循环流化床灰渣特性及混凝土应用电子书

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内容提要

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前言

1 绪论

1.1 研究背景和意义

1.1.1 研究背景和目的

1.1.2 研究意义和实用价值

1.2 国内外循环流化床（CFB）灰渣研究现状

1.2.1 基本性质

（1）细度

（2）微观形貌

（3）化学成分

（4）矿物组成

（5）火山灰活性

（6）自硬性

（7）膨胀性

1.2.2 改性研究

（1）水活化

（2）物理粉磨

（3）化学激发

1.2.3 CFB灰渣的应用研究

（1）水泥混合材

（2）矿物掺合料或原材料

（3）混凝土膨胀剂

1.2.4 存在的主要问题

1.3 自密实混凝土（SCC）研究现状

1.3.1 原材料

（1）粗骨料

（2）细骨料

（3）胶凝材料

（4）矿物掺合料

（5）外加剂

（6）其他

1.3.2 配合比设计

1.3.3 主要性能

1.3.3.1 新拌自密实混凝土的工作性能

1.3.3.2 自密实混凝土的力学性能

1.3.3.3 自密实混凝土的耐久性

1.3.4 存在的主要问题

1.4 钢管自密实混凝土研究现状

1.4.1 研究现状

1.4.2 存在的主要问题

1.5 主要研究内容

2 CFB灰渣膨胀特性和力学性能研究

2.1 原材料性质和测试方法

2.1.1 原材料及主要性质

2.1.1.1 煤矸石脱硫渣

（1）化学成分

（2）矿物组成

（3）粒度分布

（4）微观形貌

2.1.1.2 水泥熟料和脱硫石膏

2.1.1.3 水泥

2.1.1.4 砂

2.1.1.5 外加剂

2.1.1.6 硫酸钠

2.1.1.7 水

2.1.2 测试方法

2.1.2.1 基本物理化学性质

2.1.2.2 微观特性

2.1.2.3 净浆初终凝、标准稠度用水量和安定性

2.1.2.4 强度

（1）胶砂强度

（2）混凝土强度

2.1.2.5 胶砂线性膨胀率

2.2 脱硫渣-水泥净浆的标准稠度用水量、凝结时间、安定性

2.2.1 脱硫渣细度对净浆标准稠度用水量、凝结时间、安定性的影响

2.2.1.1 对净浆标准稠度用水量的影响

2.2.1.2 对净浆凝结时间的影响

2.2.1.3 对净浆安定性的影响

2.2.2 脱硫渣掺量对净浆标准稠度用水量、凝结时间、安定性的影响

2.2.2.1 对净浆标准稠度用水量的影响

2.2.2.2 对净浆凝结时间的影响

2.2.2.3 对净浆安定性的影响

2.2.3 硫酸钠掺量对净浆标准稠度用水量、凝结时间、安定性的影响

2.2.3.1 对净浆标准稠度用水量的影响

2.2.3.2 对净浆凝结时间的影响

2.2.3.3 对净浆安定性的影响

2.3 脱硫渣-水泥胶砂的膨胀特性和力学性能

2.3.1 胶砂膨胀特性和力学性能试验方案

2.3.1.1 胶砂膨胀特性试验方案

2.3.1.2 胶砂力学性能试验方案

2.3.2 脱硫渣细度对胶砂膨胀特性和力学性能的影响

2.3.2.1 对胶砂膨胀特性的影响

2.3.2.2 对胶砂力学性能的影响

2.3.2.3 脱硫渣细度对胶砂膨胀特性和强度影响的相关性分析

2.3.2.4 影响机理分析

（1）脱硫渣-水泥胶凝体系的水化

（2）脱硫渣细度对胶砂强度和膨胀特性的影响机理

2.3.3 脱硫渣掺量对胶砂膨胀特性和力学性能的影响

2.3.3.1 对胶砂膨胀特性的影响

2.3.3.2 对胶砂力学性能的影响

2.3.3.3 脱硫渣掺量对胶砂膨胀特性和强度影响的相关性分析

2.3.3.4 影响机理分析

2.3.4 硫酸钠掺量对胶砂膨胀特性和力学性能的影响

2.3.4.1 对胶砂膨胀特性的影响

2.3.4.2 对胶砂力学性能的影响

2.3.4.3 硫酸钠掺量对胶砂膨胀特性和强度影响的相关性分析

2.3.4.4 影响机理分析

