粉煤灰和矿粉取代部分水泥.docx

1项目概述1.1 项目来源随着我国高速铁路及公路建设对混凝土各项技术指标要求越来越高，公司近年承揽了大量的高速铁路及公路施工任务，年混凝土需要量在150万m3以上。如何通过自主创新和引进消化吸收再创新，质量控制等核心技术，推动公司混凝土生产技术进步，成为一个非常迫切的课题。总结我公司多年混凝土施工经验，改变原来高速公路项目普通混凝土配合比传统设计思路，全面推广成熟的高性能混凝土技术，设计出工作性能稳定，符合常规及复杂施工条件下需要的高性能混凝土。2012年上半年，公司由中心试验室牵头组成混凝土专家组会同长深高速A3合同段项目部、沈海复线罗源A2合同段项目部，经过大量基础试验研究及检测，设计出性能优异(工作性满足施工要求、强度满足设计要求，耐久性和抗裂性能好)、质量稳定的混凝土，并取得了良好的社会经济效益。1.2 项目研究的目的、意义和用途本项目是通过最少浆体理论对混凝土配合比进行优化，在保证混凝土工作性的前提下，使得混凝土浆体用量最少。该优化主要有两个方面的意义：1、浆体量减少，则由浆体引起的混凝土收缩也随之减少，混凝土体积更稳定，抗裂性能更好；2、浆体量减少，也就意味着胶凝材料用量减少，混凝土生产成本大大降低。目前研究成果已在三明长深A3标、罗源A2标C50混凝土梁体中成功应用，验证了最少浆体理论在实际工程上应用的可行性，体现出该研究成果在混凝土性能优化及成本降低两方面的优势，可以为其他类似工程提供借鉴意义。1.3 项目研究的主要内容本文将双掺技术应用于高速公路的项目中，用粉煤灰和矿粉取代部分水泥，以达到提高工作性、力学性能、耐久性和降低成本的目的。从物理堆积密实度和化学反应产物的角度考虑胶凝材料的比例，为确定最优的胶凝材料比例提供理论基础。用最少浆体理论进行混凝土的配合比设计，与常规混凝土配合比设计方法进行试验对比，验证其优势，并研究利用最少浆体理论设计的混凝土的抗裂性能。本文的研究内容如下：(1)进行原材料试验，利用石子表面包裹的浆体来测定石子的比表面积，利用自制的砂比表面积测定仪测定细骨料的比表面积，为最少浆体理论配合比设计提供基础。(2)利用测得的粗、细骨料的比表面积和ToUfar模型进行骨料的设计，为最少浆体理论配合比设计作准备。（3）从物理堆积密实度和化学反应两方面综合考虑确定胶凝材料的比例，利用Aim和GOff模型对物理堆积密实度进行计算，化学反应方面则是根据其水泥水化反应与二次水化的反应式进行摩尔量的计算。物理堆积密实度越大，对结构不利的Ca（OH）2越少，生成的C-S-H和C-A-H量越多，则其胶凝材料比例越优，以此作为判断依据确定理论最优的胶凝材料比例，并通过抗压强度试验进行验证。（4）根据骨料设计、胶凝材料设计的结果，用最少浆体理论进行混凝土配合比的初步设计，然后通过工作性试验和力学性能试验对设计出来的配合比进行优选，选定最优的混凝土配合比，着重研究该组混凝土配合比的各项性能，以验证用最少浆体理论进行混凝土配合比设计的适用性。（5）根据确定的最优配合比制作试块，同时也制作常规设计配合比的试块和不采用双掺技术的试块作为对比组。进行工作性与力学性能的试验，测定3组配合比的3d、7d、28d抗压强度，7d、28d劈拉强度，坍落度，坍落度损失，初、终凝时间，确保最少浆体理论设计出的混凝土可以满足工作性和力学性能的要求，并比较与其他两种配合比的优劣。（6）用氮吸附法测定混凝土孔的比表面积和孔径分布，从微观角度研究不同配合比的差别，并以此作为解释宏观性能的基础。采用电通量法（ASTMCI202法），测试6小时通过混凝土的电量，使用NEL-PEU型混凝土电通量测定仪进行测试，研究混凝土的抗渗性，作为评定耐久性的指标。