無砟軌道用混凝土防裂增強材料關(guān)鍵技術(shù)的研究與應(yīng)用申請書樣本

1、資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當或者侵權(quán)，請聯(lián)系改正或者刪除。鐵道部科技研究開發(fā)項目申請書項 目 名 稱 :無砟軌道工程用混凝土防裂增強材料的制備與應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)研究申 請 單 位 :承 擔 單 位 :南京工業(yè)大學(xué)山東鐵正工程試驗檢測中心1 月 8 日無砟軌道工程用混凝土防裂增強材料的制備與應(yīng)用資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當或者侵權(quán)，請聯(lián)系改正或者刪除。關(guān)鍵技術(shù)研究一 立項依據(jù)1.1 研究背景高速鐵路是指最高行車速度達到 200km/h 以上的鐵路 , 是中國鐵路發(fā)展的必然方向。鐵路路線是鐵路運輸?shù)闹匾A(chǔ)設(shè)備之一 , 其建設(shè)質(zhì)量直接影響到列車高速行車的安全性和舒適性。因此 , 高鐵站前工程的

2、主要要求是高精度 ( 平順性 ) 、 高穩(wěn)定性和高耐久性 , 決定了高鐵土木工程廣泛采用橋梁、 無砟軌道混凝土工程的特點?；炷两Y(jié)構(gòu)是高速鐵路土木工程結(jié)構(gòu)的主要形式 , 如軌道板、 混凝土道床、道岔、 混凝土底座、 橋梁工程、 隧道襯砌、 地基樁、 涵洞等均采用鋼筋混凝土或素混凝土結(jié)構(gòu) , 混凝土材料的性能直接影響高鐵土木工程的建設(shè)質(zhì)量。 因混凝土材料劣化引起鐵路路線破壞現(xiàn)象極為普遍 , 已引起科技工作者的高度重視 , 1994 年秋檢結(jié)果顯示 , 全國鐵路橋梁有 6137 座存在不同程度的劣化 , 占當年鐵路橋梁總數(shù)的 18.8 ; 1997 年調(diào)查發(fā)現(xiàn) , 鐵路隧道襯砌發(fā)生裂損數(shù)量占當年隧

3、道總量的 10, 襯砌漏水十分嚴重 , 導(dǎo)致鋼軌銹蝕、 道床翻漿、 電力牽引設(shè)備漏電 , 危害列車運行 ; 底, 全路線運營線路上共有橋梁 43901 座 , 劣化率達 20.4 ,共有隧道 6495 座,劣化率為 64.8 ,涵洞有 142470 座,劣化率為 2.7 。因混凝土材料體積不穩(wěn)定 , 產(chǎn)生各種收縮而引起的開裂往往是直接導(dǎo)致或者誘發(fā)、 加速混凝土結(jié)構(gòu)劣化破壞的重要原因。由于無砟軌道工程混凝土結(jié)構(gòu)特點及對混凝土材料的特殊要求 , 使得高鐵工程中混凝土收縮開裂問題更加突出 , 主要表現(xiàn)在 :(1) 軌道板、 梁等預(yù)制混凝土構(gòu)件的收縮開裂。預(yù)制構(gòu)件要求混凝土強度發(fā)展快、 等級高 , 如

4、 CRTS II 型板混凝土一般采用 C55 混凝土 , 要求混凝土早期 16h 強度 48MPa, 28d 混凝土抗壓強度 55MPa。為滿足強度要求 , 往往需增加水泥用量、 減小水泥顆粒細度 , 勢必增大混凝土材料自收縮。對于大致積混凝土預(yù)制構(gòu)件而言 , 其水化放熱量大 , 后期溫降收縮大 , 易使構(gòu)件開裂 , 可能導(dǎo)致鋼筋預(yù)應(yīng)力松弛 , 影響構(gòu)件強度及長期耐久性。資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當或者侵權(quán)，請聯(lián)系改正或者刪除。(2) 混凝土底座、 道床的收縮開裂?；炷恋鬃２捎门浣罨炷恋烂姘寤蛩鼗炷涟?, 為大面積暴露的薄壁結(jié)構(gòu) , 受環(huán)境溫度、 濕度變化影響大 , 混凝土干燥收縮

