水泥混凝土材料过程工程学研究

论文摘要

材料、能源、信息和生物技术是现代文明的四大支柱，材料又是其他技术的基础，材料技术的每一次重大突破，往往可引起其他产业技术的革命。但是当前以性能为基础的材料学研究资源与能源高消耗、环境大污染的特性已无法满足21世纪循环经济发展的要求；环境材料学为材料学的发展提供方向，但是其主要在评价方面的发展没有给材料学的发展提供方法论上的指导。本文在此基础上提出材料过程工程学的概念，旨在当前材料学发展“还原论”指导原则中，加入“整体论”的思想，通过两种方法的结合实现材料科学生产及使用过程的优化与整合。 本文运用理论研究的方法对材料过程工程学的框架体系和水泥混凝土材料过程工程学的内容与方法进行了系统化的研究，并在此基础上以混凝土与水泥生料的一体化设计为实例，运用试验研究的方法对过程工程学在水泥混凝土材料学研究中的的可操作性和效果进行验证。 本文将过程工程学与材料学的具体研究内容相结合，尤其是与水泥混凝土材料相结合，首次开展了水泥混凝土材料过程工程学的研究，为水泥混凝土材料的发展探索出了一个新的研究方法。水泥混凝土材料过程工程学从资源流、能源流、信息流三个方面对其所包含的宏观过程、子过程、单元过程和驻点进行理论性研究，从而形成了一个系统化的材料学研究方法，利用该方法对水泥混凝土材料由原生到被废弃的生命全过程进行资源、能源与信息的评价后，对其过程进行优化或集成，以实现材料工业对自然环境消耗低、污染少和资源的充分利用。 以水泥混凝土材料完全内部循环的实现为实例，对材料过程工程学在水泥混凝土材料工业中的适用性进行验证：提出水泥生料组分混凝土、混凝土水泥的概念，运用理论分析的方法将水泥生料的设计与混凝土的设计结合起来，形成了完整的水泥生料组分混凝土设计方法，实现了混凝土废弃后的原级化利用。试验研究表明：相同配比的水泥生料组分混凝土， 除流动性劣于普通河砂混凝土外，其他力学性能均优于河砂混凝土；废弃后的水泥生料组分混凝土氧化物成分与设计水泥生料基本一致。 运用X衍射的方法分别对700℃、900℃、1100℃、1350℃和1450℃条件下煅烧后的水泥水化产物的高温产物进行了分析：水泥水化产物经700"C煅烧后，原始水化产物发生完全破坏，900℃、1100℃煅烧后的水泥水化产物出现部分水泥矿物相，1350℃水泥物相形成完全，成为再生水泥，1450℃条件下，水泥物象结晶更加完整。对1350℃条件下生成的再生水泥进行了物理性能测试，结果表明：在基本性能相似的条件下，再生水泥与原生水泥的力学性能相差较小，强度增长趋势相同。

