无机非金属材料工程毕业论文

1、河南城建学院本科毕业设计（论文）原材料、仪器设备和试验方法摘 要混凝土是现代工程结构的主要材料,高性能混凝土(High Performance Concrete)是近年来混凝土材料发展的一个重要方向。本文通过回顾混凝土技术的 发展历程及现状,讨论了目前水泥混凝土技术的发展趋势。当前一个时期混凝土技 术发展的主要趋势为高强化、高性能化、绿色化、高技术化和复合化。阐述了目 前高性能混凝土(HPC)的定义、组成、组织结构、性能、配合比设计及养护还有其 对混凝土性能的影响。在工程中要配制高性能混凝土离不开外加剂,不同的外加剂可以影响新拌混 凝土各个方面性能,可以提高和改善新拌混凝土的流动性、粘聚性和保

2、水性。外加剂对混凝土的力学性能及耐久性能也起着至关重要的作用,可有效降低混凝土的 收缩,降低水化放热速度,提高混凝土抵抗外界介质侵蚀的能力,外加剂种类和性能直接决定了混凝土性能的优劣。 在现代混凝土中,矿物掺合料已经与水泥、集料、水、外加剂同样重要,成为混凝土中的一个组分。粉煤灰和矿渣均能明显降低水化,降低温升,延缓水泥的水化放热,明显降低混凝土的绝热温升。因为粉煤灰和矿渣微粉在水泥混凝土中部具 有三个基本效应,即形态效应、火山灰效应和微集料效应,有利于改善混凝土和易 性和坍落度保持能力。混凝土中掺入一定量的粉煤灰还可以减少收缩,明显抑值混凝土徐变性能,从而提高混凝土结构的质量和耐久性。 高性

3、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、集料外,必须掺加足够数量的矿物细掺料和高效外加剂。要实现混凝土的高性能化,应以耐久性和抗裂性为目标进行原材料优选和配合比设计。本文提出了配制高性能 混凝土的原材料性能指标和技术要求,并提出了保证高性能混凝上的原材料技术 要求,关键配合比参数,提出了以耐久性为主、同时考虑抗裂性、工作性和强度的高性能混凝土配合比设计新方法。 养护是获得高性能混凝土的重要环节,但目前对于养护效率评价的手段十分有限,很难确定现场养护的状况,使得养护在施工过程中常常被忽视,从而影响混凝土的性能,尤其是耐久性能。关键词:高性能混凝土 外加剂 矿物掺合料 配合比

4、设计养护河南城建学院本科毕业设计（论文）聚合物改性水泥砂浆的变形性能ABSTRACTHPC(High performance Concrete,HPC)is a kind of new concept concrete based on the durability of concrete structures.Different from the traditional concrete,HPC is considered as the most comprehensive performance concrete of the world till now,for its excellen

5、t characteristics: strong durability,good working operation,high intensity and excellent volume stability.This dissertation traced the developed process and recent situation,discussed there cent and future trend of concrete.The main trend of concrete technology is high strength,high performance,gree

6、n high technology and complex in a recent period of time.Definition,composite,microstructure,technical method,curing and mechanic characteristic,durability mixing proportion design and mixing technology of HPC was simply depicted.Through the research mainly on different preparation and deployments o

7、f the HPC raw materials,such as concrete admixtures ,mineral admixture and so on,this paper tries to get the rules that how the properties of HPC and hardened concrete are affected by these raw materials.Meanwhile,the paper tries to conclude the optimal ratios of raw materials for concrete of differ

8、ent properties.Firstly,it is revealed that the admixture technology plays a key role in high performance concrete,through the test of incorporating a variety of concrete admixtures into the concrete.Admixture,in particular functional admixture,can improve the construction properties,mechanical chara

9、cteristics,deformation properties,durability and thermal properties,through which the concrete high performance can be realized.With different environments and actual situations,admixture of differentfunctions can meet the various performance requirements of high 一 performanceconcrete,and make the d