5、與溫降收縮較大 , 易導(dǎo)致混凝土板開裂。同樣 , 現(xiàn)場澆筑的雙塊式無砟軌道道床板是沿線路縱向連續(xù)的配筋混凝土結(jié)構(gòu) , 混凝土因水泥水化、 干燥、 降溫等原因引起體積收縮所導(dǎo)致的開裂也較普遍。裂縫的產(chǎn)生會誘發(fā)鋼筋銹蝕、 加速外界有害介質(zhì)對混凝土的侵蝕 , 損害結(jié)構(gòu)的承載能力、 使用功能與耐久性。若能控制現(xiàn)澆混凝土的開裂 , 發(fā)展現(xiàn)澆式無砟軌道技術(shù) , 將大大提高施工進度、 極大降低建設(shè)費用。(3) 隧道襯砌的收縮開裂。隧道襯砌混凝土往往因其自身體積收縮而產(chǎn)生開裂 , 導(dǎo)致隧道漏水、 加速混凝土腐蝕。(4) 大致積現(xiàn)澆混凝土的收縮開裂。鐵路橋梁的墩身、 墩臺、 橋臺等結(jié)構(gòu)均使用大致積混凝土 , 由

6、于水泥水化放熱 , 大致積混凝土內(nèi)部溫升較高 , 在后期溫降過程中 , 往往產(chǎn)生較大的溫降收縮 , 導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)開裂。主體結(jié)構(gòu) 1 的使用壽命成為高鐵設(shè)計和質(zhì)量控制的主要目標 , 而使用高性能混凝土材料是實現(xiàn)這一目標的重要手段。 高性能混凝土不但要求較好的強度和良好的工作性 , 還要求很好的體積穩(wěn)定性 ( 少收縮、 少開裂 ) 。隨著現(xiàn)代混凝土技術(shù)的發(fā)展 , 強度與工作性能夠較好的解決 , 但在實現(xiàn)體積穩(wěn)定性 , 減少收縮開裂方面依然是一個十分困難的關(guān)鍵問題。為此 , 研究者們從材料選擇、 結(jié)構(gòu)設(shè)計、 施工工藝和養(yǎng)護技術(shù)等方面進行了研究 , 提出了不少有益方法 , 但仍難以妥善解決混凝土收縮

7、開裂這一技術(shù)難題。利用膨脹組分如氧化鈣、 鋁酸鈣、 硫鋁酸鈣或氧化鎂等水化產(chǎn)生體積膨脹補償混凝土材料的收縮以提高材料體積穩(wěn)定性 , 是減少或避免收縮開裂的有效措施。當前使用最廣泛的膨脹材料主要有氧化鈣類和硫鋁酸鹽類膨脹劑 , 兩者的膨脹源分別為氫氧化鈣和鈣礬石。 這些傳統(tǒng)膨脹材料存在一些不足 : 如鈣礬石的形成需水量較大 , 濕養(yǎng)護要求較高 ; 在高溫、 干燥的條件下物理化學(xué)穩(wěn)定性較差 , 容易產(chǎn)生分解、 重結(jié)晶等現(xiàn)象 , 導(dǎo)致應(yīng)力松弛 , 膨脹不穩(wěn)定 ; 氫氧化鈣、鈣礬石主要在早期形成 , 膨脹主要集中在早期 , 對混凝土長期或后期收縮如大資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當或者侵權(quán)，請聯(lián)系改正

