环保水泥管桩的研发和耐久性的研究.docx

环保水泥管桩的研发和耐久性的研究一.立项依据先提到硅酸盐水泥的缺点，再引出碱激发水泥，提到相比于硅酸盐水泥有哪些优点。再就是环保水泥用于管桩时，特别关注其耐久性，因为要长期埋在地下，有很多有害离子腐蚀,而环保水泥主要成分是碱矿渣水泥，耐久性优于硅酸盐水泥。二.研究开发内容及主要创新点1、具体研究开发内容和要重点解决的关键技术问题；（1）具体研究开发内容1）适合于管桩的环保水泥：在环保水泥研制过程要考虑几个问题：一是耐久性，其耐久性必须比硅酸盐水泥好，故主要采用以碱激发矿渣为主的环保水泥；二是目前主要是以碱激发矿渣为主的环保水泥，其抗碳化性能差、凝结过快、收缩大、易开裂制约了其广泛使用。2）环保管桩配方及配制方法在前期研究得到优良环保水泥配方的基础上，开展环保水泥取代硅酸盐水泥和石灰最佳比例的研究。接下来，需通过大量试验室试验、中试试验和工程应用，迤一步优化环保水泥管桩配合比、验证这种比例的优越性及耐久性。通过微观试验（测水化产物和孔结构），从微观角度进行验证这个结论的合理性。根据掌握的规律，修改现有管桩配合比设计方法充分考虑工业废料组成分的变异性，开发环保水泥管桩配合比设计方法。3）环保管桩生产工艺因为环保水泥组分较复杂，即有激发剂组分，又有硅铝酸盐物质（粉煤灰、矿渣和银渣等）组分，且要混合均匀。因此需对现有的生产工艺进行改进。如果要增加很多场地和设备，改造起来有难度。因此，通过与大业专家讨论，可利用现有的干混搅拌机，将环保水泥各组分混合均匀后，采用管道输送到现有的水泥立罐，从而解决混合工艺方面的问题。其余浇注成型，高压蒸汽养护等工艺在目前基础上做少量改进。当然最终技术需通过实践来验证。（2）重点解决的关键技术问题1）环保水泥耐久性环保管桩用于地下，势必会受到土壤和地下水中有害离子的侵蚀。环保水泥的主要成分碱激发矿渣的存在，使得环保水泥的耐久性优于硅酸盐水泥，具体表现在碱矿渣水泥具有良好的抗化学侵蚀性能，抗氯离子渗透能力也优于硅酸盐水泥。但为了使环保管桩获得最佳耐久性能，延长使用寿命，还需要通过实验得到耐久性最佳时的环保水泥配方。2）养护工艺问题在管桩生产中，用高温高压蒸汽养护方式，可以大大提高效率。但是过高的蒸养温度对混凝土的后期耐久性有一定的影响，应适当控制蒸养温度。所以我们需要严格控制原材料质量、混凝土配合比并制定合理的养护工艺。2、项目的特色和创新之处。（1）使用福建省地方材料生产的环保管桩福建省本地的固体废弃物包括粉煤灰、矿渣、银渣、花岗岩石粉等，和其他地区的并不相同（磷渣、鸨尾矿等），通过研究本地的固体废弃物的化学成分、杂质含量、细度等，将其磨到一定的细度，按合理的硅铝含量进行调配，并与碱激发剂进行匹配，制成环保水泥，用于管桩。该思路具有创新性。（2）环保水泥应用于管桩的生产工艺将环保水泥各组分事先粉磨，搅拌均匀，然后输送到原水泥罐中，采用这种思路对原管桩厂进行工艺改造，使用其能够生产环保管桩，这种思路有一定的创新性。三、研究开发方案和技术路线1 .研究开发方案1）实验室试验研究实验室试验分为三个部分，一是进行环保水泥的研究，二是耐久性方面的研究，三是环保管桩的研发。通过正交试验和对比试验，研究碱激发剂的类型（氢氧化钠、硫酸钠、硅酸钠等）和用量、硅铝酸盐（粉煤灰、矿渣和银渣等）类型和用量，参考通用硅酸盐水泥GB175-2007中的指标，筛选出适合于管桩的环保水泥。关于耐久性方面的研究，试件按照GB/T50081普通混凝土力学性能试验方法标准中的规定进行制作，采用直径为100mm,厚度为50mn的圆柱体试块，测定电通量和氯离子扩散系数；采用100nInlxloOnInIX40OnInI棱柱体试块，测定抗冻性。实验结果参考JGJ/T193-2009混凝土结构耐久性检验评定标准，进而完善环保水泥的配方。