氧化镁对碱矿渣砂浆固化氯离子性能影响研究.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氧化镁对碱矿渣砂浆固化氯一寓子性能影响研究姓名学号性别导师学科专业研究方向高性能混凝土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（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：年月日学位点意见学位点负责人签名：年月日一、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、研究背景河砂作为人们最常见的混凝土细骨料，其对建筑业的发展有着卓越的贡献。但如今，过量的开采河沙导致的危害已经层出不穷，最主要最直接的危害就是使两岸堤

2、坝的安全性能下降，采砂会导致河床变低，进而会使堤坝根部遭受水流淘刷。其次，过度而无序采砂会导致河床稳定性降低，部分河床严重下切，容易造成相关水利建筑的基础外漏，影响建筑物的耐久性；其三，河床降低，河道水位也会降低，严重的会直接影响两岸居民生活用水和农业用水。河砂减少，也会导致河水自净化能力的降低，会使水质变差。其四，过度采砂，河床流路散乱，对行船很不安全等等。在习主席系列重要讲话中表明：“优化国土空间开发格局。国土是生态文明建设的空间载体，要按照人口资源环境相均衡、经济社会生态效益相统一的原则，统筹人口分布、经济布局、国土利用、生态环境保护，科学布局生产空间、生活空间、生态空间，给自然留下更多

3、修复空间，给农业留下更多良田，给子孙后代留下天蓝、地绿、水净的美好家园。加快实施主体功能区战略，严格实施环境功能区划，构建科学合理的城镇化推进格局、农业发展格局、生态安全格局，保障国家和区域生态安全，提高生态服务功能。要坚持陆海统筹，进一步关心海洋、认识海洋、经略海洋，提高海洋资源开发能力，保护海洋生态环境，扎实推进海洋强国建设。所以，在沿海地区，海砂取代河砂是必然的趋势，是符合可持续发展观的一项举措J砂、水泥等是钢筋混凝土结构的主要原材料。海洋及海岸构筑物，主要是钢筋混凝土结构，对砂子等自然资源的消耗很大。我国经济建设的飞速发展，使沿海地区陆续出现河砂短缺现象。同时，过度开采河砂破坏生态环境

4、，这也是其他国家所面临的问题，各国都在大力发展替代用砂，如海砂、沙丘砂和淋洗土砂等，其中海砂在建筑砂砾石资源利用中的比重越来越大。近几年，我国海砂开采业迅猛发展。据不完全统计，2003年我国海砂开采约9000多万吨，其产值达22.5亿元，海砂己成为工程建设用砂的主要来源之一。海砂的开采和利用有效地弥补了淡水砂资源的不足，缓解了日益紧张的供需矛盾，但同时也对混凝土结构留下了耐久性方面的隐患。海砂携带的氯离子渗透到钢筋表面，会使局部PH值降低,导致钢筋的锈蚀，成为影响钢筋混凝土结构耐久性的重要原因。碱矿渣混凝土是一种新型建筑材料。与传统硅酸盐混凝土相比，它具有强度高、抗腐蚀性强、耐久性能优良等特点

5、，并且它的生产可以提高工业废渣的利用率，能充分节省现有自然资源，保护生态环境。因此碱矿渣混凝土是一种很有发展前景的新材料，其开发利用符合社会经济持续发展战略闻。碱矿渣混凝土作为一种节能、利废、环保型建筑材料，具有优良的物理力学性能和耐久性。目前，有关该混凝土氯离子渗透及钢筋锈蚀性能的研究较少，开展相关研究对促进碱矿渣混凝土在钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土工程中应用具有重要意义，0o碱矿渣水泥不仅性能优良，适应性好，而且资源消耗小，能耗低，发展该胶凝材料不仅节约资源，可以合理利用固体废弃物，而且还具有显著的经济社会与环保效益，被誉为低碳环保节能“绿色”建材，可以替代传统水泥，其开发利用符合社会经济

6、可持续发展战略，具有重要的意义皿。总之，在全国大力推进生态文明建设的背景下，解决河沙资源缺乏的问题，以海砂代替河沙，减轻能源消耗和工业污染的问题，以碱矿渣替代水泥，以科学技术为桥梁，向海洋索取宝藏2、国内外研究现状目前国内外很多学者对不同类型的水泥氯离子抗渗及固化性能进行过研究，并得出结论:氯离子的临界值对混凝土钢筋的锈蚀也有非常重要的影响。当混凝土中的自由氯离子含量达到或超过临界值时，会引起钢筋发生锈蚀。Yik1irimH研究了粒状高炉矿渣水泥、抗硫酸盐水泥、掺粉煤灰硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥在混凝土氯离子渗透性能方面的差异性，表明了水泥类型对混凝土的抗渗性有不同的影响。并且，认为电通量法测

