再生集料混凝土的研究与应用论文开题报告

吉林建筑大学材料科学与工程学院学士学位论文开题报告姓名：刘武庆专业：无机非金属材料导师：张春玉年级：材料103开题日期：2014.3.21一、课题名称再生集料混凝土的研究与应用二、课题的来源及研究的目的和意义 随着社会的发展许多混凝土建筑因使用年限已到或市政建设等方面的需要而被拆毁产生大量混凝土废料，在预拌混凝土工厂中清洗搅拌车及搅拌机时也产生相当数量的混凝土废料[1]，造成了严重的材料浪费，同时给我们生活环境带来了巨大的压力。从经济、环境和社会效益角度来讲，建筑垃圾的再生利用有助于节约垃圾处理费，节约新建工程造价，减少对环境的污染，减少对自然资源的开采及随之产生的能源的消耗，运输等，有助于缓解交通压力，减少环境治理费及减少垃圾掩埋用地等，其经济、环境和社会效益显著。再生集料混凝土由于它的可持续发展性而成为很有潜力的发展方向。我国是个发展中国家，人们保护自然环境的意识现在越来越强，姑且不论再生集料的经济利益，单从其社会利益就足以引起当今有识之士的高度重视。将废弃混凝土用于再生集料生产再生混凝土是有必要的。据权威部门的统计结果，混凝土作为水、砂、石等天然资源的最大消费者，现在正以每年约80亿吨的速度消耗天然集料。据资料报道，早在七十年代，日本已经每年使用废旧混凝土集料约400～500万立方米，东京在1988年对于建筑垃圾的重新利用率就已达到了56%。美国每年使用废旧混凝土集料已经达到800～900万立方米[2]。现在我国水泥产量居世界之首，若按水泥产量折算，我国的混凝土产量也已居世界之首，这意味着每年集料的产量也居世界之首，与此同时，建筑废物的排放量日益增加，其中废弃混凝土含量可达30%～50%。最近几年我国废混凝土排放总量均超过1亿吨，且其数量在不断增加[3]。然而，由于废混凝土回收渠道、再生市场的匮乏，绝大部分建筑垃圾采用露天堆放或填埋的方式进行处理，处理过程中耗用了大量建设经费，同时，清运和堆放的过程中的遗撒和粉尘、灰砂飞扬等问题又造成了严重的环境污染问题，随着我国经济的高速发展，城市建设的高速发展和大规模的市政改造工程，正在且将来会更大量的产生混凝土垃圾，已经警示我们必须找到对废弃混凝土的应用方法，对废弃混凝土的回收利用是一种必然的选择。而充分地发挥混凝土稳定性、坚固、耐用的优势，利用废弃混凝土作为集料重新应用于新的混凝土建筑中对于我国来说是一个正在快速发展中的课题。综上所述，对废弃混凝土的回收和利用已经被证明是一种保护自然资源的有效方法。从而消减了填埋废弃物所需的空间，并节约了原材料和能源[4]。目前我国内尚无再生集料混凝土的技术标准与专门工厂，因此我国必须重视加快对此课题的研究，为开发应用再生集料混凝土提供实用的参考数据[5]。二、国内外在该方向的研究现状1.国外研究现状废弃混凝土的回收利用的研究目前已经有了很多的成果，这些成果中，国外的成果多于国内的成果。日本由于国土面积小，资源相对匮乏，因此，将建筑垃圾视为“建筑副产品”，十分重视将其作为可再生资源而重新开发利用。对废弃混凝土的处理方法是将其破碎成直径40mm的粒径，采用300℃高温加热，使粒料相互混合、摩擦，骨料及骨料外围粘附水泥组分变成粉末完全分离，所产生的水泥组分用于基地的改进材料，分离出的骨料可与天然骨料一样用于结构物，达到100%的回收利用[6]。从1977年开始日本就制定了一系列再生集料混凝土的使用规范，并相继在各地建立了以处理混凝土废物为主的再生加工厂，生产再生水泥和再生骨料，其生产规模最大的每小时可加工生产100吨。日本对于建筑垃圾的主导方针是：尽可能不从施工现场排除建筑垃圾；建筑垃圾要尽可能的重新利用；对于重新利用有困难的则应适当予以处理。美国不但鼓励再生混凝土的利用，而且还对再生混凝土的性能做了系统的研究和实验。密歇根州已有两条公路使用再生混凝土。研究表明，再生混凝土的干缩率要比天然集料混凝土大。美国CYCLEAN公司采用微波技术可以100%的利用路面沥青混凝土，其质量与新拌混凝土路面料相同，而且成本降低1/3，同时节约了垃圾清运和处理费用，大大减轻了城市的环境污染[7]。德国每年产生的建筑废料约为1吨/人，其中属于被拆除的混凝土工程的废料约为0.3吨/年·人，这一数字在今后几年内可能还会有所增加，目前的应用以公路为主，德国LowerSaxony的公路采用了再生混凝土，该路采用双层刚性水泥混凝土路面结构，总厚度26cm，底层19cm，混凝土采用再生混凝土，面层7cm采用天然集料配置的混凝土。有关实验表明，采用50%的再生集料配置的混凝土，其强度值可以毫无疑问地达到B225～300(奥地利标准)，而且抗压抗冻抗侵蚀性可能有所提高。同时对再生集料混凝土的弹性模量的降低予以确定[8]。欧洲的丹麦、荷兰等一些石料紧缺、依赖进口天然集料的国家，十分重视建筑废料的再生利用。丹麦在1990年产生的1220t建筑拆除废料中，有820t被回收利用，回收利用率达67.2%。荷兰内阁环境政策书中，2000年建筑废料计划回收率高达90%（约1400t）[9]。