本科生毕业设计论文选题报告内容与格式

北京科技大学本科生毕业设计(论文)选题报告

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目录

1、文献综述

2

1.1课题背景

2

1.2国内外的石灰石粉在混凝土中的应用与研究现状

3

1.2.1物理填充机理

4

1.2.2对混凝土抗侵蚀能力的影响

5

1.2.3石粉对混凝土抗冻性能的影响

5

1.2.4对混凝土水化性能的影响

5

1.2.5对混凝土强度的影响

6

2、本课题的研究目的

7

3、课题的研究内容和试验方法

8

4、课题进度计划

9

5、参考文献

10

1、文献综述

1.1课题背景

我国目前在水泥，骨料和混凝土矿物掺合料等原材料供应方面不同程度地存在着品质问题。唐明述院士指出：原材料的优选优配对于高性能混凝土的推广应用十分重要。由于水泥和某些矿物掺合料实际上不适合做细微填料，原因是超高细度的水泥和高活性矿物掺合料会引起水化反应加剧、凝结硬化过快、混凝土温升提高、显著增大混凝土收缩而引起开裂等一系列问题。因此，高性能混凝土需要具有低反应活性的易于加工的细填料。

粉煤灰由于符合高性能混凝土的上述要求，国内使用量最大的是火力发电厂干排的粉煤灰。达到国标GB/T1596-2005规定的I、II级粉煤灰,掺入混凝土中,可减少水泥用量,降低生产成本,同时改善混凝土的工作性能,降低水化放热、提高耐久性。所以成为现代高性能混凝土中最重要的矿物掺合料，在混凝土中如加入粉煤灰可以改善混凝土和易性、耐久性和后期强度等诸多性能。但是。我国现在可用于混凝土的优质粉煤灰产量不足，可直接利用的干粉比例不大，能供应优质粉煤灰的电厂少，劣质粉煤灰(III级粉煤灰或更差的灰)细度粗,需水量大,烧失量高,常造成新拌混凝土工作性能差,强度波动大,混凝土结构劣化等问题。且粉煤灰普遍颗粒粗，含碳量高，需水量大。随着商品混凝土产业快速发展,火力电厂较少的南方城市(如广州、深圳)常出现粉煤灰供不应求的局面，企业多数使用的是劣质粉煤灰,或长时间断灰,给生产、施工及工程质量带来多方面的问题,因此寻找粉煤灰替代品是市场的迫切需求[1]。

石灰石是一种主要由方解石(CaCO3)组成的矿物,其资源丰富,大量应用于建筑材料、冶金、化工以及建筑业中。在水泥工业中,它主要作为煅烧水泥熟料用的生料来使用。作为水泥混合材,普遍认为石灰石是一种惰性材料,不具有水化活性作用,研究表明,在石灰石掺量较低时(≤10%水泥质量),石灰石可以提高混合水泥的早期强度,但是如果掺量继续增加,则会明显降低水泥强度[2-4]。将石灰石作为混凝土的掺合料近年来也有研究,主要目的是为了提高混凝土的早期强度。在磨细石灰石粉的细度达到13000m2/kg、掺量为胶凝材料10%的情况下,石灰石粉可以显著提高低水灰比(0.23)混凝土的早期抗压强度,当石灰石粉掺量不超过20%时,也可以提高混凝土的抗折强度[5]。

石粉作为石料场的废弃堆积物,既占用场地,又污染环境,一般没有重要用途。用石粉代替部分天然河砂,不仅可以解决天然河砂资源短缺问题和石粉污染问题，而且由于其价便宜,还会产生一定的经济效益[6]。

石灰石在我国有丰富的储量,除了上海、香港、澳门外,在各省、直辖市、自治区均有分布[7]。石灰石粉用作水泥混合材和混凝土掺合料是目前国内外研究的热点。最初的研究目的是为了在水泥中掺加石灰石粉以降低成本和节约能源,但是更长远的目的主要是为了改善水泥基材料的性能。因此,石灰石粉在水泥和混凝土方面的研究在技术上和经济上具有诸多好处[8-9]。

1.2国内外的石灰石粉在混凝土中的应用与研究现状

石灰石资源在我国分布十分广泛，价格低廉，尤其是我国南方、西南某些地区，在一些施工地区附近没有矿渣、粉煤灰、而石灰石资源非常丰富。大量研究表明石灰石粉不完全是一种惰性混合材[10]，后期可以生成三碳水化铝酸钙和单碳水化铝酸钙。由于石灰石易于磨细，因此随着高细粉磨技术的进步，可以将其粉磨至，利用石灰石粉作为混凝土掺合料已具备实施条件。

在我国上世纪60～70年代曾开发过快硬碳酸盐水泥，但这方面的研究和利用还是比较少。我国现行的国家水泥标准《硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥》GB175允许在水泥中掺加一定量的混合材，但是对混合材的掺量有所限制。水泥厂为了降低生产成本，掺加的混合材一般是一定量的石灰石[11]。近几年来有一些学者把石灰石粉作为混凝土的惰性掺合料研究，重点研究它的微集料效应[12]。一些研究人员通过研究发现石灰石粉参加到混凝土中对强度是有贡献的，它参与了混凝土的水化反应[13-15]。

