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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碱矿渣泡沫混凝土的制备与性能研究姓名学号性别导师学科专业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：年月日鬻普优良中及格不通过等燃）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）研究背景1.Ll泡沫混凝土的研究背景当前，中国的建筑产品还处于能耗大、能效低、污染重的现状。根据有关资料，我国能源总消耗量中约有30%为建筑
2、能耗，建筑能耗成为国家的能源负担，对我国经济社会的可持续发展产生严重制约，对能源安全和大气环境造成重大威胁。预计到2020年建筑能耗将达到11亿吨标准煤田。建（构）筑工程对混凝土使用功能提出了新的要求。除了强度和耐久性，轻质、保温、隔热、隔声、防潮等同样成为主要技术指标。国家发改委、科技部、商务部颁布的当前优先发展的高技术产业化重点领域指南（2004年度）中提倡重点发展具有憎水、中强、轻质、防火、无毒、无味等特点的全无机保温隔热材料及制品。泡沫混凝土是将发泡剂产生的泡沫引入砂浆、水泥净浆或水泥-粉煤灰净浆等水泥基材料中，经成型及养护形成的含大量封闭气孔的轻质混凝土网。泡沫混凝土具有流动性高、集
3、料消耗少、质量轻，以及保温隔热、防火、隔声、抗震及耐久等优异性能，是当今重点发展的节能环保型材料。使用泡沫混凝土，一般可使建筑物自重降低25%,有些达30%40%,因而在建筑物的内外墙体、屋面、楼面、立柱、墙体填芯等建筑结构中采用泡沫混凝土皆具有显著的经济效益。通常的泡沫混凝土干密度范围为400-1600kgm3,可由泡沫的用量进行简便调控；若再结合轻质填料的使用，泡沫混凝土密度可降至200kg/左右，结构自重将更轻、隔热和隔音等性能更好；发泡剂的种类、制泡方法、泡沫均匀性，原料组成与配合比，泡沫混凝土生产与养护工艺等是影响泡沫混凝土制品质量的主要因素。作为一种轻质多孔材料，泡沫混凝土具有体积
4、密度小的特性，高隔热，隔音效果好，防火性好抗震性能。泡沫混凝土在建筑节能中具有巨大的应用前景。1.1.2碱激发水泥的研究背景I一个多世纪以来，硅酸盐水泥一直是使用最为广泛的建筑材料，随着人们环境保护意识的逐渐加强，人们认识到传统硅酸盐水泥有很多不足的地方，比如合成硅酸盐水泥熟料中得高钙矿物要消耗大量的燃料，并排放大量的CO2,这和我们提倡节能环保的理念格格不入。并且硅酸盐水泥建筑耐久性仍然存在很大的问题，而且价格较高。因此近几年碱激发水泥的应用受到很多研究者们的广泛关注，碱激发水泥具有低能耗、低排放、耐久性优良等优点，属于新型的环保水泥。碱激发水泥的原理是具有火山灰活性或潜在水硬性原料与碱性激
5、活剂反应而生成具有胶凝性的材料。我国自20世纪80年代介绍高强碱-矿渣水泥以来，从很多方面展开研究，并取得了许多成果，开发出石膏矿渣水泥、少熟料矿渣水泥和矿渣硅酸盐水泥等水泥品种，并对碱-矿渣-粉煤灰、碱-矿渣-钢渣和碱-矿渣-氧化镁等胶凝材料体系进行了大量的研究，许多研究成果都已进入实用阶段。所以碱激发水泥的理论还是较为成熟的。1.1 泡沫混凝土的研究现状在国外，早在1954年，ValOre对多孔混凝土包括泡沫混凝土的组分、物理性能及其应用等方面做了详细的研讨；1967年，MCCOnniCk基于固体容积推算的基础上，提出预制泡沫混凝土的试验配合比方法；1971年，法国普罗赛尔多孔混凝土公司在
6、生产多孔混凝土方面，始终在推销拜多赛尔牌材料（泡沫混凝土）由；1998年,Durack和WeiqingUL提出孔隙率与泡沫混凝土凝胶体强度的关系;2001年,Kearsley和Wainwrightci21研究了高掺量粉煤灰对泡沫混凝土强度的影响及其泡沫混凝土的孔隙与渗透特性;Nehdi等人（在人工神经网络技术的基础上，提出推测泡沫混凝土的密度和抗压强度的非传统方法。2004年，M.R.Jones和A.Mc-Carthy提出了在泡沫混凝土中利用未经处理的低钙粉煤灰代替砂能明显提高泡沫混凝土的流动性和后期强度，如干表观密度在1000.1200kgms和1400kgm3时，抗压强度为分别为6.4、7