法国以利用碎混凝土块和碎砖生产了碎石混凝土砌块，所得混凝土块已被测定，符合与砖石混凝土材料有关NB21001(1988)2.国内研究现状我国政府制定了中长期科教兴国战略和社会可持续发展战略，虽然我国是个地大物博的国家，在一定时期内不会出现混凝土骨料原料的缺乏。但是建筑垃圾带来的环境污染、掩埋占地及资源、能源浪费等问题越来越严重，使得我国政府已经开始重视和鼓励建筑垃圾资源化利用的研究，也鼓励废弃物的研究和应用。目前，我国再生集料混凝土的研究尚处于试验阶段，对废弃混凝土的再生利用主要集中于将旧混凝土破碎后重新用于配制混凝土，即再生集料混凝土。研究表明用再生集料配制的混凝土与天然集料混凝土相比，抗压强度约低0～40%，其他如抗拉强度、抗弯强度、弹性模量等均明显低于天然集料混凝土，而蠕变和收缩明显增大，因此一般将再生集料配制普通强度等级（C10～C40）的混凝土。而关于将再生集料用于配制高性能混凝土的研究尚不多见[10]。北京市建材工业大学的黄显智[11]研究再生集料多次循环利用的可能性，把不同标号的废弃混凝土通过破碎、分级，将其中的粒径在5mm～20mm的颗粒用作粗集料代替不同比例基体混凝土中的碎石以及用小于5mm的废弃混凝土细粉作为细集料代替不同比例基体混凝土中的砂所配置混凝土与基体混凝土进行流动性、湿表观密度、抗压强度等性能对比，如此反复进行循环利用。结果表明混凝土材料实现多次循环利用是可行的，对于不同标号的再生混凝土，应用于不同的地方，随着再生集料掺量的增加，再生集料混凝土的坍落度、湿表观密度呈下降趋势，在高标号的再生混凝土断面中存在粗集料断裂的现象，而地标号的再生混凝土断面中几乎没有粗集料断裂的现象。孙家瑛，孙浩，戴亚英[12]做了活性掺合料再生混凝土研究，结果表明应用活性掺合料和高强度再生集料可以配置出坍落度为200mm,28d强度达50MPa的再生集料混凝土；由于再生混凝土集料含有大量水泥砂，因此吸水率较高。在配合比相同的前提下，混凝土的坍落度降低，抗压强度有所提高；在再生混凝土中掺加活性掺合料可以改善混凝土工作性，并使混凝土的抗压强度有一定程度的提高。李文生、王美莉、杨宁对再生集料混凝土与普通混凝土的冻融性做了研究[13]，结果表明再生混凝土的质量损失小于普通混凝土，但其相对动弹性模量下降幅值和抗压强度的下降幅度较普通混凝土大，究其原因是由于再生集料具有不用于天然集料的高孔隙率等微观特征；经过50次冻融循环之后，再生混凝土及对比用的普通混凝土的质量和强度都达到了“强度损失率不超过25%，质量损失率不超过5%”的要求；莫霄[14]做了再生混凝土的经济和环境效益评估分析，结果表明再生集料的小规模生产成本比碎石高，但综合考虑弃置占地费用和运输费等因素，某些情况下采用再生混凝土能创造一定的经济效益。废弃混凝土的循环利用对保护环境，节约资源有非常重要的意义。总之，国内混凝土研究人员越来越重视对再生混凝土技术与应用开发研究，他们在这方面做了大量的工作并在国内刊物上发表了相关的文章，但这些研究成果基本处于试验阶段，尚未广泛的实践和应用。三、本课题的主要研究内容1、再生集料的性能研究2、再生集料混凝土的性能研究3、再生集料混凝土的经济效益和环境效益4、再生集料混凝土在工程中的应用四、课题研究方案及进度安排，预期达到的目标序号毕业设计阶段性工作及成果时间安排1234567查阅中英文资料，翻译英文文献，撰写文献综述、撰写、修改、提交开题报告。和指导教师一起研究制定方案，列论文目录。整理资料并撰写论文。交论文初稿，指导教师批阅论文，学生修改。教师互相评阅论文，学生作PPT，进行予答辩。毕业论文答辩。第1-2周第3-4周第9周第10-13周第14-15周第16周第17周预期达到的目标：通过调查和查阅资料了解国内外再生集料混凝土的发展现状，对再生集料混凝土有一个全面的了解和认识，分析再生集料混凝土各种性能指标能否达到工程的应用要求。总结目前本研究方向存在需要继续研究改进的方面，提出自己的意见和展望。五、主要参考文献：[1]孙家瑛，孙浩，戴亚英.活性掺合料再生集料混凝土研究[J].粉煤灰,2006,3:6-12.[2]柯国军，张育霖，贺涛，等.再生混凝土的使用性研究[J].混凝土，2002，（4）：47-48.[3]陈黎安,刘佳颖.废混凝土破碎与再生集料的加工及处理工艺[J].粉煤灰,2012,1:28-31.[4]余斌.再生粗集料混凝土的基本性能研究[D].南昌大学硕士学位论文，2007.6.[5]尚建丽，李占印，杨晓东.再生粗集料特征性能实验研究[J].建筑技术，2003,1（34）:52-53.[6]周海春.再生集料混凝土的性能分析与施工[D].重庆大学硕士学位论文，2007.2.[7]陆凯安.我国建筑垃圾的现状与综合利用[J].施工技术，1999,(5)：67-69.[8]蒋滨松.建筑废料在混凝土工程中的再生利用[J].混凝土，1999,115（5）：41-42.[9]余斌.再生粗集料混凝土的基本性能研究[D].南昌大学硕士学位论文，2007.7.[10]李雯霞，刘昕.影响再生集料混凝土力学性能的因素[