8、或者刪除。致積混凝土溫降收縮的補償不夠等。由于以上不足 , 傳統(tǒng)膨脹材料在水灰比低、濕養(yǎng)護較困難的無砟軌道混凝土底座、 道床等結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用受到限制。與傳統(tǒng)的膨脹材料相比 , 氧化鎂具有水化需水量少 , 水化產(chǎn)物氫氧化鎂物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定 , 膨脹過程穩(wěn)定且可調(diào)控的優(yōu)點 , 因此在無砟軌道工程建設(shè)中具有廣闊的應(yīng)用前景。MgO的膨脹特性首次引起人們的關(guān)注是由于水泥中過量的死燒MgO水化產(chǎn)生過大的延遲性膨脹 ,導(dǎo)致水泥基材料開裂破壞。 可是 ,若能控制 MgO水化產(chǎn)生的膨脹 ,使其膨脹適當 ,則可利用其膨脹補償水泥基材料的收縮。1980 年, Mehta研究使用MgO作為混凝土膨脹添加劑 ,利用其水化

9、產(chǎn)生的延遲性膨脹產(chǎn)生化學(xué)壓應(yīng)力補償大致積混凝土的溫降收縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力。但這一研究只停留在實驗室,沒有在實際工程中進行應(yīng)用。中國于上世紀 70 年代初開始研究制備高鎂水泥 , 利用其延遲膨脹補償大致積混凝土溫降收縮 , 簡化溫控措施 , 并發(fā)展了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的 MgO混凝土快速筑壩技術(shù) , 并在一些水電工程中進行了成功的應(yīng)用。最新研究表明 MgO膨脹材料具有很好的補償混凝土收縮和防裂功效 , 且其膨脹性能可調(diào)控。據(jù)此 , 能夠根據(jù)無砟軌道混凝土工程的具體特點 , 開發(fā)相應(yīng)的系列膨脹材料 , 滿足混凝土收縮補償需求 , 提高混凝土體積穩(wěn)定性 , 防止混凝土開裂。為此 , 需進一步解決的問題有

10、: (1) 各種工程中混凝土材料的原材料、 配合比、 環(huán)境條件及結(jié)構(gòu)形式等各不相同 , 使混凝土具有不同的收縮過程 , 需制備出具有不同膨脹性能的系列 MgO膨脹材料 ; (2) 生產(chǎn) MgO膨脹材料的原材料單一 , 受資源制約明顯。以往主要采用高品位的菱鎂礦來煅燒制備 MgO膨脹材料 , 而這些高品位菱鎂礦屬于國家重點保護的稀缺資源 , 在鋼鐵、 航空航天等其它重點領(lǐng)域也有重大需求。 另一方面 , 當菱鎂礦中氧化鐵或石英等雜質(zhì)較多時 , 就不適合于在上述領(lǐng)域中應(yīng)用 , 因而被作為尾礦排放。 據(jù)調(diào)查 , 開采菱鎂礦時產(chǎn)生的大量尾礦廢棄物 , 沒有得到合理利用 , 不但降低中國菱鎂礦資源利用效率

11、 , 而且占用大量耕地 , 污染環(huán)境。若能利用這些廢棄尾礦制備 MgO膨脹材料 , 不但能夠解決規(guī)?；a(chǎn) MgO膨脹材料受菱鎂礦資源制約的問題 , 而且能夠提高中國鎂礦資源的利用效率 , 節(jié)約資源 , 保護環(huán)境。資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當或者侵權(quán)，請聯(lián)系改正或者刪除。另外 , 采用摻合料取代部分水泥 , 減少水泥用量 , 進而減少收縮也是常見的一種防裂方法。可是 , 摻合料過多會影響混凝土的強度 , 特別是早期強度。本項目擬針對高速鐵路無砟軌道工程中混凝土開裂這一技術(shù)難題,利用工業(yè)廢棄物菱鎂礦尾礦、 白云石和蛇紋石等原材料制備出膨脹過程可設(shè)計的 MgO 膨脹組分 , 并經(jīng)過與粉煤灰、