7、出的氯离子渗透性能是受到两个因素的共同影响：一个是取决于混凝土孔结构，另一个是混凝土孔隙液的离子。关于高炉矿渣水泥的研究也很多，陈乔间采用ASTMC1202-97规定的试验方法和浸烘循环试验，研究了矿渣细度、溶矿比、碱组分及矿物掺合料对碱矿渣混凝土氯离子渗透性及钢筋锈蚀性能的影响，并分析了孔结构和界面特征与氯离子渗透性和钢筋锈蚀之间的关系。卢一亭采用等温吸附法及自然扩散法研究混凝土中氯离子的结合能力及其影响因素的作用，分析氯离子结合规律中存在的非线性问题。获得不同测试方法测得的氯离子结合能力，对比两种试验方法的适用性，建立系统的试验数据，为高氯环境下实际工程的耐久性抗氯盐腐蚀设计及结构寿命预测

8、提供理论依据。勾密峰f时得出结论：“硬化矿渣浆体不但具有化学结合氯离子的能力，还具有物理吸附氯离子的能力；在所研究的氯离子浓度范围内，其固化氯离子的能力适合Freund1ich关系曲线。随着PH值增大,硬化矿渣浆体固化氯离子的能力降低;与硅酸盐水泥相比，pH值对硬化矿渣浆体固化氯离子能力的影响更大，其固化氯离子的能力下降更快。与硅酸盐水泥不同，硬化矿渣浆体固化氯离子的能力随着温度的升高而增强。”匡琪S通过自然扩散法测定了矿渣混凝土中总氯离子和自由氯离子含量，获得了混凝土对氯离子的结合能力，研究了扩散深度、养护时间和矿渣掺量对氯离子结合能力的影响规律。结果表明，矿渣混凝土氯离子结合能力随着扩散深

9、度的增加而逐渐增加；随着养护时间的延长，矿渣混凝土氯离子结合能力起初呈不断增大的趋势，当养护时间大于365d时，增长趋势逐渐趋于稳定；随着矿渣掺量的增加，混凝土的氯离子结合能力呈先增加后减小的规律，氯离子结合能力最大时的矿渣掺量为30%o对于混凝土来说，海砂、海水是混凝提主要氯离子来源，关于传统海工构筑物耐久性方面，海水对混凝土的腐蚀已经有大量的研究5如。氯离子对混凝土中钢筋的作用机理包括：局部酸化作用、形成“活化一钝化”腐蚀原电池和催化作用等。混凝土遭受酸腐蚀时，混凝土内部碱性下降，原先由水化产物结合形成的F盐变得不稳定，之后开始分解。Gonii囤和SUryaVanSh在他们的研究中已经证明

10、了F盐的稳定性与PH值息息相关。所以解决海砂、海水资源丰富和难以应用的矛盾势在必行。黄华县认为，在评估氯离子渗透对混凝土及钢筋锈蚀的危害时，必须从两个方面予以考虑：一是混凝土对氯离子渗透的扩散阻碍性能，这种扩散阻碍性能取决于混凝土的孔隙率大小及孔径分布情况；二是混凝土对氯离子的物理或化学固化能力，这种固化能力既影响混凝土氯离子的渗透速度，又影响水中自由氯离子的固化速率。因此，混凝土对氯离子的固化能力是评定混凝土的氯离子渗透性能时的重要参数。关于氧化镁掺入碱矿渣的研究是一项新课题，单继雄研究了活性氧化镁对碱矿渣混凝土抗碳化性能的影响。研究了掺入氧化镁后浆体吸水率、混凝土干缩率、抗氯离子渗透性能以

11、及混凝土碳化深度的变化，并进一步分析掺入氧化镁后浆体水化产物和碳化产物的变化。结果显示，掺入氧化镁有助于降低浆体的吸水率、减少混凝土干缩和提高混凝土抗渗性。此外，氧化镁促进浆体中类水滑石的生成，碳化时延缓CSH凝胶的分解。最终导致混凝土碳化深度的降低。56d时，掺入3%氧化镁可以使碳化深度下降60%,而掺入6%氧化镁可使碳化深度下降80%以上。氧化镁掺入碱矿渣中后发生水化反应，未检测到氢氧化镁的存在，Feic30j认为原因是：水化中的镁离子与Si0、A10重组反应生成MSH凝胶或者类水滑石，而M-S-H很难通过XRD检测出来。BreW:发现Mg(OH)2较容易在SKh活性较低和含量少的环境中生

