冻融及硫酸盐作用下氧化钙碳酸钠矿渣砂浆损伤机理研究.docx
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1、福州大学专业学位研究生论文开题报告论文题目冻融及硫酸盐作用下“氧化钙-碳酸钠-矿渣”砂浆损伤机理研究姓名学号150527053性别导师学科专业建筑与土木工程研究方向学院土木工程学院开题报告时间、地点导师审核意见导师签名:年月日审核小组意见与评定成绩(注:需对开题报告的总体情况进行评价,指出不足和建议,并明确是否同意开题报告通过。)审核小组成员签名:年月日评定成绩(在相应等级打Y)优()良()中()及格()不通过()学位点意见学位点负责人签名:一、论文选题依据(包括本课题国内外研究现状述评,研究的理论与实际意义,对科技、经济和社会发展的作用等)1.1 研究背景随着全球温室效应问题的日益突出,二氧
2、化碳排放已经成为可持续发展战略中的一个焦点话题,硅酸盐水泥是现代建筑工程中不可或缺的材料。我国是世界上水泥使用量最多的国家,2015年,我国水泥产量已达23.5亿吨。硅酸盐水泥在建筑方面有着非常明显的优点,如强度高、凝结快、耐久性好等,但是也有着不可忽视的缺点。在硅酸盐水泥的制备过程中,高温煨烧和两次粉磨过程中消耗非常巨大的能量,还需大量的石灰石和黏土,在煨烧过程中会释放出大量的二氧化碳,而且还会产生氮氧化物和二氧化硫等有毒气体。但是,在这种情况下,全球水泥产量仍然逐年增加,这是全球环境问题的一个沉重的包袱,所以,有必要寻找一种硅酸盐水泥的替代品。碱矿渣水泥(AAS)是由磨细矿渣(或磷渣、钢渣
3、等)和碱性激发剂混合而成的一种新型胶凝材料。与目前硅酸盐水泥相比,碱矿渣具有需水量小、水化热低和热稳定性好等优点。此外,碱矿渣混凝土还具有高强、耐久、节能、充分利用工业废渣和自然资源等优点,是一种很有发展前途的新型材料。碱矿渣混凝土的结构组成酷似古代混凝土,有沸石、水云母及低碱性水化硅酸钙。前苏联是目前碱激发水泥与混凝土应用最好、最广、最多的国家。上世纪的七八十年代起法国、中国、英国、美国、波兰、德国、日本、加拿大、澳大利亚等国也开始碱矿渣混凝土的研究,应用。我国曾在上世纪六七十年代在北京市生产加气混凝土制品和建筑中应用了这种材料,使用效果良好。耐久性是材料抵抗自身和自然环境双重因素长期破坏作
4、用的能力。在建筑工程上,材料的耐久性非常重要,而冻融循环及硫酸盐腐蚀是影响混凝土结构耐久性的重要因素。国内外越来越多的实际工程中,由于冻融和硫酸盐腐蚀而造成的混凝土结构的破坏实例更是说明了不能忽略混凝土结构的冻融及硫酸盐腐蚀问题,例如,据调查表明:美国公路总局1969年用于由于冻融破坏的公路桥梁路面修补的费用高达26亿美元,1979年达63亿美元;在我国北方存在着大量盐碱地及冻土地区,在寒冷及盐碱地区的钢筋混凝土结构物、混凝土构件及纪念性的建筑等,遭到了严重的腐蚀破坏。例如在河北以及新疆等地的盐湖地区建造的水泥混凝土结构物,由于硫酸盐的侵蚀,基本上是“一年粉化,三年坍塌天津曾由于盐碱腐蚀,在2
5、0世纪60年代,钢筋混凝土电杆成片倒塌,造成停电。在盐渍地区混凝土构件地面以上30Cm以内的部分,都发生了严重侵蚀,称为“烂根”;河北省德州一带的高速公路高架桥基础,由于冻融及硫酸盐的共同腐蚀,使用10年左右,已发生了严重的腐蚀。这些工程实例表明:如果不重视冻融及硫酸盐对混凝土工程的腐蚀问题,将会付出很大的代价。因为这不仅仅是个技术上的问题,还是影响国民经济的经济问题,更是涉及人民生活安全性问题。1.2 研究现状1.2.1 碱激发剂的研究现状目前研究较多的激发剂类型多为氢氧化钠和水玻璃,水玻璃激发可获得性能良好的碱激发胶凝材料,力学性能最高刁及优异的化学侵蚀能力。使用氢氧化钠激发所得的AAS力
6、学性能相对水玻璃激发较低,且其孔隙率较大并有较多粗大孔隙加。但同时也存在着诸多其他问题,例如高碱性(pH14)带来的危险、高昂的激发剂价格、收缩开裂网、凝结时间过快、拌合物黏度太高(流动性差)*、因拌合期间高PH值导致无现有减水剂适用、需另配激发剂溶液(实际施工使用程序复杂)。S.D.Wang等研究了使用硫酸钠作为激发剂的碱激发水泥,该AAS的强度极低,尤其是早期强度,且抗霜冻和碳化能力极差。而石灰和碳酸钠的价格相比氢氧化钠以及水玻璃的价格要低许多,例如全球平均市场价格氢氧化钠的价格每吨比熟石灰价格高56倍(生石灰价格更低),而工业级纯度碳酸钠价格仅为氢氧化钠价格的1312使用石灰(熟石灰/生
7、石灰)作为激发剂时,其后期力学性能较好且耐久性良好,腐蚀危险性小,但前期强度发展极慢,凝结极慢,且石灰用量较大,存在起砂现象,对养护条件要求较高。使用碳酸钠为激发剂的AAS,其可获得较高后期强度,耐久性优异,收缩值最低,低碱度腐蚀性,但其强度发展较慢,凝结硬化时间较长。MaximKovtun等,研究了使用碳酸钠主要激发剂,分别添加少量普通硅酸盐水泥、氢氧化钠以及熟石灰与微晶硅粉混合物作为碳酸钠激发剂的加速剂,并使用酸性矿渣作为激发对象,探究使用不同加速剂的水化过程、产物生成和强度发展。KimMS等(研究了以熟石灰为大剂量(1020wt%)激发剂,少量碳酸钠(2wt%)作为激发剂加速剂来激发粉煤
8、灰,并对其水化过程、微观结构、强度发展进行分析研究,其中生成了部分碳酸钙(方解石晶体形式存在)用以填充和细化孔隙。YangKH等恻研究了使用氢氧化钙为激发剂并使用硫酸钠或碳酸钠作为激发加速剂的S,获得了较好的工作性、相比强碱激发剂延长了凝结时间;其研究了该AAS的各项力学性能,如抗压强度发展、应力-应变关系、弹性模量、抗拉伸性能、抗剪性能、粘结滑移。KovtunM等研究对比研究单独使用碳酸钠为激发剂以及使用加配熟石灰与微晶硅粉混合物为激发加速剂激发不同粉磨工艺细度得到的矿渣,指出凝结时间延长,研究其水化产物及过程,并制备成袋装单组份AAS水泥粉料,通过预水化模拟长期保存后的袋装AAS水泥粉料劣
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