（7）利用抗裂环试验测定混凝土的抗裂性能，因为裂缝是影响混凝土使用寿命的重要因素，所以研究其抗裂性能有着重要的意义。比较不同设计方法确定的混凝土配合比的抗裂性能优劣。（8）对混凝土的抗碳化性能和抗冻融性能进行试验，测定其28d的碳化深度、质量损失率和相对动弹模量，比较不同配合比混凝土的耐久性能。1.4技术方案、技术路线和研究方法的选择该研究项目从原材料的性能出发，从理论和实验两个方面分析Toufar骨料模型以及胶凝材料比例变化对混凝土性能的影响，进而通过最少浆体理论对混凝土配合比进行优化，再研究其工作性能、力学性能及耐久性能，并将实验结果与优化前的混凝土进行比较，得出实验结论。最后将优化后的混凝土应用于实际工程，验证其理论结果的可行性和适用性。具体技术路线见图Mo查阅相关文献原材料实验骨料设计胶凝材料设计配合比设计混凝土试配比较强度及工作性实验结论工作性能试验配合比优选力学性能试验W弹性模量试验孔结构试验W电通量试验抗裂环试验.碳化试验7图1-1技术路线2研究工作的组织与管理本科研项目为公司自选科研项目，参与的所有科研人员为自己公司内部技术人员以及福州大学的技术人员。中铁十七局集团：研究人员及工作分工：项目负责人李永珑高工长期从事土木建筑工程结构的管理和技术工作，项目组成员李宗海、月仁荣、吴剑飞、杨胜忠、徐建洋、樊志忠、任平、张勇军、谭志亲、杨勇。李宗海、月仁荣、吴剑飞主要负责技术路线与方案设定，杨胜忠、徐建洋主要负责具体技术方案编制与实施指导，樊志忠、任平、张勇军、杨勇主要负责具体技术方案实施及数据收集，谭志亲主要负责具体具体技术方案编制及数据收集。实验场地及设备：本项目实验现场试验部分在中铁十七局集团第六工程有限公司工程检测中心站进行。本项目实验主要用到以下实验设备：SJD60型强制式单卧轴混凝土搅拌机、振动台、YC-2000试验压力机、NEL-PEU型混凝土电通量测定仪。福州大学：研究人员及工作分工：项目指导老师季韬教授长期从事土木建筑工程结构的教学和科研工作，对建筑结构和现代的混凝土技术等方面有比较深入的研究，曾发表过“混凝土拌和物坍落度预测方法的研究”等国内期刊。项目组成员郑文元、傅懋渊和孙春景为福州大学土木工程学院在读研究生。郑文元主要负责骨料性能研究、TOUfar骨料模型研究、最少浆体理论的研究计算。傅懋渊主要负责胶凝材料比例的优化设计。孙春景主要负责实验方案的准备及实施。实验场地及设备：本项目实验研究部分在福州大学土木工程学院土北实验楼及2号实验馆进行。本项目实验主要用到以下实验设备：SJD60型试验室用强制式单卧轴混凝土搅拌机、振动台、DYE-2000试验压力机、V-SOrb2800孔结构分析仪、NEL-PEU型混凝土电通量测定仪、抗裂环实验系统、混凝土快速冻融装置（TDRF-2）、DT-20动弹仪。3项目研究进展基本情况完成时间段工作内容参与人员2012.5.6-2012.5.12骨料性能研究ToUfar骨料模型研究胶凝材料设计最少浆体理论设计郑文元、傅懋渊2012.5.132012.6.12混凝土配合比试配及优选郑文元、傅懋渊、孙春景2012.6.132012.7.16混凝土性能研究孙春景、郑文元、傅懋渊2012.7.172012.9.11混凝土配合比现场验证樊志忠、任平、张勇军、谭志亲2012.9.122013.7.11混凝土生产及现场施工指导李宗海、月仁荣、吴剑飞、杨胜忠、徐建洋4主要完成单位和主要完成人员名单序号姓名性别出生年月技术职称文化程度（学位）工作单位1李永珑男1973-11高级工程师工程硕士中铁十七局集团第六工程有限公司2李宗海男1972-05高级工程师