畢業(yè)設(shè)計--利用粉煤灰配置高性能混凝土并進行耐久性分析

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計</b></p><p>　　題目：利用粉煤灰配置高性能混凝土并進行耐久性分析</p><p>　　專 業(yè)： 材料工程技術(shù) </p><p>　　班 級： 材料3123班 </p><p>　　學(xué) 號：

2、 </p><p>　　姓 名： </p><p>　　指導(dǎo)老師： </p><p>　　起止日期： 2014.12 －2015.01.12 </p><p><b>　　摘 要</b>&

3、lt;/p><p>　　高性能混凝土是一種新型高技術(shù)混凝土,是在大幅度提高普通混凝土性能的基礎(chǔ)上釆用現(xiàn)代混凝土技術(shù)制作的混凝土。高性能混凝土是能更好地滿足結(jié)構(gòu)功能要求和施工工藝要求的混凝土，能最大限度地延長混凝土結(jié)構(gòu)的使用年限，降低工程造價。高性能混凝土以高耐久性、高工作性、一定的強度和體積穩(wěn)定性和經(jīng)濟性而著稱。本文對針對粉煤灰配制高性能混凝土進行試驗研究，可供以后類似配合比設(shè)計參考。</p><

4、p>　　關(guān)鍵詞：高性能混凝土；磨細礦渣粉；粉煤灰</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第1章 緒 論1</p><p><b>　　1.1 摘要1</b></p><p>　　第2章 高性能混凝土概論2</p><p>　　原材料

5、的選擇及技術(shù)要求</p><p>　　3.1 水泥的選用及檢測 3</p><p>　　3.1.1水泥的選用原則3</p><p>　　3.1.2 水泥實驗與檢測3</p><p>　　第5章 結(jié)論與建議35</p><p><b>　　致 謝36</b></p>&l

6、t;p><b>　　參考文獻37</b></p><p><b>　　附 錄37</b></p><p><b>　　概述</b></p><p>　　隨著社會的發(fā)展、科學(xué)技術(shù)的進步,被認為耐久性最好的傳統(tǒng)建筑材料———混凝土材料的內(nèi)涵也發(fā)生著日新月異的變化,尤其是其性能,即為適應(yīng)現(xiàn)代化施工

7、需要的拌合物的性能,在嚴(yán)酷的條件下的耐久性以及它的各種物理力學(xué)性能,都達到了一個新水平。為與傳統(tǒng)的混凝土技術(shù)相區(qū)別,稱之為高性能混凝土(HPC)。高性能砼以耐久性作為設(shè)計的主要指標(biāo),針對不同用途要求,保證混凝土的適用性和強度并達到高耐久性、高工作性、高體積穩(wěn)定性和經(jīng)濟性。因此,高性能混凝土在配制上的特點是低水膠比,選用優(yōu)質(zhì)原材料,并除水泥、水、集料外,必須摻加足夠數(shù)量的磨細礦物摻合料和高性能外加劑。十多年來,由于各國政府對高性能混凝土高

8、度重視,對高性能砼技術(shù)進行了大量的研究,取得了豐碩的成果,并在工程實踐中推廣應(yīng)用。高性能混凝土它以耐久性為首要設(shè)計指標(biāo)，有可能為基礎(chǔ)設(shè)施工程提供100年以上的使用壽命。與傳統(tǒng)混凝土不同，高性能混凝土由于具有高耐久性，高工作性、高強度和高體積穩(wěn)定性等許多優(yōu)良特性，被認為是目前世界上性能最全面的混凝土，至今已在不少重要工程中得以使用，特別是在橋梁、高層建筑、海港建筑等工程中顯示出獨特的優(yōu)越性，在工程安全使用性、經(jīng)濟合理性</p>