10、iversification of concrete realized.Secondly,it is revealed that the mineral admixture technology plays a key role in high一performance concrete,through the test of incorporating a variety of mineral admixtures into the concrete.After incorporating the admixture,the composition andstructure of concre

11、te hydrate are changed.The mineral admixture makes great contributions to all properties of the concrete.However,with too much amount of mineral admixture,it will have a negative effect on mechanical properties and durabilities of concrete.Therefore,it is necessary for us to have a correct understan

12、ding5and application to mineral admixture,and to adopt the right mineral.Finally,curing is one of the most important procedures in concrete construction practices,especially for high一performance concrete.However,the evaluation approachof the curing efficiency is seldom at present,so it is difficult

13、to determine the efficiency of concrete cured on site.That makes the curing in the construction often be neglected,which affects the performance of concrete,especially the durability.Therefore,the research on the evaluation approach of the curing efficiency is necessary.Key words:HPC,Admixtures,Mine

14、ral Admixture,Mix Design,Application.()9河南城建学院本科毕业设计（论文）聚合物改性水泥砂浆的变形性能1.1 引言第一章 绪论减水剂是最重要的混凝土外加剂，对混凝土性能有很大影响。而高效外加剂对混凝土性能影响更加显著。20 世纪 30 年代，国外就开始使用木质素磺酸盐减 水剂；60 年代初，日本和西德后研制成功萘系和三聚氰胺系高效减水剂；90 年 代日本率先研究出了聚羧酸系高性 能减水剂。我国外加剂的起步较国外稍晚，但是发展迅速，20 世纪 50 年代开始木质素磺酸盐和引气剂的研究和应用，到 70 年代以后，萘系高效减水剂、蒽系高效减水剂等都有了自主研发的

15、产品；90 年代 后期，改性三聚氰胺、氨基磺酸盐、脂肪族高效减水剂快速发展。2006 年以来,在高速铁路建设的带动下,聚羧酸系高性能减水剂也获得了快速的发展。减水剂促 进了我国混凝土新技术的发展，促进了工业副产品在胶凝材料系统中的应用,已经 逐步成为优质混凝土必不可少的材料。氨基磺酸盐系减水剂为氨基磺酸盐甲醛缩合物，一般由带氨基、羧基、羟基、 磺酸盐等活性基团的单体，通过添加甲醛，在水溶液中温热或加热缩合而成。氨 基磺酸盐系减水剂，有固体重量为 25%50%的液状产品以及浅黄色粉末状的粉剂产品。该类减水剂的主要特点之一是氯离子含量低（约为 0.01%0.1%）、以及 硫酸钠含量低（约为 0.9

16、%4.2%）。1.2 外加剂的发展历史发展状况1.2.1 混凝土外加剂的发展历史混凝土外加剂作为产品在混凝土中应用的历史大约有 60-70 年。但追溯到古 代，其实人类早已知道在建筑用胶凝材料中使用一些添加剂。有学者考证在罗马 斗兽场建筑中已知道了在火山灰等凝胶材料中使用一些牛血、牛油、牛奶来改善 使用性能。而我国古代有史料记载在秦始皇修建万里长城时，也曾以粘土、石灰 等作为凝胶材料，糯米汁、猪血、豆腐汁等用以增加其粘力，这也算是外加剂吧。 可查证的资料也记载在 1885 年欧洲人已经知道在混凝土中掺入硬化调节剂；如石 灰、石膏。而 19 世纪末使用氯化钙曾风靡一时，至今也还在使用。到 189

17、5 年已 经用增水剂和塑化剂，掺入道路铺设的混凝土中，有效地改善了混凝土的耐用久 性。正式的工业产品始见于 1910 年，到 30 年代在美国开发北美洲时，混凝土路 面由于严寒气候的除冰而很快受到破坏，为提高路面混凝土质量而使用了“文沙树脂”来提高混凝土的耐久性。真正的科研产品当算 1935 年美国 Master Builder的 E.W.Scxiptrt 研究制造成功的以纸浆废液中木质磺酸盐为主要成分的“普浊里”减水剂（Pozzolitn）。于 1937 年美国颁布了历史上第一个减水剂的专利。1954 年制定了第一批混凝土外加剂检验标准。我国正式使用混凝土外加剂是 20 世纪 50 年代，当

