掺硫酸盐复合水泥流变模型数值分析开题报告

1. 研究目的与意义

近年来，混凝土结构在我国的各项工程建设中得到迅速的发展和广泛的应用。混凝土是指由胶凝材料将集料胶结成整体的工程复合材料的统称。通常讲的混凝土是指用水泥做胶凝材料，砂、石作集料；与水（加或不加外加剂和掺合料）按一定比例配合，经搅拌、成型、养护而得的水泥混凝土，也称为普通混凝土。混凝土有很多优点，如原材料来源广泛，施工方便，性能可调整，抗压强度高，且与钢筋具有良好的共同工作性，较好的耐久性；但是，混凝土也有自重大、比强度小、抗拉强度低、变形能力差、易开裂和硬化较慢等缺点^[1]。

为了改善混凝土性能，矿物掺合料的研究与技术应用呈现出较好的势头。锂渣是碳酸锂生产过程中，锂辉石经过高温煅烧，再用硫酸法对煅烧料进行焙烧、浸取、洗涤、过滤后排出的工业废渣，其化学成分中sio₂和al₂o₃含量非常高，并且绝大多数都是以无定形的形式存在，具有一定的火山灰活性^[2]。我国是世界上锂辉石储量最大的国家，在使用硫酸法生产锂盐的过程中，就会排除大量的锂渣。现今产生的废弃物锂渣大多采用堆积、填埋处理，导致资源浪费，还会产生粉尘污染，对人类和环境产生极大危害 。因此，把锂渣用作混凝土掺合料，激发其潜在活性，不仅可以解决锂渣的堆积问题，还能减少水泥基材料中水泥的用量降低成本，节约自然资源。

目前，已经有许多锂渣应用于水泥混凝土工程的应用案例和研究报道，但仍存在锂渣活性低，应用效率低等问题。提高锂渣活性的方法主要为物理激发和化学激发。物理激发即采用机械球磨法对锂渣施加机械能，提高表面能，增加锂渣粉的比表面积和内部缺陷^[3]。大量实验研究验证了物理激发对废渣活性的提高效果。陈鹏将掺加石灰与钙型外加剂的锂渣进行机械粉磨，得到了物理改性的锂渣粉并制备了轻质铝硅酸盐混凝土，使混凝土的稳定性和强度都得以提高^[4]。化学激发即在锂渣粉中掺入酸、碱、盐等来激发锂渣的活性，以提高其水化硬化能力。石宁将锂渣粉与矿粉复掺，并加入合适的碱激发剂，制得了安定性合格、强度较高、凝结时间正常的胶凝材料^[5]。吴福飞通过比较掺入碱与未掺碱时锂渣混凝土的孔结构分布，发现掺入碱后混凝土的孔结构更均匀，平均孔径更小，说明碱促进了锂渣粉的水化反应，使其水化产物填充胶凝材料体系^[6]。除化学激发外，奚浩首次采用微波法激发锂渣粉的活性，并探究了不同微波功率、微波作用时间、介质酸度对锂渣中锂离子析出量的影响，获得了较佳的微波激发锂渣粉的工艺参数^[7]。尽管对锂渣活性激发的手段多种多样，但其水化程度及化学激发机理尚不十分明确, 对锂渣在复合水泥基材料水化硬化过程中的作用未做深入研究。

2. 研究内容和预期目标

本课题使用锂渣作为掺合料，用硫酸钠作为化学激发剂，硫酸钠可以一定程度提高锂渣的胶凝性能。

但硫酸盐掺加入复合水泥中可对水泥流变性产生显著影响，因此本课题研究复合体系的流变性能，并分析其变化趋势。

通过orign软件对水泥流变性曲线进行数值分析，并统计特征参数点；通过matlab软件协助orign软件对水泥流变曲线进行模型拟合和计算。

3. 研究的方法与步骤

参考相关文献，学习流变模型分析方法。通过power-law模型、bingham模型和hershel-buikley模型三种流变模型对复合体系的流变特性进行拟合。

（a）power-law模型：y=a*x^n

式中：y是剪切应力；x是剪切速率

4. 参考文献

[1] 刘建忠, 孙伟, 张倩倩, 等. 低水胶比水泥基复合材料的流变特性[j]. 混凝土与水泥制品, 2014,(01),1-4.

[2] 冯金, 马昆林, 龙广成. 基于不同流变模型下粉煤灰对水泥净浆流变性能的影响[j]. 铁道科学与工程学报, 2015,12(03),534-539.

[3] 杨立程. 新拌水泥浆体流变参数与内部结构关系的研究[j]. 广东建材, 2015,31(01),25-29.

5. 计划与进度安排

第一阶段（第1～5周）：2月24日～3月27日

文献检索与综述，对论文关键数值分析方法及技术手段进行了解和学习，撰写毕业论文开题报告，进行外文文献翻译；

第二阶段（第6～8周）：3月30日～4月17日