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下面是中达咨询给大家带来关于粘结应力对钢管混凝土性质的影响，以供参考。过去的研究已经总结了建筑中钢管混凝土（CFT）的应用，交互面的粘结应力状态的重要性，同时分析了其组合效应。试验研究表明，收缩对粘结应力非常有害，而收缩的程度是由混凝土的特性、钢管直径以及钢管的内表面的状态而决定的。钢管直径以及d/t值越大，则粘结应力越小，粘结应力与钢与混凝土表面的滑动密切相关。1概述CFT柱的应用日本先于美国，而且多数研究成果来自日本，实践中，交互面性能的需求已经做了分析，对于美国在这方面的不足也有证实报告，但其也评估了一些试验结果，进行了对于CFT粘结应力以及剪力连接的不同层次的研究，其中的实验数据可供我们参考。美国多数CFT柱为支撑构件，在竖直荷载作用下的轴向应力，要求粘结应力的持续发挥作用，其直径往往超过1000mm，甚至高达3000mm。而且d/t比率达到了100，有些结构甚至达到200。由于轴向刚度太弱会影响CFT的整体作用，因此常使用高强混凝土。日本抗震结构中CFT柱的应用更为广泛。不管是圆形管，还是矩形管，都得以推广。圆管直径通常不超过700mm，而d/t比率小于50。构件的抗剪连接方式防震隔板嵌入钢管中，然后用混凝土进行填充，这种固接形式的连接减轻了粘结应力的负荷。同时还在进行加强粘结能力的创新，如在钢管中设置肋。我国CFT研究开发始于60年代中期，首例应用在北京的地铁工程，并成功地用于"北京站"和"前门站"站台柱的建造，之后环线地铁工程的站台柱全部采用了钢管混凝土结构。70年代以后，逐渐应用于单层和多层工业厂房、高炉和锅炉构架、送变电构架及各种支架结构中，建成的建设工程超过百项，所采用的钢管直径也越来越大。2钢管混凝土粘结负荷首先设计结构模型，六层抵抗框架和十二层的支撑框架，荷载作用在同一中心来进行试验。粘结应力负载对于不同结构系统和在结构的不同位置是有变化的，在基础和连接等不连续的区域，负载最大，在连接处填入混凝土比直接的钢连接需要更小的连接力，受弯构件比支撑框架所受到的粘结应力小的多。承受横向荷载的含支撑的框架系统。每个结点处就像支撑上的轴向力转变为一种垂直荷载，在位置，拉力被传递至柱的基底，粘结应力在此处负荷最大。3交接面状态的判定约束力在钢管和混凝土之间的相互传递依赖于由于在壳内的塑性混凝土产生的压力和混凝土核心的收缩而产生的径向位移，以及钢管内部的不规则程度有关。径向位移仅仅局限于混凝土和钢的组合效应还未出现的范围，这时钢和混凝土的应变并不相同。因为CFT柱的截面是轴对称的，压力为P，可以导致横截面辐射e1扩大，对于钢管：（1）d=直径，t=壁厚，Es=弹性模量，c=混凝土线性收缩应变。压力范围取决于混凝土的粘度、两端潮湿度、混凝土自身承受的压力以及钢管直径；混凝土横向收缩值e2：（2）收缩的影响来自于混凝土自身，养护条件以及直径，交互表面可能存在三种状态：状态A：（3）状态B：（4）状态C：（5）e3钢管内部表面的不规则产生的间隙值。A状态：交互面上混凝土压力一直存在，收缩后的内部粘结强度是由钢和混凝土附着力提供的，这种状态被称为化学胶合力，当剪力增强超过这种粘结形成的承载力后，荷载主要由表面的机械咬合力承担。这时，存在两个特点：由表面压力相互作用产生的摩擦力，以及由钢和混凝土咬合产生的粘结应力，本论文没有区分这两种不同的机械粘结应力；B状态：当发生收缩后，两种材料间出现了间隙，刚体产生运动，当其中一种材料受到推力时，只有较小的粘结强度和抗力；C状态：是一中间状态，粘结应力损失巨大，机械咬合力伴随不可预见到达B状态的行为。对CFT构件，从一种状态转变过渡到另一种状态的试验是有益的。对此数据采用的缺省值一般为c=0.003，d/t=100。这数字表明当对混凝土的压力达到1.2MPa时，出现A状态，当d/t的值更小时，则需要更大的压力，实际条件下，这些压力很难获得。而收缩位移e2，一般都比e1大，这样在CFT中，状态A很难达到。对c取值0.003，d取值2540mm，那么为防止状态B出现，管内的粗糙程度应达到0.38mm。如果管径小，则应相应小些，在传统实践中，实际管内部的粗糙度一般能超过0.25mm。这就能预示出大多数CFT的表面状况都趋向于状态C。此外，这些比较还显示出，拥有大收缩度和大管径的CFT构件可能存在B状态。状态C提供可变性能，前提是混凝土与钢材表面不规则的咬合以及混凝土自身的收缩状态，先前提到，在比较大直径的钢管中，这种咬合力更小些；在更大直径的钢管中，或许不存在，且收缩状态是不确定的，长CFT构件和对管径大小的不确定性可能达到状态C。d/t的值很有意义，因为只有在管内保持不规则形状，咬合力才能有效阻碍混凝土滑动，拥有大的d/t值的钢管会在径向刚度上略低。