西南交大土木学院研究生开题报告 - 图文

西 南 交 通 大 学

硕 士 研 究 生 选 题 报 告

姓 名 刘童超 学 号 12011174 导师姓名 李固华 职 称 教授 专 业 结构工程 研究方向 建筑材料

题 目 石粉细度对混凝土碱活性及强度影响

2013年 10 月 24 日

开题报告的内容应包括

（1） 课题的研究意义、国内外现状分析。

（2） 课题研究目标、研究内容、拟解决的关键问题。 （3） 拟采取的研究方法、技术路线、试验方案及其可行性 研究。

（4） 课题的创新性。

（5）计划进度、预期进展和预期成果。

注：（1）开题报告由各院（系、所、中心）组织实施，专家组成员由副高以上人

员组成，邀请导师和督导组相关专家参加，导师担任组长。

（2）专家组的作用是帮助导师和研究生执行选题论证，论证意见以“通过”、 “不通过”结论。通过者按计划开展论文工作，不通过者，在半年内需 重新开题。

一、课题的研究意义、国内外研究现状 1、研究意义 随着河沙的越来越少，混凝土的骨料现大多使用机制砂，而在破碎骨料的过程中会产生大量粒径小于150um的石粉，现在去掉石粉的方法是用大量的水冲洗，其产生无疑对环境产生危害并浪费了大量原材料和水资源。 碱骨料反应是骨料与水泥中的自由碱反应生成胶凝体，其吸水膨胀引起混凝土开裂的过程。如今抑制碱活性的方法，大多采用掺入掺合料的方法。而根据彭显晓“最不利粒径”理论及其实验结果，石粉可以抑制碱骨料反应。 因此，如果能利用骨料石粉来抑制骨料碱活性的话，该“废物利用”的过程必定在工程上具有重大意义。 可是，抑制碱骨料反应的效果跟石粉细度是否有关系？是否越细抑制效果越好？是否能利用在工程上利用还跟混凝土强度有重大关系，那么部分石粉代替水泥之后，是否能使强度维持不变甚至有所提高?其和易性是否会得到改善？这些问题前人尚未研究。 而这正是课题研究意义所在。 2、国内研究的现状 目前，利用石粉来抑制混凝土碱骨料反应的研究寥寥无几，其中有清华大学冯乃谦发表论文《关于利用天然沸石粉抑制水泥混凝土中碱骨料反应的研究》，西南交大彭显晓《板岩石粉对建集料反应的抑制》等文，其中一致得出结论，石粉可以对混凝土碱活性进行适当抑制，并且随着石粉含量的增大其抑制效果变好。但均未涉及石粉细度对碱活性抑制效果的影响。 石粉对机制砂混凝土强度的影响的研究比较多，如蔡基伟《石粉对中低强度机制砂混凝土性能的影响》、周明凯《高石粉含量机制砂配置混凝土的性能研究》等。并得出结论：对于中低强度混凝土，增加石粉含量可以增加其中细颗粒的含量，并提高混凝土密实度，提高混凝土强度，而且水灰比越大的混凝土，石粉对混凝土强度提高的贡献越大。不过同样，其研究均把粒径小于150um或75um的粉末当做石粉，并未涉及其细度对强度的影响。 同样，对于和易性，对于相同用水量和同样外加剂比例条件下，坍落度随水泥用量的减少而减少，高石粉含量（20%石粉含量）的和易性优于没有石粉的混凝土。因为石粉增加了固体表面积对水的比例，保水性增强，泌水情况得到改善，同时石粉还起到了滚珠的作用，减少了砂与砂的摩擦而改善其流动性。同时，由于其密实度增加，也增加了混凝土的抗渗性，其综合耐久性也得到提高。 在混凝土中添加石粉，这一课题尚在理论研究阶段，并未投入工程实践，不过一旦其投入工程应用，其经济效益将是非常巨大的。 3、国外研究的现状 国外对以石粉为混凝土掺合料的相对较多，M.Hunger《Natural Stone Waste Powders Applied to SCC Mix Design》，SELC?UK TU¨ RKEL《The effect of limestone powder, fly ash and silica fume on the properties of self-compacting repair mortars》等。 国外的研究甚至将石粉掺量加到了30%，并认为石粉和粉煤灰等掺合料一起作用效果会更好。 