基于粉煤灰掺量的高性能混凝土配合比优化设计毕业设计Word格式.docx
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基于粉煤灰掺量的高性能混凝土配合比优化设计毕业设计Word格式.docx
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5.装订顺序
1)设计(论文)
2)附件:
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指导教师评阅书
指导教师评价:
一、撰写(设计)过程
1、学生在论文(设计)过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
4、研究方法的科学性;
技术线路的可行性;
设计方案的合理性
5、完成毕业论文(设计)期间的出勤情况
二、论文(设计)质量
1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?
三、论文(设计)水平
1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
2、论文的观念是否有新意?
设计是否有创意?
3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
建议成绩:
(在所选等级前的□内画“√”)
指导教师:
(签名)单位:
(盖章)
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价:
一、论文(设计)质量
二、论文(设计)水平
评阅教师:
教研室(或答辩小组)及教学系意见
教研室(或答辩小组)评价:
一、答辩过程
1、毕业论文(设计)的基本要点和见解的叙述情况
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
3、学生答辩过程中的精神状态
评定成绩:
教研室主任(或答辩小组组长):
(签名)
教学系意见:
系主任:
毕业设计总成绩评定表
班级
材料3123
姓名
学号
设计(论文)题目
基于粉煤灰掺量的高性能混凝土配合比优化设计
成绩
指导教师评分
答辩评分
总成绩
指导教师评语:
系毕业设计(论文)答辩小组评语:
答辩小组组长签名:
注:
1.根据专业具体实际情况,如未安排答辩环节,答辩评分及答辩小组评语可不填写。
摘要
在建筑工程建设中,在混凝土中掺入适量的粉煤灰取代部分水泥,不仅能改善混凝土的和易性及流动性等,还可以起到一定的经济效果。
文章叙述了粉煤灰在混凝土中的作用,并就掺加粉煤灰的方法及混凝土配合比设计进行探讨。
本文以渭南渭河大桥的一座桥梁高性能混凝土配合比设计为工程背景,通过阅读大量文献资料,运用了试验手段从原材料、混凝土配合比设计、混凝土各项指标试验等方面对其进行了系统的研究,相信会对高性能混凝土的配合比设计提供技术支持。
主要研究内容包括:
(1)高性能混凝土所用原材料的质量要求;
(2)高性能混凝土配合比设计的方法;
(3)影响高性能混凝土配合比设计的主要因素;
关键字:
粉煤灰;
混凝土;
配合比设计
第1章绪论
1.1粉煤灰混凝土
粉煤灰混凝土是指参加一定量粉煤灰用以改善混凝土性能的水泥混凝土。
1.2粉煤灰混凝土国内外研究现状
当前,世界各国许多国家都已从历史发展进程中认识到必须重视“工业废渣”资源的开发利用,它可以起到有效缓冲自然资源、能源及带来颇大的环境效益。
1974年美国首先在内政部编辑的矿物年报中,将粉煤灰作为一种矿物资源,并列为国家最丰富的第七位固体矿物[5]。
随着各种新材料,新工艺的出现。
一些大型和超大型的混凝土建筑物如高层超高层的大楼,城市立交,跨河跨海大桥,大型隧道等大型的混凝土工程的需要越来越多,也来越多的被兴建。
这样的工程所在的环境恶劣,施工过程中难度加大。
建成的混凝土工程一旦出现问题,维修困难。
在这样的情况下,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够的使用寿命,更要经久耐用。
20世纪70年代中期世界性能源危机后,许多国家发电厂的燃料结构发生了变化,都加快转向以煤炭为主要燃料的进程。
根据联合国教科文组织的预测:
燃煤发电仍将在21世纪中占重要地位,而且在21世纪中燃煤发电的绝对量可能还会增加。
因此,加强粉煤灰利用将是世界各国面临的共同课题。
