矿物掺合料对混凝土的影响毕业设计

哈尔滨铁道职业技术学院毕业设计设计题目矿物掺合料对混凝土的影响学生姓名专业班级中建铁路订单试验班指导教师城市轨道交通学院年月日哈尔滨铁道职业技术学院城市轨道交通分院毕业设计2哈尔滨铁道职业技术学院毕业设计开题报告专业班级中建铁路订单试验班设计方向混凝土与矿物掺合料学生姓名指导教师审查意见指导教师签字哈尔滨铁道职业技术学院城市轨道交通分院毕业设计3年月日矿物掺合料对混凝土的影响一、选题的背景与意义混凝土我是土木工程中用途最广，用量最大的一种建筑材料。按预定性能设计和制作混凝土，研制轻质，高强度，多功能的混凝土新品种。利用现代新技术、大力发展新工艺、新设备；广泛利用工业废渣作原材料等，都是今后需要不断解决的课题。二、毕业设计的主要内容它主要包括以下内容1对不同原材料进行分析2对不同配比进行试验3对试验结果分析三、参考文献1马保国，李永兴绿色高性能混凝土与矿物掺合料的发展研究，20092龙广成，王新友混凝土矿物掺合料的强度影响2008四、设计时间安排（1）确定题目2012年4月20至2012年4月25（2）现场调研2012年4月25至2012年5月04（3）查阅文献2012年5月1至2012年5月10（4）资料整理分析2012年5月1至2012年5月15（5）编写设计、总结2012年5月1至2012年5月15（6）打印、提交、送审设计，准备答辩2012年5月18哈尔滨铁道职业技术学院城市轨道交通分院毕业设计4哈尔滨铁道职业技术学院毕业设计任务书设计题目矿物掺合料对混凝土的影响学生姓名专业班级中建铁路订单试验班指导教师城市轨道交通学院年月日哈尔滨铁道职业技术学院城市轨道交通分院毕业设计5题目名称矿物掺合料对混凝土的影响任务内容（包括内容、计划、时间安排、完成工作量与水平具体要求）其中参考文献篇数5篇图纸张数10张说明书字数35000字专业负责人意见签名年月日哈尔滨铁道职业技术学院城市轨道交通分院毕业设计6毕业设计格式要求及示例矿物掺合料摘要文章介绍了矿物掺合料粉煤灰、矿粉和硅粉对混凝土的影响。粉煤灰掺入混凝土中可显著改善混凝土的和易性和流动性，大量用于制配制大体积混凝土，泵送混凝土。不同厂家，不同细度的粉煤灰因煤种不同，生产工艺不同，导致粉煤灰需水量不同，不同厂家的粉煤灰检测以需水量指标为标准。同一厂家的粉煤灰一般细度越大需水量比越大，可以以细度指标为标准。细度小，活性大，需水量小的粉煤灰掺入混凝土中可节约水泥，节约外加剂用量，而需水量大的粉煤灰会向混凝土中引入大量无用的水，造成水灰比过大强度下降，若使用则要增加外加剂用量，造成浪费。所以，现在我们试验室每车取样检测细度，是必要的。这样可以掌握粉煤灰质量波动情况，和对因粉煤灰细度变化引起混凝土坍落度、强度变化。关键词和易性；流动性；生产工艺哈尔滨铁道职业技术学院城市轨道交通分院毕业设计7目录摘要1绪论811高性能混凝土的认识812高性能混凝土的发展82原材料选择93试件成型养护94混凝土配合比设计及各影响因属对高性能混凝土的影响1041水胶比、高效减水剂及矿物掺合料对高性能混凝土工作性的影响1042磨细矿渣对高性能混凝土物理力学性能的影响1143粉煤灰对混凝土性能的影响115试验结果分析1251试验结果1252试验结果分析1253试件的破坏形态145结论14参考文献哈尔滨铁道职业技术学院城市轨道交通分院毕业设计8矿物掺合料对混凝土的影响11绪论11高性能混凝土的认识高性能混凝土提出近20年来，其研究已经越来越深人，应用也越来越多。掺合料是配制高性能混凝土的必要材料之一，有人把掺合料称之为制作高性能混凝土的功能性组分材料。