毕业设计-利用粉煤灰配置高性能混凝土并进行耐久性分析

1、毕业设计题目：利用粉煤灰配置高性能混凝土并进行 耐久性分析专业：材料工程技术班级：材料3123班学号：姓名：指导老师：起止日期：2014.12 2015.01.12摘要高性能混凝土是一种新型高技术混凝土 ,是在大幅度提高普通混凝土性能的 基础上釆用现代混凝土技术制作的混凝土。 高性能混凝土是能更好地满足结构功 能要求和施工工艺要求的混凝土， 能最大限度地延长混凝土结构的使用年限， 降 低工程造价。 高性能混凝土以高耐久性、 高工作性、 一定的强度和体积稳定性和 经济性而著称。 本文对针对粉煤灰配制高性能混凝土进行试验研究， 可供以后类 似配合比设计参考。关键词 ：高性能混凝土；磨细矿渣粉；粉煤

2、灰目录第 1 章 绪 论 错误！未定义书签1.1 摘要1第 2 章 高性能混凝土概论 错误！未定义书签第 3章原材料的选择及技术要求3.1 水泥的选用及检测3.1.1水泥的选用原则 33.1.2 水泥实验与检测 3第 5 章 结论与建议 错误！未定义书签。致 谢 错误！未定义书签。参考文献 错误！未定义书签。附 录 错误！未定义书签。概述随着社会的发展、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

3、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，

4、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。定义高性能混凝土的配置特点是最低水较比， 选用优质原材料， 除水泥、水、集料外， 还必须掺加足够数量的矿物细掺料和高效外加剂。1.1 研究背景及意义随着各种新材料 , 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

5、的混凝土工程的需要越来越 多, 也来越多的被兴建。 这样的轮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。第一节环境 设计要求：（ 一） 满足施工要求的和易性（ 二） 满足结构设计的强度等级要求（ 三） 满足工程所处环境对混凝土耐久性的要求（ 四） 满足经济原则；在保证混凝土质量的前提下，应尽量节约水泥，合 理地使用材料和降低成本配合比法则1. 灰水比法则可塑状态混凝土水灰比的大小决定混凝土硬化后的强度，并影响硬化混凝土的耐久性。混凝土的

6、强度与水泥强度成正比，与灰水比成正比。灰 水比一经确定，决不能随意变动。这一法则，要求施工人员必须遵守。 对于高性能混凝土， 灰 包括所有胶凝材料， 因此灰水比亦可称之为胶水 比2. 混凝土密实体积法则混凝土的组成是以石子为骨架，以砂子填充石子间的空隙，又以浆体填充砂石空隙，并包裹砂石表面，以减小砂石间的摩擦阻力，保证混凝土有足够的流动性。这样，可塑状态的混凝土总体积为水、水泥、砂、石的密实体积之和。这一法则是计算混凝土配合的基础。高性能混凝土的 胶凝材料中包含了密度不同的各组分，因此更应遵守这一法则。3. 最小单位加水量或最小胶凝材料用量法则在灰水比固定、原材料一定的情况下，使用满足工作性的

7、最小加水量可 得到体积稳定的、经济的混凝土4. 最小水泥用量法则为降低混凝土的温升、提高混凝土抗环境因素侵蚀的能力。在满足混凝 土早期强度要求的前提下，应尽量减小胶凝材料中的水泥用量。第2章原材料的选择技术要求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

8、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

9、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。水泥的性能检测序号检验项目单位技术要求检验结果单项评价1细度m2 / kg 300435合格2初凝时间Min 45101合格3终凝时间Minw 600131合格4安定性mmw 5.01.5合格53d抗压强度MPa 17.024.2合格63d抗折强度MPa 3.54.65合格728d抗压强度MPa 42.544.5合格828d抗折强度MPa 6.57.85合格第2节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

10、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。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、

