無砟軌道用混凝土防裂增強(qiáng)材料關(guān)鍵技術(shù)的研究與應(yīng)用-申請書

1、鐵道部科技研究開發(fā)項(xiàng)目申請書項(xiàng) 目 名 稱：無砟軌道工程用混凝土防裂增強(qiáng)材料的制備與應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)研究申 請 單 位：承 擔(dān) 單 位： 南京工業(yè)大學(xué)山東鐵正工程試驗(yàn)檢測中心2010年1月8日無砟軌道工程用混凝土防裂增強(qiáng)材料的制備與應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)研究一 立項(xiàng)依據(jù)1.1研究背景 高速鐵路是指最高行車速度達(dá)到200km/h以上的鐵路，是我國鐵路發(fā)展的必然方向。鐵路路線是鐵路運(yùn)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(diǎn)?；炷两Y(jié)構(gòu)是高速鐵路土木工程結(jié)構(gòu)的

2、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(dāng)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(dāng)年隧道總量的10，襯砌漏水十分嚴(yán)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(yùn)行；2006年底，全路線運(yùn)營線路上共有橋梁43901座，劣化率達(dá)20.4，共有隧道6495座，劣化率為64.8，涵洞有14247

3、0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(diǎn)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(qiáng)度發(fā)展快、等級高，如CRTS II型板混凝土一般采用C55混凝土，要求混凝土早期16h強(qiáng)度48MPa，28d混凝土抗壓強(qiáng)度55MPa。為滿足強(qiáng)度要求，往往需增加水泥用量、減小水泥顆粒細(xì)度，勢必增大混凝土材料自收縮。對于大體積混凝土預(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)

4、致鋼筋預(yù)應(yīng)力松弛，影響構(gòu)件強(qiáng)度及長期耐久性。(2) 混凝土底座、道床的收縮開裂。混凝土底座常采用配筋混凝土道面板或素混凝土板，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(jìn)度、極大降低建設(shè)費(fèi)用。(3) 隧道襯砌的收縮開裂。隧道襯砌混凝土往往因其

5、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) 大體積現(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)均使用大體積混凝土，由于水泥水化放熱，大體積混凝土內(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)100年的使用壽命成為高鐵設(shè)計(jì)和質(zhì)量控制的主要目標(biāo)，而使用高性能混凝土材料是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的重要手段。高性能混凝土不僅要求較好的強(qiáng)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(qiáng)度與工作性能夠較好的解決，但在實(shí)現(xiàn)體積穩(wěn)定性，減少收縮開裂方面依然是一個(gè)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(jì)、

6、施工工藝和養(yǎng)護(hù)技術(shù)等方面進(jìn)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(bǔ)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。目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(hù)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體積混凝土溫降收縮的補(bǔ)償

7、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(hù)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(diǎn)，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。但是，若能控制MgO水化產(chǎn)生的膨脹，使其膨脹適當(dāng)，則可利用其膨脹補(bǔ)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，利用其水化產(chǎn)生的延遲性膨脹產(chǎn)生化學(xué)壓應(yīng)力補(bǔ)償大體積混凝土的溫降收縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力。但這

8、一研究只停留在實(shí)驗(yàn)室，沒有在實(shí)際工程中進(jìn)行應(yīng)用。我國于上世紀(jì)70年代初開始研究制備高鎂水泥，利用其延遲膨脹補(bǔ)償大體積混凝土溫降收縮，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(jìn)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(bǔ)償混凝土收縮和防裂功效，且其膨脹性能可調(diào)控。據(jù)此，可以根據(jù)無砟軌道混凝土工程的具體特點(diǎn)，開發(fā)相應(yīng)的系列膨脹材料，滿足混凝土收縮補(bǔ)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(jìn)一步解決的問題有：(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

9、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(diǎn)保護(hù)的稀缺資源，在鋼鐵、航空航天等其它重點(diǎn)領(lǐng)域也有重大需求。另一方面，當(dāng)菱鎂礦中氧化鐵或石英等雜質(zhì)較多時(shí)，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(shí)產(chǎn)生的大量尾礦廢棄物，沒有得到合理利用，不僅降低我國菱鎂礦資源利用效率，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，不僅能夠解決規(guī)?；a(chǎn)MgO膨脹材料受菱鎂礦資源制約的問題，而且能夠提高我國鎂礦資源的利用效率，節(jié)約資源，保護(hù)環(huán)境。此外，采

10、用摻合料取代部分水泥，減少水泥用量，進(jìn)而減少收縮也是常用的一種防裂方法。但是，摻合料過多會影響混凝土的強(qiáng)度，特別是早期強(qiáng)度。本項(xiàng)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(jì)的MgO膨脹組分，并通過與粉煤灰、礦渣、煤矸石等工業(yè)廢棄物進(jìn)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(qiáng)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研究意義目前，我國正以前所未有的巨大投資進(jìn)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

