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为治理环境污染,我国很多地区实现封山禁采,从而给矿井支护的混凝土骨料供应带来难题。非自燃煤矸石是煤炭开采和洗选加工过程中产生的固体废弃物,也是我国目前排放量最大的工业固体废弃物之一,严重污染了矿山环境。为了变废为宝,治理环境污染和解决井下混凝土原材料供给短缺问题,本论文开展了非自燃煤矸石用于煤矿井下混凝土骨料的相关基础研究工作。论文采用将非自燃煤矸石作为粗细骨料替代天然骨料掺入混凝土中,通过基本力学性能试验、落锤冲击试验、SHPB试验和筛分试验等手段对非自燃煤矸石混凝土进行试验分析,研究对比单掺和混掺非自燃煤矸石粗细骨料对混凝土主要力学性能的影响。主要内容如下:(1)不同非自燃煤矸石细骨料掺量和不同龄期下混凝土的抗压强度试验结果表明,C30和C40混凝土28d抗压强度均随着非自燃煤矸石细骨料掺量的增大而出现先增加后减小的趋势,最佳掺量为30%。(2)非自燃煤矸石混凝土的基本静态力学性能试验表明,在非自燃煤矸石粗骨料混凝土中加入非自燃煤矸石细骨料,能够改善骨料级配,减小混凝土内部孔隙,降低非自燃煤矸石粗骨料对混凝土强度的不利影响。当配置强度为C30和C40时,单掺非自燃煤矸石粗骨料混凝土的抗压强度分别为39.07MPa和47.34MPa,劈拉强度分别为3.583MPa和4.205MPa,抗折强度分别为3.527MPa和4.121MPa;混掺非自燃煤矸石粗细骨料混凝土的抗压强度分别为41.83MPa和49.79MPa,劈拉强度分别为3.782MPa和4.386MPa,抗折强度分别为3.731MPa和4.318MPa。与普通混凝土相比,C30和C40混掺非自燃煤矸石粗细骨料混凝土的抗压强度分别提高了 4.7%和2.4%,劈拉强度分别提高了 1.8%和0.2%,抗折强度基本相等。(3)非自燃煤矸石混凝土的落锤冲击试验表明,当配置强度分别为C30和C40时,单掺非自燃煤矸石粗骨料混凝土的初裂冲击能分别为201.5J和223.7J,终裂冲击能分别为197.5J和207.6J,平均破坏能分别为199.5J和215.7J。混掺非自燃煤矸石粗细骨料混凝土的初裂冲击能分别为243.9J和270.1J,终裂冲击能分别为219.7J和229.9J,平均破坏能分别为231.8J和250J。与普通混凝土相比,混掺非自燃煤矸石粗细骨料混凝土的初裂冲击能分别提高了 2.6%和2.3%,终裂冲击能分别提高了0.9%和0.1%,平均破坏能分别提高了 1.7%和1.3%。(4)非自燃煤矸石混凝土的SHPB试验表明,当冲击气压分别为0.4MPa、0.5MPa、0.6MPa和0.7MPa时,C30配置强度下混掺非自燃煤矸石粗细骨料混凝土的动态抗压强度分别为 45.654MPa、47.789MPa、50.773MPa、54.545MPa,C40配置强度下非自燃煤矸石粗细骨料混凝土的动态抗压强度分别55.276MPa、58.756MPa、60.907MPa和62.807MPa。与普通混凝土相比,C30混凝土的动态抗压强度分别提高了 2.8%、3.1%、1.6%和4%,C40混凝土的动态抗压强度与普通混凝土基本一致;与单掺非自燃煤矸石粗骨料混凝土相比,C30混凝土的动态抗压强度分别提高了 5.7%、8.2%、6.3%和9.0%,C40混凝土的动态抗压强度分别提高了 3.2%、5.9%、6.5%和 5.5%。(5)非自燃煤矸石混凝土在不同冲击气压的分形特征研究结果表明,随着冲击气压的增大,非自燃煤矸石混凝土的破碎程度、破碎粒径和分形维数也在不断增大。根据试验数据表明,混掺非自燃煤矸石粗细骨料混凝土的动态抗压强度越高,分形维数越大,混凝土的分形维数与动态抗压强度间具有良好的正相关性。通过以上试验研究表明,试验配制的C30、C40非自燃煤矸石混凝土能够用于煤矿井下受动、静荷载作用的支护工程中,以减少环境污染和解决天然砂、石材料供应短缺的难题。图51表16参81