在环保管桩的研究中，将环保水泥取代现有管桩中的水泥，从性能和经济性两个角度来优选合适的比例。从目前的研究成果来看，将环保水泥全部取代现有管桩中的水泥，性能良好。下一步研究需要通过孔结构试验（压汞法和对孔结构进行拍照结合计算机图象分析技术）、水化产物试验（XRD和热重分析等），分析其机理以进一步优化配合比。2）生产过程中试验研究由于实际生产试验与实验室试验存在尺寸效应的区别。因为这个因素的干扰，实验室试验最优的配方不一定能直接用于工业化生产，需开展中试研究。3）生产工艺改进和工程应用现有生产线中只有水泥进料口，而环保水泥组分比较复杂，不仅有硅铝酸盐（粉煤灰、矿渣等），还有激发剂等。如果增加几个进料口，工艺改进的成本较大，且受场地条件的限制，导致新技术的实施变得困难。可以利用工厂中现有的干粉砂浆搅拌机，将环保水泥的各组分搅拌均匀，将其输送到原有的水泥罐，从而解决这个生产工艺上的问题。通过干粉砂浆搅拌机生产的环保水泥，可以供应福州的其它蒸压混凝土管桩厂，帮助它们降低成本，提高产品品质。进一步在福建省其他地区推广应用该新技术。2 .技术路线1）先试验室试验，然后是工厂中试验，最后为生产工艺改进和工程应用。实验室试验主要弄清与环保水泥和环保水泥管桩有关的参数变化规律、最佳取代量、最佳配比等。工厂中试验主要研究尺寸效应的影响。生产工艺改进和工程应用主要解决环保水泥在管桩生产过程使用工艺，以及进行实际工程跟踪调查，优化配方等。这种层层递进的研究为新技术的产业化应用铺平道路。2）先宏观试验研究，后微观试验研究在掌握宏观试验规律的情况下，再有针对性地开展微观研究，采用微观的试验数据（如孔结构、水化产物）来解释宏观数据，以确保研究的可靠性和科学性。同时也可以避免研究资源的浪费，将有限的人力、物力和财力用于关键的研究。四、项目考核内容与指标*1、主要技术指标研发的环保水泥蒸压加气混凝土砌块系列产品由以下四个产品组成：管桩按有效预压应力值分为A型、AB型、B型和C型等，其有效预压应力值分别为4Mpa、6Mpa、8Mpa10Mpa0这四个产品还应满足以下性能（1）干燥收缩值标准法（mmm）<0.5;快速法（mmm）<0.8（2）抗冻性质量损失<5%；冻后强度（MPa）2.8（3）导热系数（干态）WmKW0.16管桩其他相关指标按照GB13476-2009PHC管桩执行。*2、经济社会效益福建同利建材科技有限公司年产品为25万方，按每方平均节约8元（碱矿渣水泥的成本比硅酸盐水泥和石灰低，通过前期试验数据进行测算，每立方混凝土管桩原材料成本节约6-10元）来计算，节约成本约200万元，如果在福州地区推广该技术，福州地区蒸压混凝土管桩用量为约240万方，可节约成本约1920万元；如果在福建省推广该技术，福建省蒸压混凝土管桩用量为约500万方，节约成本约4000万元。六、现有研究开发基础和已具备的条件（包括承担单位概况，研究工作基础与知识产权状况，研发队伍与科技服务管理能力等）1 .承担单位概况福州大学是国家“211工程”重点建设高校,福建省人民政府与国家教育部共建高校。加拿大瑞尔森大学（RyerSOnUniversity）位于加拿大安大略省，加国最大城市多伦多市中心，是一所典型的城市大学。学校在1993年就被誉为教育创新型学校，成为了21世纪各大学学习的楷模。2 .研究工作基础与知识产权状况加拿大瑞尔森大学Hossain教授是福州大学兼职教授。福州大学季韬课题组十多年来一直从事新型建筑材料研究，承担国家十二五支撑计划、国家自然科学基金（重点和面上）、福建省产学研重大项目等。3 .研发队伍与科技服务管理能力课题组是由高中级研发、技术人员和研究生组成的年青实干队伍，各成员具有团队精神，能够很好合作完成本课题的研究工作。项目负责人梁咏宁，女，博士，副教授，具有很好的科技服务管理能力。