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煤矸石制备烧结透水砖及建筑工程基本性能研究

时间:2018-11-08 20:54来源:www.e-lunwen.com 作者:lgg 点击:
本文是一篇建筑工程论文,建造一项工程设施一般要经过勘察、设计和施工三个阶段,需要运用工程地质勘察、水文地质勘察、工程测量、土力学、工程力学、工程设计、建筑材料。
本文是一篇建筑工程论文,建造一项工程设施一般要经过勘察、设计和施工三个阶段,需要运用工程地质勘察、水文地质勘察、工程测量、土力学、工程力学、工程设计、建筑材料、建筑设备、工程机械、建筑经济等学科和施工技术、施工组织等领域的知识以及电子计算机和力学测试等技术。(以上内容来自百度百科)今天为大家推荐一篇建筑工程论文,供大家参考。
 
第一章 绪论
 
1.1 研究的背景意义
随着社会的不断进步和发展,人类面临很多方面的问题,诸如 人口、经济、环境、资源等,而在急速发展的建筑行业更加需要注重这些方面,急需寻求有效的建筑材料来协调资源与环境的关系,使得保护环境的同时又能更好的利用资源[1]。这些年,随着工业的发展“城市化”加快以及森林绿地面积逐渐减小,生态平衡被打破,人们的资源环保意识逐渐增强,保护环境,维持生态平衡,走可持续发展的道路是每个人都密切关注的问题。随着十八大的召开,将生态文明建设纳入中国特色社会主义建设“五位一体”的总体布局,“全面促进资源节约”、“加大生态系统和环境保护”成为推进生态文明建设的重点,资源、生态、环境成为在城市中发展需要关注的重点,因此,人们开始对生态建材和环保问题的研究日益增加[2]。在城市化的发展中,能源消耗也相当巨大,山西作为重大的能源大省,为全国提供煤矿资源,因此也会导致产生很多的固体废弃物“煤矸石”,而大量煤矸石的产生会对环境、生活、土壤等都有较大的影响,怎样合理利用这一固体废物物成为很多专家研究的课题。另外一方面,城市化急速加剧,也使得混凝土遍布在城市的各个地方,街道、广场、小区等,都被一些封闭性阻水材料覆盖,自然降水无法渗透到水里面,当雨水过大时,甚至还会出现城中看海的现象,特别是在一些南方城市,更加明显。此外还形成了城市夜间温度比郊外温度高的现象,称为 “城市高温化”又叫“城市热岛”这导致的不透水路面使得城市的生态环境带来负面的影响[3-4]。为了城市化的生活更加舒适,同时更大程度的利用减少固体废弃物,还能与自然环境协调共生,为此需要提供一种舒适的铺砖路面材料,生态型环保陶瓷透水砖。利用固体废弃物“煤矸石”通过一定的造孔工艺来烧制而成的一种具有连续孔隙的烧结砖,既可以充分利用煤矸石又可以提高城市环境,更好的适应城市化的发展。
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1.2 选题背景
 
1.2.1 煤矸石资源形势
山西省是我国最大的煤炭资源大省,具有最好的煤质使得山西省成为重要的能源基地。而随着改革开放的实行,为满足社会发展的需求,进一步加快了山西省煤炭事业的发展[5]。从建国开始,据统计,山西省的煤炭流通份额达到全国的四分之一,大量的煤炭生产使得煤矸石量飞速的增长[6]。煤矸石是煤炭工业排放产生的工业废渣,在煤的采掘和选洗的过程中都有产生,产生的途径主要有以下三种情形:(1) 在巷道掘进过程中或者是开采时剥落的岩石,一般为掘进矸或者白矸,产量为 45%左右;(2) 在开采过程中煤层中的夹杂的矸石以及煤层顶部和底部的矸石,称为普矸,产量占 35%左右;(3) 煤炭在洗煤后留下的矸石,称为洗矸,占比 20%左右[7]。煤矸石的来源不同,排放量也不一样,这与本地区的地质条件有关。统计调查,每生产 1 吨原煤,会产生 0.2 吨左右的煤矸石,煤矸石的排放量随着煤炭产量的增加,煤矸石的产量也进一步增加[8]。据统计,2015 年的数据显示,全省的煤矸石的留存量为 14 亿吨,大约占到全国的三分之一左右,全省现有的大型煤矸石山 400 多座(大小煤矸石山几千座) ,占地面积约 1.5 万公顷。而目前我国的煤矸石的综合利用率在 30%左右,大量的煤矸石不断的堆积形成矸石山,成为最大的工业固体废弃物,固体废物的量约占全国废弃物量的 25%左右[5,9-10]。随着现在经济的不断发展,很多能源依旧是由煤炭来提供,煤矸石的量还是在不断的增长,煤矸石的带来的危害也在同步增加,煤矸石资源仍需要进一步的得到利用。
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第二章 试验原材料及试验方法
 
