再生集料混凝土的研究與應(yīng)用論文開(kāi)題報(bào)告

吉林建筑大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文開(kāi)題報(bào)告姓名：劉武慶專(zhuān)業(yè)：無(wú)機(jī)非金屬材料導(dǎo)師：張春玉年級(jí)：材料103開(kāi)題日期：2014.3.21一、課題名稱(chēng)再生集料混凝土的研究與應(yīng)用二、課題的來(lái)源及研究的目的和意義 隨著社會(huì)的發(fā)展許多混凝土建筑因使用年限已到或市政建設(shè)等方面的需要而被拆毀產(chǎn)生大量混凝土廢料，在預(yù)拌混凝土工廠中清洗攪拌車(chē)及攪拌機(jī)時(shí)也產(chǎn)生相當(dāng)數(shù)量的混凝土廢料[1]，造成了嚴(yán)重的材料浪費(fèi)，同時(shí)給我們生活環(huán)境帶來(lái)了巨大的壓力。從經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)效益角度來(lái)講，建筑垃圾的再生利用有助于節(jié)約垃圾處理費(fèi)，節(jié)約新建工程造價(jià)，減少對(duì)環(huán)境的污染，減少對(duì)自然資源的開(kāi)采及隨之產(chǎn)生的能源的消耗，運(yùn)輸?shù)?，有助于緩解交通壓力，減少環(huán)境治理費(fèi)及減少垃圾掩埋用地等，其經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)效益顯著。再生集料混凝土由于它的可持續(xù)發(fā)展性而成為很有潛力的發(fā)展方向。我國(guó)是個(gè)發(fā)展中國(guó)家，人們保護(hù)自然環(huán)境的意識(shí)現(xiàn)在越來(lái)越強(qiáng)，姑且不論再生集料的經(jīng)濟(jì)利益，單從其社會(huì)利益就足以引起當(dāng)今有識(shí)之士的高度重視。將廢棄混凝土用于再生集料生產(chǎn)再生混凝土是有必要的。據(jù)權(quán)威部門(mén)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，混凝土作為水、砂、石等天然資源的最大消費(fèi)者，現(xiàn)在正以每年約80億噸的速度消耗天然集料。據(jù)資料報(bào)道，早在七十年代，日本已經(jīng)每年使用廢舊混凝土集料約400～500萬(wàn)立方米，東京在1988年對(duì)于建筑垃圾的重新利用率就已達(dá)到了56%。美國(guó)每年使用廢舊混凝土集料已經(jīng)達(dá)到800～900萬(wàn)立方米[2]?，F(xiàn)在我國(guó)水泥產(chǎn)量居世界之首，若按水泥產(chǎn)量折算，我國(guó)的混凝土產(chǎn)量也已居世界之首，這意味著每年集料的產(chǎn)量也居世界之首，與此同時(shí)，建筑廢物的排放量日益增加，其中廢棄混凝土含量可達(dá)30%～50%。最近幾年我國(guó)廢混凝土排放總量均超過(guò)1億噸，且其數(shù)量在不斷增加[3]。然而，由于廢混凝土回收渠道、再生市場(chǎng)的匱乏，絕大部分建筑垃圾采用露天堆放或填埋的方式進(jìn)行處理，處理過(guò)程中耗用了大量建設(shè)經(jīng)費(fèi)，同時(shí)，清運(yùn)和堆放的過(guò)程中的遺撒和粉塵、灰砂飛揚(yáng)等問(wèn)題又造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，城市建設(shè)的高速發(fā)展和大規(guī)模的市政改造工程，正在且將來(lái)會(huì)更大量的產(chǎn)生混凝土垃圾，已經(jīng)警示我們必須找到對(duì)廢棄混凝土的應(yīng)用方法，對(duì)廢棄混凝土的回收利用是一種必然的選擇。而充分地發(fā)揮混凝土穩(wěn)定性、堅(jiān)固、耐用的優(yōu)勢(shì)，利用廢棄混凝土作為集料重新應(yīng)用于新的混凝土建筑中對(duì)于我國(guó)來(lái)說(shuō)是一個(gè)正在快速發(fā)展中的課題。綜上所述，對(duì)廢棄混凝土的回收和利用已經(jīng)被證明是一種保護(hù)自然資源的有效方法。從而消減了填埋廢棄物所需的空間，并節(jié)約了原材料和能源[4]。目前我國(guó)內(nèi)尚無(wú)再生集料混凝土的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與專(zhuān)門(mén)工廠，因此我國(guó)必須重視加快對(duì)此課題的研究，為開(kāi)發(fā)應(yīng)用再生集料混凝土提供實(shí)用的參考數(shù)據(jù)[5]。二、國(guó)內(nèi)外在該方向的研究現(xiàn)狀1.國(guó)外研究現(xiàn)狀廢棄混凝土的回收利用的研究目前已經(jīng)有了很多的成果，這些成果中，國(guó)外的成果多于國(guó)內(nèi)的成果。日本由于國(guó)土面積小，資源相對(duì)匱乏，因此，將建筑垃圾視為“建筑副產(chǎn)品”，十分重視將其作為可再生資源而重新開(kāi)發(fā)利用。