它通过复合胶凝效应、诱导激活效应、表面微晶化效应、界面藕合效应、微集料效应不仅可以改善混凝土的工作性能，而且对混凝土耐久性等都有十分显著改善。目前，我国使用较广的掺合料有粉煤灰、矿渣微粉、沸石粉及硅灰等。单一掺合料存在各自的局限性，而多元矿物掺合料的复合掺人，则会产生一定的复合交互效应，所以复合矿物掺合料的应用就成为提高混凝土综合性能的一条有效途径。这其中尤以矿渣微粉与粉煤灰的复合最为常见。12高性能混凝土的发展通过试验及理论分析对矿渣微粉与粉煤灰复合掺合料在高性能混凝土中的应用进行了研究和探讨。随着社会的发展和要求，建筑物的高层化、大跨度桥梁、各种薄型建筑物与日俱增，使用高强、耐久、轻质、高工作度“的高性能混凝土将是现代建筑发展的必然趋势。但用高标号水泥和提高水泥用量来配制高性能混凝土存在一系列问题。水泥用量过大对混凝土在长时间内保持良好的工作性能、降低水化热、减少收缩裂缝、保证混凝土硬化后的体积稳定性均不利。大量的活性矿物掺合料代替混凝土中的部分水泥，利用活性矿物掺合料与高效减水剂的复合效应来配制高性能混凝土已成为当前混凝土技术的又一重要技术措施。硅灰是活性矿物掺合料中使用效果最好的但其资源稀缺，价格昂贵远远不能满足混凝土工程发展的需要。寻找新的矿物掺合料代替硅灰，以满足高性混凝土发展的要求已迫在眉睫。粒化高炉矿渣是炼铁过程中排除的工业废料，经水猝急冷后的矿渣其玻璃体结构内含有较高的能量，潜在的活性大，是混凝土的优质混合材料。粉煤灰是具一定的水硬性，具有较高的火山灰活性，作为水泥的代替材料参入高新能混凝土中，是一种理想的微粉填充材料。但人们普遍认为，在混凝土中掺入粉煤灰后，混凝土的强度会降低，人们总是以消极的态度对待粉煤灰在混凝土中的应用，本文利用本地原材料及柳州钢铁集团公司的工业废料矿渣经人工磨细作为高性能混凝土的主要矿物掺合料，研究其对高性能混凝土强度及耐久性的影响。哈尔滨铁道职业技术学院城市轨道交通分院毕业设计92原材料选择（1）水泥柳州水泥厂生产的425R普通硅酸盐水泥，7D实测强度268MPA，28D实测抗压强度501MPA。（2）粉煤灰广西田东电厂生产的级粉煤灰，其质量指标见表一。（3）磨细矿渣粉柳州市钢铁集团公司的水猝高炉矿渣掺入5石膏粉改性符合，经人工磨细自比表面积为6150CM2/G，其化学成分见表二。（4）硅灰贵阳清镇铁合金厂生产。（5）粗骨料柳州市市政公司生产的石灰石骨料，其粒径为5315MM，粗骨料压碎指标94。（6）细骨料柳州市河砂（中砂），细度模数28，级配合格。（7）高效减水剂上海生产的的高效减水剂表一级粉煤灰质量指标（）细度0045方孔筛筛余量需水量比烧失量含水量三氧化硫019216804066表二磨细矿渣粉化学成分（）SIO2CAOAL2O3FE2O3NA2OK2OMGO32401507微量微量753试件成型、养护试件采用机械搅拌，共制作21种配合比的标准立方体试件。试件由原料经干拌、湿拌，然后在振动台上分2次振动成型，标准养护至规定龄期取出进行强度测试。高效减水剂在配合比110中采用同掺发，其余采用后掺法。本研究只测试混凝土强度和工作性。将拌合物分3次均匀地装入塌落度筒中并插捣，测完混凝土塌落度后马上测量2个垂直方向的扩展值，取其平均值定义为此配合比的扩展度值。根据国内外有关质料，在影响混凝土强度的众多因素中，选定水胶比，掺合料2个因属。