因此容易扭曲而导致降低咬合效果产生的粘结应力。状态C这种不可预见的交合面状态，不仅沿长度而且在钢管内部的两种材料相交的边缘进行空间变化。这样的局部粘结应力的能力是不可靠的，必须在一个有限度的区域进行平均化，以便得到有用的设计值。计算机分析；为了更好的理解钢—混凝土粘结应力，采取了一种将实体三维网格化为小单元，分析CFT柱中钢与混凝土的模拟状态，ANSYS和SAP通常用于这种分析。首先在钢或混凝土上施加轴向荷载或弯矩，接着弹性重分布达到一种混合作用，计算是以实际应用中的管直径、厚度与柱的长度来取值的。当交互面状态允许0滑动，粘结应力就按指数分布的实曲线，对混凝土的压应力使粘结应力正常化，其值在距施力点最近的交互面处达到最大（端部），但在大约距离端部d/2处近似为0，这种计算分布受长度影响不大，除非试件长度接近d/2。对于d/t值大于100的钢管来说，粘结应力接近零点的距离略小于d/2，而对于d/t值小于50的，则略大于d/2。正常化的粘结应力的极限值可达到1.0，在加压处0.2d范围内，滑动的长度再生了摩擦力，复制迭合了吸收无变化的粘结应力。滑动段荷载转换的特性以及在非滑动段粘结应力指数分布发展的特性、这些分析显示粘结应力的需求集中在某一区域，如果要避免滑动的发生，必须将钢与混凝土之间的不平衡荷载分布在小段区域内。4相应的试验的研究大多数评估粘结能力的试验为推力试验。粘结应力被定义为表面应力的平均值，与相对于钢管的混凝土核心刚体的滑动相关联。导致滑动的荷载为P，最大平均粘结应力为，表示为：（6）L=混凝土表面长度；另一种试验方案是去除空气隔离，取而代之的是混凝土与钢的组合体，这样一来，公式（6）中P是在基础处转变为（传递）钢—混凝土复合比例的应力提供的最大荷载。在此类设备上已经进行过粘结应力试验的有Virdi,Dowling(1975),Shakir-Kalil(1991,1993a,b),Morishetal.(1979a,b)，Morisnita以及Tomii(1982)，得出的一些结论为：1、在偏心荷载作用下，值的增长率大于轴心受力；2、随着钢—混凝土交互面粗燥程度的增长值增长；3、无论安装不安装连接构件，值不变，连接键只有在滑动已经开始后才开始起作用。CFT粘结应力试验的试件直径最大达到300mm，大多数小于200mm，d/t值采用小于60，主要分布在15—35区间，这些试件的直径以及d/t取值要小于在实际中应用的构件，所以存在一个试验结果是否适用于实际的问题。5概括与总结通过确定建筑物对于粘结应力需求来设计和分析两种结构原型，分析结果显示，支撑构件粘结应力的需求大于抗弯构件。其中粘结应力需求的最重要部位是CFT柱与基础的连接，但支撑梁与CFT柱的连接同样重要，因为支撑起传送竖向构件力的作用。连接的细部对于粘结应力的需求是非常重要的，如有抗剪键的部件插入到混凝土填充物中来抵抗钢与混凝土之间的滑移，可以大大减少粘结应力的要求。对于钢管与混凝土填充物交互面状态的分析显示了混凝土干缩的重要与柱直径对粘结应力性质的影响。如果防止了钢与混凝土交互面层发生滑移，那么粘结应力需求降低，并且沿交互面不超过直径的1/2，而对d/t值较大的钢管，其传送长度短一些，小一点d/t值，转换长度长一些。当滑移产生后，粘结应力沿滑动区域近似平均分布。先前的试验结果，用来检验影响粘结应力的因素，结果虽显得十分分散，但清楚的表明了三个趋势：1.矩形CFT柱的粘结应力低于圆形；2.不能明显看出粘结应力与混凝土的强度有关；3.粘结应力随管径和d/t值增大而降低。最后的现象值得重视，因为在实际应用中，益采用更大直径也就意味着更大d/t值的CFT柱，而过去没有这方面数据记录，这就需要进一步研究和实践。更多关于工程/服务/采购类的标书代写制作，提升中标率，您可以点击底部官网客服免费咨询：
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Balkema Publisher， pp:973-978 （ISTP收录）47) 陈宝春、秦泽豹、 彦坂熙、陈友杰，钢管混凝土拱（单圆管）面内受力双重非线性有限元分析，铁道学报，25（4），2003年8月，80－84（EI收录）48) 陈宝春、王来永、欧智菁、韩林海. 