11、 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

12、，易产生离析。集料粒径超过40mn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。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-IOmin 和10-20mm两种碎石掺配而得。高性能混凝土粗集料的最大粒径强度等级C30-C601 C70-C80C90-C10

13、0C100以上粗集料最大粒径（mm） 3020 15 13501650合格5-10mm6筛分实测7针片状含量%v 156.2合格8含泥量%v 1.00.2合格9堆积密度Kg/m3 13501550合格规格型号10-20mm试样描述符合标准要求环境条件温度20.5 C试验规程JTG E42-2005试样质量g12617.7适用范围水泥混凝土22340.5级配范围10-20mm筛孔 尺寸mm分计筛余率g分计筛余%累积筛余%通过率规范规格通 过率121 21212平均下限上限26.5000000100100100190000001001001009.52494.52240.595.395.795.3

14、95.74.74.34.54.75107.488.24.13.899.499.50.60.50.62.36000099.499.50.60.50.6筛底10.69.40.40.499.899.90.20.10.2筛余 合计 质量 g2612.52338.1损耗%5.22.4损耗率%0.20.1规格型号10-20mm试样描述符合标准要求环境条件温度20.5 C试验规程 :JTG E42-2005试样质量g12617.7适用范围水泥混凝土22340.5级配范围10-20mm筛孔 尺寸mm分计筛余率g分计筛余%累积筛余%通过率规范规格通 过率12121212平均下限上限190000001001001

15、009.5319.7263.220.119.920.119.979.980,180.04.751148.4961.572.372.692.492.57.67.57.62.36110.792.57.07.099.399.50.70.50.6筛底9.46.10.60.599.999.90.10.10.1筛余 合计 质量g1558.21323.355损耗%1.20.7损耗率%0.080.05结论；需掺配使用混凝土用砂的基本要求混凝土中的细集料是指粒径小于 4.75m m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

16、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。砂率的影响混凝土中的砂率影响新拌

17、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。砂的指标检测结果序号检验项目单位技术要求检验结果单位评价1筛分/实测2含泥量% 3.02.2合格3泥块含量% 13501450合格粉煤灰粉煤灰（简称FA）是发电厂燃煤锅炉排出的细颗粒废澄，又称飞灰,颗粒直径一般 为0. 001-0. 050mm,呈玻璃态实心或空心的球状颗粒，表面比较致密。是一种具 有潜在火山灰活性的物质。优质粉煤灰用于混凝土中，作为胶凝材料的一种，可减 少水泥用量、节约成本,又能改善和易性、减少泌水、离析现象，改善混凝土的性 能。具有缓凝、减水,提高密实度和后期强度，降低水化热，抑制干裂

18、、收缩,增强 抗酸碱反应能力的作用，提高水泥和混凝土的后期强度及耐久性指标等。粉煤灰可以提高不同阶段的高性能混凝土的性能。主要从以下几个方面。在新拌的混凝土中，利用粉煤灰的滚轮效应和微集料效应，可以一定程度上降低混凝土 的单位用水量。提高混凝土的流动性，提高混凝土的可粟性。在硬化中的混凝土 中,掺加粉煤灰的混凝土可以降低水泥水化的水化热 ，降低温缩出现的可能性。在 硬化后的混凝土中，利用粉煤灰的火山灰效应，可以提高混凝土的后期强度以及 抗冻性、抗氯离子渗透能力等混凝土的耐久性。 在进行粉煤灰的选择的时候重点 应关注粉煤灰的氧化物含量和粉煤灰的烧失量、需水量比。经过材料试验，结果如下序号检验项目