2.1 试验原料及性质分析
2.1.1 煤矸石
煤矸石是采煤过程中和洗煤过程中排放的固体废弃物,是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑色岩石。包括巷道掘进过程中的掘进矸石、采掘过程中从顶板、底板及夹层里采出的矸石以及洗煤程中挑出的洗矸石。本试验所用煤矸石为太原市某矿场的掘进矸石,后文中所提及的煤矸石均为掘进矸石。为了便于后续试验,将取回的煤矸石清除少量尘土、草木屑等杂质后,进行人工破碎再使用小型球磨机进行球磨直到试验所需粒径。煤矸石及磨细后的粉末如下图 2-1、图 2-2 所示。将煤矸石进行物理性质分析,取磨细后的煤矸石粉末过 60 目筛(小于 0.25mm) 后进行分析,磨细后的煤矸石测量松散堆积密度,测量三次取平均值得出煤矸石的松散堆积密度为 0.698g/cm3,测试结果如下表 2-1 所示。试验又对煤矸石进行化学成分分析,化学成分采用的是等离子体发射光谱仪进行测定,测定结果如下表 2-2 所示,分析出了煤矸石中 CaO、SiO2、Al2O3等化学成分的含量所占比例以及烧失量损失。
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2.2 透水砖造孔方法的研究
透水砖的许多性质都与其内部的孔隙结构有关,因此研究常用的造孔方法是很有必要的[69]。透水砖内部孔隙结构大体可以分为两种:一是闭气孔结构;二是开口气孔结构。对于第一种是指透水砖内部各种微孔在透水砖的砖体中,孔与孔之间相互分离;开口气孔结构又分为两类一是内部孔与孔之间相互连通,二是一边开口,一边闭口不形成连通的气孔结构。而对于透水砖而言,透水系数和劈裂抗拉强度是最为重要的两个指标,透水系数主要是与连通孔有关,在砖样中连通孔越多,相应的透水系数越好。而对于闭气孔和半半闭气孔会影响劈裂抗拉强度和保水性能。封闭气孔太多,一方面不利于提高透水效果,另外还会降低强度,理想状态形成较多的连通孔以及半封闭孔,使得透水砖有更好的性能。透水砖常见的造孔方法一般采用添加造孔剂法、添加发泡剂法、颗粒堆积法[70],本试验主要是利用原料的特性,采用前两种方法来进行试验,选出最佳的配方。
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第三章 透水砖的制备及单因素试验研究.... 31
3.1 概述........... 31
3.2 制备工艺研究........... 31
3.3 单因素试验研究及结果分析........... 35
3.4 掺加膨胀珍珠岩对透水砖性能的影响........... 43
3.5 透水砖的晶相分析及形貌....... 48
3.5.1 XRD 分析....... 48
3.5.2 SEM 分析 ....... 48
第四章 正交试验及结果分析........ 51
4.1 正交试验设计及结果.......51
4.2 正交试验结果分析....53
4.3 本章小结...........61
第五章 优化条件下对透水砖性能的影响....63
5.1 添加造孔剂.......63
5.1.1 添加糯米粉....63
5.1.2 添加纤维(稻草粉)....65
5.2 添加发泡剂.......67
5.3 添加本身含有气孔的配料.......69
5.4 本章小结...........73
 