钢管混凝土偏心受压应力—应变试验研究，工程力学，20（6），2003年12月，154-159（EI收录）49) 陈宝春，钢管混凝土拱桥计算理论研究进展[J]，土木工程学报，36(12)，2003年12月，pp：47－5750) Bao-Chun Chen，INSPECTION AND STRENGTHENING OF THE WULONGJIANG BRIDGE，Proceedings of 8th International Conference on Inspection， Appraisal， Reparis & Maintenance of Structures， 18-19 December， 2003， Singapore， 41-4651) 陈宝春， 陈友杰， 王来永， 韩林海，钢管混凝土偏心受压应力—应变关系模型研究，中国公路学报，17（1），2004年1月，pp：24－28（EI收录）52) 陈宝春，拱桥技术成就与展望，第二届全国公路科技创新高层论坛论文集，朝华出版社，2004年，121－12553) 陈宝春、黄卿维、盛叶，体外索预应力混凝土桥梁的发展，中外公路，24（2），2004年4月，34－3754) Bao-chun CHEN You-jie CHEN，Nonlinear Finite Element Analysis of Concrete-Filled Steel Tubular Truss Arch，Advances in Concrete and Structures， Proceedings Of International Conference ICACS 2003， 17-19 September 2003， Xuzhou， China， pp:1367-137255) 陈宝春、杨亚林、孙潮，铝桥的应用与发展，世界桥梁，2004（2），2004年6月，68－7056) 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5.1 科研项目（代表性的项目）1、湖北省高等学校优秀中青年科技创新团队计划项目（T201303）：新型钢-混凝土组合结构，项目负责人。2、国家自然科学基金（51178057）：震后钢管混凝土框架结构抗震性能评价及加固技术研究，项目负责人。3、国家自然科学基金（50978033）：异形截面钢管混凝土柱—钢梁节点力学性能与设计方法研究，项目负责人。4、国家自然科学基金（51378077）：基于压电智能骨料的钢管混凝土结构时变应力监测方法与地震灾变机理研究，排名第二。5、湖北省自然科学基金（2003ABA059）：钢管混凝土结构住宅设计方法与试验研究，项目负责人。6、建设部科学技术项目（06-K1-41）：预应力钢纤维混凝土空心板受力性能与应用研究，项目负责人。7、天津市自然科学基金重点资助项目(013617411)：高层钢管混凝土建筑抗震性能试验与理论研究，项目主要参与人。8、湖北省教育厅科学研究计划项目（2003A006）：大型油气储罐结构损伤识别与健康监测系统研究，项目负责人。5.2 科研获奖（代表性的项目）1、高层建筑多种组合钢管混凝土结构设计理论与施工技术， 2013年度教育部高等学校科学科技进步奖一等奖，排名第二。2、高层钢管混凝土建筑抗震性能试验与理论研究, 天津市科学技术进步二等奖。3、湖北省巴东县太矶头滑坡防治工程设计方法研究，长江大学科技进步一等奖。4、老住宅功能提高改造成套技术研究-结构试验研究，长江大学科技进步二等奖。5.3 教研项目（代表性的项目）1、湖北省教育科学“九五”课题（鄂教科规[1997]0076）：高校建筑工程专业教学改革实验，项目参与人。2、湖北省教学研究项目：土木工程专业教学内容和课程体系研究与实践，项目负责人。3、湖北省教学研究项目：建筑工程专业大学生工程设计能力培养模式探索，项目参与人。4、湖北省教学研究项目：建筑工程专业面向21世纪教材体系研究，项目参与人。5、湖北省教学研究项目：外向型建筑人才培养模式研究，项目参与人。6、土建类应用型人才培养模式创新实验区，项目参与人。2009年7、湖北省教学研究项目（2010206）：土建类专业实践教学与人才培养模式的改革与实践。2010年8、教育部-欧特克公司专业综合改革项目：长江大学土建类专业综合改革项目。2102年5.4 教研获奖（代表性的项目）1、建筑工程专业本科‘工学交替'人才培养模式研究，湖北省高等学校省级教学成果一等奖。2、工学交替合作教育模式理论与实践研究，湖北省高等学校教学成果一等奖。3、 国家级土建类应用型人才培养模式创新实验区研究与实践，湖北省高等学校教学成果二等奖。5.5 论著及论文（含教材编写）1、教材混凝土结构基本原理，同济大学出版社，副主编，2004年8月混凝土结构设计原理，北京大学出版社，主编，2006年1月荷载与结构设计方法，北京大学出版社，主编，2006年6月工程结构，科学出版社，主编，2012年2月荷载与结构设计方法（第2版），北京大学出版社，主编，2012年8月混凝土结构设计原理，机械工业出版社，主编，2012年8月2、科研论文（2000年以来公开发表第一作者论文）(1) 许成祥，李继祥，彭少民.钢纤维混凝土迭合梁截面剪应力分布规律理论分析, 江汉石油学院学报，2000，22（1）, P1-3(2) 许成祥，李继祥，彭少民. 纤维混凝土三桩厚承台开裂荷载计算, 江汉石油学院学报，2000，22（1）, P8-9(3) 许成祥，李继祥，彭少民. 