粉煤灰具有和粘土相类似的化学成分,它可以代替粘土生产水泥,粉煤灰的物理化学活性使得粉煤灰可以作为一种优良的水泥和混凝土的掺和料。
已经研制出来了硅酸盐水泥、硅酸三钙水泥、硫酸铝酸钙水泥等,并且粉煤灰的掺和量可以达到70%左右。
据报道,国外被利用的粉煤灰中有20%以上被用作建筑材料,如水泥、混凝土、高速公路路基、砂浆掺合料及其它墙体制品。
用粉煤灰代替部分黏土烧制出来的砖具有强度相同但是重量轻、导热系数小、易于干燥等特点,可以降低能耗,节约能源的效果,另外因其具有轻质、绝热、耐火等优良特性粉煤灰还可以应用于制作屋顶保温材料、隔断墙等,可以大大减轻墙重,增加适用面积。
虽然粉煤灰用作建筑材料所产生的附加值较低,但由于建材方面的应用通常吃灰量较大,所以粉煤灰用作建筑材料仍是粉煤灰应用的一个很重要的方面。
1.3粉煤灰在材料领域中的应用
粉煤灰可以用做填充材料、复合材料、功能材料应用于材料领域,还可以作为化学催化剂应用于工业生产当中。
根据粉煤灰的物理化学性质及其颗粒的表面活性,经磁选、超细和表面改性后,可以作为橡胶制品的功能材料,基本可以替代半补强碳黑,但是要根据不同的胶料和制品的技术性能等要求对其表面改性。
采用搅动铸造法制得的粉煤灰铝合金,与原料相比具有相似或更高的强度和弹性模量,其耐磨性得到很大提高,是一种可以广泛用于滑轮、油盘、复印机及电子管封口等方面的高价值材料;
粉煤灰还可用作塑料填料,它的引入可以大大改善塑料的性能,研究发现,用粉煤灰填充的非饱和聚酯树脂与用碳酸钙填充的聚酯树脂相比具有相似的张应力和弯应力,且前者具有高于后者的弯曲模数。
粉煤灰在复合材料制备方面有着较大的应用空间。
粉煤灰作为化学反应催化剂的研究已经有了一定的进展以粉煤灰、活性剂、硫酸为原料经活化、陈化、浸泡、焙烧等制得了固体酸催化剂,并应用于草酸二乙酯的合成,取得了良好的催化效果。
1.4粉煤灰综合利用发展前景
粉煤灰的综合利用应以大批量用灰为重点,把提高经济效益及社会效益的有机结合作为主攻方向,大力推广成熟的技术,逐步完善比较成熟的技术,积极采用国际先进技术和装备,不断提高利用的技术水平。
国家重点推广的项目主要有粉煤灰黏土烧结砖、粉煤灰做建筑材料、粉煤灰生产水泥、粉煤灰改良土壤等,随着社会经济的发展,人们环保观念的加强,政策法规的建立完善,技术水平的突破和提高,中国可持续发展战略的实施,固体废物资源化进程的进一步深入,粉煤灰资源的综合利用会更加速发展,尤其是在绿色建材、聚合物复合材料等方面。
在为人们创造经济效益的同时也改善了环境,创造了社会效益,真正意义上做到了“化害为利,变废为宝”。
总而言之,粉煤灰的综合利用不仅有利于消除污染,改善环境,而且能够创造可观的经济效益,因此展开对粉煤灰综合利用的研究已经成为一项刻不容缓的战略任务。
随着社会的发展、科学技术的进步,被认为耐久性最好的传统建筑材料———混凝土材料的内涵也发生着日新月异的变化,尤其是其性能,即为适应现代化施工需要的拌合物的性能,在严酷的条件下的耐久性以及它的各种物理力学性能都达到了一个新水平。
为与传统的混凝土技术相区别,称之为高性能混凝土(HPC)。
高性能砼以耐久性作为设计的主要指标,针对不同用途要求,保证混凝土的适用性和强度并达到高耐久性、高工作性、高体积稳定性和经济性。
因此,高性能混凝土在配制上的特点是低水胶比,选用优质原材料,并除水泥、水、集料外,必须掺加足够数量的磨细矿物掺合料和高性能外加剂。
十多年来,由于各国政府对高性能混凝土高度重视,对高性能砼技术进行了大量的研究,取得了丰硕的成果,并在工程实践中推广应用。
高性能混凝土它以耐久性为首要设计指标,有可能为基础设施工程提供100年以上的使用寿命。
与传统混凝土不同,高性能混凝土由于具有高耐久性,高工作性、高强度和高体积稳定性等许多优良特性,被认为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,特别是在桥梁、高层建筑、海港建筑等工程中显示出独特的优越性,在工程安全使用性、经济合理性、环境条件的适应性等方面产生了明显的效益,因此被各国学者所认可,被认为是今后混凝土技术的发展方向。
第2章原材料的选择技术要求
2.1组成材料
高性能混凝土所用的组成材料,除传统混凝土所用的水泥、砂、石和水四大组成成分外,还有化学外加剂和矿物外加剂。
使用高效的减水剂和磨细的矿物外加剂是使混凝土达到高性能的主要技术措施。
