荷载与冻融耦合作用微波活化煤矸石混凝土性能劣化机理与模型研究

The activation of gangue as a new admixture, not only reduce the amount of cement in concrete to promote the green development of concrete, but also achieve resource utilization of coal gangue to solve the environmental problem caused by the stockpiling of gangue. At present, the related research is mainly focused the mechanical properties of activation gangue concrete, and the durability under coupling effect hasn’t been discussed. According to the characteristics of gangue concrete structure in cold environment, and microwave activated gangue admixture concrete as the research object in this project, the regional difference of physicochemical properties of gangue and the load-bearing characteristics of service structure are considered. The durability damage mechanism and performance degradation of microwave activated gangue with coupling effect of loading and freezing-thawing cycle are studied by advanced micro-test analysis methods, and the method of the combination of laboratory simulation and theoretical analysis. From the influence of the regional different of gangue and microwave activation mode on microstructure and mechanical properties of the prepared concrete, the influence law of loading damage on the frost resistance of microwave activated gangue is studied, and the damage mechanism under coupling effect of loading and freezing-thawing is revealed, and the damage model under coupling effect of loading and freezing-thawing is established. The research results provide theoretical basis and technical support for the resource utilization of gangue and the application in concrete engineering.

活化煤矸石作为一种新型掺合料，不仅降低混凝土中水泥用量，实现混凝土的绿色化，还可对煤矸石进行资源化利用，解决其大量堆存所引起的环境问题。目前，相关研究主要集中在活化煤矸石掺合料混凝土力学性能，对耦合作用耐久性问题尚未涉及。本项目以北方寒冷地区煤矸石混凝土工程为背景，以微波活化煤矸石掺合料混凝土为研究对象，考虑煤矸石理化性质的区域差异性与在役结构承载特点，采用微观表征测试、室内模拟试验与理论分析相结合的方法，系统开展荷载与冻融耦合作用微波活化煤矸石掺合料混凝土耐久性损伤机理与性能退化规律研究。从煤矸石区域差异性与微波活化方式对所制备混凝土微观结构与物理力学性能的影响入手，研究荷载损伤对微波活化煤矸石掺合料混凝土抗冻性的影响规律，揭示荷载与冻融共同作用煤矸石掺合料混凝土损伤机理，建立承载微波活化煤矸石掺合料混凝土冻融损伤模型，为煤矸石资源化利用及其在混凝土工程中的应用提供理论依据和技术支撑。

活化煤矸石作为一种新型掺合料，不仅降低混凝土中水泥用量，实现混凝土的绿色化，还可实现煤矸石的资源化利用。目前，相关研究主要集中在活化煤矸石掺合料混凝土力学性能，对耦合作用耐久性问题尚未涉及。本项目针对北方寒冷环境特点及在役结构承载力特点，以煤矸石掺合料混凝土为研究对象，考虑煤矸石理化性质的区域差异性与在役结构承载特点，采用微观表征测试、室内模拟试验与理论分析相结合的方法，系统开展荷载与冻融耦合作用微波活化煤矸石掺合料混凝土耐久性损伤机理与各项性能退化规律研究。从煤矸石区域差异性与微波活化方式对所制备混凝土微观结构与物理力学性能的影响入手，系统研究荷载与冻融耦合作用下微波活化煤矸石掺合料混凝土性能退化规律，建立荷载与冻融耦合作用下微波活化煤矸石掺合料混凝土损伤模型。.研究表明：机械-微波复合活化后的煤矸石粉活性较好，并且微波温度为600˚C时效果最好；活化煤矸石粉作为矿物掺合料，在适当掺量下可有效的改善混凝土的力学性能、抗渗透性能、抗毛细吸水性能，其中掺量为20%时煤矸石掺合料混凝土性能最优，当掺量达到20%以上后，力学性能、抗渗透性能、抗冻性等指标均会有所下降；冻融循环100次后动弹模量损失不大，但会引起混凝土部分表层剥落，造成抵抗毛细吸水能力下降严重；20%掺量的煤矸石掺合料混凝土在本身40%弯曲荷载应力水平作用下，达到300次冻融循环后，仍满足相应的抗冻性要求，在本身60%弯曲荷载应力水平以及冻融耦合作用下，到达200次冻融循环次数后会发生断裂破坏，达到极限。.该项目的完成，极大的丰富了多因素耦合作用下煤矸石掺合料混凝土耐久性的研究领域，为冻融环境以及荷载-冻融耦合环境下的煤矸石掺合料混凝土耐久性研究提供了可靠的依据，也为煤矸石的实际应用领域进一步的发展提供了一定的参考和依据。