12、礦渣、 煤矸石等工業(yè)廢棄物進行顆粒級配和活性匹配的優(yōu)化組合 , 制備出系列混凝土防裂增強材料。 將混凝土防裂材料應(yīng)用于高鐵無砟軌道板、 混凝土底座、 道床、 隧道襯砌等工程 , 防止混凝土開裂 , 提高高鐵工程建設(shè)質(zhì)量和耐久性。1.2 研究意義當前 , 中國正以前所未有的巨大投資進行著空前規(guī)模的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè) , 國家投資數(shù)萬億元興建鐵路、 公路、 橋梁、 港口、 隧道等重大基礎(chǔ)工程?；炷潦沁@些基礎(chǔ)設(shè)施的主體 , 但由于所用混凝土組分復(fù)雜 , 膠凝材料用量大 , 水膠比小 , 導(dǎo)致了體積穩(wěn)定性差、 易開裂 , 從而產(chǎn)生了大量混凝土結(jié)構(gòu)因過早開裂而導(dǎo)致耐久性下降的問題。 這不但給基建工程帶來安全

13、隱患 , 同時造成了資源與能源的極大浪費 , 造成了國家財富的巨大損失 , 為解決結(jié)構(gòu)混凝土及混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性等相關(guān)問題 , 促進可持續(xù)發(fā)展 , 世界各國投入了大量的人力、 物力進行了廣泛的研究。本項目將研制環(huán)保的新型混凝土防裂增強材料并研究相應(yīng)的施工技術(shù) , 為解決無砟軌道工程混凝土開裂這一技術(shù)難題提供新的方法手段。 混凝土防裂增強材料的使用將大大提高工程混凝土體積穩(wěn)定性 , 防止混凝土收縮開裂 , 提高工程結(jié)構(gòu)耐久性。研究將使無收縮或少收縮現(xiàn)澆式無砟軌道的施工技術(shù)成為可能 , 極大提高施工進度 , 降低工程投資 , 具有十分重大的經(jīng)濟意義。 這一科學(xué)研究的開展將對進一步提升中國高鐵建設(shè)水

14、平 , 促進高鐵建設(shè)自主知識產(chǎn)權(quán)的發(fā)展具有十分重要的意義。項目利用工業(yè)廢棄物菱鎂礦尾礦、 粉煤灰、 礦渣、 煤矸石等制備防裂增強材料 , 將提高菱鎂礦資源利用效率 , 促進資源的節(jié)約與節(jié)能減排。研究成果還可應(yīng)用于中國其它重要的基建工程 , 應(yīng)用前景十分廣闊。 經(jīng)過項目實施 , 促進產(chǎn)、 學(xué)、 研結(jié)合 , 將促進大型產(chǎn)業(yè)鏈的形成。 綜上所述 , 該項資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當或者侵權(quán)，請聯(lián)系改正或者刪除。目的實施既具有重要的學(xué)術(shù)價值,又具有重要的工程應(yīng)用價值,社會與經(jīng)濟意義巨大。二 研究內(nèi)容與目標(1) 防裂增強材料制備技術(shù)的研究MgO膨脹組分的制備技術(shù) : 研究煅燒制度對 MgO膨脹組分

15、的礦物相組成、 微觀結(jié)構(gòu)的影響 , 建立制備工藝參數(shù)與 MgO膨脹組分礦物組成和結(jié)構(gòu)的關(guān)系 ; 研究材料結(jié)構(gòu)與顆粒尺寸及養(yǎng)護環(huán)境條件對 MgO膨脹組分水化、 膨脹性能的影響 , 建立 MgO膨脹組分組成、 結(jié)構(gòu)與膨脹性能之間的關(guān)系 , 揭示 MgO膨脹組分性能調(diào)控機制 ; 設(shè)計適用于規(guī)?；a(chǎn)該材料的環(huán)保、 高效、 節(jié)能、 自動化監(jiān)控的回轉(zhuǎn)窯 , 確定其制備工藝流程和相應(yīng)的機械設(shè)備 ; 研究工業(yè)窯爐煅燒溫度測量與控制、 生產(chǎn)控制、 產(chǎn)品質(zhì)量檢驗與控制技術(shù) , 提出適宜的生產(chǎn)工藝?；炷练懒言鰪姴牧系闹苽浼夹g(shù) : 研究以 MgO作為主要組分、 結(jié)合粉煤灰、礦渣、 煤矸石等工業(yè)廢棄物 , 對各組分