二次受力钢纤维混凝土迭合梁斜截面承载力计算, 江汉石油学院学报，2000，22（1）, P16-8(4) 许成祥，吴军民. 水泥土搅拌桩复合地基沉降计算,江汉石油学院学报，2000，22（1）, P35-37(5) 许成祥，夏心红. 多层轻钢结构房屋设计探讨, 江汉石油学院学报，2001，23（3）, P66-68(6) 许成祥，李忠献，蔡卫东. 碳纤维布加固钢筋混凝土短柱的受剪承载力计算。,江汉石油学院学报，2002，24（1）, P88-91(7) 许成祥，张建设. 基于施工进度计划的动态安全, 武汉理工大学学报，2002，24（2），P36-39(8) 许成祥，李忠献，蔡卫东. 考虑二次受力碳纤维布加固短柱的抗震试验, 武汉理工大学学报，2002，24（7），P27-30(9) Xu Chengxiang. Selection and design of beam-column joints of concrete-filled steel tubular frames, Proceedings of the seventh international symposium on structural engneering for young experts (ISTP收录, IDS 号: BV54N), Science Press(10) 许成祥，熊英，卢海林. 预应力混凝土连续梁桥的动静载试验研究, 江汉石油学院学报，2002，24（3）, P101-102(11) 许成祥，李忠献，蔡卫东碳纤维布加固钢筋混凝土短柱在反复荷载下的受力性能试验研究, 武汉大学学报，2002，35(4)，P92-96(12) 许成祥,徐礼华,杜国锋 . Grey correlation index analysis of bearing capacity on concrete filled steel tubular compression members. The eighth international symposium on structural engineering for young exports. ISBN 7-03-013765-5. 2004.8: P279 283(ISTP~收录, IDS 号: BAZ72)(13) 许成祥,张建设 . Dynamic safety evaluation based on project network schedule. Progress in safety science and technology (Vol IV). Science press. ISBN 7-03-014386-8. 2004.10: P1922 1926~(14) 许成祥,陈松,徐登鸿 . Huge oil and gas tanks structural damage and health monitoring. 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背景：当今科技发展越来越迅速，建筑结构形式也随之变得多样化，框架结构是由许多梁和柱共同组成的框架来承受房屋全部荷载的结构。高层的民用建筑和多层的工业厂房，砖墙承重已不能适应荷重较大的要求，往往采用框架作为承重结构。混凝土框架结构广泛用于住宅、学校、办公楼，其作为一种常用的结构形式，具有空间分隔灵活，自重轻，节省材、传力明确、结构布置可以灵活地配合建筑平面布置、抗震性和整体性好的优点。国内外的研究状况：1.在设计的计算理论方面：在工程结构设计规范中已采用的基于概率论和数理统计分析的可靠度理论，概率极限状态计算体系要不断完善；混凝土的微观断裂机理、混凝土的多轴强度理论及非线性变形的计算理论等方面也需要更大的突破，并应用于工程结构设计中。2.在计算机软硬件方面。电子计算机的普及和多功能化，CAD、PKPM等软件系统的开发，缩短了建筑结构设计的时间和工作量，提高了经济效益。3.在材料研究方面。混凝土主要是向高强、轻质、耐久、易成型及具备某种特殊性能的高性能混凝土方向研发。钢筋的研发方向则是高强、防腐、较好的延性和良好的粘结锚固性能。4.在结构形式方面。预应力混凝土结构由于抗裂性能好，可充分利用高强度材料，各种应用发展迅速。一些高性能新型组合结构具有充分利用材料强度、较好的适应变形能力（延性）、施工较简单等特点，也得到广泛应用。5.在实验技术方面。通过对混凝土结构设计理论和设计方法及设计软件等方面大量研究，先进的现代化城市技术保证了实验研究更精确、更系统。
特点：空间分隔灵活，自重轻，节省材料；具有可以较灵活地配合建筑平面布置的优点，利于安排需要较大空间的建筑结构；框架结构的梁、柱构件易于标准化、定型化，便于采用装配整体式结构，以缩短施工工期。
