯。
[Abstract]:Based on the characteristics of low specific surface area , low clinker consumption , high specific surface area , high mineral admixture , high specific surface area and high specific surface area , this paper studies the microstructure and hydration morphology of concrete with low specific surface area , low clinker consumption , high specific surface area , high mineral admixture , and high specific surface area . The results show that the compressive strength of 90d cement is lower than that of ordinary cement concrete with low specific surface area , low clinker consumption , high specific surface area , high mineral admixture content and optimized SO _ 3 content . ( 5 ) The pore size distribution is more reasonable , the pore volume , the pore area and the average pore size are lower than that of ordinary cement concrete . The hydration products interface structure of the low - clinker cementing material is more compact and the hydration products can find C _ 3S and C _ 2S . The hydration products C - S - H are of type III C - S - H , and the amount of Ca ( OH ) _ 2 in the hydrated product is reduced .

【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TD262

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 周曉敏;謝琰珂;李德春;閻建國(guó);;磁西副立井超千米單層井壁受力變形實(shí)測(cè)與分析[J];煤炭學(xué)報(bào);2015年05期

2 劉娟紅;卞立波;何偉;紀(jì)洪廣;周衛(wèi)金;韓昌偉;;煤礦礦井混凝土井壁腐蝕的調(diào)查與破壞機(jī)理[J];煤炭學(xué)報(bào);2015年03期

3 王國(guó)杰;鄭建嵐;;自密實(shí)混凝土絕熱溫升速率試驗(yàn)研究[J];武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版);2014年06期

4 羅伯光;覃荷瑛;;利用NEL法研究再生混凝土抗氯離子滲透性能[J];混凝土;2014年09期

5 劉娟紅;王祖琦;紀(jì)洪廣;;早齡期凍結(jié)土壓力與負(fù)溫耦合作用的井壁混凝土性能[J];北京科技大學(xué)學(xué)報(bào);2014年08期

6 王軍;高會(huì)賢;高志強(qiáng);;深厚沖積層鹽害腐蝕下礦井混凝土井壁可靠度研究[J];煤炭技術(shù);2014年05期

7 姚武;王偉;;混凝土絕熱溫升的數(shù)值模擬[J];水利學(xué)報(bào);2014年05期

8 劉娟紅;陳志敏;紀(jì)洪廣;;基于早齡期荷載及負(fù)溫耦合作用下的仿鋼纖維井壁混凝土性能的研究[J];煤炭學(xué)報(bào);2013年12期

9 王軍;陳靜靜;鞠澤青;;鹽害環(huán)境鋼筋混凝土井壁腐蝕機(jī)理與類型研究[J];科學(xué)技術(shù)與工程;2013年06期

10 何廷樹(shù);高哲;李少輝;趙順湖;包先誠(chéng);;石膏摻量對(duì)以礦渣為摻合料的普通硅酸鹽水泥性能的影響[J];硅酸鹽通報(bào);2012年03期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前5條

1 何偉;臨渙礦區(qū)立井井壁腐蝕機(jī)理與結(jié)構(gòu)可靠性研究[D];北京科技大學(xué);2016年

2 張馳;富水巖層中新型單層凍結(jié)井壁關(guān)鍵施工技術(shù)與工藝研究[D];中國(guó)礦業(yè)大學(xué);2012年

3 韓濤;富水基巖單層凍結(jié)井壁受力規(guī)律及設(shè)計(jì)理論研究[D];中國(guó)礦業(yè)大學(xué);2011年

4 侯東偉;混凝土自身與干燥收縮一體化及相關(guān)問(wèn)題研究[D];清華大學(xué);2010年

5 田倩;低水膠比大摻量礦物摻合料水泥基材料的收縮及機(jī)理研究[D];東南大學(xué);2006年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前8條

1 徐亦斌;荷載與碳化共同作用下混凝土中氯鹽傳輸及鋼筋銹蝕規(guī)律[D];浙江大學(xué);2015年

2 魯文超;基于安全系數(shù)的深厚表土層雙層鋼筋混凝土井壁破壞機(jī)理及安全評(píng)價(jià)[D];青島理工大學(xué);2014年

3 劉振興;預(yù)拌混凝土配合比設(shè)計(jì)方法研究[D];北京建筑大學(xué);2014年

4 李軍要;井壁結(jié)構(gòu)性能劣化機(jī)理分析及防治措施研究[D];安徽理工大學(xué);2012年

5 姜浩亮;混凝土水化熱對(duì)井壁和凍結(jié)壁的影響研究[D];安徽理工大學(xué);2007年

6 屈濤;大體積混凝土溫度應(yīng)力及裂縫擴(kuò)展的研究[D];武漢理工大學(xué);2007年

7 宋海清;深凍結(jié)井筒大體積高強(qiáng)混凝土配制及裂縫控制研究[D];安徽理工大學(xué);2005年

8 李素f ;水泥微觀形貌的圖像分析[D];濟(jì)南大學(xué);2004年

，

本文編號(hào)：1520120