前者是降低混凝土的水胶比,增大混凝土和控制混凝土的坍落度损失,赋予混凝土高密致性和良好的工作性;
后者能填充胶凝材料的孔隙,参与胶凝材料的水化,除提高混凝土的致密性外,还可以改善混凝土的界面结构,提高混凝土的耐久性与强度。
由于高性能混凝土的高性能要求和配置特点,原材料中原来对普通混凝土影响不明显的因素,对高性能混凝土就可能影响显著,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。
以下介绍高性能混凝土用各种原材料及技术要求。
2.2配合比材料要求
2.2.1粗集料碎石的选择
粗集料碎石在高性能水泥混凝土中起到骨架的作用。
对于碎石,要求各个性能指标均满足设计要求。
特别是具有良好的级配。
碎石的最大粒径影响混凝土的强度和耐久性,本次设计中采用5-20mm的连续级配,用5-lOmin和10-20mm两种碎石掺配而得。
掺配比例通过碎石的蹄分试验和级配设计得到。
2.2.2细集料的选择
细集料砂主要起填充的作用。
现在常用的砂有海砂,河砂、山砂和人工砂。
在钢筋混凝土的结构中考虑到氯离子的含量不能使用海砂。
山砂由于杂质,含泥量一般超标一般也不釆用。
用的最多的是河砂。
工程所在地渭南,所以采用渭河河砂。
同时要求砂的粗细程度和良好的级配。
2.2.3高效外加剂的选择
高效外加剂的选择包括外加剂种类的选择和外加剂掺量的选择,这些主要通过经验和试验的方法得到。
2.2.4粉煤灰矿质混合料的掺加
为了降低大体积混凝土的水化热,在高性能混凝土中,用粉煤灰代替部分水泥和水泥共同成为胶凝材料。
粉煤灰的掺量通过试验确定。
在满足混凝土性能的基础上,尽可能的多掺加粉煤灰。
这样混凝土的配合比还能起到经济的作用。
2.2.5单位用水量的选择
高性能混凝土的配合比设计釆用最小单位用水量法则。
新拌高性能混凝土的施工和易性主要有高效减水剂来调节完成。
单位用水量越少,在满足混凝土施工和易性的基础上,混凝土的强度和耐久性越高。
2.2.6胶凝材料的选择
胶凝材料有两部分组成,一部分是水泥,另一部分是有活性掺合料组成。
2.2.7水胶比的确定
水胶比是水泥与胶凝材料的比值,用来衡量水泥装的稀稠程度。
不仅影响到新拌混凝土的工作性,同时也是影响混凝土耐久性和强度的主要因素。
为了保证混凝土的耐久性,一般采用较低的水胶比。
水胶比的数值通过试验确定。
但是经验告诉我们一般的高强混凝土的水胶比不能大于0.35。
2.2.8砂率的确定
高性能混凝土的砂率是混凝土中砂的质量与砂石质量之和的比值。
砂率的大小不仅影响新拌混凝土的工作性,而且影响混凝土的强度和耐久性,砂率的确定可以根据经验和试验的方法来确定。
高性能混凝土的砂率一般在40%左右。
2.3材料的检测
2.3.1水泥的选用
水泥是混凝土和高性能混凝土中最重要的一种胶凝材料,它的选择直接影响混凝土的性能和成本。
适用于制备高性能混凝土的水泥必须具有良好的流变性和高的28天强度。
高性能混凝土特点之一是水胶比较低,要满足施工工作性的要求,水泥用量就要增大,但为了尽量降低混凝土的内部温升和减少收缩,应尽量降低水泥用量。
同时为使混凝土有足够的弹性模量和体积稳定性,对胶凝材料总量也要加以限制。
高性能混凝土所有的水泥最好是强度高而且同时具有良好的流变性能。
表2.1水泥试验数据
试验项目
标准规定值
细度(%)
≤10.0
4.9
标准稠度用水量(%)
—
25.6
凝结时间
初凝
≥45min
2h45min
终凝
≤600min
3h35min
安定性
须合格
合格
胶砂强度
类别
龄期
标准规定值
实测值
抗折强度(MPa)
3d
≥3.5
5.2
28d
≥6.5
8.2
抗压强度(MPa)
≥16.0
29.4
≥42.5
50.4
从试验数据可以看出,该水泥各项指标满足标准要求。
2.3.2集料的选用
集料是指混凝土的主要组成材料之一,在混凝土中约占三分之四。
正确选择集料的品种是配置高性能混凝土的基础。
集料在传统混凝土中主要起骨架作用和减小由于胶凝材料在凝结硬化过程中由于干缩湿胀所引起的体积变化,同时还作为胶凝材料的廉价填充物。
在高性能混凝土中,由于胶水比小,水泥石强度提高,集料的差异对混凝土的强度影响很大,集料用量、品种、性能等对流动性、强度和耐久性都有影响。
(1)混凝土用石的基本要求
混凝土中的粗集料是指大于4.74mm的岩石颗粒。
对粗集料的质量要求主要包括:
颗粒级配、针片状颗粒含量、含泥量、泥块含量、强度(岩石抗压强度和压碎值指标)、坚固性、有害杂质含量和碱活性。