本科中铁十七局集团第六工程有限公司3月仁荣男1963-07工程师大专中铁十七局集团第六工程有限公司4吴剑飞男1970-05高级工程师本科中铁十七局集团第六工程有限公司5杨胜忠男1976-08助理工程师大专中铁十七局集团第六工程有限公司6徐建洋男1977-11高级工程师本科中铁十七局集团第六工程有限公司7樊志忠男1968-03高级工程师本科中铁十七局集团第六工程有限公司8任平男1974-06高级技师中技中铁十七局集团第六工程有限公司9季韬男1972-08教授博士福州大学土木工程学院10张勇军男1973-11助理工程师中专中铁十七局集团第六工程有限公司11谭志亲男1985-05助理工程师本科中铁十七局集团第六工程有限公司12杨勇男1976-11工程师本科中铁十七局集团有限公司13郑文元男1990-07助理工程师本科福州大学土木工程学院14傅懋渊男1990-02助理工程师本科福州大学土木工程学院15孙春景女1990-05助理工程师本科福州大学土木工程学院5取得的主要成果本项目取得了“水泥安定性检测辅助装置”、“水泥比表面积测定辅助装置”、等2项实用新型专利成果。项目研究实施期间发表了1篇论文Amixproportiondesignmethodofmanufacturedsandconcretebasedonminimunpastetheory6人才引进、人才培养以及人才队伍建设情况本科研项目在技术路线选择与技术方案制定、实施过程中，由项目负责人制定总体研究方向及研究目标，由福州大学季韬教授进行了全过程技术指导。科研项目设立以总工程师为项目负责人，带领相关工程技术人员等组成的科研攻关小组。通过本科研项目的研究与实施，培养了在配合比优化方面的技术型人才。7项目资金投入和使用情况本项目从2012年5月“基于最少浆体理论的高性能混凝土配合比优化及性能研究”科技研究项目在公司立项以来，企业拨付科研经费与项目部采用积极措施筹措资金来解决本科研项目的研究经费问题；2012年5月，公司与福州大学签订科研实施计划合同后，公司就拨付本科研项目实施小组科研经费10万元，项目通过阶段性自筹各类资金75万元，合计投入85万元。科研资金主要用于科研人员的工资、实验及试验投入相关设备费、方案专家指导及论证费、投入试验的相关材料费以及相关的管理费用等。8项目实施取得的成效项目实施对促进相关产业或社会发展的作用，对提升企业创新能力和市场竞争力的作用，对经济社会发展的支撑和引领作用：该课题利用粉煤灰和矿粉大量取代水泥，同时将最少浆体理论成功应用于C50高性能混凝土配合比设计，设计指标达到或优于规定的设计指标。大量的工程需要会促进矿物掺合料相关行业的发展，实现材料的循环利用和可持续发展。同时.，设计方法的转变为高性能混凝土的配合比设计提供了新的思路，推动了企业混凝土设计和生产技术的发展，让企业处于市场竞争的有利位置。推广应用情况和取得的社会、经济效益：目前该研究项目已成功应用于三明长深高速公路连接线A3合同段及沈海复线宁连福州段高速公路A2合同段，通过该技术解决高性能、高标号混凝土的远距离运输、高温施工及大体积施工混凝土水化热高、坍损等技术难题，在保证工程质量的同时.，并取得了约800万元经济效益,具有良好的经济效益。水泥属高耗能产品，降低水泥用量又起到节能减排的作用，有良好的社会效益。应用前景：目前该技术在公司其他项目正逐步推广应用o基于最少浆体理论配合比生产的混凝土具有收缩小、抗裂性能好的特点，即更好的耐久性能，可以延长公路的使用寿命，对于今后的运营维护也有着深远影响；同时，水泥用量减少，降低了成本，对于节约能源、减少污染、环境保护有着重要的意义，具有广泛推广前景。