18、时由前苏联专家将松香皂 化物引气剂引入国内。在天津塘沽新洪、武汉长江大桥及佛子岭水库应用，取得了一定的效果。以后又使用过以亚硫酸盐法造纸的纸浆废液、制糖工业废蜜为原 料的混凝土塑化剂，同时氯化钙、氯化钠、三乙酸胺等早强剂使用也很多。随后由于有些工程使用不当曾出现过工程质量问题，再加上众所周知的原因，直到 70 年代初中国混凝土外加剂还未形成正式产品。1.2.2 高效外加剂高效减水剂是在混凝土工作性大致相同时, 具有较高减水率的一种外加剂, 也是当前使用最广的一种外加剂。调查发现, 在各种高效减水剂中, 2007 年萘系 产量占 87.5%、脂肪族占 5.1%、氨基磺酸盐占 4.4%、蒽系占 2

19、.1%、洗油系占 0.7%、 密胺系占 0.18%。可见, 萘系高效减水剂占第 1 位。在我国, 密胺系减水剂与萘 系几乎同时出现,其使用仅占 0.41%, 这两种外加剂在它们各自最佳掺量时,具有 相似性能。木质素磺酸盐减水剂是常用的普通型减水剂,其减水率为 8%-10%,可以直接 使用, 也可作为复合型外加剂原料之一, 因价格便宜,使用较广泛。2007 年木质素磺酸盐减水剂产量约 17 万 t,资源尚未得到充分利用,还可以继续挖掘。我国利 用木质素磺酸盐减水剂各地不平衡： 南方利用较多,如上海利用它配制中效泵送剂, 较广泛地用于商品混凝土；北京利用较少。国外有些国家,木质素磺酸盐减水 剂利用

20、较好,如 2006 年韩国混凝土产量 438 亿 m3,70%-80%混凝土(强度等级C30) 使用了木质素磺酸盐减水剂。各种混凝土外加剂改善了新拌合硬化混凝土性能,促进了混凝土新技术的发 展和工业副产品在胶凝材料系统中的应用, 有助于节约资源和环境保护, 已经逐 步成为优质混凝土必不可少的材料。20 世纪 30 年代, 国外就开始使用木质素磺酸盐减水剂；60 年代初日本和西德先后研制成萘系和三聚氰胺系高效减水剂后, 混凝土外加剂进入了迅速发展和广泛应用时代。我国外加剂的起步较国外稍晚,20 世纪 50 年代开始木质素磺酸盐和引气剂的研究和应用;70 年代以后, 外加剂的科研、生产和应用才取得

21、大进展。特别是近年来,国家基础建设保持高速增长, 铁路、 公路、机场、煤矿、市政、核电站、大坝等工程对混凝土外加剂需求旺盛, 使混 凝土外加剂行业一直处于高速发展阶段。1.2.3 目前混凝土的发展方向自硅酸盐水泥发明以来,经过长期的试验研究,其化学组成已达最佳。通过对 硅酸盐和铝酸盐矿物, 以及水泥在水化过程中加入石膏作用的深入研究, 硅酸盐 水泥已成为人们熟知的矿物反应系统。但近年来,随着全球性气候变暖, 节能、减 少温室气体的排放已成为人们的共识和努力的目标。在硅酸盐水泥中加入各种矿 物材料粉煤灰、磨细矿渣粉、硅灰等作为辅助胶凝材料, 可以改善混凝土的力学 性能和耐久性, 降低水泥熟料的消