7、.0MPa和10.2MPa。2006年，E.K.KunhanandanNambiar和K.Ramamurthy【提出粉煤灰部分代替砂对泡沫混凝土密度和不同龄期抗压强度的影响，研究了干表观密度在800-1250kg113之间的砂-粉煤灰泡沫混凝土，其抗压强度在2.013MPa。可见国外主要研究了组成是水泥-砂，水泥-砂-粉煤灰的泡沫混凝土的性能。近年来，在我国墙体材料的改革与建筑节能政策的推行下，节能保温型材料的开发和应用受到越来越多的关注U支杨久俊等人从粉煤灰中提取厚壁高强微珠并与水泥和自制无机高分子热聚物发泡剂预混合,制成流态泡沫混凝土，在常温常压养护下，600kg级抗压强度可以达到57MP
8、a李德军以煤砰石为原料,经过煨烧、球磨处理后使煤肝石具有较好的活性,制备出用于高层、超高层建筑墙体中的具有轻质、高强、保温、隔热性的泡沫混凝土,符合国家目前大力倡导的利废、节能、减排政策。郑念念.等人通过对水泥、粉煤灰、膨胀珍珠岩、发泡剂、聚竣酸类减水剂、聚丙烯纤维等原材料，试验配制出的大掺量粉煤灰泡沫混凝土,具有轻质高强、干缩小以及保温性能良好等特点。国内制备泡沫混凝土起步较晚，技术相比国外还不够成熟，缺乏成套的设备，在一定程度上阻碍了泡沫混凝土的生产及应用四。从我国泡沫混凝土的施工现场和硬化泡沫混凝土的使用情况来看，泡沫混凝土的质量普遍不高，存在以下不足L强度低，体积密度为800850kg
9、/nf的泡沫混凝土的抗压强度严重偏低，一般低于2.OMPa;开裂，为了提高其强度，生产泡沫混凝土时，往往使用大掺量、高强度等级的水泥，使得硬化泡沫混凝土的表面容易出现开裂现象；吸水率和存水率大，在生产时为了满足其施工要求的和易性，其用水量比普通泡沫混凝土中水泥水化的用水量大得多，导致泡沫混凝土保温层在使用过程中存水率大；同时，由于泡沫混凝土的多孔性，使其吸收大量外来水分，因而吸水率大。收缩率大，泡沫混凝土在生产时引进了大量的气泡，且原料主要以粉料和细颗粒为主，从而在性能上表现出较高的收缩率。然而，对于碱激发矿渣泡沫混凝土，特别是将碱激发矿渣水泥应用到泡沫混凝土的实际生产当中的研究相对较少。杨长
10、辉等侬1以碱矿渣水泥为胶凝材料、采用压缩空气发泡方式制备出一种新型泡沫混凝土，并对该泡沫混凝土基本性能进行了研究结果表明：当密度在250600kgm3,龄期为28d时抗压强度在0.63.5MPa0制品的标注容重和强度达到了JG/T266-2011泡沫混凝土标准要求。Keun-HyeokYang1241研究了不同水胶比和粉煤灰替代水平的碱矿渣泡沫混凝土力学性能的影响。国内外文献对碱矿渣泡沫混凝土的研究目前还处于起步阶段，目前只是对碱矿渣泡沫混凝土的力学性能方面优良表现进行研究，泡沫混凝土作为一种保温隔热的新型材料，其吸水率、导热系数、容重、收缩率也是衡量泡沫混凝土性能优良非常重要的性能指标。吸水
11、率、导热系数过大，试块的保温性能就会变差，但是国内外文献对碱矿渣泡沫混凝土这方面性能指标研窕的内容很少，这也给碱矿渣泡沫混凝土运用于工程中提供很大的可行性分析。1.2 泡沫混凝土发展前景随着我国基础设施建设和住宅产业的蓬勃发展，以泡沫混凝土为代表的新型墙体材料进入了快速发展时期。早在“九五”规划中，国家就把新型建筑材料作为重点发展的产业，各级政府都制定了有关的政策和法规，为发展新型墙体材料提供了有力的保障。在国家建筑节能与墙体改革政策的推动下，泡沫混凝土作为一种阻燃、利废、环保、节能、价格低、性能好的新型保温隔热建筑材料，得到了全社会越来越广泛的认知、重视和大量应用，泡沫混凝土产业也因此得到了
12、快速发展，泡沫混凝土凭借其轻质、保温、隔热、耐火及隔音的优良险能在各个领域得到了大量应用。我国泡沫混凝土年产量，据统计囹，2010年，我国应用泡沫混凝土浇筑的建筑保温层面积超过1亿沆其中，现浇地暖泡沫混凝土绝热层约8750万in?.屋面保温隔热层约2000万11我国泡沫混凝土产量预计约达700万11其中，泡沫混凝土地暖绝热层约350万11屋面保温隔热层约200万一,地面垫层约50万d,各类回填约20万/、制品类约50万ml现场浇筑量约占总量的80%以上。我国泡沫混凝土年产量在2008年已达500万痛。2009年突破600万U?,可谓发展迅速。1.3 问题的提出水泥被用作为一种非常重要的胶凝材料