11、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。這不僅給基建工程帶來安全隱患，同時(shí)造成了資源與能源的極大浪費(fèi)，造成了國家財(cái)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(jìn)可持續(xù)發(fā)展，世界各國投入了大量的人力、物力進(jìn)行了廣泛的研究。本項(xiàng)目將研制環(huán)保的新型混凝土防裂增強(qiáng)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?；炷练懒言鰪?qiáng)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

12、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(jìn)度，降低工程投資，具有十分重大的經(jīng)濟(jì)意義。這一科學(xué)研究的開展將對進(jìn)一步提升我國高鐵建設(shè)水平，促進(jìn)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(xiàng)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(qiáng)材料，將提高菱鎂礦資源利用效率，促進(jìn)資源的節(jié)約與節(jié)能減排。研究成果還可應(yīng)用于我國其它重要的基建工程，應(yīng)用前景十分廣闊。通過項(xiàng)目實(shí)施，促進(jìn)產(chǎn)、學(xué)、研結(jié)合，將促進(jìn)大型產(chǎn)業(yè)鏈的形成。綜上所述，該項(xiàng)目的實(shí)施既具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值，又具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值，社會與經(jīng)濟(jì)意義巨大。二 研究內(nèi)容與目標(biāo)(1) 防裂增強(qiáng)材料制備技術(shù)

13、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(hù)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(jī)制；設(shè)計(jì)適用于規(guī)?；a(chǎn)該材料的環(huán)保、高效、節(jié)能、自動(dòng)化監(jiān)控的回轉(zhuǎn)窯，確定其制備工藝流程和相應(yīng)的機(jī)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(yàn)與控制技術(shù)，提出適宜的生產(chǎn)工藝?；炷练懒言鰪?qiáng)材料的制備技術(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，對各組分的顆粒級配

14、和活性匹配的優(yōu)化組合配置出防裂增強(qiáng)材料。制定防裂增強(qiáng)材料產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)、檢驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則與包裝、儲存及運(yùn)輸?shù)?。制定高鐵無砟軌道工程用混凝土防裂增強(qiáng)材料產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。(2) 防裂增強(qiáng)材料性能及其作用機(jī)理的研究 研究系列防裂增強(qiáng)材料自身水化性能及其在水泥基材料中的水化作用機(jī)制；研究防裂增強(qiáng)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(jī)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(qiáng)的機(jī)制；研究摻防裂增強(qiáng)材料對混凝土材料體積安定性的評估方法。(3) 防裂增強(qiáng)材料對混凝土性能影響的研究 研究防裂增強(qiáng)材料的各組分配比、摻量、養(yǎng)護(hù)溫度、濕度等對混凝土體積變形、強(qiáng)度、抗?jié)B性、抗凍性

15、、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(qiáng)材料對混凝土性能的影響規(guī)律；研究防裂增強(qiáng)材料對新拌混凝土性能的影響規(guī)律，提出摻防裂增強(qiáng)材料混凝土配合比設(shè)計(jì)方法；根據(jù)具體工程混凝土配合比，研究摻防裂增強(qiáng)材料實(shí)際工程混凝土的性能，為工程應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。(4) 防裂增強(qiáng)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(qiáng)材料混凝土的現(xiàn)場施工技術(shù)，研究攪拌方法、養(yǎng)護(hù)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(hù)技術(shù)；在京滬高鐵或其它高鐵工程中進(jìn)行示范應(yīng)用，現(xiàn)場實(shí)時(shí)監(jiān)測防裂增強(qiáng)材料應(yīng)用效果，研究現(xiàn)場評估測試方法；制定防裂增強(qiáng)材料施工及應(yīng)用規(guī)范。三 擬采取的研究方案

16、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

17、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) 研究通過優(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、礦渣等固體廢棄物)等方法配置系列防裂增強(qiáng)材料。(3)綜合采用DSC-TG、XRD、SEM等手段跟蹤研究防裂材料的水化過程、水化產(chǎn)物結(jié)構(gòu)演變過程，并與漿體宏觀體積膨脹關(guān)聯(lián)，建立防裂材料在水泥基材料中的水化膨脹模型，闡明其膨脹機(jī)理，揭示防裂材料各組分間的相互作用及其作用機(jī)制；(4) 研究防裂材料在水泥漿體、砂漿及混凝土中的膨脹性能：在水泥基材料中分別摻入不同量的防裂材料，研究其在不同溫度、濕度條件下的水化與膨脹性能，揭示摻防裂材料的水泥基材料膨脹過程的調(diào)控原理；模擬