對(duì)廢棄混凝土的處理方法是將其破碎成直徑40mm的粒徑，采用300℃高溫加熱，使粒料相互混合、摩擦，骨料及骨料外圍粘附水泥組分變成粉末完全分離，所產(chǎn)生的水泥組分用于基地的改進(jìn)材料，分離出的骨料可與天然骨料一樣用于結(jié)構(gòu)物，達(dá)到100%的回收利用[6]。從1977年開(kāi)始日本就制定了一系列再生集料混凝土的使用規(guī)范，并相繼在各地建立了以處理混凝土廢物為主的再生加工廠，生產(chǎn)再生水泥和再生骨料，其生產(chǎn)規(guī)模最大的每小時(shí)可加工生產(chǎn)100噸。日本對(duì)于建筑垃圾的主導(dǎo)方針是：盡可能不從施工現(xiàn)場(chǎng)排除建筑垃圾；建筑垃圾要盡可能的重新利用；對(duì)于重新利用有困難的則應(yīng)適當(dāng)予以處理。美國(guó)不但鼓勵(lì)再生混凝土的利用，而且還對(duì)再生混凝土的性能做了系統(tǒng)的研究和實(shí)驗(yàn)。密歇根州已有兩條公路使用再生混凝土。研究表明，再生混凝土的干縮率要比天然集料混凝土大。美國(guó)CYCLEAN公司采用微波技術(shù)可以100%的利用路面瀝青混凝土，其質(zhì)量與新拌混凝土路面料相同，而且成本降低1/3，同時(shí)節(jié)約了垃圾清運(yùn)和處理費(fèi)用，大大減輕了城市的環(huán)境污染[7]。德國(guó)每年產(chǎn)生的建筑廢料約為1噸/人，其中屬于被拆除的混凝土工程的廢料約為0.3噸/年·人，這一數(shù)字在今后幾年內(nèi)可能還會(huì)有所增加，目前的應(yīng)用以公路為主，德國(guó)LowerSaxony的公路采用了再生混凝土，該路采用雙層剛性水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)，總厚度26cm，底層19cm，混凝土采用再生混凝土，面層7cm采用天然集料配置的混凝土。有關(guān)實(shí)驗(yàn)表明，采用50%的再生集料配置的混凝土，其強(qiáng)度值可以毫無(wú)疑問(wèn)地達(dá)到B225～300(奧地利標(biāo)準(zhǔn))，而且抗壓抗凍抗侵蝕性可能有所提高。同時(shí)對(duì)再生集料混凝土的彈性模量的降低予以確定[8]。歐洲的丹麥、荷蘭等一些石料緊缺、依賴(lài)進(jìn)口天然集料的國(guó)家，十分重視建筑廢料的再生利用。丹麥在1990年產(chǎn)生的1220t建筑拆除廢料中，有820t被回收利用，回收利用率達(dá)67.2%。荷蘭內(nèi)閣環(huán)境政策書(shū)中，2000年建筑廢料計(jì)劃回收率高達(dá)90%（約1400t）[9]。法國(guó)以利用碎混凝土塊和碎磚生產(chǎn)了碎石混凝土砌塊，所得混凝土塊已被測(cè)定，符合與磚石混凝土材料有關(guān)NB21001(1988)2.國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀我國(guó)政府制定了中長(zhǎng)期科教興國(guó)戰(zhàn)略和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，雖然我國(guó)是個(gè)地大物博的國(guó)家，在一定時(shí)期內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)混凝土骨料原料的缺乏。但是建筑垃圾帶來(lái)的環(huán)境污染、掩埋占地及資源、能源浪費(fèi)等問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，使得我國(guó)政府已經(jīng)開(kāi)始重視和鼓勵(lì)建筑垃圾資源化利用的研究，也鼓勵(lì)廢棄物的研究和應(yīng)用。目前，我國(guó)再生集料混凝土的研究尚處于試驗(yàn)階段，對(duì)廢棄混凝土的再生利用主要集中于將舊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與天然集料混凝土相比，抗壓強(qiáng)度約低0～40%，其他如抗拉強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、彈性模量等均明顯低于天然集料混凝土，而蠕變和收縮明顯增大，因此一般將再生集料配制普通強(qiáng)度等級(jí)（C10～C40）的混凝土。而關(guān)于將再生集料用于配制高性能混凝土的研究尚不多見(jiàn)[10]。北京市建材工業(yè)大學(xué)的黃顯智[11]研究再生集料多次循環(huán)利用的可能性，把不同標(biāo)號(hào)的廢棄混凝土通過(guò)破碎、分級(jí)，將其中的粒徑在5mm～20mm的顆粒用作粗集料代替不同比例基體混凝土中的碎石以及用小于5mm的廢棄混凝土細(xì)粉作為細(xì)集料代替不同比例基體混凝土中的砂所配置混凝土與基體混凝土進(jìn)行流動(dòng)性、濕表觀密度、抗壓強(qiáng)度等性能對(duì)比，如此反復(fù)進(jìn)行循環(huán)利用。結(jié)果表明混凝土材料實(shí)現(xiàn)多次循環(huán)利用是可行的，對(duì)于不同標(biāo)號(hào)的再生混凝土，應(yīng)用于不同的地方，隨著再生集料摻量的增加，再生集料混凝土的坍落度、濕表觀密度呈下降趨勢(shì)，在高標(biāo)號(hào)的再生混凝土斷面中存在粗集料斷裂的現(xiàn)象，而地標(biāo)號(hào)的再生混凝土斷面中幾乎沒(méi)有粗集料斷裂的現(xiàn)象。