13、，素有“建筑工业的粮食”之称2011年我国水泥产量高达20.63亿吨，其中绝大部分为硅酸盐水泥。硅酸盐水泥具有稳定的性能和较低廉的成本，使其广泛应用于建筑和土木的各个领域。但其制备时的燃烧温度高达1450C,且需消耗大量的优质石灰岩和大量的粘土矿，能耗物耗高、碳排放富、环境污染严重、耐酸耐蚀和耐久性差，故应逐渐限制与减少使用。在21世纪人们越来越重视生态环境保护的今天，找一种新型的水泥来替代传统水泥势在必行利用生活废物作水泥的替代原料不仅节约了大量的原材料，可以显著减轻能源的压力；同时分解释放出更少的CO2,同时又减轻了对环境的污染，具有很好的经济效益、社会效益和环境效益不仅要降低能耗，而且要
14、从工艺上不断改进技术，使水泥行业趋势朝着原料来源广、高废物利用、低能耗、低资源消耗和低环境污染与破坏且耐久性和耐酸腐蚀性好的方向发展。近年来研究比较活跃的碱激发矿渣水泥能刚好符合这个趋势。碱激发水泥，是指强碱性激发剂与火山灰活性或潜在水硬性材料反应而成的一类胶凝材料。具有火山灰活性和潜在水硬性的材料通常是硅铝酸盐原料，包括各种纯天然的硅铝酸盐矿物和工业废渣，常见的有天然火山灰、赤泥、烧粘土、矿渣、磷渣、钢渣等。碱激发矿渣水泥凭借其早期强度高、强度发展快、良好的孔结构、水化热低、耐侵蚀性优异等诸多优点，得到人们广泛的关注和研究，如果将碱矿渣水泥合理的应用的泡沫混凝土中，变废为宝，将实现经济效益，
15、社会效益和环境效益。但其水化产生的凝胶类的水化产物，导致其高收缩开裂敏感性，限制了碱激发矿渣水泥的应用与发展。根据文献的查阅，碱激发水泥中掺入氧化镁粉末，活性氧化镁在与水反应生成Mg(OH)2的过程中体积膨胀,能够弥补C-（八）-S-H凝胶干燥收缩过程中产生的体积收缩,可有效改善水泥浆体的收缩开裂性能如。再通过掺入粉煤灰、陶粒、减缩剂、纤维等外掺料对其改性，改善碱矿渣水泥的收缩开裂以及其他的性能指标，如果可以制备出这种碱激发矿渣粉煤灰混凝土砌块，既可以节省成本，还能够节约资源，符合绿色材料的发展趋势。铝粉作为一种引气剂，铝的比重仅2.7,在标准状态下，每Ig铝产生氢气L24L,因而用量少，成本
16、低，铝的产量较大，来源比较广泛，是用于发气的最常见的材料铝是很活泼的金属，它能与酸作用置换出酸中的氢气，也能与碱作用生成铝酸盐。金属铝在空气中很容易被氧化生成氧化铝，我们所使用的发气铝粉,往往颗粒表面已经氧化，生成了氧化铝保护膜，阻止了铝与水的接触。只有消除氧化膜后，铝粉才能进行反应，置换出水中的氢气:因此，我们说作为发气剂的铝粉，在碱性环境下，才能进行放气反应。正常情况下，将铝粉用于加气试块所制备出来的试块孔径较小，将铝粉用于碱矿渣水泥来制备碱矿渣泡沫混凝,由于碱矿渣水泥碱性相较而言较强，浆体的碱性越强，铝粉反应生成氢气的速度也越快，单位体积发气量的增大使得形成单位体积的试块孔径增大。所以将
17、铝粉用于碱矿渣水泥制备泡沫混凝土可以制备孔径较大、导热系数低、保温性能好的泡沫混凝土，而且这种发气方式操作简单，成本低廉，不需要大型的机械设备进行机械搅拌式的物理发泡过程。因此可以在碱矿渣泡沫混凝土中采用铝粉发气的方式。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）21研究目标将碱激发矿渣水泥运用于泡沫混凝土，通过试验确定碱激发矿渣粉煤灰水泥泡沫混凝土试块的最优配合比，测试抗压强度、吸水率、干容重、收缩率、导热系数并对其各项性能进行改性，使之基本性能满足规范泡沫混凝土砌块（JG/T266-2011）要求。2.2研究内容主要研究