22、耗, 并且可以节省原材料、能源、减少 CO2排 放。由于辅助胶凝材料是工业副产品,其化学组成具有多变性,因此增加了化学反 应系统的复杂性,为了适应变化,必须加入相应的化学外加剂,以补偿辅助胶凝材 料化学组成变化的影响。加入化学外加剂比调整水泥矿物组成更加方便有效。经过大量试验研究,提出了很多改善混凝土材料性能的新方法, 取得了很大 进步, 如:运用高性能减水剂和加入矿物外加剂来降低孔隙率, 提高混凝土抗压强度和抗渗性；使用引气剂, 改善混凝土抗冻融性能;加入阻锈剂或防水剂, 降低 混凝土钢筋锈蚀; 使用碱骨料反应抑制剂, 使碱 骨料反应破坏减小到最低程度;使用补偿收缩剂、减缩剂、养护剂和最适宜

23、的养护措施,减少混凝土干缩裂缝; 使 用化学外加剂和矿物外加剂,控制水泥的水化反应速率和放热速率, 减少大体积 混凝土早期放热引起的开裂; 通过提高耐久性、抗裂和抗冻融性来提高混凝土的使用寿命。1.3 本文研究的目的及意义随着混凝土技术的发展，混凝土外加剂已经成为混凝土中不可缺少的第五组 分，外加剂引起混凝土性能问题尤其受到关注。化学外加剂在水泥基材料中的应 用已经非常广泛，是高性能水泥基材料的必要组分。掺入外加剂可改善混凝土的 工作性、提高混凝土强度和耐久性。混凝土外加剂的特点是品种多、掺量小，对 混凝土的性能影响较大，因此它的品种选择、应用技术、质量控制较其他混凝土 组成材料更为重要。减水

24、剂能在不影响和易性的条件下使给定混凝土的拌和用水 量减少，在不影响用水量的条件下使混凝土拌合物的和易性增加。工程需要高耐 久、高流态、高保坍、高强以及对外观质量要求高的混凝土时，需要加入不同种 类及不同剂量的减水剂来满足特殊的工程要求。研究不同类型减水剂对混凝土性 能的影响对于混凝土工程有着重要的作用。河南城建学院本科毕业设计（论文）聚合物改性水泥砂浆的变形性能1.4 本文的研究内容及创新本论文主要介绍减水剂的发展与应用现状；高效减水剂的类型及减水剂的减 水机理；高效减水剂与水泥相容性试验；通过多组不同掺量减水剂混凝土和不掺减水剂混凝土的对比试验，初步探析减水剂的掺量对混凝土性能的影响。 为了

25、探讨氨基磺酸盐类减水剂对混凝土性能的影响，本实验主要采用氨基磺酸盐类减水剂惊醒研究。保证 W/C、砂率、流动性等影响因素不变，定量反应减水剂对混凝土性能的影响，针对 C30混凝土进行高效减水剂对混凝土性能影响规 律研究，设计混凝土配合比。由于氨基素磺酸减水剂具有强亲水性羟基（OH），能使水泥颗粒表面形成较厚的水化膜，具有较强的水化膜润滑减水作用。减水剂无引气作用，具有较轻 的缓凝作用。该类减水剂减水率高，与奈系及三聚氰胺系高效减水剂的优点。由 于其分散减水作用机理，与奈系及三聚氰胺系减水剂相比，具有更强的空间位阻斥力作用及水化膜润滑作用，所以氨基磺酸盐系减水剂对水泥颗粒的分散效果更 强，对水泥

26、的适应性明显提高，不但减水率高，而且包塑性好。18第二章 实验2.1 实验材料及仪器2.1.1 材料水泥（Cement，简称 C）：综合考虑材料应用的广泛性、经济性和所配砂浆的 高强度，采用 P.O42.5 普通硅酸盐水泥。普通河砂（Sand，简称 S）：过 2.5mm 筛，砂子级配符合建筑用砂（GB/T14684-2001）2 区颗粒级配的要求，细度模数 Mx2.2，实测密度为 2.618g/cm3；粉煤灰（Fly ash，简称 FA）：为更好地改善新 拌砂浆施工性能和硬化砂浆力学性能，在砂浆中掺加一定量的超细粉煤灰，实测密度为 2.20g/cm3；硅 灰（Silica fume，简称 SF