孫家瑛，孫浩，戴亞英[12]做了活性摻合料再生混凝土研究，結(jié)果表明應(yīng)用活性摻合料和高強(qiáng)度再生集料可以配置出坍落度為200mm,28d強(qiáng)度達(dá)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，因此吸水率較高。在配合比相同的前提下，混凝土的坍落度降低，抗壓強(qiáng)度有所提高；在再生混凝土中摻加活性摻合料可以改善混凝土工作性，并使混凝土的抗壓強(qiáng)度有一定程度的提高。李文生、王美莉、楊寧對(duì)再生集料混凝土與普通混凝土的凍融性做了研究[13]，結(jié)果表明再生混凝土的質(zhì)量損失小于普通混凝土，但其相對(duì)動(dòng)彈性模量下降幅值和抗壓強(qiáng)度的下降幅度較普通混凝土大，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觀特征；經(jīng)過(guò)50次凍融循環(huán)之后，再生混凝土及對(duì)比用的普通混凝土的質(zhì)量和強(qiáng)度都達(dá)到了“強(qiáng)度損失率不超過(guò)25%，質(zhì)量損失率不超過(guò)5%”的要求；莫霄[14]做了再生混凝土的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益評(píng)估分析，結(jié)果表明再生集料的小規(guī)模生產(chǎn)成本比碎石高，但綜合考慮棄置占地費(fèi)用和運(yùn)輸費(fèi)等因素，某些情況下采用再生混凝土能創(chuàng)造一定的經(jīng)濟(jì)效益。廢棄混凝土的循環(huán)利用對(duì)保護(hù)環(huán)境，節(jié)約資源有非常重要的意義?？傊?，國(guó)內(nèi)混凝土研究人員越來(lái)越重視對(duì)再生混凝土技術(shù)與應(yīng)用開(kāi)發(fā)研究，他們?cè)谶@方面做了大量的工作并在國(guó)內(nèi)刊物上發(fā)表了相關(guān)的文章，但這些研究成果基本處于試驗(yàn)階段，尚未廣泛的實(shí)踐和應(yīng)用。三、本課題的主要研究?jī)?nèi)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、再生集料混凝土的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益4、再生集料混凝土在工程中的應(yīng)用四、課題研究方案及進(jìn)度安排，預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)序號(hào)畢業(yè)設(shè)計(jì)階段性工作及成果時(shí)間安排1234567查閱中英文資料，翻譯英文文獻(xiàn)，撰寫(xiě)文獻(xiàn)綜述、撰寫(xiě)、修改、提交開(kāi)題報(bào)告。和指導(dǎo)教師一起研究制定方案，列論文目錄。整理資料并撰寫(xiě)論文。交論文初稿，指導(dǎo)教師批閱論文，學(xué)生修改。教師互相評(píng)閱論文，學(xué)生作PPT，進(jìn)行予答辯。畢業(yè)論文答辯。第1-2周第3-4周第9周第10-13周第14-15周第16周第17周預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)：通過(guò)調(diào)查和查閱資料了解國(guó)內(nèi)外再生集料混凝土的發(fā)展現(xiàn)狀，對(duì)再生集料混凝土有一個(gè)全面的了解和認(rèn)識(shí)，分析再生集料混凝土各種性能指標(biāo)能否達(dá)到工程的應(yīng)用要求?？偨Y(jié)目前本研究方向存在需要繼續(xù)研究改進(jìn)的方面，提出自己的意見(jiàn)和展望。五、主要參考文獻(xiàn)：[1]孫家瑛，孫浩，戴亞英.活性摻合料再生集料混凝土研究[J].粉煤灰,2006,3:6-12.[2]柯國(guó)軍，張育霖，賀濤，等.再生混凝土的使用性研究[J].混凝土，2002，（4）：47-48.[3]陳黎安,劉佳穎.廢混凝土破碎與再生集料的加工及處理工藝[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].南昌大學(xué)碩士學(xué)位論文，2007.6.[5]尚建麗，李占印，楊曉東.再生粗集料特征性能實(shí)驗(yàn)研究[J].建筑技術(shù)，2003,1（34）:52-53.[6]周海春.再生集料混凝土的性能分析與施工[D].重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文，2007.2.[7]陸凱安.我國(guó)建筑垃圾的現(xiàn)狀與綜合利用[J].施工技術(shù)，1999,(5)：67-69.[8]蔣濱松.建筑廢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].南昌大學(xué)碩士學(xué)位論文，2007.7.[10]李雯霞，劉昕.影響再生集料混凝土力學(xué)性能的因素[