18、以下几个方面的内容：（1）研究不同因素（碱掺量、粉煤灰与矿渣的比值、水灰比、氧化镁粉掺量）对碱激发矿渣泡沫混凝土试块强度、容重、吸水率、收缩率、导热系数、孔结构的影响。并对其进行机理解释。（2）从（1）中得出的最优配方，对其某些性能达不到规范要求指标的通过添加不同外掺料（聚丙烯纤维、陶粒、减缩剂等）以及掺量对碱激发矿渣泡沫混凝土性能的影响以及进行改性。并对其进行机理解释。（3）对碱激发矿渣泡沫混凝土进行经济技术分析。2.3拟解决的关键问题（1）碱激发矿渣粉煤灰泡沫混凝土抗压强度和经济性综合性能的最优配方。（2）减少碱激发矿渣粉煤灰泡沫混凝土收缩及开裂问题。（3）找出对碱矿渣水泥泡沫混凝土性能影
19、响较大的因素。三、拟采取的研究方案及可行性分析（包括研究的基本思路，研究过程拟采用的方法和手段，现有研究条件和基础，研究开发方案和技术路线等）3.1 基本思路（1）本文首先回顾国内外学者对泡沫混凝土和碱矿渣水泥的研究成果，提出碱矿渣水泥应用于泡沫混凝土砌块中的可行性，并进行预实验。（2）确定碱掺量以及矿渣和粉煤灰的比例对泡沫混凝土试块性能影响，通过正交试验研究碱激发矿渣粉煤灰泡沫混凝土试块的最佳配方。（3）对正交试验得到的配方进行各项性能的改善。（4）按规范泡沫混凝土砌块（JG/T266-2011）要求检测各项性能指标。（5）对所改性的配方进行微观分析，解释宏观性能的区别。（6）通过微观分析，
20、再进行经济技术分析，得出结论。3.2 拟采用的方法和手段（1）对相关文献进行研究，找出合理的试验因子，设计高效的正交试验方案。（2）以抗压强度、容重等指标，通过正交试验确定泡沫混凝土的配合比。（3）按规范泡沫混凝土砌块（JG/T266-2011）要求，对碱激发泡沫混凝土通过matIab孔结构分析、SEM和XRD分析等微观试验对各项性能进行分析。33技术路线（见下一页）3.4可行性分析(1)通过前期大量的预试验，初步定以下这组配方作为基准配方，见表1。表1粉燥灰/矿渣镁粉碱掺量水灰比1/95%6%0.38备注：L铝粉用量为总重量的千分之-O2.水玻璃模数L5,碱掺量以氢氧化钠占水玻璃质量的百分比
21、计算。3.镁粉以占矿渣和粉煤灰重量的百分比计算。通过基准配方可以制备出干密度为600kg,抗压强度为4.OMPa的泡沫混凝土试块。满足规范泡沫混凝土砌块(JG/T266-2011)要求。(2)实验室现有满足实验要求的实验仪器：水泥砂浆搅拌机、比长仪、导热系数测定仪、烘干箱、泡沫混凝土抗压强度测定仪。(3)主要材料矿渣，粉煤灰，镁粉、水玻璃来源都有保障。(4)课题组和福建同利建材科技有限公司形成良好的合作机制，针对新型隧道防火涂料的研发应用展开合作，且成立了“绿色低碳环保新型建筑材料研发中心”，配备了完善的试验设备和场所。四、本课题的特色与创新之处目前国内外学者对碱激发矿渣水泥研究的比较透彻，然
22、而只有近几年的国内外文献对碱矿渣水泥泡沫混凝土做了强度性能等方面的研究，并未对碱矿渣泡沫混凝土其他比较重要的性能指标(容重、导热系数、收缩率、吸水率)进行研究。本文特色与创新点有以下：(1)在碱矿渣泡沫混凝土中首次采用铝粉作为引气剂，研究碱掺量、水灰比、氧化镁掺量、粉煤灰和矿渣的比值对泡沫混凝土的强度、容重、导热系数、收缩率、吸水率的影响。(2)研究外掺料(聚丙烯纤维、陶粒、减缩剂)对以铝粉发气的碱矿渣泡沫混凝土各项性能(强度、容重、导热系数、收缩率、吸水率)的影响。五、参考文献1刘昭君.我国建筑节能现状及对建筑节能发展的思考J.天津科技,2013,40(1):46-47.张磊蕾，王武祥.泡沫
23、混凝土的研究进展及应用J.建筑砌块与砌块建筑,2(Ho(I):38-42.3耿纪川.掺加细砂和粉煤灰的泡沫混凝土性能研究D.大连理工大学,2014.4任先艳，张玉荣，刘才林,等.泡沫混凝土的研究现状与展望J.混凝土,2011(2):139-141.5WangW.ResearchStatusofFoamedConcreteJ.Science&TechnologyInformation,2009.6杨胜多.碱激发胶凝材料发展趋势J.科技信息,2010,2(17):253,285.71李春梅,王培铭.碱激发胶凝材料的研究进展J.混凝土,2014,(12):60-63,68.8 ValoreRC.Ce