采用现浇混凝土框架时，结构的整体性、刚度较好，设计处理好也能达到较好的抗震效果，而且可以把梁或柱浇注成各种需要的截面形状。
现状及发展趋势：混凝土框架结构广泛用于住宅、学校、办公楼，也有根据需要对混凝土梁或板施加预应力，以适用于较大的跨度。
框架钢结构常用于大跨度的公共建筑、多层工业厂房和一些特殊用途的建筑物中，如剧场、商场、体育馆、火车站、展览厅、造船厂、飞机库、停车场、轻工业车间等。
扩展资料
框架结构设计要求
1、强柱弱梁节点设计
这是为了实现在罕遇地展作用下，让梁端形成塑形铰，柱端处于非弹性工作状态， 而没有屈服，但节点还处于弹性工作阶段。
强柱弱梁措施的强弱，也就是相对于梁端截面实际抗弯能力而言柱端截面抗弯能力增强幅度的大小，是决定由强震引起柱端截面屈服后塑性转动能否不超过其塑性转动能力，而且不致形成“ 层侧移机构”。
从而使柱不被压溃的关键控制措施。柱强于梁的幅度大小取决于梁端纵筋不可避免的构造超配程度的大小，以及结构在梁、柱端塑性铰逐步形成过程中的塑性内力重分布和动力特征的相应变化。
因此,当建筑许可时，尽可能将柱的截面尺寸做得大些，使柱的线刚度与梁的线刚度的比值尽可能大于1，并控制柱的轴压比满足规范要求，以增加延性。验算截面承载力时，人为地将柱的设计弯矩按强柱弱梁原则调整放大，加强柱的配筋构造。
粱端纵向受拉钢筋的配筋不得过高，以免在罕遇地展中进入屈服阶段不能形成塑性铰或塑性铰转移到立柱上。注意节点构造，让塑性铰向梁跨内移。
2、强剪弱弯剪力墙设计
为了提高抗震墙的变形能力，避免发生剪切破坏，对于一道截面较长的抗震墙，应该利用洞口设置弱连梁，使墙体分为小开口墙、多肢墙或单肢墙，并使每个墙段的高宽比不小于2 。所谓弱连梁，是指在地震作用下各层连梁的总约束弯矩不大于该墙段总地震弯矩的20％。
连梁不能太强，以免水平地震作用下某个墙肢出现全截面受拉，这是比较危险的。但是，考虑到耗能，连梁又不能太弱，连梁弱到成为一般小梁时，墙肢就变成单肢墙。
而单肢墙的延性很差，仅为多肢墙的一半，且单肢墙仅具有一道抗震防线，超静定次数少，在地震作用下是很不利的。目前，有许多设计人员将结构中门洞连梁、窗洞连梁都改为截面高度极小的二力杆件，这对结构抗震是很不好的。
在实际设计中，对连梁的刚度都要进行折减，这是因为剪力墙的刚度一般都很大，在水平力作用下，剪力墙中的连梁会因为很大的内力而超过截面允许值。
可靠的办法是让这些连梁先屈服，要使连梁能形成塑性铰而不发生脆性破坏，连梁首先就必须满足强剪弱弯的要求，对连梁的刚度进行折减实际上就是降低其抗弯能力。
强剪弱弯是保证构件延性，防止脆性破坏的重要原则，它要求人为加大各承重构件相对于其抗弯能力的抗剪承载力，使这些部位在结构经历罕遇地震的过程中以足够的保证率不出现脆性剪切失效。对于多层钢筋混凝土框架结构中的多层钢筋混凝土框架结构梁应注意抗剪验算和构造，使其满足相关规范要求。
参考资料来源：百度百科-框架结构
混凝土框架结构的特点：框架结构是指由梁和柱以刚接或铰接相连接而构成承重体系的结构。见（GB50010-2002第2.1.10条）。1.竖向荷载产生的弯矩效应由梁和柱共同承担，因此梁的跨度可以更扩大，建筑平面布置分隔灵活2.墙体不必承重而代以轻质砌体，大量减轻了结构自重，回过头房屋内空可能建得更开敞，房屋可以建得更高；3.由于结构体系自重较轻且侧向刚度较柔而构成延性，可控制不出现脆性破坏，有利于抗震；4.因混凝土的可模性优点，可以建成异形框架而丰富了房屋外观造型等优点；5.又正因为过柔韧，导致结构在水平作用下高耸处的弹性变形大，（摇摆）使人类不很适应，舒适感差，而限制了其建造高度，抗规GB50011-2010第6章规定设防6度地区≦60m，9度≦25m。是其致命缺点。制约着发展趋势。现状：小高层以下的民用房屋，混凝土框架结构占据了统治地位。单层工业房屋已由轻钢刚架结构占领。而超高层的民用房屋采用的结构型式是剪力墙、筒结构、钢混结构、钢框架结构等。
国外对钢筋混凝土框架结构的研究现状，钢筋混凝土框架结构特点：框架结构是指由梁和柱以刚接或者铰接相连接而成构成承重体系的结构，即由梁和柱组成框架共同抵抗适用过程中出现的水平荷载和竖向荷载。 框架建筑的主要优点：空间分隔灵活，自重轻，有利于抗震，节省材料；具有可以较灵活地配合建筑平面布置的优点，利于安排需要较大空间的建筑结构；框架结构的梁、柱构件易于标准化、定型化，便于采用装配整体式结构，以缩短施工工期；采用现浇混凝土框架时，结构的整体性、刚度较好，设计处理好也能达到较好的抗震效果，而且可以把梁或柱浇注成各种需要的截面形状。)可以减轻建筑物的重量。(3)有较好的抗震能力。(4)有较好的延性。(5)有较好的整体性。现状：大型建筑均采用钢筋混凝土框架结构。