具体配合比见表3表3混凝土配合比哈尔滨铁道职业技术学院城市轨道交通分院毕业设计10试验编号水泥水硅灰粉煤灰磨细矿渣矿渣掺合料中砂碎石水胶比减水剂塌落度（MM）扩展度（MM）155016367311270296661802440163110673112702966619034401631106731127029666195444016310067311270296661905440163555567311270296661886500163556731127029666180401744016371556731127028860820042884681632757167311270288608201500944016335511067311270279608212480104401631806731127026360822052511330163551656731127029655189383124401635555673112702965519538513440163331106731127028057818939514390163105673112703295020551515500163601006101129023066145330164401531806311129026258320160517415153180631112902576022047018385153214631112902556024052019500163180631112902468241525205001537063111290268572254652150015318063111290225602103854混凝土配合比的设计及各影响对高性能混凝土性能的影响由于混凝土的修补、更新不易，良好耐久性的建筑物是发展的方向。混凝土结构的均匀与密实对其抗渗性、耐久性、强度均有较大影响。因此、高性能混凝土要求新拌混凝土进入硬化阶段具有低空隙率、高胶空比、高弹模量以及尽可能少的微裂缝。其措施就是要控制好新拌混凝土的各种流变参数指标来保证混凝土硬化后体积密实、稳定、具有高度抵抗外力的能力。41水胶比、高效减水剂及矿物掺合料对高性能混凝土工作性能的影响硬化水泥石的孔结构取决于混凝土的水胶比和水泥的水化程度。在混凝土能充分密实的条件下，水胶比愈小，水泥是的空隙体积愈小。资料表明水泥完全水化的极限W/C是0277左右。当水胶比038，水泥石只有凝胶孔无毛细孔，混凝土强度高，抗渗性能好。但普通混凝土在浇筑时为了获得必要的活易性，水胶比一般在0406多余的水不参加水化反应自由蒸发在硬化混凝土中形成贯通的毛细孔，在骨料之间形成薄弱的过度接口驱使混凝土强度下降，而这些薄弱环节正是混凝土耐久性变差的根源。故试验采用的水胶比033，高性能混凝土在水胶比的条件下加入高效减水剂后，水泥浆体中减水剂被水泥颗粒哈尔滨铁道职业技术学院城市轨道交通分院毕业设计11或水化产物吸附并产生分散、润化作用、使水泥浆絮凝结构解体，被包裹的游离水得到释放，保证了混凝土施工所需的流动性，降低了孔隙率从而获得了较高的密实性和抗压强度，提高了混凝土的耐久性，但减水剂的减水作用是有限的，当水泥浆体中的絮状结构完全破坏并分散后，进一步掺减水剂不仅不经济反而对混凝土的性能产生不利影响。42磨细矿渣对高性能混凝土的物理力学性能影响胶结料本身的高强化、增强胶结料与集料的接口粘接即选择最佳是实现高强混凝土的三个要素。其中影响最大的是水泥砂浆与粗骨料的粘接力的大小。水泥水化产物的主体是CSH凝胶和CA（OH2）。CSH凝胶的颗粒小比表面积大，与未水化水泥颗粒、粗细骨料粘接好，混凝土的强度主要取决于CSH凝胶的多少。CA（OH2）结晶颗粒大比表面积小，结晶的板面易覆盖在骨料表面，因而与未水化颗粒，粗骨料的粘结性差，对强度耐久性不利。水猝高炉矿渣经磨细后，由于其玻璃体结构破坏，使其潜在的活性被激发出来，它对混凝土强度的提高主要取决于它的两个综合效应，一个是火山会效应，它改变了接口的粘结强度。