基本信息
- 项目名称：
- 云南天然火山灰混凝土在大瑞铁路工程中的应用技术研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 将粉煤灰作为活性掺合料掺入混凝土中，以实现节约部分水泥的目的。是我国现阶段使用最为普遍及成熟的一种手段。 本课题结合云南大瑞铁路在建工程实际，根据当地缺少粉煤灰而火山灰资源丰富的特点，首次尝试将天然火山灰作为矿物掺合料应用于铁路混凝土中。 本研究通过系统的实验来验证天然火山灰应用于铁路混凝土的技术可行性，并根据国家相关规范的要求，提出优化配合比。
- 详细介绍：
- 本课题首先对天然火山灰的基本成分以及化学活性进行系统分析，开展天然火山灰的工程应用可行性研究。其次，对混凝土材料的全性能要求，依据“铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定”（铁建设[2005]157号）配制掺加天然火山灰的混凝土，进行混凝土室内试验——力学性能和耐久性试验（电通量实验）。 抗压强度实验中采用C30和C35两种试件强度，通过掺加不同配合比的材料，对试件进行抗压强度试验，结果表明无论是那种都能符合强度的要求。电通量试验中通过控制火山灰的掺加量以及尝试复掺少量硅灰的措施，最终使试件满足《铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定》的要求。 本课题研究的目的在于促进天然火山灰资源在铁路工程中的广泛应用，促进天然火山灰资源丰富地区的区域经济、以及新兴产业的形成，拉动区域内需的综合角度来完善天然火山混凝土的应用技术，从而达到天然能源可持续性利用的环保效应和社会效应，促进我国天然火山灰作为混凝土掺合料应用规范的编制。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 撰写目的：验证天然火山灰应用于铁路混凝土的技术可行性，并提出优化配合比。 基本思路：按照课题实验设计及实际进程撰写。
科学性、先进性及独特之处
- 1.首次尝试将天然火山灰作为矿物掺合料应用于铁路混凝土中。 2.尝试通过掺入天然火山灰作为矿物掺合料使混凝土满足《铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定》中抗环境侵蚀的要求。
应用价值和现实意义
- 1.该研究有望实际应用于大瑞铁路保山至瑞丽段路基工程中，优化工程造价； 2.该研究若实现实际应用，能有效利用云南省腾冲地区丰富的天然火山灰资源，达到拉动区域内需的经济效益； 3.完善天然火山混凝土的应用技术，从而达到天然能源可持续性利用的环保效应和社会效应。 4.为推进我国天然火山灰工程应用规程的出台做出基础性的贡献。
学术论文摘要
- 近年来，天然火山灰越来越多的被应用于道路工程混凝土，水利工程混凝土中。然而，一直未实现在铁路工程中的应用。 本文大胆提出将天然火山灰应用于铁路工程混凝土中。通过系统的实验来验证天然火山灰应用于铁路混凝土的技术可行性，并根据《铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定》中抗环境侵蚀的要求，提出优化配合比。 实验阶段首先对当地原材料进行了性能分析，研究天然火山灰作为混凝土掺合料的可行性。实验第二阶段在保证一定塌落度的条件下制备混凝土试件，并对保准养护条件下养护28d的试件进行混凝土力学实验，研究掺合了火山灰的混凝土的强度变化规律。实验第三阶段对保证养护条件下养护56d的试件进行电通量实验，从而研究天然火山灰掺合料对混凝土耐久性能的影响规律，并在电通量实验的基础上提出天然火山灰混凝土的优化配合比。最后，结合当地工程条件对天然火山灰混凝土进行经济分析。 研究结果：单独掺和火山灰的试件耐久性未能达到《铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定》中抗环境侵蚀的要求，但通过复掺少量硅灰可满足要求（研究报告中给出了优化配合）。结合当地条件天然火山灰掺合料较粉煤灰掺合料更经济。
