复合自燃煤矸石矿渣绿色高性能混凝土研究

【摘要】：本文的研究主要立足于宁夏干旱寒冷、多沙风大、缺水少雨的不利环境条件,针对引黄灌区混凝土构筑物的冻裂以及盐渍化渗漏损失水资源问题,借助宁夏废料资源自燃煤矸石、矿渣丰富的优势,研究掺入自燃煤矸石、矿渣掺合料制成复合高性能混凝土,并对其力学性能、抗渗性能及复合叠加效应进行系统研究。通过正交试验设计、方差分析、宏观和微观相结合,确定最优方案,制备出了满足工作性、强度高、抗渗性能良好的高性能混凝土。现将主要研究成果概括如下: (1) 根据我区废料资源情况,优选自燃煤矸石与矿渣复合作为高性能混凝土的掺合料,通过试验证明是可行的,并确定了R_(28)达到50MPa以上的混凝土配合比。其最优方案为A_1B_1C_2D_3E_2,水胶比为0.33,自燃煤矸石掺量为10%,煤矸石细度为4600cm~2/g,矿渣掺量为10%,砂率选择为0.39,矿物掺和料的总掺量为20%。 (2) 高性能混凝土和普通混凝土一样,水胶比对混凝土强度影响大。配制高性能混凝土需要低水胶比和良好的工作性,所以外加剂选择的合适与否很重要。另外,掺超细矿渣粉具有很好的减水作用;砂率也是影响高性能混凝土工作性的重要因素。本次试验研究优选出的外加剂为FDN,其减水率为15—25%。 (3) 本次实验中,选用最优方案(A_1B_1C_2D_3E_2)的高性能混凝土与普通混凝土(不掺矿物掺合料及外加剂)进行抗渗对比实验,结果表明:高性能混凝土具有优越的抗渗性能,其抗渗结果为3.5MPa。 (4) 由微观结构图上表明,掺入煤矸石和矿物细掺料后,对混凝土的水化产物有很大的改变,有效地调整了孔特征,使得混凝土密实度增加,有害孔、大孔减少,孔隙结构均匀,极大地改善了混凝土的力学性能和抗渗性能。 (5) 本试验结果表明,将两种矿物掺合料复合使用时,能够达到材料微集料微粉互补效应和补偿效果,其叠加效果优于其分别单独使用的效果,强度增大,抗渗透能力增强。即编号为A_1B_1C_2D_3E_2。 本文通过对复合自燃煤矸石、矿渣粉的高性能混凝土进行试验研究,对发展我区的绿色环保建材,实现水泥混凝土工业资源优化配置和可持续发展具有重大作用;为干旱寒冷的宁夏乃至西部地区混凝土结构工程的设计、施工提供了理论依据。其研究成果为提高我区混凝土生产提供了新方法,具有一定的使用价值、显著的社会、环境和经济效应,应用前景广阔。