27、）：为进一步改善新拌砂浆施 工性能和硬化砂浆力学性能，在砂浆中掺加适量硅灰，实测密度为 2.20g/cm3。U型膨胀剂（Uexpansion agent，简称 UEA）：为提高砂浆抗裂性能和减小砂浆干缩，在砂浆中掺加适量 U型膨胀剂实测密度为 3.0g/cm3。聚合物胶粉、高效 减水剂、纤维等。表 2-1 水泥的主要化学成分SiO2Al2O3Fe2O3CaOK2ONa2OMgOSO3烧失量21.734.993.4063.160.050.353.012.011.30表 2-2 水泥的物理学指标3d 抗折3d 抗压28d 抗折28d 抗压比表面积初凝时间终凝时间安定性标准稠度6.126.18.44

28、8.4362124157合格28.2%名称细度模数表观密度堆积密度孔隙率含泥量沙子2.92700167037%2.4%细集料采用沙子，中砂细度模数为 Mx=2.9。物理指标如图示。 表 2-3 沙子的物理性能表 2-4 沙子的颗粒级配筛孔尺寸9.504.752.361.180.600.300.15累计筛余051241639097粗集料采用石子规格压碎指标针片状含量堆积密度表观密度含泥量5-16mm7.18.0153026800.65-25mm7.58.3151028900.6表 2-5 石子物理指标表 2-6 石子级配表粒径26.5191613.29.54.75试测5/53/93982.1.2

29、 主要仪器水泥胶砂搅拌机 JJ5、 流动度测试仪 NLD2、 电动抗折试验机 DKZ5000、 电液式压力试验机 YA600 、电子万能试验机 WDW1002.2 实验方法2.2.1 搅拌制度及养护制度根据施工需要，试验过程中新拌砂浆的流动度控制在（1655）mm。将粉末 材料和纤维加入搅拌锅内慢速搅拌 30s，使纤维分散均匀。再加入水慢速搅拌5min，调节流动度为（1655）mm，并且以此确定用水量。养护制度按聚合物改性水泥砂浆试验规程DL/T51262001 的规定进行。 在温度为（202），相对湿度90的养护室养护 2d，再在温度为（202）的水中养护 5d，然后在温度为（202），相对

30、湿度60的养护室内干养护 21d。2.2.2 技术指标新拌砂浆工作性包括新拌砂浆保水性、内聚力，抹面润滑性和抗流挂性能等。 新拌砂浆内聚力提高使砂浆具有较好粘结力和结构强度，砂浆抹面施工时不应干散或流浆，提高砂浆得率；砂浆不应该很粘稠，易于抹面，润滑性能好；砂浆应 具有较好的保水性，保水性较差的砂浆易产生裂纹，且在界面粘结处易泌水影响砂浆粘结强度。为方便对砂浆工作性的描述，把砂浆施工性能分为四级：差，砂浆泌水、干散、流浆或太粘；一般，介于差和好之间；好，几乎不泌水，抹面润滑性较好，抗流挂性较强；很好，无泌水，抹面润滑性好和抗流挂性强。粘结耐 久性试验的具体试验步骤按照聚合物改性水泥砂浆试验规程

31、DL/T51262001的规定进行。把养护到规定龄期的试件放人（202）的水中浸泡 18h 取出， 放在（-203）的低温箱中恒温 3h，再取出放入（503）的高温箱中恒温 3h，24h 为一个循环，共进行 10 个循环。2.3 实验方法2.3.1试样制备(l)参考标准:水泥与减水剂相容性试验方法(JC/T1083一2008)。 (2)试验仪器:电子天平、净浆搅拌机(带六只搅拌锅)、截锥圆模(上口直径36mm高度60mm、下口直径64mm)、玻璃板(小400mm5mm)、刮刀、卡尺、秒表。(3)检测方法按下列步骤进行:将玻璃板放置在水平位置,用湿布将玻璃板搅拌器及搅拌锅均匀擦拭,使 其表面湿而