16、的顆粒級配和活性匹配的優(yōu)化組合配置出防裂增強材料。 制定防裂增強材料產(chǎn)品技術(shù)指標、 檢驗方法、 檢驗規(guī)則與包裝、 儲存及運輸?shù)?。制定高鐵無砟軌道工程用混凝土防裂增強材料產(chǎn)品標準。(2) 防裂增強材料性能及其作用機理的研究研究系列防裂增強材料自身水化性能及其在水泥基材料中的水化作用機制 ; 研究防裂增強材料對水泥基材料 ( 水泥凈漿、 砂漿、 混凝土 ) 膨脹與力學(xué)性能的作用及其機理 ; 研究防裂材料各組分相互作用及各組分對混凝土防裂、 增強的機制 ; 研究摻防裂增強材料對混凝土材料體積安定性的評估方法。(3) 防裂增強材料對混凝土性能影響的研究研究防裂增強材料的各組分配比、 摻量、 養(yǎng)護溫度、

17、 濕度等對混凝土體積變形、 強度、 抗?jié)B性、 抗凍性、 抗腐蝕性等性能的影響規(guī)律;研究約束限制條件下防裂增強材料對混凝土性能的影響規(guī)律 ; 研究防裂增強材料對新拌混凝土性能的影響規(guī)律 , 提出摻防裂增強材料混凝土配合比設(shè)計方法 ; 根據(jù)具體工程混凝土配合比 , 研究摻防裂增強材料實際工程混凝土的性能 , 為工程應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當或者侵權(quán)，請聯(lián)系改正或者刪除。(4) 防裂增強材料在無砟軌道工程中的應(yīng)用技術(shù)研究研究摻防裂增強材料混凝土的現(xiàn)場施工技術(shù) , 研究攪拌方法、 養(yǎng)護工藝等對混凝土性能的影響規(guī)律;研究無收縮或少收縮現(xiàn)澆式無砟軌道工藝技術(shù)及相應(yīng)的新型養(yǎng)護技術(shù) ; 在

18、京滬高鐵或其它高鐵工程中進行示范應(yīng)用 , 現(xiàn)場實時監(jiān)測防裂增強材料應(yīng)用效果 , 研究現(xiàn)場評估測試方法 ; 制定防裂增強材料施工及應(yīng)用規(guī)范。三 擬采取的研究方案與可行性分析3.1研究方案(1) MgO膨脹組分的制備與性能、 結(jié)構(gòu)的表征 : 采用菱鎂礦尾礦、 白云石、蛇紋石等作為原材料 , 在不同條件下煅燒制備系列 MgO膨脹組分 ; 研究煅燒條件對 MgO組分微觀結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律 : 采用 N2 吸附比表面積與孔結(jié)構(gòu)快速測定儀(ASAP)測試 MgO的比表面積與內(nèi)孔結(jié)構(gòu) ; 采用掃描電子顯微鏡 (SEM)、 X 射線衍射分析儀 (XRD)、高分辨透射電鏡 (HRTEM)研究 MgO的表面形貌、 晶粒尺寸、 晶體結(jié)構(gòu)及缺陷 ; 研究 MgO組分的水化特性 : 采用檸檬酸法等方法測試 MgO水化反應(yīng)活性值 ; 并采用綜合差熱分析儀 (DSC-TG)測試 MgO在水泥漿體中不同齡期的水化程度 ; 研究 MgO膨脹組分微觀結(jié)構(gòu)對其水化活性的影響規(guī)律 , 并確定影響其水化活性的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)。(2) 研究經(jīng)過優(yōu)化組分配比、 顆粒級配與活性匹配、 活化輔助材料 ( 粉煤灰、 煤矸石、 礦渣等固體