19、单位技术要求检验结果单项评价1细度% 12.03.0合格2需水量比 9590合格3烧失量% 5.02.5合格结论原材料符合标准要求，可以使用混凝土配合比要求 渭南渭河大桥的一座桥梁为依托 , 所处的环境为河水环境 , 抗冻等级为 F300, 强 度等级C50,混凝土设计的重点是防止河水中的氯离子接触到钢筋，使钢筋诱蚀， 从而缩短桥梁的使用期限 , 也就是耐久性。在这种情况下 , 这次高性能混凝土的配 合比设计不仅要满足新拌混凝土的施工工作性 , 更要以抗氯离子渗透和抗冻融循 环这些耐久性的控制指标。1、为了满足高性能混凝土所处的河水环境 , 要求混凝土有较高的抗渗透能力。 在 进行混凝土的配合

20、比设计的时候 , 尽最大可能的使凝结硬化后的混凝土结构致 密。尽可能的降低孔隙率 , 通过掺加超细的活性混合材粉煤灰来提高混凝土的抗 渗透性能。2、为了满足混凝土的抗冻等级 , 在普通混凝土很难达到的情况下 , 采用掺加引气 剂, 引入闭合的微小的气泡来提高混凝土的抗冻等级 , 加入引气剂还可以提高新 拌混凝土的施工工作性。4、高性能混凝土要求流动性大 , 需要掺加高效减水剂。通过掺加高效减水 剂起到降低水胶比和提高流动性的目的。5、高性能混凝土骨料的选择要从骨料的洁净程度、骨料的强度、骨料的级配和 骨料的最大粒径等各个方面选择优质的骨料。 粗骨料的最大粒径会影响高性能混 凝土的强度和施工和易

21、性 , 在本次设计采用的 5-lOran,10-20mm 碎石, 细骨料选 择潍河砂。在满足新拌混凝土施工工作性的前提下 , 尽可能的降低水胶比 , 以提高 混凝土的密实度、强度和耐久性。配合比材料选用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-IOmin和10-20mmW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、 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

22、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。 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。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。 5、单位用水量的选择。高性

23、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。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。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. 35.8、砂率的确定 : 高性能

24、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。第四章结论本次高性能混凝土的配合比设计 ,通过经验加试验的方式 , 对于掺加不同 掺量的粉煤灰 , 不同的水胶比 , 对于高性能混凝土的新拌混凝土的工作性 , 硬 化后混凝土的强度 ,以及抗冻性 ,抗氯离子渗透能力的混凝土的耐久性以及混 凝土的脆性也就是弹性模量进行了研究。通过研究我们得出 : 1、对于本次设计 , 建议高性能混凝土的实验室配合比为水泥 :粉煤灰: 碎石: 砂:水:外加

25、剂=263:176:1108:708:145:4. 39 。混凝土的水胶比为 0. 33, 混凝 土中粉煤灰的掺量为 40%。混凝土的强度耐久性均满足要求 , 降低脆性, 提高韧 性。2、粉煤灰作为一种超细的活性混合材 , 掺加到混凝土后 ,不仅可以提高新拌混凝土的和易性。而且可以显著的提高混凝土的后期强度和耐久性。掺加粉煤 灰还可以降低成本 , 达到经济性的要求。3、随着粉煤灰掺量的增加 , 混凝土的工作性略有提高 ; 随着粉煤灰掺量的增 加,硬化后混凝土的后期强度有一定程度的提高 ; 随着混凝土掺量的增加 , 混 凝土的水化热降低 ,降低温缩裂缝的产生 , 提高混凝土的耐久性 ;随着粉煤灰 掺量的增加 , 可以降低混凝土的脆性就是弹性模量 ,在满足混凝土的强度和耐 久性的基础上 , 提高混凝土的韧性。4、水胶比是水泥混凝土配合比中的重要的参数。随着水胶比的降低, 混凝土的早期强度和后期强度提高 , 混凝土的抗冻性和抗渗性等耐久性也有一定程度 的提高,但是混凝土的脆性也就是弹性模量也有一定程度的提高 , 故水胶比并 不是越小越好 , 而是在一定的范围内 ,既要保证混凝土的强度和耐久性 ,又要 降低混凝土的脆性 , 提高混凝土的韧性。这对于当下人们过分关注混凝土的强 度, 忽视