2.3.5 水胶比对胶砂膨胀特性和力学性能的影响

2.3.5.1 对胶砂膨胀特性的影响

2.3.5.2 对胶砂力学性能的影响

2.3.5.3 水胶比对胶砂膨胀特性和强度影响的相关性分析

2.3.5.4 影响机理分析

2.3.6 延迟拆模对胶砂膨胀特性和力学性能的影响

2.3.6.1 延迟拆模对胶砂膨胀特性的影响

（1）对不同细度磨细脱硫渣胶砂膨胀特性的影响

（2）对不同掺量磨细脱硫渣胶砂膨胀特性的影响

（3）对不同硫酸钠掺量磨细脱硫渣胶砂膨胀特性的影响

2.3.6.2 延迟拆模对胶砂力学性能的影响

（1）对不同细度磨细脱硫渣胶砂力学性能的影响

（2）对不同掺量磨细脱硫渣胶砂力学性能的影响

（3）对不同硫酸钠掺量磨细脱硫渣胶砂力学性能的影响

2.3.6.3 影响机理分析

2.4 本章小结

3 不同约束条件下CFB灰渣自密实混凝土膨胀性能研究

3.1 原材料性质和测试方法

3.1.1 原材料及主要性质

3.1.1.1 石子

3.1.1.2 钢管

3.1.2 测试方法

3.1.2.1 自密实混凝土工作性能

3.1.2.2 自密实混凝土膨胀率

（1）试件制作

（2）膨胀值测试

3.2 脱硫渣自密实混凝土的配制及其性能

3.2.1 脱硫渣自密实混凝土的配合比设计

3.2.2 新拌脱硫渣自密实混凝土的工作性能

3.2.2.1 磨细脱硫渣掺量对坍落扩展度的影响

3.2.2.2 水胶比对坍落扩展度的影响

3.2.2.3 硫酸钠的掺入对坍落扩展度的影响

3.2.3 脱硫渣自密实混凝土的力学性能

3.2.3.1 磨细脱硫渣掺量对抗压强度的影响

3.2.3.2 水胶比对抗压强度的影响

3.2.3.3 硫酸钠的掺入对抗压强度的影响

3.3 自由状态和单向限制状态下的膨胀性能研究

3.3.1 自由状态下的膨胀性能分析

3.3.1.1 自由膨胀试件膨胀现象分析

（1）SCC1

（2）SCC2

（3）SCC3

（4）SCC4

（5）SCC5

3.3.1.2 自由膨胀试件膨胀规律

3.3.1.3 28d自由膨胀率-磨细脱硫渣掺量拟合曲线

3.3.2 单向限制状态下的膨胀性能分析

3.3.2.1 试验现象分析

3.3.2.2 自应力值的计算

3.4 钢管约束状态下的膨胀性能研究

3.4.1 膨胀规律分析

3.4.1.1 磨细脱硫渣掺量对钢管环向和轴向应变的影响

3.4.1.2 钢管壁厚对钢管环向和轴向应变的影响

3.4.1.3 水胶比对钢管环向和轴向应变的影响

3.4.1.4 硫酸钠的掺入对钢管环向和轴向应变的影响

3.4.2 应力分析

3.4.2.1 GP3～GP9

3.4.2.2 GP1～GP2

3.4.3 核心混凝土应力-龄期关系曲线

3.4.3.1 磨细脱硫渣掺量对核心混凝土应力的影响

3.4.3.2 钢管壁厚对核心混凝土应力的影响

3.4.3.3 水胶比对核心混凝土应力的影响

3.4.3.4 硫酸钠的掺入对核心混凝土应力的影响

3.4.4 核心混凝土28d龄期应力分析

3.4.4.1 应力-磨细脱硫渣掺量关系曲线

（1）径向应力

（2）轴向应力

3.4.4.2 应力-钢管壁厚关系曲线

（1）径向应力

（2）轴向应力

3.4.4.3 应力-水胶比关系曲线

（1）径向应力

（2）轴向应力

3.4.5 钢管约束对核心混凝土结构的影响分析

3.4.5.1 钢管约束对核心混凝土水化产物的影响

3.4.5.2 钢管约束对核心混凝土微观结构的影响

3.4.5.3 钢管约束对核心混凝土界面结构的影响

3.4.5.4 钢管约束对核心混凝土孔结构的影响

3.5 微观分析

3.5.1 XRD分析

3.5.2 SEM分析

3.6 钢管约束状态下变形过程有限元模拟

3.6.1 材料的本构关系

3.6.1.1 钢材的本构关系

3.6.1.2 混凝土模型参数

3.6.2 参数及相关设置

3.6.3 模拟结果

3.7 本章小结

4 CFB灰渣高性能混凝土力学性能研究

4.1 原材料性质及测试方法

