冰融环境下媒矸石混凝土的毛细吸水性能研究

摘要

煤矸石是煤炭生产过程中产生的固体废弃物，其不但污染环境，而且也威胁着人们的生活和生命财产安全。因此，将废弃堆放的煤矸石用于生产煤矸石混凝土这种绿色建筑材料，变废为宝，具有重要的经济、社会与环境效益。考虑煤矸石的产地、理化性质及发展应用等因素，本文主要对煤矸石混凝土使用寿命起决定性作用的抗冻耐久性进行研究。由于水分在材料基体内部传输的速度直接影响了冻融循环作用下混凝土的破坏损伤速度，因此了解水分在混凝土内的运输对其抗冻性研究十分重要。毛细吸附作用是工程实际中大多数在役期混凝土结构基体内水分传输的主要方式。因此，本文以煤矸石混凝土及钢纤维煤矸石混凝土为研究对象，通过试验研究与理论分析相结合的方法，研究煤矸石混凝土和钢纤维煤矸石混凝土在冻融环境下的毛细吸水性能，研究成果对寒区煤矸石混凝土和钢纤维煤矸石混凝土抗冻性评价具有重要的意义。本文开展的具体工作及研究结果如下： (1)对混凝土的冻融破坏机理、纤维增强理论以及毛细吸水原理及其理论方程进行了简要介绍，并引入了毛细吸水过程中所涉及到的主要参数；对研究中所用到的试验原材料、试验方法以及试验仪器进行了详细介绍； (2)对煤矸石混凝土和钢纤维煤矸石混凝土进行了冻融循环试验、毛细吸水试验及力学性能试验，并通过测定两种类型的混凝土在冻融环境下的超声波声时计算得到不同冻融次数下的相对动弹模，进而确定了试件进行吸水试验的冻融循环次数； (3)通过试验研究了煤矸石混凝土和钢纤维煤矸石混凝土在不同冻融循环次数下的毛细吸水能力。分析了煤矸石取代率、钢纤维体积率以及冻融循环次数等因素对其毛细吸水性能的影响。通过对试验结果的分析计算，得到了两种混凝土的累积吸水量，进而绘制了累积吸水量随时间平方根的变化曲线。对累积吸水量曲线进行分阶段线性拟合得到了煤矸石混凝土和钢纤维煤矸石混凝土的初始吸水率、二次吸水率以及后期吸水率，进而研究了两种混凝土的初始吸水率随冻融循环次数的变化规律。根据初始吸水率建立了冻融环境下煤矸石混凝土和钢纤维煤矸石混凝土的初始毛细吸水率预测模型，用以表征这两种混凝土的毛细吸水性能，为严寒地区煤矸石混凝土和钢纤维煤矸石混凝土的抗冻性能研究提供了理论参考。

目录

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1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 混凝土的抗冻性能研究

1.2.2 混凝土的毛细吸水性能研究

1.2.3 煤矸石混凝土的水分传输机制研究

1.2.4 钢纤维煤矸石混凝土的水分传输机制研究

1.3 研究现状评述

1.4 研究目的和内容

1.5 本文研究技术路线

2 混凝土冻融破坏及毛细吸水理论研究

2.1 混凝土的冻融破坏理论

2.1.1 冻融破坏机理

2.1.2 影响混凝土抗冻耐久性的主要因素

2.2 纤维增强机理

2.2.1 复合材料理论

2.2.2 纤维间距理论

2.3 混凝土的毛细吸水理论

2.3.1 毛细吸水原理

2.3.2 毛细吸水中所涉及到的参数

2.3.3 毛细吸水的测试方法

2.4 本章小结

3 冻融环境下煤矸石混凝土的毛细吸水率研究

3.1 试验设计

3.1.1 试验材料

3.1.2 试件制作及养护

3.1.3 试验仪器

3.1.4 试验方法

3.2 煤矸石混凝土在冻融循环作用下的毛细吸水

3.2.1 煤矸石混凝土的累积吸水量

3.2.2 累积吸水量曲线分析

3.3 冻融循环次数与煤矸石混凝土吸水率的关系研究

3.3.1 初始吸水率

3.3.2 二次吸水率

3.3.3 后期吸水率

3.4 煤矸石混凝土的抗冻性能评价

3.4.1 评价指标

3.4.2 结论分析

3.5 冻融环境下煤矸石混凝土的初始吸水率预测模型

3.5.1 基本假设

3.5.2 模型建立

3.6 本章小结

4 冻融环境下钢纤维煤矸石混凝土的毛细吸水率研究

4.1 试验设计

4.1.1 试验材料

4.1.2 试件制作及养护

4.1.3 试件仪器及方法

4.2 冻融环境下钢纤维煤矸石混凝土的毛细吸水

4.2.1 钢纤维煤矸石混凝土的累积吸水量

4.2.2 累积吸水量曲线分析

4.3 冻融循环次数与钢纤维煤矸石混凝土吸水率的关系研究

4.3.1 初始吸水率

4.3.2 二次吸水率

4.3.3 后期吸水率

4.4 冻融环境下钢纤维煤矸石混凝土的初始吸水率预测模型

4.4.1 基本假设

4.4.2 模型建立

4.4.3 模型对比

4.5 本章小结

5 结论与展望

5.1 本文研究成果与结论

5.2 建议与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表学术论文情况