在大理石粉为掺合料的实验中，石粉混凝土强度有所下降，但在混凝土中，石粉混凝土强度会上升5%-10%。 一部分的学者认为：石粉这种微细级配有相对较大的比表面积，石粉会增加拌合物的用水量，使混凝土比较干稠，和易性也就变差；另一部分学者认为：石粉对机制砂混凝土工作性的影响存在一个最佳石粉含量，在最佳石粉含量以内时，石粉含量越大工作性能就越好，超过了最佳石粉含量，石粉越多工作性反而会下降。 孟加拉国学者H.M.A.Mahzuz提出，石粉混凝土强度会提高15%，添加石粉的砂浆棒抗压强度甚至可以达到33.02MPa, 同样，也尚未发现有研究将石粉的粒径分级考虑，且大多数研究仅为石粉对混凝土碱活性或强度的影响，而未见一个综合性的论文说明该两个问题。 而对于国外的规范，与国内一样，仍将石粉含量限制在某个比例以下，如美国将上限定为5-7%，英国为15%，澳大利亚为25%，可见对石粉的再次利用在国外也是一个有待解决的问题。 二、课题研究目标、研究内容、拟解决的关键问题 课题研究目标：检测不同细度的石粉对骨料碱活性的抑制效果；不同细度的石粉对混凝土的强度及和易性的影响，以得出最佳细度及最佳掺合比例。 研究内容：本文骨料均采用贵州省地区板岩骨料，将石粉细度分为三个等级：75um-150um;45um-75um;45um以下，并参照规范《TB10424-2010》（铁路混凝土工程质量验收标准）中快速砂浆棒法，将各粒径的石粉分别以0%，10%，15%，20%，25%，30%的比例替代水泥，按照规范定期测出砂浆棒长度，以判断其碱活性的大小。 将石粉细度分为三个等级：75um-150um;45um-75um;45um以下，并参照规范《GB/T 17671-1999》(水泥砂浆强度检验方法)，检测其在养护后的强度大小，并分析石粉细度对砂浆棒强度的影响，以及分析石粉替代水泥的强度最佳比例。在此同时，分析砂浆的流动性，并判断其和易性。 拟解决的关键问题：试验的操作，控制试验的精度，对数据的分析处理，及其机理分析，数据只是表象，而如何发现其中的规律是一个难点。另外，寻找一个最佳的掺合料比例也是一个难点。 三、拟采取的研究方法、技术路线、试验方案及其可行性研究 （1）、将板岩石粉细度分为三个等级：75um-150um;45um-75um;45um以下，并参照规范《TB10424-2010》（铁路混凝土工程质量验收标准）中快速砂浆棒法，将各粒径的石粉分别以0%，10%，15%，20%，25%，30%的比例替代水泥，按照规范定期测出砂浆棒长度，以判断其碱活性的大小。 （2）、将板岩石粉细度分为三个等级：75um-150um;45um-75um;45um以下，并参照规范《GB/T 17671-1999》(水泥砂浆强度检验方法)，检测其在养护后的强度大小，并分析石粉细度对砂浆棒强度的影响，以及分析石粉替代水泥的强度最佳比例。在此同时，分析砂浆的流动性，并判断其和易性。 （3）、根据所得出数据，利用数学问题知识分析其数据之间的联系，并找出其反应机理，建立相关数学模型，并进行进一步理论分析。 该试验需借助建材实验室相关设备，并参照部分规范，进而获得各种数据，因此该试验是可行的。 四、课题的创新性 混凝土是发展所必须的材料，而如今由于材料的限制及环境污染等各方面因素，“绿色混凝土”正成为了一个混凝土的研究方向，而该课题与“绿色混凝土”的趋势紧密相关。 该课题旨在研究将“废物”石粉重新利用的过程，对今后工程的实际应用有着指导性作用。虽然这个课题前人有着少量的研究，但都零散而不系统，故该课题具有一定的创新型。 另外，该课题是建立在试验的基础上，参照规范并测出实验数据，以分析石粉细度对碱骨料反应及强度的影响。不仅如此，该课题还在数据的基础上对此问题进行了深入分析，利用数学知识，建立数学模型，这对挖掘数据背后的规律有着重要的意义，在建筑材料的研究上是一个创新点。

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