纵向的搞研究还是王春生比较强，同济的博士，清华博士后，少壮派掌门方向：钢桥，疲劳； 胡兆同的抗风也是很强。横向的比较多了，钱也可以，主要是搞工程：贺拴海，黄平明，许汉铮等。
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这两点不好全满足。
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腐蚀和膨胀。煤矸石混凝土是会膨胀的煤矸石混凝土表现为造成混凝土假凝，释放有毒气体，造成钢筋腐蚀，后期体积膨胀等之类的质量问题，因此煤矸石对混凝土的危害是腐蚀和膨胀。煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石。
一、国外煤矸石资源化利用现状
世界各国都很重视煤矸石的处理和利用，自上世纪60年代开始，许多国家开始进行了煤矸石综合利用，到上世纪70年代，国外部分矿区煤矸石的利用率已达100%。如美国和匈牙利等国将煤矸石进行生物复田，取得了很好的实效。美国直接从燃烧的煤矸石山中回收热能，法国对灰分较大的煤矸石进行洗选，回收了其中的可燃物用于发电，从而节约了煤炭。
在国外，煤矸石利用最普遍的方法是用作建筑材料，法国在这方面做得较为出色，从上世纪70年代起的30年中，法国人共利用煤矸石1亿多吨，主要用于制砖、生产水泥和铺路；在法国，红色煤矸石的颗粒具有抗水冲蚀能力，可用于充填潮湿甚至沼泽和积水塌陷坑，被认为是很好的填充材料，可使路基具有良好的不透水性，法国北部所有载重道路都是使用这种材料作为路基。近年来，法国还研究煤矸石在水泥中利用的新方法，即将含煤比例较高的煤矸石既作为原料又作为燃料投入窑炉生产水泥。英国煤管局在1970年成立了煤矸石管理处，将煤矸石作为一种优良、经济的材料，广泛用于公路、填坝和其他土建工程的填充物。在德国，煤矸石主要用于井下采空区充填和用作建筑材料。据报道，英、波、比、俄、日等国用煤矸石代替部分粘土生产水泥，取得了节煤、降低成本等效果。
二、国内煤矸石资源化利用现状
1992年联合国环发大会以后，可持续发展成为人类发展追求的共同目标，发展中国家对环境问题也高度重视，而且为避免走发达国家“先污染，后治理”的老路，对矿山环境的管理和治理也逐渐提到了议事日程上来。国际组织以国际公约、论坛、项目研究和倡议等方式，促进矿业环境的改善。对矿业环境问题有影响的国际公约主要有：对有害废弃物及其处理的跨国境移动控制的《巴塞尔公约》、《长期跨国环境空气污染公约》等。
随着全球经济可持续发展战略的进一步落实和我国工业化过程的进一步深化，我国政府对环境保护工作的力度也在不断加大和加强。煤矸石的充分利用和污染己经引起了我国政府的高度重视。我国政府已通过制定和完善有关政策法规、支持技术革新、严格管理和执法，以提高矿山环境保护整体水平。
2000年4月29日，第九届全国人民代表大会常务委员会第十五次会议通过的《中华人民共和国大气污染防治法》第三章为防治燃煤产生的大气污染；第三十一条为在人口集中地区存放煤炭、煤矸石、煤渣、煤灰、砂石、灰土等物料，必须采取防燃、防尘措施，防止污染大气。
“九五”期间，国家出台了一系列有关资源综合利用相关的产业政策，都将煤矸石山综合治理和利用作为支持的重点，如《当前国家重点鼓励发展的产业、产品和技术目录》、《当前国家优先发展的高技术产业化重点领域指南（目录）》中都把煤矸石综合利用作为鼓励发展的产业。
我国从上世纪70年代起开展了煤矸石综合利用工作，开辟了一系列煤矸石的利用途径，煤矸石综合利用有了较大的发展。煤矸石的资源综合化利用可以分为资源回收和工程利用两种途径。资源回收利用是用低燃烧值的煤矸石作沸腾炉燃料进行发电；对煤矸石中的伴生矿物提取利用，如制取氧化铝、聚合铝、矾土及硫酸产品等；生产建筑材料，如制取矸石砖、矸石水泥及耐火材料和陶瓷等；工程利用则是将煤矸石作为充填材料进行复田和土工利用，如矿区塌陷地的充填复垦，公路、铁路、广场建设的基础充填等（图2-4）。但由于资源性质的因素、经济条件的制约、技术设备的差距以及市场变化的影响，目前煤矸石的利用率为10%～30%，与发达国家相比差距仍然较大。这就需要我们进一步加大对煤矸石开发技术研究，进一步开发煤矸石的综合利用和工业化生产，以充分利用矿产资源，增加社会经济效益，同时又减少污染，促进资源与环境的可持续发展。
图2-4 煤矸石资源综合化利用
三、煤矸石的资源化及利用途径
1.生产化工产品
（1）制造铝盐系列产品
铝盐在工业生产中具有广泛的用途，如硫酸铝广泛用于水处理、媒染、石油除臭脱色、油脂澄清等。利用煤矸石制硫酸铝不仅可解决煤矸石处理难题，而且也节省了铝矾土资源。利用煤矸石制硫酸铝已在山西、甘肃多家煤矿得到了应用。
（2）制造硅系列产品
煤矸石中硅含量较高，因此，煤矸石硅元素的利用是综合利用的重要途径。目前主要用于制造水玻璃、白炭黑、陶瓷原料等。