24、llularConcretesPart1CompositionandMethodsofPreparationJ.9 MccormickFC.RationalproportioningofpreformedfoamcellularconcreteJ.AciStructuralJournal,1967.10 P.果尔蒙，苏锡楠.今日轻混凝土M.中国建筑工业出版社，1984.11 DurackJM,WeiQingL.ThepropertiesoffoamedaircuredflyashbasedconcreteformasonryproductionCProceedingsoffifthAustra
25、lasianMasonryconferenceGladstone,Queensland,Australia,1998:129-138.12 KearsleyEP,WainwrightPJ.TheeffectofhighflyashcontentonthecompressivestrengthoffoamedconcreteJJ.Cement&ConcreteResearch,2001,31(1):105-112.13 NehdiM,DjebbarY,KhanA.NeuralNetworkModelforPreformed-FoamCellularConcreteJl.AciMaterialsJ
26、ournal,2001,98(5):402-409.14 JonesMR,MccarthyA.Utilisingunprocessedlow-limecoalflyashinfoamedconcreteJ.Fuel,2005,84(11):1398-1409.15 NambiarEKK,RamamurthyK.ModelsrelatingmixturecompositiontothedensityandstrengthoffoamconcreteusingresponsesurfacemethodologyJ.Cement&ConcreteComposites,2006,28(9):752-7
27、60.16徐芬莲，赵晚群，姜雷山，等.泡沫混凝土在国内的研究与应用现状J.商品混凝土,2011(11):30-32+50.17杨久俊，张海涛，张磊,等.粉燥灰高强微珠泡沫混凝土的制备研究J.粉煤灰综合利用,2005(1):50-51.18李德军.煤砰石泡沫混凝土的研究D.重庆大学,2007.19郑念念，何真，孙海燕,等.大掺量粉煤灰泡沫混凝土的性能研究川.武汉理工大学学报,2009(7):96-99.20周明杰，王娜娜,赵晓艳,等.泡沫混凝土的研究和应用最新进展J.混凝土,2009(4):104/07.21潘志华，陈国瑞，李东旭,等.现浇泡沫混凝土常见质量问题分析及对策J.新型建筑材料,200
28、4(1):4-7.22李楠.防水隔热泡沫混凝土的研究与应用J.建材世界,2006,27(4):9-13.23杨长辉，王磊，田义,等.碱矿渣泡沫混凝土性能研究J硅酸盐通报,2016,35(2):555-560.24YangKH,LeeKH.TestsonAlkali-ActivatedSlagFoamedConcretewithVariousWater-BinderRatiosandSubstitutionLevelsofFlyAshJ.JournalOfBuildingConstruction&PlanningResearch,2013,01(1):8-14.25闫振甲泡沫混凝土发展状况与发展
29、趋势J混凝土世界,2011(6):48-55.26李应权.我国泡沫混凝土行业发展现状J.混凝土世界,2010(12):24-28.27沈序辉，胡芝娟.循环经济模式下水泥行业利用废弃物的技术分析J.中国水泥,2006(3):49-53.28史才军，何富强，FERNANDEZ-JlMIENEZ,等.碱激发水泥的类型与特点(英文)J.硅酸盐学报，2012,40(1):69-75.29李超超，师华，周文良,等.MgO热处理过程对碱激发水泥的影响J硅酸盐通报,2016,35(2):632-637.30单继雄，陈伟，田亚坡,等.活性氧化镁对碱矿渣混凝土抗碳化性能影响研究J武汉理工大学学报,2015,37(1):10-15.31朱永勤，郑靖平.铝粉发气试验方法的研究及改进J.加气混凝土，1997(3):8-11.