32、不带水滴;将截锥圆模放在玻璃板中央,并用湿布覆盖待用;称取水泥500g,倒入搅拌锅内;对某种水泥需选择外加剂时,每种外加剂应分别加入不同掺量;对某种外 加剂选择水泥时,每种水泥应分别加人不同掺量的外加剂。对不同品种外加剂,不 同掺量应分别进行试验;加入145g水(外加剂为水剂时,应扣除其含水量),搅拌4min;将拌好的净浆迅速注入截锥圆模内,用刮刀刮平,将截锥圆模按垂直方向 提起,同时,开启秒表计时,至305用直尺量取流淌水泥净浆互相垂直的两个方向的最大直径,取平均值作为水泥净浆初始流动度。已测定过流动度的水泥浆应弃去,不再装入搅拌锅中。水泥净浆停放时, 应用湿布覆盖搅拌锅;剩留在搅拌锅内的水

33、泥净浆,至加水后30、60min,开启搅拌机,搅拌4min, 测定相应时间的水泥净浆流动度。(4)经时损失率的计算:用初始净浆流动度与60min净浆流动度的相对差值来计算,即:FL=(Fin一F60)/Fin (2.1) 其中:FL一经时损失率,单位为%;Fin一初始净浆流动度,单位为mm;F60一60min净浆 流动度，单位为mm。2.3.2 养护标准时试件的尺寸和形状要求：时间尺寸立方体边长100mm，抗压强度31.5，抗战强度31.5，轴系抗压强度31.5，劈裂抗拉强度20。 养护试件：（1）标准养护：成型的试件首先在205的环境中静置24-48h。编号并拆模，将试件放入标准养护室养护。

34、温度202、相对湿度95% 以上。试件应放置于支架上，间隔10-2min，试件表面应保持潮湿，并不得被水 直接冲淋。（2）同条件养护 同条件养护试件拆模时间与构件拆模时间相同。拆模后放置在靠近相应结构构件或结构部位的适当位置，并采取相同的 养护方法。2.4 实验结果实验结果总结数据，并且对比，详细如下表2-7河南城建学院本科毕业设计（论文）聚合物改性水泥砂浆的变形性能2-7 混凝土实验结果编号外加剂掺量坍落度扩展度抗压强度10初始1h初始1h3d7d28d2120615837.949.666.120.152322626035.350.463.830.32423636134.148.671.24

35、0.452322626035.048.971.9实验结果分析：减水剂对混凝土性能具有显著的影响，高效减水剂对混凝土 性能的影响更加显著，同时，减水剂的掺入量达到一个贴合混凝土要求的量的要 求才能达到预期的效果，过度或过少可能不是能反应减水剂对混凝土性能的影响 效果。故，掺有适量的减水剂对混凝土的影响更好，好于过多或过少的掺量，更 好不掺减水剂的试件。实验结果是，适量的高效减水剂对混凝土试件效果最佳。表明外加剂可以显 著影响混凝土的性能。第三章 结论与展望各种化学外加剂赋予混凝土新的功能, 所以化学外加剂对优质混凝土来说是 一种不可缺少的材料。要降低建设投资和提高经济效益, 使混凝土具有高耐久性

36、, 就必须使用高效减水剂和聚羧酸盐系等高性能减水剂。另外, 由于节能减排要求, 我国在水泥生产时大量利用各种工业副产品和废料, 复合水泥的产量将会大幅增 加,使水泥和外加剂之间的适应性问题更加复杂。今后可以通过合成新型多功能聚 羧酸盐系高效减水剂及其它复合技术来应对适应性问题的挑战。聚羧酸盐系高性能减水剂的出现和推广应用可以说是外加剂发展史上的一个 重要飞跃, 也是对其它外加剂生存的一个挑战。但由于各种外加剂都有自己的特点和特性, 所以聚羧酸盐系高性能减水剂和其它各种高效减水剂将在很长一段 时期共存发展, 并不断地完善和提高性能。国内聚狡酸系高效减水剂在研究及应用方面还有很大的不足,我们可以从原 材料到分子结构上进行分析研究通过对国内外研究状况