12、成。通过对水化产物的测试，随着养护时间的延长，氧化镁水化程度的增大，氧化镁的掺入，促进类水滑石的生成枷。水滑石、类水滑石和柱撑水滑石统称为水滑石类材料，结构示意图如图1所示，是一类由带正电荷层和层间填充带负电荷的阴离子所构成的层状化合物，又称为层状双氢氧化物。图1类水滑石结构示意图理想分子式为：M2+-xM3+x(0H)2x+AnxnmH20其中，M2+是二价金属阳离子，M3+是三价金属阳离子，An-是层间阴离子网。类水滑石也即层状双金属氢氧化物(1DH),理想分子式为Mg6Ah(0H)i6C034H20,是一种层状阴离子粘土矿物，单元层结构由类似氢氧化镁Mg(0H)2的八面体构成。由于八面体

13、中心的Mg?+被AF+同晶置换，导致水滑石层间带有大量永久正电荷，中层间的C(V-所带负电荷与层上正电荷平衡，使这一结构呈电中性。水滑石在450550左右焙烧能破坏其层状结构，转化成较稳定的双金属氧化物Mg3A1O4(OH)(1DO),焙烧后的产物具有介孔结构，比其前驱物的比表面积更大，且具有结构“记忆”效应，即在一定条件下重新吸收水和阴离子而部分恢复原有层状结构。这种结构“记忆”效应使水滑石具有较强的阴离子吸附性，可作为阴离子污染物的吸附剂。严刚初得出结论：铝镁水滑石材料对氯离子的吸附比较符合1angmUir吸附等温式，其最佳反应温度、最佳吸附时间和水滑石最佳投加量分别为30、3.Oh和0.

14、2g。铝镁水滑石材料对氯离子的饱和吸附量为21.67mg/go考察国内外文献得知，氧化镁掺入碱矿渣混凝土对氯离子的固化影响这一新课题还处于实验研究阶段，所以本课题采用氧化镁对碱矿渣砂浆固化氯离子性能进行研究，为后期工程应用奠定一定的理论基础。3、研究意义碱矿渣混凝土作为一种节能、利废、环保型建筑材料，具有优良的物理力学性能和耐久性，开展相关研究对促进碱矿渣混凝土在钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土工程中应用具有重要意义(何。掺入氧化镁有助于降低碱矿渣混凝土浆体的吸水率、减少混凝土干缩和提高混凝土抗渗性。更重要的是，氧化镁促进浆体中类水滑石的生成12叫经过阅读文献和实验证明，掺氧化镁碱矿渣混凝土比不掺

15、氯离子固化率有所增加，降低混凝土中自由氯离子浓度，降低由于海砂氯离子原因导致钢筋锈蚀的可能性。储量丰富的海砂是沿海地区重要的建筑用砂来源。生产混凝土用于建设工程中是海砂使用的主要途径。中外不同历史时期的经验和教训表明：使用海砂是经济社会发展的必然，但关键在于能否科学、合理地使用，用得好，可以创造巨大经济、社会和环境效益。目前，海砂还不能有效地取代河砂。若采用掺氧化镁碱矿渣，并充分利用沿海地区的丰富资源一一海砂来制备碱矿渣混凝土，具有更高的综合效益。二、论文的研究内容、研究目标，以及拟解决的关键问题(包括具体研究与开发的主要内容、目标和要重点解决的关键技术问题)1、研究目标研究掺氧化镁碱矿渣砂浆

16、氯离子固化机理。2、研窕内容（1）氧化镁掺量和活性对碱矿渣砂浆在不同龄期（3d、7d和28d）时氯离子固化率的影响。通过改变氧化镁掺量（0、2.5%、5乐7.5%,10%）和选取不同活性氧化镁进行实验。（2）养护制度对掺氧化镁碱矿渣砂浆在不同龄期（3d、7d和28d）时氯离子固化率的影响。分别用水养、自然养护和蒸压养护进行实验。（3）采用宏观和微观试验研究相结合的方法，研究掺氧化镁碱矿渣砂浆氯离子固化机理。3、拟解决的关键问题（1）氧化镁的活性及掺量对碱矿渣砂浆水化产物种类及孔结构的影响。（2）养护制度对碱矿渣砂浆水化产物种类及孔结构的影响。（3）验证类水滑石是起主要固化氯离子作用的水化产物之一，提出假设模型。（4）根据参考文献和微观实验，提出主要水化产物类水