9、<p><b>　　定義</b></p><p>　　高性能混凝土的配置特點是最低水較比，選用優(yōu)質(zhì)原材料，除水泥、水、集料外，還必須摻加足夠數(shù)量的礦物細摻料和高效外加劑。</p><p>　　1.1研究背景及意義</p><p>　　隨著各種新材料,新工藝的出現(xiàn)。一些大型和超大型的混凝土建筑物如高層超高層的大樓,城市立交,跨河跨海

10、大橋,大型隧道等大型的混凝土工程的需要越來越多,也來越多的被興建。這樣的輪工程所在的環(huán)境惡劣,施工過程中難度加大。建成的混凝土工程一旦出現(xiàn)問題,維修困難。在這樣的情況下,要求新拌混凝土具有良好的施工工作性,而且制成的混凝土要有足夠的使用壽命,更要經(jīng)久耐用。</p><p><b>　　第一節(jié)環(huán)境</b></p><p><b>　　設(shè)計要求：</b&g

11、t;</p><p>　　滿足施工要求的和易性</p><p>　　滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計的強度等級要求</p><p>　　滿足工程所處環(huán)境對混凝土耐久性的要求</p><p>　　滿足經(jīng)濟原則；在保證混凝土質(zhì)量的前提下，應(yīng)盡量節(jié)約水泥，合理地使用材料和降低成本</p><p><b>　　配合比法則</b&g

12、t;</p><p><b>　　灰水比法則</b></p><p>　　可塑狀態(tài)混凝土水灰比的大小決定混凝土硬化后的強度，并影響硬化混凝土的耐久性?；炷恋膹姸扰c水泥強度成正比，與灰水比成正比?；宜纫唤?jīng)確定，決不能隨意變動。這一法則，要求施工人員必須遵守。對于高性能混凝土，灰 包括所有膠凝材料，因此灰水比亦可稱之為膠水比</p><p>&

13、lt;b>　　混凝土密實體積法則</b></p><p>　　混凝土的組成是以石子為骨架，以砂子填充石子間的空隙，又以漿體填充砂石空隙，并包裹砂石表面，以減小砂石間的摩擦阻力，保證混凝土有足夠的流動性。這樣，可塑狀態(tài)的混凝土總體積為水、水泥、砂、石的密實體積之和。這一法則是計算混凝土配合的基礎(chǔ)。高性能混凝土的膠凝材料中包含了密度不同的各組分，因此更應(yīng)遵守這一法則。</p><

14、p>　　最小單位加水量或最小膠凝材料用量法則</p><p>　　在灰水比固定、原材料一定的情況下，使用滿足工作性的最小加水量可得到體積穩(wěn)定的、經(jīng)濟的混凝土</p><p><b>　　最小水泥用量法則</b></p><p>　　為降低混凝土的溫升、提高混凝土抗環(huán)境因素侵蝕的能力。在滿足混凝土早期強度要求的前提下，應(yīng)盡量減小膠凝材料中的

15、水泥用量。</p><p>　　原材料的選擇技術(shù)要求</p><p>　　高性能混凝土所用的組成材料，除傳統(tǒng)混凝土所用的水泥、砂、石和水四大組成成分外，還有化學(xué)外加劑和礦物外加劑。使用高效的減水劑和磨細的礦物外加劑是使混凝土達到高性能的主要技術(shù)措施。前者是降低混凝土的水膠比，增大混凝土和控制混凝土的坍落度損失，賦予混凝土高密致性和良好的工作性；后者能填充膠凝材料的孔隙，參與膠凝材料的水化，

16、除提高混凝土的致密性外，還可以改善混凝土的界面結(jié)構(gòu)，提高混凝土的耐久性與強度。由于高性能混凝土的高性能要求和配置特點，原材料中原來對普通混凝土影響不明顯的因素，對高性能混凝土就可能影響顯著，因此高性能混凝土和普通混凝土所用原材料的要求有所不同。以下介紹高性能混凝土用各種原材料及技術(shù)要求</p><p><b>　　水泥的選用</b></p><p>　　水泥是混凝土和