（3）制取钛白粉
对于TiO2含量达到7.18%以上的煤矸石，可用于生产钛白粉。钛白粉具有很好的遮盖力和着色能力，广泛应用于油漆、造纸、塑料等行业。
（4）回收硫及硫铁矿
我国与煤伴生、共生的硫铁矿资源十分丰富，分布较广。赋积在煤中的硫铁矿经洗选后，绝大部分富集在煤矸石中。硫铁矿是化工和化肥工业的重要原料，主要用途是制造硫酸和提炼硫磺。而我国的硫产量不能满足国内生产的需要，经常进口硫磺以补充生产不足，因而在加工煤炭的同时回收硫铁矿无疑具有十分重要的意义。另外，脱了硫的煤矸石减轻了对环境的污染，也便于进一步的加工利用。硫在煤中的富集方式主要有黄铁矿硫、硫酸盐硫和有机硫。因为硫的需求原因和环保的要求，对硫的回收已引起众多矿区的注意。硫的回收工艺也初具规模，方法多种多样，该技术在一些高硫矿区应用更为广泛。
如重庆南桐矿务局干坝子选煤厂从高硫煤矸石中提取硫精矿获得成功。入洗矸石含硫10%～31%，主要成分为黄铁矿硫。采用重介法分选选出：含硫35%、含碳小于8%的硫精矿，灰分45%～50%的泥煤和尾矿3种产品。河北开滦唐家庄矿选硫车间1985年初投产。入洗矸石含硫为3.98%，主要成分为黄铁矿硫。经洗选产出4种产品：含硫30%～35%、含碳小于8%的硫精矿，发热量14.63MJ/kg可作燃烧用的动力煤，发热量6.27MJ/kg的低热值燃料和煤矸石。
2.建筑原料
（1）制砖
煤矸石具有一定的可塑性、结合性和烧结性，经净化等工艺处理后，可用于制砖。目前，我国煤矸石砖产量已达200亿块，年综合利用煤矸石约5000×104t。煤矸石制砖不仅可以解决煤矸石对环境的污染，满足经济建设需求，同时也可保护我国有限的耕地资源，从根本上改变“秦砖汉瓦”的生产历史，实现“制砖不用土，烧砖不用煤”的环保效应。
例如2002年山西省潞安矿业集团从意大利引进一条煤矸石制砖生产线，这是目前我国最大的煤矸石综合利用项目。建成投产后，每年消耗煤矸石30×104t，产砖1.3亿块；同时节约煤矸石占地2.5×104m2，与粘土制砖相比，还少浪费土地3.5×104m2。2006年山西大同市天源荣昌新型建材有限公司年产5亿块煤矸石烧结空心砖系列产品项目开工；同年，阳泉南煤年产2.6亿块煤矸石烧结砖生产线投产，每年消耗煤矸石30×104t，取得了良好的经济效益和环境效益，在实现废物利用的同时，既降低了成本，又减小了煤矸石对当地的污染。其产品可用于室内地面装修和台面装修，具有防污、零级吸水率、无放射性、光泽度高等特点，具有很强的市场竞争力。
（2）生产水泥
煤矸石和粘土的化学成分相近，用它代替部分或全部粘土生产普通水泥能提高熟料质量。用煤矸石制作水泥原料的生产过程与生产普通水泥基本相同。利用煤矸石制水泥，不仅可以减少成本，而且可以消化大量的煤矸石，减小对环境的污染。
（3）混凝土
山西阳煤集团用该地自燃煤矸石为骨料，配入矸石砂、硅酸盐水泥制成200～300号煤矸石混凝土，其物理性能和质量符合有关规定。用自燃煤矸石山生产的混凝土比普通混凝土的密度低20%，是高层建筑的优质材料。
（4）土地复垦和路床填料
充填塌陷区是一种重要的复垦方式。利用热值低的煤矸石作为充填煤矿塌陷区造地，这种利用消耗煤矸石量大，且可以把目前没有能力利用的煤矸石保存起来，等技术和经济上可行时再进行开发利用。这样可减少煤矸石对矿山环境的污染（占地、污染水源、污染大气、影响环境卫生等）。在充分利用矿区固体废物的同时，解决塌陷地的复垦问题，因而具有一举多得的效果。如安徽淮北矿务局在两个大塌陷区填埋，煤矸石复土还田，造地1600多亩，获得较好的环境效益和社会效益。另外还可用于建设用地。
煤矸石含有一定的活性物质，具有较好的路用性能和强度，可用作一般公路的底基层或作为路基。填料筑路用的煤矸石宜为强度高、风化轻、热值低的矸石。从山西省阳泉市交通局了解到，在日前通车的307国道复线建设中，交通建设部门变废为宝，用煤矸石铺路，节约资金9200多万元。据阳泉市交通局介绍，307国道复线工程全长28.8km，是阳泉市的重点工程。工程开工后，由于缺少天然沙砾，施工单位设想用堆积如山的煤矸石作为路床填料。大量的科学论证和试验表明，煤矸石作为填料时，要选用自燃、半自燃过的煤矸石，其各项技术指标需全部符合公路工程路基设计规范的要求。307国道复线工程全线采用了煤矸石作为路床填料。目前，1m3沙砾石运到工地的价格是60余元，而1立方米煤矸石运到工地的价格只有10多元，整个工程因此降低投资9200多万元。阳泉市是我国重要的煤炭产区，现存煤矸石山20余座，而且每年新增700×104t左右。大量煤矸石的存放不仅占地，还产生了大量的二氧化硫，阳泉市每年需花费大量资金进行掩埋处理。用煤矸石铺路，可以就地取材，变废为宝，减少污染，节约投资。
3.生产农业产品
（1）生产有机复合肥
