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水利施工专题研究 指导教师：侍 克 斌 教授 学生姓名： 周 海 雷 学 号： 专 业： 水利水电工程 2011年03月 水利施工专题研究 —锂渣复合粉煤灰高性能混凝土 抗裂及抗冻耐久性研究 1.课题的研究意义 水泥混凝土是当今世界上最大宗的建筑材料之一，它的发明使用加快了工程行业的发展。随着经济和社会的发展，我国提出了可持续发展战略方针，要求在经济建设的同时兼顾保护环境和节能减排。混凝土胶凝材料—水泥的使用，使混凝土行业的发展也付出了极高的资源，能源和环境代价。水泥生产过程中产生的可吸入颗粒、向大气中所排放的气体污染物，以及消耗大量的电能，严重污染了环境，过量的消耗了能源。在国家节能减排的大背景下，高性能混凝土利用矿物掺合料部分代替水泥，既可以减少水泥的用量，又可以加以利用工业生产中排出的废物，减少了排放物对环境的污染和破坏，减少了资源以及能源的消耗，顺应了节能减排的趋势。 我国是锂辉石精矿储量最大的国家，而新疆是我国锂盐最主要的生产基地。每生产1吨碳酸锂排放锂渣量为8-10吨。以我国最大的锂盐厂—新疆锂盐厂为例，每年排放锂渣10万吨，。粉煤灰的排放量一以乌市四电厂（红雁池一电、二电、苇湖电厂和石化热电厂）为例，平均每年排出粉煤灰70～80万吨，仅利用20万吨。随着工业的发展，这些锂渣和粉煤灰如不加以充分利用，只有废弃；废渣的堆放或掩埋不仅会占用大片土地，而且会对造成空气污染。因此合理地推广应用锂渣和粉煤灰替代水泥，不仅能节约土地、能源、资源，而且能保护和治理环境，降低工程造价，具有重要的现实意义。同时结合新疆本地的实际，充分发挥地方资源优势，用锂渣复合粉煤灰作为高性能混凝土的掺合料更凸显出了环境效益和经济效益。 在配制高性能混凝土时添加矿物掺合料，采用较高的胶凝材料用量，较低的水胶比，及高效外加剂，是为了获得较高的强度和较好的工作性能；但它们的掺加致使混凝土的早期收缩增加，产生裂缝，早期的微裂缝往往是后期宏观开裂的开始，使高性能混凝土的裂缝控制更加复杂化[1]，会对混凝土结构的耐久性甚至安全性产生不利的影响。混凝土的结构使用寿命会大大的缩短，因此对高性能混凝土的早期抗裂性能的研究显的更为有意义。而迄今为止，对锂渣复合粉煤灰作为高性能混凝土的掺合料的抗裂耐久性指标能研究仍是一项空白，开启这项研究对混凝土的可持续发展具有重要的理论意义。 锂渣含有较多的无定形SiO2,当它们取代部分水泥配制混凝土时,这些无定形的SiO2，易与水泥水化放出的Ca(OH)2反应生成 C-S-H凝胶。由于Ca(OH)2消耗，可使 Ca(OH)2结晶细化而且还减少了水分子与未水化水泥颗粒接触的阻力，从而促进了水泥的水化,又使Ca(OH)2晶体粒细化,因而有利于混凝土界面的粘结,改善集料与水泥石的界面结构性能[2]。 粉煤灰的形态效应、火山灰效应和微集料效应使单掺粉煤灰的高性能混凝土具有良好的抗裂性能，但是粉煤灰早期在混凝土中基本不参加水化反应[3]，早期水化程度低致使其早期强度降低，满足不了一些对早期强度有要求的工程的需要。而锂渣掺入恰恰可以弥补其早期强度低的缺点，粉煤灰良好的抗裂性能相对于锂渣的抗裂性能来说又是一个补充。锂渣复合粉煤灰作为混凝土的掺合料使二者相得益彰， 对于解决高性能混凝土发展过程中存在的技术问题，提高混凝土耐久性及工程质量具有理论上的指导意义。 新疆远离海洋，形成了温带大陆性气候，夏季高温少雨，冬季寒冷干旱。特定的气候环境决定了在注重研究抗裂性能的同时又不能忽视其抗冻性能的研究。据重庆大学张兰芳[4]和西北农林科技大学黄春霞、杜应吉[5]的研究：锂渣、矿渣、硅灰的掺入提高了混凝土的抗冻性；在粉煤灰掺量≤30%的前提下，粉煤灰混凝土的抗冻性随着掺量的增加有所提高。而结合新疆实际对于锂渣复合粉煤灰混凝土的抗冻性能的研究显得更加具有现实意义。 本课题旨在利用复合锂渣与粉煤灰作为高性能混凝土的掺合料，取代部分水泥，研究复合锂渣与粉煤灰作为掺合料对高性能混凝土力学性能、抗裂抗冻耐久性方面的影响。 综上所述：在节能减排的背景下，锂渣复合粉煤灰高性能混凝土抗裂及抗冻耐久性的研究，凸显了环境效益和经济效益，对提高混凝土耐久性及工程质量有重要的指导意义，对混凝土的可持续发展有重要的理论意义，而对于新疆本地更加具有特殊的现实意义。 2.国内外研究现状分析 高性能混凝土（High Performance Concrete,简称HPC）是在20世纪80年代末90年代初提出的。美国混凝土协会（ACI）[6]院士提出了其初步定义：在大