17、高性能混凝土中最重要的一種膠凝材料，它的選擇直接影響混凝土的性能和成本。</p><p>　　適用于制備高性能混凝土的水泥必須具有良好的流變性和高的28天強度。高性能混凝土特點之一是水膠比較低,要滿足施工工作性的要求,水泥用量就要增大,但為了盡量降低混凝土的內(nèi)部溫升和減少收縮,應(yīng)盡量降低水泥用量。同時為使混凝土有足夠的彈性模量和體積穩(wěn)定性,對膠凝材料總量也要加以限制。高性能混凝土所有的水泥最好是強度高而且同時具有

18、良好的流變性能。</p><p><b>　　水泥的性能檢測</b></p><p><b>　　集料的選用</b></p><p>　　集料是指混凝土的主要組成材料之一，在混凝土中約占三分之四。正確選擇集料的品種是配置高性能混凝土的基礎(chǔ)。集料在傳統(tǒng)混凝土中主要起骨架作用和減小由于膠凝材料在凝結(jié)硬化過程中由于干縮濕脹所引

19、起的體積變化，同時還作為膠凝材料的廉價填充物。在高性能混凝土中，由于膠水比小，水泥石強度提高，集料的差異對混凝土的強度影響很大，集料用量、品種、性能等對流動性、強度和耐久性都有影響。</p><p>　　混凝土用石的基本要求</p><p>　　混凝土中的粗集料是指大于4.74mm的巖石顆粒。對粗集料的質(zhì)量要求主要包括:</p><p>　　顆粒級配、針片狀顆粒含量

20、、含泥量、泥塊含量、強度（巖石抗壓強度和壓碎值指標(biāo)）、堅固性、有害雜質(zhì)含量和堿活性。</p><p>　　與普通混凝土相比，高性能混凝土強度高，用水較少（水膠比一般小于0.35），集料的性能對混凝土的強度、工作性等將起著極其重要的作用，粗集料的強度、集料-水泥漿界的面黏結(jié)強度對高性能的強度影響很大。粗集料強度一般宜為混凝土強度1.5-2.0倍，或壓碎指標(biāo)宜低于10%。一般宜選密實堅硬的石灰?guī)r或深成火山巖，在各種類

21、型的碎石中，通常以石灰?guī)r為最佳，這可能是石灰?guī)r的礦物成分能與水泥漿有較好的結(jié)合所致。集料的表觀密度、吸水率對高性能混凝土影響很大。配置高強混凝土的粗、細集料的表觀密度應(yīng)在2.65g/cm³以上，粗集料的吸水率應(yīng)在1%左右，細集料的飽和含水率應(yīng)低于2.5%。</p><p>　　石子級配對節(jié)約水泥和保證混凝土和易性有很大關(guān)系。集料的最大粒徑越大，則集料的總表面積越小，混凝土的用水量也越少，水泥用量也越少。

22、但該值過大，使混凝土的和易性變差，易產(chǎn)生離析。集料粒徑超過40mm后，由于集料比表面積的減少和混凝土不均勻性的增大，致使混凝土粒徑越大，混凝土強度越低。因此，高性能混凝土應(yīng)使用最大粒徑盡量小的粗集料。研究證明：混凝土強度為60-80MPa時，混凝土石子的最大粒徑宜在20mm左右。</p><p>　　粗集料碎石的選擇。粗集料碎石在高性能水泥混凝土中起到骨架的作用。對于碎石,要求各個性能指標(biāo)均滿足設(shè)計要求。特別是具

23、有良好的級配。碎石的最大粒徑影響混凝土的強度和耐久性,本次設(shè)計中采用5-20mm的連續(xù)級配,用5-lOmin和10-20mm兩種碎石摻配而得。</p><p>　　高性能混凝土粗集料的最大粒徑</p><p>　　混凝土用砂的基本要求</p><p>　　混凝土中的細集料是指粒徑小于4.75mm的巖石顆粒。。對細集料的質(zhì)量要求主要包括：顆粒級配、細度模數(shù)、含泥量、泥

