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水泥混凝土材料过程工程学研究

郑芳宇

  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。……   
[关键词]:水泥混凝土材料;材料过程工程学;水泥生料组分混凝土;混凝土水泥
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:大连理工大学2006年