混凝土中掺入磨细矿渣后，在混凝土内部的碱环境中，矿渣细粉吸收水泥水化是形成的CA（OH2），且能促成水泥的进一步水化生成更多有利的CSH凝胶，使接口区的CA（OH2）晶粒变小，改善了混凝土微观结构，使水泥浆体的空隙率明显下降，强化了集料接口粘结力，使混凝土的物理力学性能大大提高。另一个微观集料效应，形成细观自紧闭结构。磨细矿渣的平均粒径比水泥小得多，它的加入填充了水泥颗粒间的间隙，改变了胶凝材料的颗粒级配，使混凝土形成细观层次的自紧闭体系，从而提高了强度，是硬化后的混凝土具有良好的耐久性及高的和易性，可泵性，可修整性。43粉煤灰对混凝土性能的影响本实验所用的粉煤灰粒径较小，这些微粒呈致密的球状，且表面光滑，吸力能力较低，在混凝土拌合物中起“滚珠”的作用。粉煤灰取代部分水泥和高效减水剂同时掺入混凝土中，由于粉煤灰对水泥浆起填充、分散、密实及化学作用，改变了水泥石的孔结构，大幅度降低混凝土拌合物中有“滚珠”作用的形态效应，使其流动性、扩展性、和易性均能满足施工要求。粉煤后取代部分水泥掺入混凝土中，可减少水化热，减少大体积混凝土出现裂缝的危险，改变高强混凝土的硬化速度，减少高强混凝土的早期收缩。5试验结果分析51试验结果配合比1作为基准混凝土，21种配比的混凝土其强度发展见表4。哈尔滨铁道职业技术学院城市轨道交通分院毕业设计12表4混凝土强度的发展（MPA）试件编号标准养护FCU,7D标准养护FCU,28D标准养护FCU,90D标准养护FCU,120D标养28天冻融4天在标养至FCU,120D158597222775970232609873787711797835563677173448044448207511821586105528976878950912065951824484007570874007822796386281728976338134958927541812590111061407311816284671152287489126422795513643079711454226163157540867816672085551766528133186755808919644485182068298356217259815652试验结果分析普通混凝土和高强混凝土都以塌落度作为衡量混凝土拌合物流动性的指标。从试件制作过程的观察可见当水胶比控制在028030时，12的减水剂掺量太多了。使混凝土拌合物较稀，在成形后未凝结前均有少许泌水现象，试块24H拆模后，表面均有许多不规则龟裂。而减水剂掺量为胶结材料的1是合适的。试件成型后和易性好，试件表面无泌水、龟裂现象，并可使混凝土获得较大的流动性（塌落度190）。而基准混凝土塌落度经时损失较大不利于高性能混凝土施工质量的保证。高强混凝土中水胶比较小，有相当一部分水泥颗粒不能完全水化今起微细骨料填充作用，水泥颗粒的空隙之间仍有许多孔隙水。掺部分磨细矿渣来置换部分水泥，矿渣细粉可填充和置换出这些填充水取得减少用量的效果，使混凝土拌合物内具有足够的浆体数量，同时提高水泥石的密实度。且磨细矿渣的水化反应依赖水泥水化反应产生的碱性物质的激发，生成凝胶体的速度远低于硅酸盐水泥。矿渣细粉在水泥颗粒之间起分散剂的作用，这种物理分散剂的作用不同与高效减水剂的化学分散作用，它不随时间的延长而减弱，当液体中减水剂由于哈尔滨铁道职业技术学院城市轨道交通分院毕业设计13水化反应消耗而降低时，吸附在矿渣细粉颗粒表面的减水剂通过解吸迁移到液体当中，有效地维持了液相中减水剂的浓度，减缓了拌合物的初凝速度，使磨细矿渣掺合料配制的混凝土具有一定的缓凝效果，改善水泥与高效减水剂的兼容性，塌落度经时损失小，有利于混凝土的泵送施工。