24、塊含量、堅固性、有害雜質(zhì)含量和堿活性。</p><p>　　含泥量和泥塊含量是集料中塵屑、淤泥和黏土等的總質(zhì)量，這類黏土雜質(zhì)對混凝土拌合物的和易性及硬化混凝土的抗凍、抗?jié)B和收縮等性能都有一定的影響，對高強度混凝土的影響更大些，在配制高性能混凝土?xí)r，必須嚴(yán)格控制。</p><p>　　采用海砂配制時，其氯離子含量應(yīng)符合下列規(guī)定:素混凝土中使用海砂，氯離子含量不予限制；對鋼筋混凝土，海砂中氯離

25、子含量不應(yīng)大于0.06%（以干砂質(zhì)量的百分率計）;對預(yù)應(yīng)力 混凝土不宜采用海砂，若必須使用海砂時，則應(yīng)經(jīng)淡水沖洗，其氯離子含量不得大于0.02%。</p><p>　　高性能混凝土通常選用細度模數(shù)2.7-3.1的中粗砂，且最好0.63mm篩的累積篩余大于98%為最好，能使空隙率達最低。</p><p><b>　　砂率的影響</b></p><p&

26、gt;　　混凝土中的砂率影響新拌混凝土的施工工作性。砂率越大,新拌混凝土和易性變差,砂率過小,同樣新拌混凝土的和易性變差。</p><p><b>　　砂的指標(biāo)檢測結(jié)果</b></p><p><b>　　粉煤灰</b></p><p>　　粉煤灰(簡稱FA)是發(fā)電廠燃煤鍋爐排出的細顆粒廢澄,又稱飛灰,顆粒直徑一般為0.

27、001-0. 050mm,呈玻璃態(tài)實心或空心的球狀顆粒,表面比較致密。是一種具有潛在火山灰活性的物質(zhì)。優(yōu)質(zhì)粉煤灰用于混凝土中,作為膠凝材料的一種,可減少水泥用量、節(jié)約成本,又能改善和易性、減少泌水、離析現(xiàn)象,改善混凝土的性能。具有緩凝、減水,提高密實度和后期強度,降低水化熱,抑制干裂、收縮,增強抗酸堿反應(yīng)能力的作用,提高水泥和混凝土的后期強度及耐久性指標(biāo)等。</p><p>　　粉煤灰可以提高不同階段的高性能混凝

28、土的性能。主要從以下幾個方面。在新拌的混凝土中,利用粉煤灰的滾輪效應(yīng)和微集料效應(yīng),可以一定程度上降低混凝土的單位用水量。提高混凝土的流動性,提高混凝土的可粟性。在硬化中的混凝土中,摻加粉煤灰的混凝土可以降低水泥水化的水化熱,降低溫縮出現(xiàn)的可能性。在硬化后的混凝土中,利用粉煤灰的火山灰效應(yīng),可以提高混凝土的后期強度以及抗凍性、抗氯離子滲透能力等混凝土的耐久性。在進行粉煤灰的選擇的時候重點應(yīng)關(guān)注粉煤灰的氧化物含量和粉煤灰的燒失量、需水量比。

29、經(jīng)過材料試驗,結(jié)果如下</p><p><b>　　混凝土配合比要求</b></p><p>　　渭南渭河大橋的一座橋梁為依托,所處的環(huán)境為河水環(huán)境,抗凍等級為F300,強度等級C50,混凝土設(shè)計的重點是防止河水中的氯離子接觸到鋼筋,使鋼筋誘蝕,從而縮短橋梁的使用期限,也就是耐久性。在這種情況下,這次高性能混凝土的配合比設(shè)計不僅要滿足新拌混凝土的施工工作性,更要以抗氯

