粉煤灰陶粒混凝土配合比优化及受压规律模拟研究

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山西省作为煤炭资源大省,目前正处于资源转型发展的关键时期。深入实施可持续发展战略,大力发展固体废物综合利用,对于山西省转型发展,绿色发展具有重要的意义。结合山西省以火电为主,副产物——粉煤灰较多的电力工业现状,解决山西省粉煤灰产能过剩,填埋处理污染环境的问题。提倡粉煤灰的回收利用对于促进山西省经济有着不可忽视的作用。粉煤灰陶粒是指由粉煤灰烧结而成的轻集料,将其作为骨料取代石子在混凝土中的位置能够有效解决山西电力发展的综合利用问题。虽然轻集料的出现较早,部分城市使用率较高,但在建筑领域的大规模应用依旧存在一些问题。例如轻集料的密度远低于石子甚至比水的密度还低,这导致其在搅拌成型过程中,轻集料容易出现上浮现象;轻集料内部多孔的特性使得轻集料混凝土的拌合方式及界面过渡区性质出现差异;轻集料较低的强度,规则的外形也使得混凝土受压过程中应力分配发生了变化。基于上述问题,本论文首先对轻集料多孔性带来的拌合方式的改变进行了探索分析,通过文献调研了多种拌合方式对粉煤灰轻集料混凝土强度的影响,并提出了一种新型拌合方法,在此基础上通过CT扫描获得了轻集料的空间占比排布;其次在全面试验的基础上通过灰色关联分析法得到了水泥与砂率对轻集料混凝土抗压强度的重要性系数,获得了固定水灰比下粉煤灰轻集料混凝土的最优配合比;最后通过颗粒流模拟软件PFC进行数值模拟,得到轻集料混凝土在不同情况下的应力分布及破坏形态,为后续推进提供理论指导。论文的主要工作分为以下三个方面。(1)基于轻集料混凝土细观研究与界面过渡区强度规律,提出了一种新型拌合方法——预湿拌合法。对比传统的轻集料混凝土拌合方式,通过试验得到了不同拌合方案下轻集料混凝土强度,和易性,干表观密度等因素的变化。通过分析上述试验数据,得到了骨料多孔特性带来的混凝土界面过渡区的性能变化规律,获得了一种粉煤灰轻集料混凝土的拌合工艺。(2)基于前文的研究内容,论文通过全面试验获得了不同砂率和水泥用量下的轻集料混凝土的抗压强度。以此试验数据为基础通过灰色关联分析法得到了各自的重要性系数,通过分析其重要性系数变化趋势,得到不同龄期下,水泥及砂率掺量变化对粉煤灰陶粒混凝土强度的影响规律。基于此规律对粉煤灰陶粒混凝土配合比进行优选,通过内掺粉煤灰和矿粉的方式得到轻集料混凝土固定水灰比下的最优配合比。(3)论文基于CT扫描出的陶粒混凝土截面骨料剖面粒径大小,得到了其分布规律,通过颗粒流数值模拟分析,得到了粉煤灰陶粒混凝土的应力应变曲线,通过对比曲线的变化及对应模型的具体情况,完整地分析了粉煤灰陶粒混凝土受压过程中应力发育及裂纹拓展的规律。通过对不同体积占比,不同粒径的粉煤灰陶粒混凝土模型的进行受压情况,探究了不同情况下粉煤灰陶粒混凝土强度的变化规律,为工业生产陶粒和建筑使用提供指导。
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