石灰石粉作为混凝土掺合料和水泥生产的混合材在国外已经有广泛的研究和利用。在国外对石灰石粉的研究、开发和利用比较早，常用磨细石灰石粉配制自密实混凝土、大体积混凝土等。德国开发生产了石灰石粉掺量从6%～20%的石灰石硅酸盐水泥，法国生产此品种水泥已有较长的历史，产量也最多，以后品种标准CPJ45R和CPJ55R，可复掺亦可单掺石灰石，单掺石灰石量为10%～25%。欧洲水泥试行标准ENV197已将石灰石波特兰水泥列为一种单独类型的水泥品种。在日本，从二十世纪末石灰石粉已经开始广泛应用于高流动性混凝土和高性能喷射混凝土。美国AC1212.IR-81《AdmixturesforConcreteandGuideforUseofAdmixturesinConcrete》中指出，石灰石粉可以作为混凝土的矿物掺合料。

石灰石粉用于大型工程的实例已经很多，跨度为（960+1990+960）m的三跨度组成的世界跨度最大的日本明石海峡吊桥的桥墩、缆索锚固结构体的高流动性混凝土，块体混凝土的配比中每混凝土中水泥的用量为260kg，石灰石粉的掺量为150kg，用水量为145kg[16]，法国的西瓦克斯核电站Ⅱ号反应堆C50高性能混凝土的配合比中使用了CPJ5细掺料水泥，含有9%的石灰石粉。而每很难凝土中水泥用量为266kg，石灰石粉掺量为114kg，硅会参量为40kg，水胶比为0.38，塌落度为18cm～23cm，28天抗压强度为67MPa，绝热温升为30℃，其他指标均符合要求。这说明石灰石粉有广泛的利用前景，在国外一些先进国家中，已作为一种有效的混凝土掺合料来使用。

1.2.1物理填充机理

石灰石粉颗粒表面光滑，比表面积大，掺人混凝土中填充了骨料与胶凝材料间的空隙。由于石粉中含有一定量的低塑性细粉，故随着石粉含量的增加，砂的总体塑性指数降低，从而使RCC的值降低，拌和物更易振动碾压密实，减少碾压时问，缩短层间摊铺时间间隔。这不仅可以提高施工质量和施工速度，而且还可以改善混凝土的匀质性和密实性，提高RCC的强度、抗渗性和抗冻性[17]。

在混凝土中掺磨细石灰石粉，随着其掺量的增加、比表面积的增大，混凝土的抗折强度明显增高。在混凝土中掺入磨细石灰石粉，除起微集料作用外，还能促进C3S水化，明显提高混凝土的早期强度。但是到了一定范围，随着磨细石灰石粉掺量的增加其早期强度增长下降，掺量最佳值为10％左右[18]。

1.2.2对混凝土抗侵蚀能力的影响

相关研究表明，随着侵蚀时间的延长，砂浆和混凝土被侵蚀越来越严重，水灰比对混凝土抗侵蚀有一定的影响，水灰比越大，抗侵蚀能力越差；粉煤灰的掺人，也降低了混凝土抗侵蚀能力。而石灰石粉掺入产生的影响却有所不同：掺入石灰石粉使水泥水化产物中的单硫型水化硫铝酸钙转变为稳定的单碳水化铝酸钙，在短期的低温硫酸盐侵蚀环境下掺石灰石粉砂浆比纯水泥砂浆表现出更好的耐腐蚀性。在经受低温硫酸盐侵蚀后纯水泥砂浆生成大量的石膏和钙矾石，而掺石灰石粉砂浆在经受同条件21d侵蚀后的腐蚀产物中除了石膏、钙矾石外，还有少量的硅灰石膏生成，含石灰石骨料的水泥混凝土长期处于低温硫酸盐侵蚀环境中，会发生硅灰石膏型腐蚀破坏J。在长期低温硫酸盐环境作用下，少量石灰石粉的掺人改善了砂浆抗侵蚀性能，而掺量较多时反而会加速砂浆的侵蚀破坏过程[19]。

1.2.3石粉对混凝土抗冻性能的影响

石灰石粉会改变混凝土的密实度，改变混凝土内部的孔结构，对混凝土的抗冻性有一定的影响。

洪锦祥[20]对石屑混凝土进行研究发现，在C40混凝土中分别掺入石灰石粉10%，16%，24%，随着石灰石粉掺量的增加，混凝土的抗冻性越好。

田建平[21]等人研究高强机制砂中石粉和粉煤灰的复合效应时发现在高强混凝土中，由于高强混凝土的密实度很好，故混凝土的抗冻性随石灰石粉的增加没有明显的改善。

蔡基伟与李北星[22]等人在研究石粉与粉煤灰对高性能混凝土抗冻性能的影响中也发现，在混凝土中掺加3.5%、7%、10%和14%的石灰石粉时，随着石灰石粉掺量的增加，混凝土的相对动弹性模量没有明显的变化。