同时由于水泥用量减少，混凝土绝热升温降低，对防治水化热引起的开裂极为有利；且产生较多的钙矾石结晶，对混凝土中细粉过多引起的自身收缩起补偿作用，有利于抵制碱骨料反应高效减水剂含碱所造成的负面作用可转化成有利于的碱激化作用，带来的超跌效应，大大提高了混凝土的耐久性。而配比15的水胶比过小，虽说和易性，可塑性不错，但流动性变坏，混凝土的泵送质量不易保证。从表3可见，掺磨细矿渣混凝土拌合物的扩展度不如掺硅灰或掺粉煤灰拌合物的好。这也许是由于高炉矿渣是经人工磨细而得，人为的粉磨破坏了矿渣的颗粒形态，是扩展度无明显改善。但掺硅灰和粉煤灰的混凝土，粘具性大幅度增加，增加了搅拌和浇筑的困难。从表3和表4的试验资料可见；用磨细矿渣取代20的水泥（配比2），其7、28D、90D、的抗压强度与基准混凝土基本相同或略有提高。磨细矿渣与硅灰双掺（配比8），其抗压强度与基准混凝土基本相同，但可获得塌落度200MM，扩展度达500MM的高流态高性能混凝土。随龄期的增长，强度缓慢增加。复合掺入10的硅灰和30的磨细矿渣水泥用量仅330KG/M3配比11，28D的强度比基准混凝土略有提高，且拌合物的工作性能良好。粉煤灰与磨细矿渣双掺（配比7），抗压强度与基准混凝土基本持平但流动性能比单掺磨细矿渣明显提高，证明复合效应是存在的。矿物掺合料配制的混凝土（配比3）与基准混凝土相比，早期强度偏低，后期强度增加较大，但在此基础上增加5的硅灰（配比13），由于硅灰具有早强的作用，从而使7D、28D的抗压强度比基准混凝土提高10左右。矿物掺合料的混凝土当水灰比03且减水剂用量1时，对混凝土的影响不利。配比15的试块，在标养28D阴干进行4次200C的冻融循环，然后在标养至120D，配比1的强度比90D强度下降95，比28D下降276；而掺入活性矿物掺合料的混凝土，经冻融循环后120D的抗压强度比50D增长。说明磨细矿渣掺合料可是混凝土微观结构更致密，具有良好的不透水性、抗冻性及抗化学性侵蚀。从配比1618的试验结果可见，只要选择优质粉煤灰，减水剂用量为胶凝材料的1,粉煤灰不仅可部分取代水泥，粉煤灰掺量可达到水泥用量的325556，且7D和28D的抗压强度均比基准混凝土提高10以上，坍落度和扩展度均能满足高性能混凝土的要求。这与人们常认为粉煤灰掺量大于水泥用量25时，使混凝土强度降低的结论是不一致的。配比17与配比21相比，配比21的水泥用量比配比21增大20，其余条件不变，仅提高10的7D强度，28天强度基本相等，且塌落度和扩展度反而下降；配比17与配比20相比，配比20水泥用量增大了20，粉煤灰用量减少，其它条件不变，它们的流动度哈尔滨铁道职业技术学院城市轨道交通分院毕业设计14几乎相同，7D、28D强度也仅提高26，可见粉煤灰取代30以下的水泥，而混凝土的强度、耐久性基本下降。从实验结果可见，单方混凝土含量不宜超过500KG/M3否则不经济，对混凝土强度也无好处。单方混凝土水泥用量在400KG左右，粉煤灰掺量为水泥用量的3050，减水剂用量为胶凝材料用量的1，混凝土的综合性能最佳。从试验结果中还可以看到，在高性能混凝土中，用优质粉煤灰作为混凝土掺合料同样可达到用硅灰作为混凝土掺合料的效果。从经济效益、社会效益，环境保护综合效应来说，用粉煤灰作为矿物掺合料将优于硅灰。53试件的破坏形态混凝土强度愈高其脆性愈大。但从混凝土抗压试验破坏观察，掺有磨细矿渣的高性能混凝土从出现裂缝到最后破坏有较大的一段破坏有较长的一段荷载间隔值。表明矿物掺合料与高效减水剂复合