煤矸石一般含有大量的炭质页岩或粉砂岩，含有15%～20%的有机质，以及大量丰富的植物生长所需的稀有元素。煤矸石经粉碎碾磨后，按一定比例与过磷酸钙混合，加入适量活化剂与水，充分搅匀后堆沤，可制得新型化肥。重庆煤炭研究所、北京市勘察院、龙口矿务局和郑州矿务局等利用煤矸石生产有机复合肥，都取得了较好的效益。
（2）生产微生物肥料
以煤矸石等为载体，外加添加剂等，可制成煤矸石微生物肥料，主要以固氮菌肥、磷肥、钾细菌肥为主。微生物肥料生产工艺投资少，具有很好的经济效益和社会效益。
（3）改良土壤
利用煤矸石中的微量元素和营养成分，适当掺入一些有机肥，可有效改良土壤结构，增加土壤疏松度和透气性，提高土壤含水率，促进土壤中各类细菌新陈代谢，使土地得到肥化，促进植物生长。
4.煤矸石井下填充
煤矸石充填采矿法不仅可以有效解决地表塌陷和沉降问题，而且消化了大量煤矸石。主要包括轨道运输填充技术、注浆填充技术、压风填充技术。
5.煤矸石发电
我国已有一批煤矸石发电站在运转中，如我国自行设计实施的第一座大型煤炭矿井——山东省协庄煤矿便是一例。该矿于1993年开始兴建一座设计能力为24MW的煤矸石发电厂，目前发电量保持1.6×108 kW·h以上，年消耗煤矸石30×104t。该矿煤矸石热电厂建成后，实行热电联供，年节约原煤4×104t，少支付电费1.2亿元以上，节省煤矸石堆放占地25亩，安置待业和下岗人员733人，既节约了资源，又收到了良好的社会、经济和环境效益。
山西省阳泉市按照“榨干吃尽”的思路，利用煤矸石发电。按发热量计算，阳泉一年所产煤矸石的数量，相当于220×104t标准煤。目前，全市已有煤矸石电厂4家，发电能力11.8×104 kW，年利用煤矸石100×104t；正在建设的3家，建成投产后年可消化煤矸石400×104t。据初步统计，至目前，阳泉市已建起煤矸石发电厂、煤矸石砖厂、高岭土厂、商品混凝土厂等十几个煤矸石综合利用企业，年可节约标准煤近百万吨。
四、煤矸石资源化利用存在的问题及展望
1.煤矸石资源化利用存在的问题
我国煤矸石资源化利用主要存在以下几方面问题：
1）对我国不同区域的煤矸石基本特征缺乏系统的调查研究，对煤矸石开发利用缺乏系统的基础研究资料；
2）目前煤矸石综合利用技术不够成熟，导致煤矸石资源化较差，不足以使煤矸石产业产生投资吸引力；
3）对煤矸石堆存所产生的生态环境和社会危害缺乏量化的研究和准确估算，难于对煤矸石资源化、减量化处理带来的经济效益、社会效益和环境效益进行客观的评价，难以提出和执行多方共赢、科学合理的扶植政策；
4）缺乏资金渠道。煤矸石综合利用项目在资金上得不到保证，投入严重不足。目前国家没有专项资金扶持，原有的煤矸石综合利用专项资金已被取消，而新的融资渠道还没有形成，企业筹措资金困难，一些煤矸石发电、煤矸石建材项目难以落实，给煤矸石的扩大再利用带来不便；
5）优惠政策落实难。目前国家已经出台的有关煤矸石的优惠政策，在某些地区还存在落实较难和可操作性较差的问题，存在着项目审批难、并网发电难、政策落实难，严重挫伤了企业开展煤矸石综合利用的积极性。
2.促进煤矸石资源化利用的方向探讨
（1）治理煤矸石的目标
结合煤矸石化学成分、矿物组成以及地方优势，选择综合利用途径，并且本着清洁生产的理念从产品生产、消费、回收和处置等环节着手，兼并相关资源化利用工艺中的高能耗、高成本环节，形成联产工艺，丰富和完善产品链，提高产品品质和附加值，实现煤矸石减量、变废为宝的目标。
（2）煤矸石治理，需创新思路
我国煤矸石的排放量逐年增长，增加的废弃物将占用更多土地，在科技高度发展的今天，各级政府部门和厂矿企业需要创新思路。
（3）实施防灭火措施
对于目前无法利用、自燃或潜在自燃的煤矸石山，应首先进行防灭火，然后通过生态建设恢复植被，最大程度地减少其对环境、社会的不良影响。
综上所述，煤矸石问题是亟待解决的重大环境问题和社会问题，要充分认识和定量化研究煤矸石资源化利用、综合治理带来的社会效应和环境效益。今后应从生产方式、市场机制和政策扶植相配套入手，促进矸石综合利用方式的改进和企业经济效益的改善，彻底解决矸石环境污染问题。随着企业环境意识的增强和研究程度的深入，可以预见，煤矸石应用的领域和规模必将不断扩大。
1．占有材料2．库存材料：当今社会是信息化社会，信息对做什么事情都很重要，也要以信息化来促进教学质量。信息是仓库，有的同学说来说去就那么几句话，就因为摄入的信息量少，所以要善于捕捉信息，占有库存材料。3．运用材料：在写作时，要对储存的材料库进行筛选，提取你所需要的材料。语言表达分析提炼出了观点，又筛选好了材料，接下来就是语言表达了。语言不在华丽，关键是准确、简洁，历来大作家们的作品看起来都不是很华丽，但却读起来琅琅上口，耐人咀嚼，而且能经得起时代的考验，就像如今我们读鲁迅的作品，一样能感到语言很优美。其实，大部分同学语言表达不成问题，主要的问题就是材料少，立意不高。