1.2.4对混凝土水化性能的影响

在水化热试验中，与粉煤灰相比，掺有50％石灰石粉的复合胶凝材料第二放热峰来得更快、更大，3d的总放热量也更高。这说明石灰石粉在复合胶凝材料水化早期能够加速水泥的水化，具有较强的加速效应。适当掺量的石灰石粉充当了C—S—H的成核基体，降低了成核位垒，加速了水泥的水化。从强度来看，石灰石粉掺量不大时，胶砂强度降低幅度较小；此外，石灰石粉还具有水化活性。石灰石粉与普通硅酸盐水泥在早期(28d以前)基本上不会发生水化反应，后期(180d)则水化生成水化碳铝酸钙；在铝酸钙水泥的激发下，石灰石粉早期(28d)就能参与水化，生成水化碳铝酸钙，主要是单碳水化铝酸钙[23]。

将石灰石粉应用于低水灰比混凝土中，发现混凝土28d的水化程度可高达80％～85％。当水灰比为0．3、石灰石粉掺量为10％时，其抗压强度在7d以前比不掺石灰石粉的试样要高，但随后下降6％[24]。石灰石粉早期对水泥水化的加速及其增加水化体系的实际有效水灰比两方面的共同作用，使水化程度得到提高，抗压强度增加。然而实际有效水灰比的升高也增加了水化体系的毛细孔，使后期强度有所降低。

在C3A单矿物分别掺0、10%、20%和35%的石灰石粉，实验发现石灰石粉限制钙钒石(Aft)向单硫铝酸盐(Afm)的转变，同时生成单碳铝酸盐(3CaO·A12O3·CaCO3·11H2O)以取代单硫铝酸盐。和单硫铝酸盐相比，单碳铝酸盐具有更大的不溶性，易于稳定存在[25]。MoncefNehdi等人[26]的研究也证实了掺有石灰石粉的混凝土具有较高早期强度的原因是生成了更稳定的单碳水化铝酸钙。

石灰石粉的掺入不仅使水泥在水化过程中诱导期提前，甚至在最低的试验温度下也常常会出现～个很明显的放热峰，但这一现象不会出现在石英粉为掺和料的复合胶凝材料中；石灰石粉的掺入明显影响了第二放热峰的出现，掺量越高，试验温度越高，放热峰越显著[27]。

1.2.5对混凝土强度的影响

周明凯等人的研究认为石灰石粉对水泥水化具有增强作用，认为石粉在水泥水化反应中起晶核作用[29-30]，诱导水泥的水化产物析晶，加速水泥水化并参加水泥的水化反应，生成水化碳铝酸钙，并阻止钙矾石向单硫型水化硫铝酸钙转化[28]。

2、本课题的研究目的

此次课题希望将石灰石粉掺入到混凝土，验证石灰石粉改善工作性能，提高强度，改善开裂性能，改善耐久性。研究以石灰石为主体的系列混凝土复合矿物掺合料的配方及其性能。希望通过研究进一步明确石灰石粉参入混凝土对混凝土性能的影响，以及不同配比之间的性能影响的变化趋势，为后续的研究和试验打下基础。

3、课题的研究内容和试验方法

此次课题研究的基本内容包括：

1.石灰石粉复合低品质的粉煤灰、矿物掺合料研究；

2.石灰石粉复合矿渣粉矿物掺合料研究；

3.石灰石粉复合粉煤灰、矿渣、硅粉矿物掺合料研究；

4.复合掺合料的需水行为、颗粒级配、活性指数以及对混凝土和易性、早期开裂、强度、氯离子扩散系数的影响。

具体的研究内容包括：

1.实验材料材性实验；

2.复合掺合料对混凝土和易性的影响；

3.复合掺合料混凝土配合比优化；

4.复合掺合料混凝土抵抗早期开裂性能研究；

5.复合掺合料混凝土弹性模量与强度发展规律；

6.复合掺合料抵抗氯离子扩散能力；

7.与空白试验对比。

本课题主要针对石灰石粉混凝土的特点，结合实际生产应用和混凝土拌合物特点，在课题组人员前期研究的基础上，考察混凝土的和易性、力学性能、耐久性能，采用等量替代水泥，通过把不同的胶凝材料掺量、石灰石粉掺量以及与低品质粉煤灰、矿渣，硅灰复掺，在不同水胶比条件下配制的混凝土在和易性、力学性能和耐久性能等方面进行对比，研究水胶比、胶凝材料总量、石粉掺量、石粉与矿渣、硅灰复掺对耐久性能影响规律，进而探讨混凝土在掺加石灰石粉后的行为特点与机理。着重研究随着石灰石粉的掺入，对混凝土工作性、早期硬化开裂和抗冻性能方面的影响。

4、课题进度计划

第4周毕业论文实习，进行相关专业知识培训，准备材料,确定实验方案

第5-6周原材料试验

第7-10

周混凝土试配与成型

第11-13周混凝土强度和耐久性试验

第14-15周完成论文初稿撰写

第16周论文审查与修改

第17周完成答辩

5、参考文献

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