30、離子滲透和抗凍融循環(huán)這些耐久性的控制指標(biāo)。</p><p>　　1、為了滿足高性能混凝土所處的河水環(huán)境,要求混凝土有較高的抗?jié)B透能力。在進行混凝土的配合比設(shè)計的時候,盡最大可能的使凝結(jié)硬化后的混凝土結(jié)構(gòu)致密。盡可能的降低孔隙率,通過摻加超細的活性混合材粉煤灰來提高混凝土的抗?jié)B透性能。</p><p>　　2、為了滿足混凝土的抗凍等級,在普通混凝土很難達到的情況下,采用摻加引氣劑,引入閉合的

31、微小的氣泡來提高混凝土的抗凍等級,加入引氣劑還可以提高新拌混凝土的施工工作性。</p><p>　　4、高性能混凝土要求流動性大,需要摻加高效減水劑。通過摻加高效減水</p><p>　　劑起到降低水膠比和提高流動性的目的。</p><p>　　5、高性能混凝土骨料的選擇要從骨料的潔凈程度、骨料的強度、骨料的級配和骨料的最大粒徑等各個方面選擇優(yōu)質(zhì)的骨料。粗骨料的最大

32、粒徑會影響高性能混凝土的強度和施工和易性,在本次設(shè)計采用的5-lOran,10-20mm碎石,細骨料選擇濰河砂。在滿足新拌混凝土施工工作性的前提下,盡可能的降低水膠比,以提高混凝土的密實度、強度和耐久性。</p><p><b>　　配合比材料選用</b></p><p>　　1、粗集料碎石的選擇。粗集料碎石在高性能水泥混凝土中起到骨架的作用。對于碎石,要求各個性能指

33、標(biāo)均滿足設(shè)計要求。特別是具有良好的級配。碎石的最大粒徑影響混凝土的強度和耐久性,本次設(shè)計中采用5-20mm的連續(xù)級配,用5-lOmin和10-20mm兩種碎石摻配而得。摻配比例通過碎石的蹄分試驗和級配設(shè)計得到。</p><p>　　2、細集料的選擇。細集料砂主要起填充的作用?，F(xiàn)在常用的砂有海砂,河砂、山砂和人工砂。在鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)中考慮到氯離子的含量不能使用海砂。山砂由于雜質(zhì),含泥量一般超標(biāo)一般也不釆用。用的最

34、多的是河砂。工程所在地渭南,所以采用渭河河砂。同時要求砂的粗細程度和良好的級配。3、高效外加劑的選擇。高效外加劑的選擇包括外加劑種類的選擇和外加劑摻量的選擇,這些主要通過經(jīng)驗和試驗的方法得到。</p><p>　　4、粉煤灰礦質(zhì)混合料的摻加</p><p>　　為了降低大體積混凝土的水化熱,在高性能混凝土中,用粉煤灰代替部分水泥和水泥共同成為膠凝材料。粉煤灰的摻量通過試驗確定。在滿足混凝土

35、性能的基礎(chǔ)上,盡可能的多摻加粉煤灰。這樣混凝土的配合比還能起到經(jīng)濟的作用。</p><p>　　5、單位用水量的選擇。高性能混凝土的配合比設(shè)計釆用最小單位用水量法則。新拌高性能混凝土的施工和易性主要有高效減水劑來調(diào)節(jié)完成。單位用水量越少,在滿足混凝土施工和易性的基礎(chǔ)上,混凝土的強度和耐久性越高。</p><p>　　6、膠凝材料的選擇。膠凝材料有兩部分組成,一部分是水泥,另一部分是有活性摻

36、合料組成。</p><p>　　7、水膠比的確定。水膠比是水泥與膠凝材料的比值,用來衡量水泥裝的稀稠程度。不僅影響到新拌混凝土的工作性,同時也是影響混凝土耐久性和強度的主要因素。為了保證混凝土的耐久性,一般采用較低的水膠比。水膠比的數(shù)值通過試驗確定。但是經(jīng)驗告訴我們一般的高強混凝土的水膠比不能大于0. 35.</p><p><b>　　8、砂率的確定:</b><

