以煤矸石为原料,利用机械球磨法粉碎煤矸石,并将其与不同的化学激发剂混合,制得了活性不一的煤矸石粉。通过正交试验,研究了煤矸石粉掺量、化学激发剂种类和掺量对煤矸石胶砂抗压强度的影响,利用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)分析了煤矸石粉的矿物组成和微观形貌。结果表明:机械球磨破坏了煤矸石的层状结构,提高了其表面活性;以10%掺量的煤矸石粉等质量替代水泥,并掺入2%的Ca(OH)2激发剂,可加快煤矸石粉的二次水化,对应胶砂试件的抗压强度达到最大。

基于低场核磁共振技术,研究了聚丙烯纤维掺量分别为0、0.6 kg/m^3、0.9 kg/m^3和1.2 kg/m^3以及粗骨料取代率为40%的煤矸石混凝土在冻融作用下T2谱面积的分布与变化特征、内部微观孔结构分布特性以及孔隙冻融损伤规律。结果表明,随着冻融循环次数的增加,T2谱整体呈右移趋势,即向大孔隙方向偏移,且T2谱面积逐渐增大的同时第一峰面积所占百分比在减小,第二峰和第三峰面积所占百分比在增加,表明冻融循环使煤矸石混凝土内部的大孔隙大幅增加,内部出现了明显的冻融损伤;0.6 kg/m^3的聚丙烯纤维对煤矸石混凝土内部孔隙的细化作用最好。

为探究煤矸石陶粒混凝土的抗碳化性能,通过混凝土快速碳化试验,研究了煤矸石陶粒取代率及碳化时间对煤矸石陶粒混凝土抗碳化性能的影响,并建立了适用于不同煤矸石陶粒取代率和不同碳化时间的混凝土碳化模型。研究表明,随着碳化时间的增加,各取代率混凝土的碳化深度逐步加大,且碳化深度与碳化时间的平方根成线性关系,煤矸石陶粒取代率依次为20%、40%和60%时,混凝土抗碳化性能逐渐减弱。

通过对不同煤矸石陶粒掺量(0、20%、40%、60%)的混凝土进行快速冻融循环试验,探究了冻融循环后煤矸石陶粒混凝土的表面劣化、质量损失率和相对动弹性模量的变化规律,以不同冻融循环次数下煤矸石陶粒混凝土的动弹性模量为损伤变量,建立了煤矸石陶粒混凝土冻融损伤劣化模型,并对其在自然冻融环境下的寿命进行了预测。研究结果表明,随着冻融循环次数的增加,煤矸石陶粒混凝土的抗冻性能逐渐降低,但降低幅度有所不同;随着煤矸石陶粒取代率的增加,混凝土的抗冻性能呈现先下降后提高再下降的趋势;建立的煤矸石陶粒混凝土冻融损伤劣化模型与试验结果符合较好,具有较高的精度;当煤矸石陶粒掺量为40%时,混凝土的抗冻性能效果最佳,抗冻耐久性寿命最长。