18、工程約束限制條件，研究限制條件下防裂增強(qiáng)材料對混凝土力學(xué)性能和耐久性能的影響規(guī)律；(5) 研究不同加速養(yǎng)護(hù)條件對防裂材料水化的加速作用規(guī)律，建立評估摻防裂材料體積安定性的評估方法；(6) 在高鐵無砟軌道工程中應(yīng)用，采用應(yīng)變計(jì)、溫度傳感器、空氣滲透性測試儀、回彈儀、超聲波檢測儀等無損檢測手段實(shí)時(shí)檢測摻防裂材料混凝土體積變形及力學(xué)性能。3.2 可行性分析調(diào)查發(fā)現(xiàn)菱鎂礦開采過程中所產(chǎn)生的廢棄尾礦中MgO的含量達(dá)20-30%，甚至更高，在白云石及蛇紋石中也含有MgO成分，預(yù)計(jì)經(jīng)適當(dāng)?shù)倪x配原材料、粉磨和煅燒后，可制備MgO膨脹組分，配置出以MgO為主要組分的防裂材料。前期的研究證明調(diào)整煅燒條件可以改變M

19、gO的微觀結(jié)構(gòu)，進(jìn)而調(diào)控其水化膨脹特性，使MgO具有不同的膨脹性能。輔助材料的活化、粒徑優(yōu)化等途徑可以提高輔助材料的用量，減少水泥用量，提高混凝土的強(qiáng)度。理論上，制備以MgO為主要組分的防裂增強(qiáng)材料完全可行。項(xiàng)目擬從制備MgO組分入手，配置新型混凝土防裂材料，深入研究防裂材料的水化性能與膨脹性能，建立水化過程與水化產(chǎn)物微觀結(jié)構(gòu)演變與水泥基材料宏觀體積膨脹的聯(lián)系，揭示防裂材料的作用機(jī)理。建設(shè)防裂材料工業(yè)化生產(chǎn)示范線，實(shí)現(xiàn)防裂材料穩(wěn)定生產(chǎn)，為工程應(yīng)用提供基礎(chǔ)。在實(shí)際工程中進(jìn)行應(yīng)用，并實(shí)施現(xiàn)場監(jiān)測，為工程應(yīng)用積累經(jīng)驗(yàn)?？梢姡擁?xiàng)目采取的技術(shù)途徑可行。 采用SEM、TEM、XRD和ASAP等現(xiàn)代分析手

20、段可對MgO的微觀結(jié)構(gòu)、水化產(chǎn)物形貌與結(jié)構(gòu)、水泥漿體微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)表征。同時(shí)結(jié)合采用XRD、DSC-TG等手段跟蹤研究防裂材料在水泥基材料中的水化過程，為建立MgO水化過程與漿體宏觀體積膨脹的相互關(guān)系提供條件。以上研究方法可行。此外，試驗(yàn)中所需原材料可方便獲取，南京工業(yè)大學(xué)擁有材料化學(xué)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、江蘇省無機(jī)及其復(fù)合新材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)代分析中心可提供研究所需的相關(guān)試驗(yàn)設(shè)備與條件，完全滿足研究需求。項(xiàng)目參加人員中既有長期從事MgO膨脹材料制備與應(yīng)用、高性能復(fù)合水泥結(jié)構(gòu)與性能優(yōu)化、高性能混凝土道面等研究、理論扎實(shí)、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富的科研人員，能準(zhǔn)確把握國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的研究前沿動(dòng)態(tài)，確保研究的

21、基礎(chǔ)性、科學(xué)性與前瞻性；又有精通工程設(shè)計(jì)與施工的工程技術(shù)人員，確保工程應(yīng)用的成功實(shí)施。綜上所述，本項(xiàng)目的預(yù)期目標(biāo)可完全實(shí)現(xiàn)。四 本項(xiàng)目特色與創(chuàng)新點(diǎn)本項(xiàng)目首次提出綜合利用菱鎂礦廢棄尾礦、白云石和蛇紋石等原材料制備膨脹過程可控的以MgO作為主要組分的系列混凝土防裂材料，補(bǔ)償混凝土收縮，提高其體積穩(wěn)定性，解決高鐵工程混凝土開裂的技術(shù)難題。既為提高高鐵土木工程建設(shè)質(zhì)量提供有力保障，又為提高我國菱鎂礦資源利用效率、合理利用工業(yè)廢棄物提供有效途徑，促進(jìn)保護(hù)環(huán)境和節(jié)能減排。項(xiàng)目的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)在于：(1) 采用菱鎂礦廢棄尾礦制備以MgO為主要組分的混凝土防裂材料，提高菱鎂礦資源利用效率，保護(hù)環(huán)境；(2) 闡明M

