利用粉煤灰配置高性能混凝土并进行耐久性分析.doc

毕业设计毕业设计 题目：题目：利用粉煤灰配置高性能混凝土并进利用粉煤灰配置高性能混凝土并进 行耐久性分析行耐久性分析 专专 业业： 材料工程技术材料工程技术 班班 级级： 材料材料 31233123 班班 学学 号号： 0430312033104303120331 姓姓 名名： 姚星驰姚星驰 指导老师指导老师： 薛振华薛振华 起止日期起止日期： 2014.12 2015.01.12 诚诚 信信 承承 诺诺 本毕业设计（论文）是本人独立完成，没有任何抄袭 行为，如有不实，一经查出，本人自愿承担一切后果。 承诺人： 年 月 日 陕西铁路工程职业技术学院 毕业设计（论文）总成绩评定表 班 级 姓 名 学 号 设计（论文）题目 指导教师评分答辩评分总成绩 成 绩 指导教师评语： 指导教师签名： 年 月 日 系毕业设计（论文）答辩小组评语： 答辩小组组长签名： 年 月 日 注注：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 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；粉煤灰 目目 录录 第 1 章 绪 论.1 1.1 摘要1 第 2 章 高性能混凝土概论2 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 3.1.1 水泥的选用原则3 3.1.2 水泥实验与检测3 第 5 章 结论与建议.35 致 谢36 参考文献.37 附 录37 概述概述 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。 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。 1.11.1 研究背景及意义研究背景及意义 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：设计要求： ( (一一) )满足施工要求的和易性 ( (二二) )满足结构设计的强度等级要求 ( (三三) )满足工程所处环境对混凝土耐久性的要求 ( (四四) )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。 第第 2 2 章章原材料的选择技术要求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 /300435 合格 2 初凝时间 Min45101 合格 3 终凝时间 Min600131 合格 4 安定性 mm5.01.5 合格 5 3d 抗压强度 MPa17.024.2 合格 6 3d 抗折强度 MPa3.54.65 合格 7 28d 抗压强 度 MPa42.544.5 合格 8 28d 抗折强 度 MPa6.57.85 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、 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/cm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。 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。 高性能混凝土粗集料的最大粒径 强度等级 C30-C60C70-C80C90-C100 C100 以 上 粗集料最大粒径(mm) 30201510 类别序号检验项目单位技术要求检验结果单项评价 1 筛分实测 2 针片状含量 % 15 7.6 合格 3 含泥量 % 1.0 0.3 合格 4 压碎值 % 20 13.6 合格 10-20mm 5 堆积密度 Kg/m 1350 1650 合格 6 筛分实测 7 针片状含量 % 15 6.2 合格 8 含泥量 % 1.0 0.2 合格 5-10mm 9 堆积密度 Kg/m 1350 1550 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试验规程 JTG E42-2005 12617.7 适用范围水泥混凝土试样质量 g 22340.5 级配范围 10-20mm 分计筛余率 g 分计筛余%累积筛余%通过率规范规格通 过率 筛孔 尺寸 mm12121212平均下限上限 26.5000000100100100 19000000100100100 9.52494.52240.595.395.795.395.74.74.34.5 4.75107.488.24.13.899.499.50.60.50.6 2.36000099.499.50.60.50.6 筛底 10.69.40.40.499.899.90.20.10.2 筛余 合计 质量 g 2612.52338.1 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试验规程 JTG E42-2005 12617.7 适用范围水泥混凝土试样质量 g 22340.5 级配范围 10-20mm 分计筛余率 g分计筛余%累积筛余%通过率规范规格通 过率 筛孔 尺寸 mm12121212平均下限上限 19000000100100100 9.5319.7263.220.119.920.119.979.980,180.0 4.751148.4961.572.372.692.492.57.67.57.6 2.36110.792.57.07.099.399.50.70.50.6 筛底 9.46.10.60.599.999.90.10.10.1 筛余 合计 质量 g 1558.21323.3 损耗% 1.20.7 损耗 率% 0.080.05 55 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 4.75mm 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。 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。 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 %1.00.4 合格 4 堆积密度 Kg/m 1350 1450 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、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- 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、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。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:外加剂=263: