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本科学生毕业设计（论文）附件设计（论文）中文题目 高储水生态混凝土用原材料研究 学 院 材料科学与工程学院 专 业 材料科学与工程（建筑材料工程方向） 学 生 姓 名 学 号 指导教师姓名 教务处制重庆大学本科学生毕业设计（论文）附件 目录目 录A任务书A1-A2B开题报告B1-B8C译文C1-C12D译文原文重庆大学本科学生毕业设计（论文）附件 附件A:任务书附件A1毕业设计（论文）任务书设计（论文）中文题目：高储水生态混凝土用原材料研究 设计（论文）的主要内容与要求：毕业论文主要内容： 1、查阅有关多孔材料、透水混凝土方面的资料2、试验方案的设计3、高储水生态混凝土用胶结材、填料、集料、配合比研究4、高储水生态混凝土成型工艺、透水性、硬化性能研究要求：制备出高储水生态混凝土。 进 度 安 排序号设计（论文）工作内容时间（起止周数）1查阅有关胶凝材料文献1周至 2 周2方案设计和开题报告3周至 4 周3高储水生态混凝土用胶结材、填料、集料、配合比研究5周至 8 周4高储水生态混凝土成型工艺、透水性、硬化性能研究9周至 12 周5撰写毕业论文13周至 14 周6答辩15周至 16 周7周至 周主要参考文献：1、无机非金属材料工艺学2、混凝土外加剂原理与应用3、硅酸盐物理化学4、有关透水混凝土、多孔材料方面的书籍和资料指导教师签字：年 月 日系（教研室）负责人审查意见：签字： 年 月 日学生签字：年 月 日说明：1、任务书由指导教师填写，于第七学期（五年制第九学期）放假前下达给学生。2、学生签字时间就是任务下达时间（学生接受任务时间）。A2重庆大学本科学生毕业设计（论文）附件 附件B:开题报告附件B：2毕业设计（论文）开题报告毕业设计题目：高储水生态混凝土用原材料研究2.1课题的目的及意义（含国内外的研究现状分析或设计方案比较、选型分析等） 2.1.1研究的背景及意义：近年来城市规模急剧膨胀，城市绿化面积越来越少，取而代之的是大量的混凝土道路和地坪，这些材料吸热能力强，在太阳直射下，道路上的温度要比土地上的温度高18摄氏度，水泥屋顶温度比草地上的温度高20摄氏度，白天大量吸热，夜晚持续散发热量。其中柏油马路的黑颜色反射率非常低，吸收的热量要大大高于颜色浅的地方。此外,因为土壤不能与地表进行热量交换和湿度调节,所以城市地表温度和湿度无法调节，出现城市热岛效应。2006年8月重庆日最高气温在38-40、局部40-43.5，到18日为止，重庆地区的高温天气超过了40天，有些地方甚至超过了50天。除了大的气候环境影响外，城市化建设的加快，大量 图2.1 龙头寺下穿道图 2.2 泉州308省道生长着绿色植被的地面被混凝土代替，使太阳辐射后产生的热能无法很快被吸收、扩散，导致了城市热效应的加剧，这也是此次罕见灾情的重要原因。由于普通混凝土不具有透水性，雨季路面就会有很多积水影响车辆行驶安全。驶过重庆龙头寺火车站下穿道时被深达1.58米的积水淹没，2名乘客被淹死，惨剧系因排水设施不合理导致雨水积聚在下穿道内（见图2.1）。2011年5月24日泉州普降大雨，导致不少路段严重积水，尤其是省道308南安霞美路段变成了“人工湖”，交警部门被迫采取临时封道措施（见图2.2）。高温、内涝表明城市生态脆弱已经到了不可忽视的程度，而高 储水生态混凝土由于其高效的储水性能可以很好解决上诉问题,由于良好的储水性，蓄积在混凝土里面的水分蒸发，能降低地表温度34摄氏度，降低热岛效应；雨季，雨水能缓慢的渗透到地下及时补充地下水，并且可以极大的缓解下水道流水不及进而减少水涝灾害发生频率。高储水混凝土是由粗集料（自带孔）、细集料（自带孔）、水泥、水和外加剂经一定搅拌工艺搅拌成的混凝土，由于骨料其内部含有很大比例的孔故而内部含孔可以储蓄大量的水。故具有储水、重量轻等特点，是一种环境友好型建筑材料，其研究因该会越来越受到人们的重视。储水混凝土优点具体有以下几点：高储水生态混凝土骨料存在较大的有效孔隙率，具有良好的储水性能，雨水能够被有效的储存起来。同时，路面积水的减少降低了溅水、喷雾等危害的发生，增加行驶及步行舒适性。高储水生态混凝土具有透气性，水分通过孔与空气进行交换，从而保持土壤湿润，改善土壤生态环境，保证微生物生长空间，提供植物生长所需水分。同时，高储水混凝土路面能更接近天然草坪。高储水生态混凝土能有效改善城市热环境，大孔能积蓄水分，从而调节地表温、湿度，消除热岛效应。高储水生态混凝土的多孔结构能够起到吸声、减少噪音污染的作用。一方面可以使路面轮胎噪声很好的宣泄，抑制单极子噪卢源的产生，从而减少噪声；另一方面，在声学上，可以将多孔性路面结构看成是具有刚性骨架的多孔性吸声材料，可以起到吸声的效果，当声波入射到多孔材料表面激发微孔内的空气振动时，空气与固体筋络间(筋络指一小段比空气泡小的狭长开口，空气泡指的是材料当中的空腔)产生相对运动。由于空气的粘滞性在微孔内产生相应的粘滞阻力，使振动空气的动能不断转化为热能，从而使声能衰减。2.1.2国内外的研究现状到目前为止，国内外在生态混凝土方面研究很多，但是主要集中在绿化混凝土、透水性混凝土、吸音混凝土、海洋及水域生物适应型混凝土等方面。 （1）透水性混凝土（与普通的水泥混凝土路面相比，透水性道路能够使雨水迅速地渗入地表，还原成地下水，使地下水资源得到及时补充，保持土壤湿度，改善城市地表植物和土壤微生物的生存条件；同时透水性路面具有较大的孔隙率，与土壤相通，能蓄积较多的热量，有利于调节城市空间的温度和湿度，消除热岛现象；当集中降雨时，能够减轻排水设施的负担，防止路面积水和夜间反光，提高车辆、行人的通行舒适性与安全性；大量的孔隙能够吸收车辆行驶时产生的噪声，创造安静舒适的交通环境。（2）绿化混凝土（绿化混凝土是指能够适应绿色植物生长、进行绿色植被的混凝土及其制品。绿化混凝土用于城市的道路两侧及中央隔离带、水边护坡、楼顶、停车厂等部位，可以增加城市绿色空间，调节人们的生活情绪，同时能够吸收噪音和粉尘，对城市的生态平衡也起到了积极作用，是与自然协调、具有环保意义的混凝土材料。）（3）吸音混凝土（吸音混凝土是针对所产生的噪音采取的隔音、吸音措施。吸音混凝土具有连续、多孔的内部结构，具有较大的内表面积，与普通的、密实混凝土组成复合构造。多孔的吸音混凝土直接暴露面对噪音源，入射的声波一部分被反射，大部分则通过连通孔隙被吸收到混凝土内部。）（4）海洋及水域生物适应型混凝土（所谓海洋生物适应型混凝土，即能够营造出适合生物生长生息的空间或空隙，能够为海藻类生物提供合适的附着表面，并能在混凝土表面增殖，使混凝土周围的水质对生物生长没有不良影响。目前开发并已经实际应用的海洋生物适应型混凝土主要有人工礁石。国内对生态混凝土的研究起步较晚，但也取得了一定进展。如清华大学、吉林省水利科学研究所、吉林省水土保持科学研究所、同济大学等单位近几年做了较多的研究工作，已取得了一定的研究成果。清华大学提出自适应植被混凝土，是集智能混凝土和植被混凝土双重特性的新型生态混凝土。该混凝土本身具备自适应、自供给特征，能适应植物生长的植被混凝土，属于生态混凝土的一种。其结构本身具备自适应（自动适合植物生长的酸碱度和湿度）、自供给（结构内部提供植物生长所需的营养元素）特征，是一种能适合于植物生长的植被混凝土，并具有工程所需强度的多孔混凝土。吉林省水土保持科学研究所利用建筑废砖石作骨料，研制出一种在保持原有防护功能的前提下，能使植草良好生长的环保型混凝土护砌材料，并对绿化混凝土上草坪植物所需营养元素进行了研究，盐城工学院和南京工业大学研制粉煤灰制备的低碱生态混凝土，中建十八局研制了铁路绿色通道喷混凝土植生技术，天津市水利科学院研究了能长草的混凝土。但是到目前为止还仅限于使用孔洞型绿化混凝土块体材料，用于城市停车场。因此，继续开发、研究和应用新型绿化混凝土是将混凝土向环保型材料发展的一个重要方向。）但是到目前为止国内外真正做高储水生态混凝土方面的研究很少或者说有出研究成果的很少，所以说此次试验具有很大挑战性。22课题任务、重点研究内容、实现途径2.2.1课题任务1、高储水生态混凝土用胶结材、填料、集料、配合比研究2、高储水生态混凝土成型工艺、透水性、硬化性能研究3、制备出高储水生态混凝土。2.2.2重点研究内容本次实验重点就在于研究各种原材料的使用对混凝土的高效储水性的影响，进而初步得出最优原材料。还需要关注下混凝土的成型工艺对其高储水性的影响。2.2.3实现途径初步确定以自身带有孔隙的陶粒（粒径在5-10，特殊情况下可以采取破碎到这个粒径范围）作为粗集料、分别以破碎的陶粒和具有高效吸水性的膨胀珍珠岩作为细集料，使混凝土骨架具有多孔性而具有储水性，并且加入发泡剂和硫酸钠（芒硝）使得胶凝材料具有更多连通的开孔，使集料能够通过这些微孔更好的吸水、保水。通过以上的条件便可以解决混凝土集料本身的储水，以及混凝土胶结材料的储水，从而是混凝土整体具有良好的高储水性能。由于本实验中都是采用的轻集料，所以计算配合比时参考轻集料混凝土的配制经验。2.3基本配比以破碎的陶粒为细集料的混凝土基本配合比设计表单位体积用量（kg/m）编号砂率混合料陶粒破碎陶粒水泥净用水配水量A 35%677.0441.0237.0250.018018A 40%677.0407.0270.0250.018020A 45%677.0373.0304.0250.018022A 50%677.0339.0338.0250.018024A 35%677.0441.0237.0300.018018A 40%677.0407.0270.0300.018020A 45%677.0373.0304.0300.018022A 50%677.0339.0338.0300.018024A 35%677.0441.0237.0350.018018A 40%677.0407.0270.0350.018020A 45%677.0373.0304.0350.018022A 50%677.0339.0338.0350.018024以膨胀珍珠岩为细集料的混凝土基本配合比设计表单位体积用量（kg/m）编号砂率混合料陶粒破碎陶粒水泥净用水配水量B 35%475.0441.034.0250.018022B 40%446.0407.039.0250.018026B 45%417.0373.044.0250.018030B 50%388.0339.049.0250.018034B 35%475.0441.034.0300.018022B 40%446.0407.039.0300.018026B 45%417.0373.044.0300.018030B 50%388.0339.049.0300.018034B 35%475.0441.034.0350.018022B 40%446.0407.039.0350.018026B 45%417.0373.044.0350.018030B 50%388.0339.049.0350.018034根据试配结果，从上面两组配合比中，各自分别选择出一组最优基本配合比作出以下正交实验：添加硫酸钠和发泡剂的正交表 编号基本配合比编号硫酸钠 发泡剂A 11A 1%0.15A 12A 1%0.20A 13A 1%0.25A 21A 2%0.15A 22A 2%0.20A 23A 2%0.25B 11B 1%0.15B 12B 1%0.20B 13B 1%0.25B 21B 2%0.15B 22B 2%0.20B 23B 2%0.252.4进度计划序号起止周次工 作 内 容1第一周至第二周 查阅有关胶凝材料文献2第三周至第四周方案设计和开题报告3第五周至第八周 高储水生态混凝土用胶结材、填料、集料、配合比研究4第九周至第十二周高储水生态混凝土成型工艺、透水性、硬化性能研究5十三周至十四周撰写毕业论文6十五周至十六周 答辩学生签名： 2012 年3月 30日指导教师意见指导教师签名： 年 月 日B8重庆大学本科学生毕业设计（论文）附件 附件C: 译文指导教师评定成绩(五级制)：指导教师签字：附件C：透水混凝土路面材料性能实验研究摘要本文介绍巷道中的水泥混凝土路面材料。使用普通的材料和方法，透水混凝土的强度是低的，但是添加硅粉（SF）和减水剂（SP）使得透水混凝土的强度大大增强。透水路面材料由表面层和基础层组成。复合材料的抗压强度可以达到50兆帕和抗弯强度达到6兆帕。材料的水的渗透，耐磨，冻融耐久性也非常好。它可以应用到行人和车辆道路。它是一种环境友好型路面材料。关键词：混凝土，透气性，机械性能，耐久性1介绍我们的城市正在被建筑物所覆盖，隔绝空气和水的混凝土路面越来越多。此外，城市环境远离自然。由于缺乏对水和空气渗透的水泥混凝土路面，雨水不能渗透到地下。土壤没有持续的水供应，植物也难以正常生长。此外，土壤热交换与空气中的水分是很难的。因此，大城市的表面温度和湿度不能调整。这带来了城市热岛现象。同时，雨天道路上的毛绒会降低车辆和行走的安全。透水混凝土路面具有很多优势，提高城市环境如下：1雨水可以快速渗透到地面下，使地下水资源能及时更新。2.由于路面是透气透水，土壤下可以保持湿润。它提高了路面的环境。3.透水混凝土路面可吸收车辆的噪音，创造安静舒适的环境。在阴雨天，透水混凝土路面没有表面上的毛绒和晚上不反光，这提高司机的舒适和安全。4.透水混凝土路面材料有孔，可积累热量。这种路面可调节地表表面的温度和湿度，消除城市“热岛”现象。20世纪80年代以来，已经开始研究透水路面材料，如美国和日本等发达国家。然而因为其孔隙率相对较高，材料的强度低。材料的抗压强度只能达到约20-30兆帕。由于强度低，这些材料不能被用作路面。透水性混凝土只能适用于广场，人行道，停车场，或者公园的道路。使用选定的骨料，精细矿物掺合料和有机增强剂和调整具体配比，可以大大提高透水性混凝土性能。2透水混凝土模型和提高强度的措施透水混凝土的模型如图所示1。透水性混凝土是一种多孔的复合材料。水泥浆体或砂浆结合聚合在一起。有许多小孔直径在1毫米以上，使水可以迅速穿透混凝土，但透水混凝土的强度是比较低的。图1。透水混凝土的原理模型。基于该模型的透水混凝土。混凝土装车时，负载转移通过聚集粘贴的水泥。骨料的强度高，而水泥浆体的强度和水泥浆体和骨料之间的界面是相对薄弱。此外，水泥糊粘合剂层非常薄。因此，透水性混凝土骨料之间的粘合剂层总是很薄弱的。因此，增加水泥浆体粘结剂面积和提高水泥粘结剂的强度是改善透水混凝土强度的关键。在这项研究中，有两种方法被用来改善强度和其他力学性能。2.1.增加水泥浆体粘结剂区由于材料必须具有透水性，骨料颗粒之间的空隙不能完全填充水泥浆体。使用较小的骨料可提高骨料颗粒的数量，即单位体积混凝土。因为骨料颗粒增加，所以骨料比表面积和粘结的面积增大，混凝土的强度得到改善。2.2.加强水泥粘结剂的强度因为水泥石薄，水泥粘结剂的强度低。水泥石中存在孔隙和微裂纹，从而影响水泥浆体强度。过渡区存在更多毛孔和裂纹，这也大大降低了混凝土强度。在这项研究中，细矿物掺合料和有机增强剂可以改善微观结构和水泥浆体粘合剂的强度。水泥浆体的孔隙直径大多是5至50微米。加入超细颗粒矿物掺合料后，空隙直径被减少约0.1-0.2微米，这些颗粒还可以填补毛孔，增加水泥浆体粘结剂的密实。它也减少了骨料和水泥浆体过渡区间的厚度。因此，水泥浆体粘结剂强度得到提高。有机增强剂主要是聚合物，具有良好的粘结性能。它被加入到混凝土中，提高水泥浆体和骨料的粘结性能。由于其良好的填充性，有机增强剂可以填补毛孔，以增强水泥石的强度。3.实验方法3.1.物料普通硅酸盐水泥的矿物成分和所用的水泥的物理性质，化学性质，在表1所示。表1。硅酸盐水泥矿物成分和力学性能矿物成分（）物理性质28天强度（MPa）3S2SC3AC4AF初凝时间（小时：分钟）终凝时间（小时：分钟）比表面积（M2/KG）抗压强度抗折强度52.624.47.910.62:042:5830063.910.5表2，四个大小不等砾石作为粗骨料（G）和直径小于2.5毫米的沙子细骨料。表2。骨料直径范围（毫米）样本G1的G2的G3的G4的小号直径范围15-3010-205-103-52.5硅粉（SF）的SiO2含量为92.45。比表面积约18000 m2/kg。减水剂（SP）：SP是的酚醛酒。它的密度是1.1克/厘米3，有31的固体含量。醋酸乙烯-乙烯乳液（VAE）：VAE乳液是液体，乳白色水醋酸乙烯和乙烯共聚物乳液。乳液的固含量为55。其PH值为4.5，密度为1.07G/CM2。聚乙烯醇甲醛溶胶（PAF）：PAF的水溶胶是一个清澈的聚乙烯醇甲醛。PAF的水溶胶的固含量为8，密度为1.04克/厘米3。3.2.样品制备和保护样品被压采用1.5兆帕的压应力。混合料的工作性采用V B a h r n e r方法来测定。V B a h r n e r值控制在20-25之间。样本由基层和表面层组成，混合料必须分成两次铺设，并且每一次都要压实。成型后，样品必须用塑料膜覆盖，保持混凝土的水分。24小时后，样品可以拆除模具，后面放入养护室养护28天。养护室的温度为20C和相对湿度在95以上。样品有三种尺寸。样品大小是10020060毫米，一般是用来测量极限的抗压强度。样品尺寸为10030060毫米，是用来测量的抗弯强度。样品大小为10010060毫米，是用来测量水的渗透系数。3.3性能测试方法3.3.1抗压强度根据JC446-91标准4，样品被压到破坏，外力加载速度为0.3-0.5兆帕/秒。如图所示.2，被压迫的面积是12060毫米。从每一组中取出5个样品来测试强度。 图2，抗压强度测量示意图（1 =垫，2 =标本）。3.3.2.抗折强度抗折强度测量采用三个点的方法。支点跨度为240毫米和负荷率约0.1-0.2兆帕/秒。抗弯强度值确定从每一组中取出一个样本进行测试。3.3.3.水的渗透系数水的渗透系数是测量采用下面我们所设计的设备。如图所示3，设备的大小是100100300毫米。它是一个有机的玻璃，并在两端开口。测量前，样品表面用蜡来隔绝空气。装置被放在样品上面。温暖的蜡被用来在设备和样品之间隔绝空气，蜡冷却后变得又冷又硬，水注入设备。当水位线达到了200毫米，停止注水。当水位线下降至160毫米，定时器启动。当水位线达到140毫米，定时器停止。水的渗透系数（V），可以计算出：V = H / T其中V是水的渗透系数（毫米/秒），H为水位线的高度，从160到140毫米（20毫米），t是时间（s）时的水位线从160下降到140毫米。图3。水渗透系数测量草图（1 =设备，2 =试样）。3.3.4混凝土表面的耐磨性根据JC446-91标准4，设备测试如图4。碾轮宽度为70毫米。轮保持接触样品表面，车轮以75转的速度打开。同时在轮和样品表面之间，标准砂轮下降。磨削持续了1分钟，测量样品表面上跟踪长度。图4。画出的研磨设备（1 =样品支架，2 = 3 =锁栓，样品，4 = 5调节阀，料斗，6，7 =钢轮=暴跌）。3.3.5抗冻融性养护28天后，将试样浸泡在10-30水中48小时。然后开始冻融耐久性试验。试样放置在空气温度为-15，5小时后，再将试样放入水中解冻。水的温度是10-30C。25次冻融循环后，测定质量和强度损失。实验的结果与那些不暴露冻融的结果进行比较，然后计算这些试样强度损失。对于每个具体的混合物，五个试样用于测试冻融和另外五个作为对照组4。4.结果与讨论4.1.骨料尺寸对透水混凝土性能的影响如表3所示，三种不同尺寸的骨料被用于透水性混凝土。混凝土的强度，表观密度，水的渗透系数被测定。由于透水混凝土高孔隙率，所以其强度是比较低的。当混凝土的混合物比例和表观密度大致相同，减少骨料粒径可以提高混凝土强度。这可以归因于一个事实，即较小的骨料可以提高骨料和水泥浆体之间界面的强度。表3。采用不同骨料尺寸制成的透水混凝土属性混合数骨料粒径（毫米）细骨料的百分比（）水水灰比28天抗压强度（M P a）水的渗透系数（毫米/秒）单位重量（千克/米3）T115-30150.337.17.81839年T210-20150.359.88.31947年T35-10200.3513.88.91851年4.2.SF和SP的掺量对透水混凝土性能的影响表4给出的结果，G3和G4的骨料被用来研究一部分SF和SP对透水混凝土的强度和水的渗透系数的影响。表4SF和SP对透水混凝土的性能的影响混合数骨料粒径（毫米）细骨料的百分比（）水灰比SF百分含量SP百分含量28天抗压强度（M P a）水的渗透系数（毫米/秒）单位重量（千克/米3）T3510200.350013.88.91851T4510200.286020.11.92100T5510200.2260.835.52.92050T63500.260.826.720.01880T73500.260.857.21.72155SF 和 SP 的用量都是参照胶凝材料的百分比。T4组混合骨料的直径在5 - 10毫米.。当SF掺量为 6%而SP掺量为0时, 透水混凝土的强度比表三中的T3 组更高。但是这仍然是在20 Mpa以下的低水平，主要是由于SF颗粒分散不均匀。T5组中同时添加了SF和SP,混凝土的强度就增加到了35 MPa, 并且水渗透系数为2.9毫米/秒。好像同时使用SF 和SP可以取得更好的效果。T6和T7采用了直径3 - 5毫米的小尺寸骨料,并且同时添加了SF 和 SP。通过降低 1.0 MPa的压力使得T6组中产生更多的孔隙。这样他的单位重量低,水渗透系数较高 。T7混合成型压力增加到2.0 Mpa，它的强度增加到57 MPa,水渗透系数降低到1.7毫米/秒。结果表明：采用小尺寸的骨料，和添加SF、 SP,透水混凝土可以获得较高强度和高效的水渗透性能。4.3. 比较采用聚合物和采用SF、SP综合的效果图表5所示， T7T9都是采用了直径在35 mm的混合骨料.。T7 采用了 SF 和SP, T8 采用了VAE 乳液, T9 采用了PAF溶液。很明显,使用有机添加剂的强度大大提高透水混凝土的强度。然而VAE 乳液填充更多混凝土空隙.，导致混凝土变得更加的密室从而水的渗透系数降低到了0.3 mm/s。 采用PAF hydrosol 所得到的结果没有SF 和 VAE好。因为它的用量达到了30%, 导致成本更高。混凝土表面耐磨性采用PAF比使用SF和SP差。这三种添加剂的效果进行比较后，我们可以得出这样的结论：SF改善透水混凝土的属性最好比使用SP。表5 如下混合数添加剂类型用量 (%)SP百分含量水灰比28天抗压强度（M P a）单位重量(kg/m3)磨损痕迹的长度水渗透系数(mm/s)T7SF60.80.2057.2215529.21.7T8VAE150.2861.2231531.30.30T9PAF300.3552.1221034.72.29添加剂和SP的用量都是参照胶凝材料的百分含量水灰比中的水包括了在VAE 或者 PAF.中的水4.4. 透水混凝土路面材料的表面和基层属性基于实验研究，考虑到光滑路面和水渗透的持久性，我们决定透水路面材料可以包括基层和表面层。复合材料的性能，如强度，水的渗透，耐磨损，和冻融耐久性已全部测量。表面层的厚度约为10毫米，最大骨料粒径3-5毫米。T7混合物的比例被用来作为表面层。基层的厚度约为50毫米，骨料粒径5-10毫米。T