22、gO膨脹組分性能的調(diào)控機(jī)制，為開發(fā)具備不同膨脹特性、膨脹過程可控的系列混凝土防裂材料提供理論基礎(chǔ)；(3) 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，對各組分的顆粒級配和活性匹配的優(yōu)化組合配置出防裂增強(qiáng)材料；(4) 利用研制的混凝土防裂材料，補(bǔ)償混凝土收縮，解決高鐵土木工程中混凝土收縮開裂的技術(shù)難題，發(fā)展無收縮或少收縮現(xiàn)澆式無砟軌道施工技術(shù)。五 專題設(shè)置、年度計(jì)劃與預(yù)期結(jié)果(1) 專題設(shè)置根據(jù)研究內(nèi)容，擬將項(xiàng)目設(shè)置為四個(gè)專題：混凝土防裂增強(qiáng)材料制備技術(shù)的研究、防裂增強(qiáng)材料性能及其作用機(jī)理的研究、防裂增強(qiáng)材料對混凝土性能影響的研究、防裂增強(qiáng)材料在無砟軌道工程中應(yīng)用技術(shù)的研究。(2

23、) 年度計(jì)劃與預(yù)期結(jié)果5.1 年度研究計(jì)劃(1)第一年度：采用菱鎂礦廢棄尾礦及其它含鎂礦物、粉煤灰、煤矸石、礦渣等工業(yè)廢棄物制備以MgO作為主要組分的防裂增強(qiáng)材料；研究防裂增強(qiáng)材料的性能及其作用機(jī)制；(2)第二年度：研究防裂增強(qiáng)材料對混凝土體積變形、力學(xué)性能和耐久性能(抗凍性、抗?jié)B透性等)的影響規(guī)律；研究摻防裂增強(qiáng)材料混凝土的體積穩(wěn)定性評估方法；工業(yè)化生產(chǎn)防裂增強(qiáng)材料；(3)第三年度：研究防裂增強(qiáng)材料施工工藝技術(shù)及無收縮或少收縮現(xiàn)澆式無砟軌道施工技術(shù)，在高鐵工程中應(yīng)用，并進(jìn)行應(yīng)用評估。項(xiàng)目結(jié)題驗(yàn)收。5.2 預(yù)期研究結(jié)果本項(xiàng)目將利用菱鎂礦尾礦、白云石和蛇紋石、工業(yè)廢棄物等原材料制備出具有不同膨脹

24、特性、膨脹過程可控的以MgO為主要組分的防裂增強(qiáng)材料，闡明防裂材料性能的調(diào)控機(jī)制，為開發(fā)具有不同膨脹特性、膨脹過程可控的防裂增強(qiáng)材料提供理論依據(jù)。實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)混凝土防裂材料，并在高鐵無砟軌道工程中應(yīng)用，發(fā)展無收縮或少收縮現(xiàn)澆式無砟軌道施工技術(shù)。研究成果以研究報(bào)告及論文形式提供。申請國家發(fā)明專利2項(xiàng)，在國內(nèi)外重要期刊上發(fā)表SCI收錄論文8篇以上，培養(yǎng)博士生2名，碩士生5名。六 研究基礎(chǔ)與工作條件研究基礎(chǔ)自上世紀(jì)70年代白山大壩建設(shè)開始，南京工業(yè)大學(xué)唐明述院士開始研究MgO的膨脹性能，經(jīng)過30多年的研究與探索，取得了大量的理論成果與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。南京工業(yè)大學(xué)作為主持或參與單位先后主持或參與多項(xiàng)水電工

25、程用MgO膨脹材料的相關(guān)研究工作，涉及MgO的制備、性能、工程應(yīng)用和安定性評估等各個(gè)方面，在MgO膨脹材料的制備與應(yīng)用方面取得了重要突破。申請者最近的研究表明， MgO的膨脹性能可調(diào)控，可具有不同的膨脹性能，據(jù)此提出了通過設(shè)計(jì)、調(diào)控MgO膨脹歷程，開發(fā)系列MgO膨脹材料，滿足各種不同工程中混凝土收縮補(bǔ)償需求的科學(xué)設(shè)想。最近，南京工業(yè)大學(xué)研制出適用于道面混凝土的新型MgO膨脹材料，成功應(yīng)用于空軍軍用機(jī)場道面，有效的解決混凝土道面板體積穩(wěn)定性差、開裂、翹曲等技術(shù)難題。2工作條件南京工業(yè)大學(xué)擁有材料化學(xué)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、江蘇省無機(jī)及其復(fù)合新材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)代分析中心?？晒┭芯渴褂玫脑囼?yàn)設(shè)備有高溫電爐、SEM、TEM、XRD、DSC-TG和ASAP等大批現(xiàn)代分析測試設(shè)備，完全滿足研究需求。申請者自行設(shè)計(jì)建設(shè)了直徑為2m，長為6m的專用于評估MgO混凝土安全性的大型高溫自動(dòng)養(yǎng)護(hù)釜，為采用工程實(shí)際配合比的全尺寸混凝土實(shí)驗(yàn)提供條件。中鐵十四局集團(tuán)有限公司是經(jīng)國家建