4.1.1 原材料及主要性质

4.1.1.1 水泥

4.1.1.2 矿物掺合料

（1）脱硫灰、脱硫渣和粉煤灰

（2）硅灰

4.1.1.3 细集料

4.1.1.4 粗集料

4.1.1.5 外加剂

4.1.1.6 水

4.1.2 测试方法

4.1.2.1 基本物理化学性质

（1）密度

（2）比表面积

（3）化学组成

4.1.2.2 微观特性

4.1.2.3 混凝土抗压强度

4.2 配合比设计

4.3 试验结果及分析

4.3.1 粉煤灰掺量对混凝土抗压强度的影响

4.3.2 脱硫灰掺量对混凝土抗压强度的影响

4.3.3 脱硫渣掺量对混凝土抗压强度的影响

4.3.4 矿物掺合料种类对混凝土抗压强度的影响

4.4 本章小结

5 CFB灰渣高性能混凝土耐久性能研究

5.1 原材料性质及测试方法

5.1.1 原材料及主要性质

5.1.2 测试方法

5.1.2.1 抗冻性能

5.1.2.2 抗碳化性能

5.2 抗冻性能研究

5.2.1 混凝土冻融破坏机理

5.2.1.1 静水压学说

5.2.1.2 渗透压学说

5.2.2 影响抗冻性能的因素

5.2.2.1 水灰比

5.2.2.2 含气量

5.2.2.3 混凝土内部水饱和度

5.2.2.4 混凝土强度

5.2.2.5 水泥种类及集料质量

5.2.3 试验结果分析

5.2.3.1 粉煤灰掺量对混凝土抗冻性能的影响

5.2.3.2 脱硫灰掺量对混凝土抗冻性能的影响

5.2.3.3 脱硫渣掺量对混凝土抗冻性能的影响

5.2.3.4 同掺量下不同掺合料种类对混凝土抗冻性能的影响

5.3 抗碳化性能研究

5.3.1 混凝土抗碳化机理

5.3.2 碳化对混凝土性能的影响

5.3.2.1 体积变化

5.3.2.2 孔隙变化

5.3.2.3 强度变化

5.3.2.4 抗冻性能改善

5.3.3 影响碳化的因素

5.3.3.1 材料因素

（1）水灰比

（2）水泥种类和掺量

（3）矿物掺合料

（4）外加剂

5.3.3.2 环境因素

（1）温度

（2）相对湿度

（3）CO2浓度

5.3.4 试验结果分析

5.3.4.1 粉煤灰掺量对混凝土抗碳化性能的影响

5.3.4.2 脱硫灰掺量对混凝土抗碳化性能的影响

5.3.4.3 脱硫渣掺量对混凝土抗碳化性能的影响

5.3.4.4 同掺量下不同掺合料种类对混凝土抗碳化性能的影响

5.4 本章小结

6 CFB灰渣钢管自密实混凝土短柱轴压性能研究

6.1 试验概况

6.2 试验结果及分析

6.2.1 破坏形态和破坏过程

6.2.2 各组试件承载力结果

6.2.3 影响因素分析

6.2.3.1 脱硫渣掺量影响分析

6.2.3.2 含钢率影响分析

6.2.3.3 水胶比影响分析

6.2.3.4 掺入硫酸钠的影响分析

6.2.3.5 自应力影响分析

6.3 磨细脱硫渣钢管自密实混凝土短柱承载力计算方法

6.3.1 普通钢管混凝土短柱承载力计算方法

6.3.1.1 《钢-混凝土组合结构设计规程》（DL/T 5085—1999）计算方法

6.3.1.2 《钢管混凝土结构技术规程》（CECS 28—2012）计算方法

6.3.2 磨细脱硫渣钢管自密实混凝土短柱承载力计算方法

6.3.2.1 试验值与规范计算值对比

6.3.2.2 自应力水平与承载力提高系数的关系分析

（1）磨细脱硫渣掺量的影响

（2）含钢率的影响

（3）水胶比的影响

（4）掺入硫酸钠的影响

6.4 磨细脱硫渣钢管自密实混凝土短柱轴压性能有限元分析

6.4.1 有限元模型的建立

6.4.1.1 钢材的本构关系模型

6.4.1.2 磨细脱硫渣自密实混凝土的本构关系模型

6.4.1.3 钢材与混凝土之间的相互作用

6.4.2 单元类型的选取

6.4.3 设置边界条件和施加荷载

6.4.4 有限元计算结果与试验结果对比

6.4.4.1 荷载-位移曲线对比

6.4.4.2 轴压承载力对比

6.5 本章小结

参考文献