西南交大土木学院研究生开题报告.doc

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.HungerNatural Stone Waste Powders Applied to SCC Mix Design，SELCUK TU RKELThe 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。五、计划进度、预期进展本论文分以下几个阶段进行