与普通混凝土相比,高性能混凝土强度高,用水较少(水胶比一般小于0.35),集料的性能对混凝土的强度、工作性等将起着极其重要的作用,粗集料的强度、集料-水泥浆界的面黏结强度对高性能的强度影响很大。
粗集料强度一般宜为混凝土强度1.5-2.0倍,或压碎指标宜低于10%。
一般宜选密实坚硬的石灰岩或深成火山岩,在各种类型的碎石中,通常以石灰岩为最佳,这可能是石灰岩的矿物成分能与水泥浆有较好的结合所致。
集料的表观密度、吸水率对高性能混凝土影响很大。
配置高强混凝土的粗、细集料的表观密度应在2.65g/cm³
以上,粗集料的吸水率应在1%左右,细集料的饱和含水率应低于2.5%。
石子级配对节约水泥和保证混凝土和易性有很大关系。
集料的最大粒径越大,则集料的总表面积越小,混凝土的用水量也越少,水泥用量也越少。
但该值过大,使混凝土的和易性变差,易产生离析。
集料粒径超过40mm后,由于集料比表面积的减少和混凝土不均匀性的增大,致使混凝土粒径越大,混凝土强度越低。
因此,高性能混凝土应使用最大粒径尽量小的粗集料。
研究证明:
混凝土强度为60-80MPa时,混凝土石子的最大粒径宜在20mm左右。
依据《公路桥涵施工技术规范》(JTJ041-2000)桥涵混凝土的粗骨料,应采用坚硬的卵石或碎石,最大粒径不得超过结构最小边尺寸的1/4和钢筋最小净距的3/4。
对于泵送混凝土,当泵送高度小于50m时,对碎石不宜大于管径的1/3,对卵石不宜大于管径的1/2.5;
泵送高度在50-100m时,对碎石不宜大于管径的1/4,对卵石不宜大于管径的1/3;
泵送高度在100m以上时,对碎石不宜大于管径的1/5,对卵石不宜大于管径的1/4。
粗骨料应采用连续级配。
表2.2高性能混凝土粗集料的最大粒径
强度等级
C30-C60
C70-C80
C90-C100
C100以上
粗集料最大粒径(mm)
≤30
≤20
≤15
≤10
表2.3碎石试验数据
试验项目
试验结果
堆积密度kg/m³
>1500
155
紧密空隙率%
<40
34
含泥量%
≤0.5
0.1
泥块含量%
≤0.25
针、片状颗粒含量%
≤8
201
吸水率%
<2.0
1.6
压碎指标%
7.2
颗粒级配
筛孔尺寸mm
40.0
31.5
25.0
20.0
16.0
10.0
5.0
2.50
标准规定累计筛余%
0~15
80~100
95~100
实际累计筛余%
12
91
100
检验结果
连续粒级
5~10mm
最大粒径(mm)
10
(2)混凝土用砂的基本要求
混凝土中的细集料是指粒径小于4.75mm的岩石颗粒。
。
对细集料的质量要求主要包括:
颗粒级配、细度模数、含泥量、泥块含量、坚固性、有害杂质含量和碱活性。
含泥量和泥块含量是集料中尘屑、淤泥和黏土等的总质量,这类黏土杂质对混凝土拌合物的和易性及硬化混凝土的抗冻、抗渗和收缩等性能都有一定的影响,对高强度混凝土的影响更大些,在配制高性能混凝土时,必须严格控制。
采用海砂配制时,其氯离子含量应符合下列规定:
素混凝土中使用海砂,氯离子含量不予限制;
对钢筋混凝土,海砂中氯离子含量不应大于0.06%(以干砂质量的百分率计);
对预应力混凝土不宜采用海砂,若必须使用海砂时,则应经淡水冲洗,其氯离子含量不得大于0.02%。
高性能混凝土通常选用细度模数2.7-3.1的中粗砂,且最好0.63mm筛的累积筛余大于98%为最好,能使空隙率达最低。
(3)砂率的影响
混凝土中的砂率影响新拌混凝土的施工工作性。
砂率越大,新拌混凝土和易性变差,砂率过小,同样新拌混凝土的和易性变差。
表2.3中粗砂试验数据
规格
中粗砂
代表数量
400m³
实验结果
混凝土强度
≥C50
表观密度kg/m³
>2500
2630
>1400
1457
0.2
氯化物含量%
≤0.02
0.01
云母含量%
有机物含量%
坚固性%
≤8.0
0.6
硫化物含量%
空隙率%
≤47
44
轻物质含量
颗粒分析
项目
筛孔尺
寸(mm)圆孔
Ⅰ区
Ⅱ区
Ⅲ区
累计筛余
(%)
细度模数
Mx
粗细
程度
>
10.0mm
颗粒含量
5.00
10~0
6
2.7
中砂
1.1
35~5
25~
15~0
15
1.25
65~35
50~10
25~0
33
0.630
85~71
70~41
40
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