37、;/p><p>　　高性能混凝土的砂率是混凝土中砂的質(zhì)量與砂石質(zhì)量之和的比值。砂率的大小不僅影響新拌混凝土的工作性,而且影響混凝土的強度和耐久性,砂率的確定可以根據(jù)經(jīng)驗和試驗的方法來確定。高性能混凝土的砂率一般在40%左右。</p><p><b>　　第四章結(jié)論</b></p><p>　　本次高性能混凝土的配合比設(shè)計,通過經(jīng)驗加試驗的方式,對于

38、摻加不同</p><p>　　摻量的粉煤灰,不同的水膠比,對于高性能混凝土的新拌混凝土的工作性,硬</p><p>　　化后混凝土的強度,以及抗凍性,抗氯離子滲透能力的混凝土的耐久性以及混</p><p>　　凝土的脆性也就是彈性模量進行了研究。通過研究我們得出:</p><p>　　1、對于本次設(shè)計,建議高性能混凝土的實驗室配合比為水泥:粉

39、煤灰:碎石:</p><p>　　砂:水:外加劑=263:176:1108:708:145:4. 39。混凝土的水膠比為0. 33,混凝</p><p>　　土中粉煤灰的摻量為40%?；炷恋膹姸饶途眯跃鶟M足要求,降低脆性,提高韌</p><p><b>　　性。</b></p><p>　　2、粉煤灰作為一種超細的活性

40、混合材,摻加到混凝土后,不僅可以提高新拌</p><p>　　混凝土的和易性。而且可以顯著的提高混凝土的后期強度和耐久性。摻加粉煤</p><p>　　灰還可以降低成本,達到經(jīng)濟性的要求。</p><p>　　3、隨著粉煤灰摻量的增加,混凝土的工作性略有提高;隨著粉煤灰摻量的增</p><p>　　加,硬化后混凝土的后期強度有一定程度的提高;

41、隨著混凝土摻量的增加,混</p><p>　　凝土的水化熱降低,降低溫縮裂縫的產(chǎn)生,提高混凝土的耐久性;隨著粉煤灰</p><p>　　摻量的增加,可以降低混凝土的脆性就是彈性模量,在滿足混凝土的強度和耐</p><p>　　久性的基礎(chǔ)上,提高混凝土的韌性。</p><p>　　4、水膠比是水泥混凝土配合比中的重要的參數(shù)。隨著水膠比的降低,混

42、凝土</p><p>　　的早期強度和后期強度提高,混凝土的抗凍性和抗?jié)B性等耐久性也有一定程度</p><p>　　的提高,但是混凝土的脆性也就是彈性模量也有一定程度的提高,故水膠比并</p><p>　　不是越小越好,而是在一定的范圍內(nèi),既要保證混凝土的強度和耐久性,又要</p><p>　　降低混凝土的脆性,提高混凝土的韌性。這對于當(dāng)下人

43、們過分關(guān)注混凝土的強</p><p>　　度,忽視混凝土的脆性有一定的意義。</p><p>　　1、趙麗萍.《土木工程材料.》北京：人民交通出版社，2008年；</p><p>　　2、何文敏 《土木工程材料實驗實訓(xùn)指導(dǎo)書》.北京：人民交通出版社，2008年；</p><p>　　3、《客運專線高性能混凝土?xí)盒屑夹g(shù)條件》（2005）；<

44、;/p><p>　　4、《通用硅酸鹽水泥標(biāo)準(zhǔn)》GB 175-2007；</p><p>　　5、《普通混凝土用砂質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢驗方法》JGJ52—2006；</p><p>　　6、《普通混凝土用碎石或卵石質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢驗方法》JGJ53—2006；</p><p>　　7、《混凝土外加劑》GB8076—1997；</p><p&

45、gt;　　8、《普通混凝土拌合物性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50080—2002；</p><p>　　9、《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50081—2002；</p><p>　　10、《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB1596—2005；</p><p>　　11、《用于水泥和混凝土中的?；郀t礦渣粉》GB/T18046—2000。</p>