获奖情况
- 2011年03月，被评选为校级“大学生科技创新活动”重点项目。 2011年05月，取得上海市“挑战杯”市级复赛资格。 2011年06月，取得上海市“挑战杯”市二等奖。
鉴定结果
- 2011年05月，上海市“挑战杯”市级比赛中，以92分（满分100分）的优异成绩，顺利进入复赛。
参考文献
- 1. 文梓芸, 尹茂. 天然火山质材料在水泥生产中的综合利用[J]. 广东建设，1997. 2. 陈志国, 王哲人, 赵长虹. 火山灰路面基层路用性能研究及机理分析[J]. 公路交通科技，2008. 3. 《公路工程火山灰应用技术指南》, 吉林省交通科学研究所, 2008. 4. U. Win Kyaw, U. Myint, A. Dredge. 缅甸yeywa水电工程开发概况[A]. 第五届碾压混凝土坝国际研讨会，2008. 5. U. Win Kyaw, U. Myint, A. Dredge. 缅甸YEYWA水电工程试拌项目和全面试验[A]. 第五届碾压混凝土坝国际研讨会，2008. 6. 何真, 梁文泉. 天然火山灰碾压混凝土拌合物速凝原因分析和控制[J].工业建筑,1995.7. ASTM C618-00, 粉煤灰、烧结或天然的火山灰作为混凝土矿物掺和料的标准[S]. 8. ASTM C311, 用作混凝土矿物掺和料的粉煤灰或天然火山灰取样及试验方法[S].
同类课题研究水平概述
- 1、国内研究：华东交通大学土木建筑学院的喻乐华针对天然火山灰质材料作混凝土掺合料的工程应用开展了系统研究。对用作混凝土掺合料的多种天然矿物材料，进行了成分的分析，微观结构的研究，掺合料加工工艺方面的研究，及力学性能规律的分析研究。结果表明与粉煤灰为代表的工业废料型掺合料在对混凝土性能的掺合效果、经济成本作比较，天然材料型掺合料具有技术性能和经济效益的优势。华南理工大学文梓芸、尹茂学者针对广东天然火山灰质材料在水泥工业中利用价值的分析研究。研究表明广东境内的火山喷出物与各种金属矿共生, 可能给水泥锻烧带来有利的影响。由吉林省交通科学研究所联合哈尔滨工业大学和长白县交通局共同承担。经过4年的研究，在火山灰材料用于道路工程中的施工工艺等关键技术上取得了突破，并编制了《公路工程火山灰应用技术指南》。该项目研究成果已在吉林省辉南县、抚松县、长白山等地区道路建设中推广应用近300公里，节约工程造价5505.9万元，产生了显著的经济效益。云南龙陵－腾冲地区企业早于2005年初就与各大水利水电设计研究院合作，研究火山灰应用于混凝土掺合料的可行方案，开发出适合本地建设电站大坝用的新型矿物掺合料——火山灰微粉。灰山灰掺合料已成功应用于常态混凝土大坝、重力大坝、双曲拱坝和碾压混凝土大坝，取得较好的效果。海南省东方县大广坝水利水电工程中发现天然火山灰存在一定的“促凝”作用。就此武汉水利电力大学的梁文泉、何真对天然火山灰引起碾压混凝土快速凝结的原因进行了分析, 并通过试验提出改善天然火山灰碾压混凝土初始凝结性态的措施。 2、国外研究：缅甸中部城市Mandalay东南约50公里处的79万千瓦Yeywa水电工程中，成功运用天然火山灰克服了缅甸自产粉煤灰的不足，避免了进口材料的大量资源投入，取得了巨大的经济效益和社会效应。此外，美国对天然火山灰用于混凝土矿物掺和料的应用已经进入标准化生产阶段。ASTM在2000年颁布了粉煤灰、烧结或天然的火山灰作为混凝土矿物掺和料的标准（ASTM C618-00）或相应的取样及试验方法（ASTM C311）。标准中就粉煤灰、火山灰的分类、定货、化学成分、物理特性等等生产和使用环节进行了系统的规定。 我国在此方面的发展还远未达到规范化的程度，关于推进我国天然火山灰资源的开发与利用还有很多工作要继续开展。
