详情

原文传递煤气化渣混凝土抗冻性研究

论文题名：	煤气化渣混凝土抗冻性研究
关键词：	水泥混凝土路面;混凝土材料;煤气化渣;配合比设计;抗冻性
摘要：	砂石骨料是混凝土建筑不可或缺且用量巨大的原材料。但河砂开采量受限使得寻找其替代物变得紧迫，以便保证基础设施建设和维护。煤炭目前是我国的主体能源，煤气化是煤化工的重要过程之一，煤气化过程产生的废渣即煤气化渣储量巨大且未被充分的开发和利用。本文以煤气化渣替代河砂加入到混凝土中，开展煤气化渣混凝土配合比设计和抗冻性研究。　　煤气化渣（粒径在4.75mm以下）按照0%、20%、40%、60%、80%等质量替代河砂制作水泥砂浆，通过抗压强度确定最优配合比，并测试其干燥收缩和温度收缩性能。进而开展煤气化渣混凝土强度测试、快速氯离子渗透试验、快速冻融试验和快速盐冻融试验。结果表明，河砂最优替代率为80%；煤气化渣混凝土能较好地抵抗氯离子侵蚀，混凝土抗冻等级为F125，可用于农村公路水泥混凝土路面，力学性能满足无标准轴载路线使用10年。　　借助微观手段XRD、TG、MIP和SEM，比较不同替代率下的煤气化渣砂浆水化产物、结合水含量、孔结构以及微观形貌变化，解释煤气化渣混凝土力学性能及抗冻性机理。结果表明，煤气化渣加入混凝土后，并未产生新的水化产物，水泥熟料进一步水化与火山灰反应交替进行，提高了水化程度，同时火山灰反应消耗CH，生成更多的C-S-H凝胶，是力学性能提高的主要原因；煤气化渣混凝土50nm以上孔径占比随煤气化渣替代率逐渐下降，混凝土氯离子扩散系数也逐渐减小，抗氯盐侵蚀能力增强；孔隙率的增大对煤气化渣混凝土的抗冻性是不利的。　　运用多尺度仿真软件Digimat对煤气化渣砂浆和ITZ的力学及热力学参数均一化，利用Comsol Multiphysics建立应力场、多孔渗流场和温度场三者耦合作用下的随机骨料混凝土冻融数值模型，预测温度场、孔隙压力、竖向位移和Mises应力变化，分析煤气化渣混凝土在氯盐冻融循环后的损伤情况。结果表明煤气化渣混凝土的抗冻性能略差于普通混凝土；盐冻破坏的孔隙压力、竖向位移和Mises应力均大于水冻，盐冻下的混凝土整体性能劣化程度大于水冻。　　本文研究表明，煤气化渣混凝土力学性能提高是水泥水化程度升高和火山灰反应共同作用的结果，能够用于农村公路水泥混凝土路面。
作者：	许云龙
专业：	建筑与土木工程
导师：	周长俊
授予学位：	硕士
授予学位单位：	大连理工大学
学位年度：	2022