论文目录

• 独创性说明
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 选题背景及意义
• 1.1.1 社会背景
• 1.1.2 学科发展背景
• 1.1.3 研究意义
• 1.2 水泥混凝土材料学发展历程研究
• 1.2.1 水泥混凝土材料学发展研究
• 1.2.2 环境协调性水泥混凝土材料研究现状
• 1.2.3 废弃混凝土再生利用国内外研究进展
• 1.3 材料环境协调性评价研究进展
• 1.3.1 常见的环境指标及其表达
• 1.3.2 材料的环境影响评价-生命周期评价方法（LCA）
• 1.3.3 战略环境评价（SEA）
• 1.4 过程工程学简介
• 1.4.1 过程工程学的产生
• 1.4.2 过程工程学的研究内容及特性
• 1.4.3 过程工程学研究目标
• 1.5 本论文的研究目的、技术路线和内容
• 1.5.1 研究目的
• 1.5.2 技术路线
• 1.5.3 研究内容
• 2 材料过程工程学框架体系研究
• 2.1 材料过程工程学基本概念
• 2.1.1 材料过程工程学的概念
• 2.1.2 材料过程工程学几个基本概念
• 2.1.3 材料大循环概念分解
• 2.2 材料过程工程学的研究范畴和方法
• 2.2.1 材料过程工程学研究基础
• 2.2.2 材料过程工程学的研究范畴
• 2.2.3 材料过程工程学研究方法
• 2.3 材料过程工程学的主要内容
• 2.3.1 要素发展过程研究
• 2.3.2 工业内部过程研究
• 2.3.3 工业间过程优化与集成
• 2.4 材料过程工程学评价模型
• 2.4.1 资源流模型
• 2.4.2 能源流模型
• 2.5 材料过程工程学研究流程
• 2.5.1 过程研究目标和范围的确定
• 2.5.2 编写过程网络图
• 2.5.3 过程衡算
• 2.5.4 结果分析及结论获得
• 2.6 材料过程工程学的研究目标
• 2.7 小结
• 3 水泥混凝土材料过程工程学研究
• 3.1 水泥混凝土材料过程基研究
• 3.1.1 过程基分析
• 3.1.2 水泥混凝土材料生命全过程过程基环境影响评价
• 3.2 水泥混凝土材料驻点研究-水泥
• 3.2.1 天然水泥
• 3.2.2 硅酸盐水泥
• 3.2.3 其他品种水泥
• 3.2.4 生态水泥
• 3.3 水泥混凝土材料单元过程研究-混凝土设计过程
• 3.3.1 混凝土设计过程基研究
• 3.3.2 新单元过程研究-密实系数法混凝土配合比设计理论
• 3.3.3 新单元过程分析
• 3.4 水泥混凝土材料与电力工业过程间优化研究
• 3.5 水泥混凝土材料系统过程研究
• 3.6 小结
• 4 水泥生料组分混凝土研究
• 4.1 水泥生料组分混凝土的概念
• 4.1.1 定义
• 4.1.2 水泥生料组分混凝土设计思想
• 4.2 水泥生料组分混凝土配合比设计原理研究
• 4.2.1 水泥生料组分混凝土配合比设计原理
• 4.2.2 水泥生料组分混凝土砂率研究
• 4.3 水泥生料组分混凝土配合比计算理论研究
• 4.3.1 水泥生料组分混凝土配合比计算数学模型
• 4.3.2 水泥混凝土配合比设计过程
• 4.4 水泥生料组分混凝土试验研究
• 4.4.1 试验原料
• 4.4.2 水泥生料组分混凝土与普通河砂混凝土主要性能区别试验
• 4.4.3 水泥生料组分混凝土成分分析
• 4.5 水泥生料组分混凝土配合比正交试验研究
• 4.5.1 试验方案设计及结果
• 4.5.2 试验结果分析
• 4.5.3 水泥生料组分混凝土性能与水泥生料率值关系
• 4.5.4 水泥生料组分混凝土配合比设计参数选择
• 4.6 水泥生料组分混凝土适用性分析
• 4.6.1 使用性能分析
• 4.6.2 经济性能分析
• 4.6.3 环境性能分析
• 4.7 小结
• 5 废弃水泥生料组分混凝土水化物再生研究
• 5.1 水泥水化产物及高温脱水研究
• 5.1.1 水化硅酸钙 C-S-H凝胶
• 2'>5.1.2 氢氧化钙 Ca（OH）₂
• 5.1.3 钙矾石AFt
• 5.2 水泥水化产物高温相变研究
• 5.2.1 试验原材料及试验仪器
• 5.2.2 试验方案
• 5.2.3 试验结果及分析
• 5.3 再生水泥基本性能研究
• 5.3.1 再生水泥制备
• 5.3.2 再生水泥技术性能研究
• 5.3.3 再生水泥力学性能研究
• 5.4 小结
• 6 混凝土水泥试验研究
• 6.1 生料的易磨性研究
• 6.1.1 原材料及试验设备
• 6.1.2 试验结果及分析
• 6.1.3 机理试验及结果分析
• 6.2 河砂的易烧性研究
• 6.2.1 原材料及试验设备
• 6.2.2 试验设计及结果分析
• 6.3 混凝土水泥生料易烧性研究
• 6.3.1 试验原料及设备
• 6.3.2 试验结果及分析
• 6.4 混凝土水泥性能研究
• 6.4.1 基本性能
• 6.4.2 力学性能
• 6.5 混凝土水泥的适用性分析
• 6.5.1 使用性能分析
• 6.5.2 经济性能分析
• 6.5.3 环境性能分析
• 6.6 结论
• 7 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 课题展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表学术论文情况
• 创新点摘要
• 致谢
• 大连理工大学学位论文版权使用授权书