第五章 优化条件下对透水砖性能的影响
 
在第三章单因素的研究情形下,得到最佳的配方使得透水砖的性能达到最佳,劈裂抗拉强度达到 4.23MPa,透水系数为 1.37×10-2cm/s,透水等级只满足 B 级标准。而第四章通过正交试验得出的结果没有达到预期结果,并没有比第三章的结果更好,分析出每个影响参数对透水砖的影响显著程度,结合前两章的研究与探讨,本章是从前文的研究中选出性能最优的配方(煤矸石与膨润土质量比为 55:45、烧结温度 1050℃、保温时间1h、成型压力为 20MPa、膨胀珍珠岩掺量为 90%、膨胀珍珠岩粒径为 60-80 目) 来进行优化试验,来得到性能更优的透水砖。最主要是来提高透水砖的透水系数来考虑,在满足强度的条件下,尽可能的改善其透水性能。通过第二章中提及到的相关方法,来进行增加孔洞,来进行优化试验。
 
5.1 添加造孔剂
 
5.1.1 添加糯米粉
添加一定量的糯米粉主要是起到造孔的作用,由于市面上购买的淀粉都含有一定量的添加剂、外加剂,使得淀粉中含有杂质,导致不纯,所以本试验是通过购买的糯米粉进行磨细后添加到砖体中去,将糯米粉进行研磨,直到过 60 目筛,然后按照一定的比例添加进去,在煤矸石与膨润土混合均匀之后加入,再加入水混合均匀,主要是为了让造孔剂更加充分均分的与原料混合。添加的量根据基础配方煤矸石与膨润土总质量的占比来确定,添加量分别为 5%、10%、15%、20%。试验的具体流程按照第三章图 3-1 所示来进行,得到数据如下表 5-1 所示。图 5-1、图 5-2 所示。
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结论
 
为煤矸石的综合利用开辟新的途径,本文利用煤矸石作为原料来制备烧结透水砖,本文中采用 X-射线荧光光谱仪测定煤矸石和膨润土的主要化学成分,X 射线粉末衍射仪来测定原料主要含有的晶相。还采用热重分析仪分析煤矸石的质量损失,在此基础上来以煤矸石和膨润土以及膨胀珍珠岩为主要原料来制备透水砖的方法。采用单因素来研究各工艺参数对煤矸石烧结透水砖的影响,并加入膨胀珍珠岩来进行研究分析;其次通过正交试验来探讨煤矸石与膨润土的质量比、烧结温度、膨胀珍珠岩粒径、膨胀珍珠岩掺量对透水砖制品性能的影响,研究出各种因素是对透水系数影响程度,对劈裂抗拉强度显著程度;以及通过造孔剂法、发泡剂法、以及含气孔的配料(大粒径的珍珠岩) 等方法来改善透水砖的透水性能,研究不同掺加量下的透水砖性能的变化情况。具体的研究结果表明:
(1)煤矸石的主要化学成分为 CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3等,而膨润土中主要含有 SiO2、Al2O3、Fe2O3,但煤矸石中 CaO 含量较高,使用时考虑 CaO 对性能的影响;所选用的煤矸石的 XRD 分析主晶相为方解石相、石英相和高岭石相等。分析出膨胀珍珠岩主要晶相为无定形态的 SiO2,通过热重分析测得煤矸石的烧失量达到 66.17%。
(2)烧结透水砖的常见的造孔方法有:造孔剂法、发泡剂法、颗粒堆积法,结合煤矸石的物理化学性质的特点,以及所加膨胀珍珠岩的性质,采用的是一种全新的试验方法造孔发泡结合的方法来制备透水砖。
(3)煤矸石透水砖的透水系数与劈裂抗拉强度是一种比较矛盾的关系,在满足强度的条件下又要具备一定的透水性能,选择比较好的工艺参数比较重要,本试验通过单因素试验确定的较为适宜的工艺参数分别为:煤矸石与膨润土质量比为 55:45、烧结温度为 1050℃、保温时间 1h、成型压力 20MPa;添加膨胀珍珠岩之后,膨胀珍珠岩的粒径为 60-80 目、膨胀珍珠岩的掺量体积比 1:0.9,得到劈裂抗拉强度达到 4.32MPa,透水系数为 1.786×10-2cm/s。各工艺参数对透水砖制品的性能有一定的影响,影响较小的是成型压力和保温时间,另外研究的四个性能均对制品的性能影响较大。
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参考文献(略)
(责任编辑:gufeng)
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