粉煤灰掺量对轻骨料混凝土力学性能和抗冻性能影响的试验研究-开题报告.ppt

粉煤灰掺量对轻骨料混凝土力学性能和 抗冻性能影响的试验研究 开题报告 专 业：结构工程 研 究 生：杜金胜 指导教师：申向东 教授 一 选题的背景及意义 二 国内外研究现状及进展 三 原材料选择及性能指标 四 实验思路、方案和目标 五 已完成实验内容及后续试验 一 选题的背景及意义 绿色和平组织：中国粉煤灰排放已成工业固体污染之 首 煤炭的真实成本2010中国粉煤灰调查报告指出，火 力发电产生的粉煤灰排放已经成为中国工业固体废物的最大单 一污染源，粉煤灰排放每天一个水立方。每消耗 4吨煤就会产 生1吨粉煤灰。中国的火电装机容量从2002年起呈现出爆炸式 的增长，因此，粉煤灰排放也在过去8年内增长了2.5倍。 燃煤热电厂每年所排放的粉煤灰总量逐年增加，1995年粉 煤灰排放量达1.25亿吨，2000年约为1.5亿吨，2010年约为2 亿吨，给我国的国民经济建设及生态环境造成巨大的压力。另 一方面，我国又是一个人均占有资源储量有限的国家，粉煤灰 的综合利用，变废为宝、变害为利，已成为我国经济建设中一 项重要的技术经济政策 。 轻骨料混凝土较普通混凝土具有自重轻、保温隔热性 能好、抗火性能好、隔音性能好、高强、多功能的特点在 大跨径结构、高层建筑、软土地基以及多震地区等工程中 有着广泛的应用前景。 粉煤灰的掺入不仅能够减轻对环境的污染，而且能够 改善混凝土的性能，例如降低内部温升、提高混凝土的抗 渗性、促进后期强度的增长等。 随着社会可持续发展的需 要和混凝土技术的需要，粉煤灰在轻骨料混凝土中的应用 日益广泛。 因此，研究如何能够既提高轻骨料混凝土的力学性能 和耐久性能，又能最大限度的利用粉煤灰资源，具有非常 重要的经济效益和环境效益。 国外研究现状及进展 轻骨料混凝土的最早使用年代可追溯到1920年 左右。在美国和前苏联这两个国家得到飞速发展 。20世纪90年代初期，挪威、日本等国家研究了 高性能轻骨料混凝土的配方、生产工艺、高性能 轻骨料等，重点在于改善混凝土的工作性和耐久 性，并取得了一定的成果。目前，国外发达国家 高强度、高性能轻骨料混凝土的应用已经取得了 丰富的经验，日本在1 9 9 8年成立了一个由1 8家 公司组成的高强轻骨料混凝土研究委员会，专门 研究粉煤灰轻骨料混凝土。 二 国内外研究现状及进展 国内研究现状及进展 我国轻骨料混凝土发展和应用相对较晚。2 0世 纪5 0年代开始研究轻骨料及轻骨料混凝土。但是， 由于我国工艺水平有限，轻骨料质量较差，所配制 的结构用轻骨料混凝土密度较大，而强度偏低，使 其应用和发展受到一定的限制。目前，我国轻集料 混凝土的应用仍主要用于低强度的非承重结构，如 生产小砌块。在高层建筑和大跨度的桥梁中应用与 国外相比还很少，虽然现在也能配制出抗压强度达 70MPa的结构轻集料混凝土，但在工程中实际只用到 LC40。在桥梁工程中的应用近几年虽有所突破，但 最大跨度仅达35m。高强轻集料新品种、高性能轻集 料的研制和应用进展缓慢。随着国家对建筑节能和 建筑物功能性要求的提高，高性能轻骨料混凝土的 研究和应用也得到了快速发展. 三 实验原材料选择及性能指标 水 泥：采用冀东P.O.42.5硅酸盐水泥。 粗骨料：采用锡林浩特浮石。 细骨料：采用天然河沙，细度模数2.56，颗粒级 配良好。 粉煤灰：采用呼和浩特市金桥电厂级粉煤灰。 减水剂：采用RSD-8高效引气减水剂。 拌合用水：采用普通自来水。 冀东PO.42.5水泥性能指标 检 测 项 目 细 度 /% 初 凝 时 间 终 凝 时 间 安 定 性 SO 3 /% 烧 失 量 / % 氧化 镁 /% 抗压强度 /Mpa 抗折强 度 /Mpa 3 d28 d 3 d 2 8 d 实 测 1 2 2： 1 5 2： 5 5 合 格 2. 2 3 1.0 2 2.2126. 6 54. 8 5. 2 8. 3 冀东PO.42.5水泥和粉煤灰化学组成 % 组成SiO2Al2O3CaOMgOSO3Fe2O3TiO2Na2O+K2O 水泥22.065.1364.371.062.035.25 粉煤灰51.9316.116.952.021.595.101.782.05 690Kg/1593 Kg/ 名称堆积密度表观密度吸水率/1h筒压强度Mpa压碎指标 浮石16.44%2.978 Mpa39.6% 浮石物理性能 四 实验思路、方案和目标 实验思路：根据粉煤灰轻骨料混凝土的配合比，按 粉煤灰15%、20%、30%、45%、60%的掺量等量取代水 泥。制备抗压试块和抗冻试块分别用来测试粉煤灰轻 骨料混凝土的力学性能和抗冻性能。试验配合比如下 ： 编号 水泥轻骨料砂粉煤灰水高效引气减水剂 LC40500634690-14015 LC40A4256346907514015 LC40B40063469010014015 LC40C35063469015014015 LC40D275634690225 140 15 LC40E200634690300 140 15 混凝土材料用量Kg/m3 试验方案：主要包括力学性能试验和抗冻性能 试验两部分内容。 一、力学性能试验：制备不同粉煤灰掺量下 100100100mm 的混凝土试块5块放在室内 养护24h脱模后放在标准养护箱中分别养护至 3d、7d、14d、21d、28d龄期，测出不同龄期 下粉煤灰轻骨料混凝土的抗压强度。 二、抗冻性能试验： 制备各粉煤灰掺量下100100400mm的试 块53=15块，将试块放在室内养护24h脱模后 放在标准养护箱中养护至28d龄期，按照混 凝土长期性能和耐久性试验方法（GBJ82- 85），进行快速冻融试验。实验前首先测定试 件的质量、动弹模量和超声波速的初始值，然 后每经25次冻融循环结束后再测试一次，直至 相对动弹模下降至初始值的60%或质量损失超 过5%时，结束冻融循环试验。 试验目标： （1）根据各掺量粉煤灰轻骨料混凝土在各龄期的抗 压强度，绘制各粉煤灰掺量下混凝土强度随龄期的增 长关系曲线，确定本实验条件下粉煤灰最佳掺量。 （2）根据各粉煤灰掺量下，强度随龄期的增长关系 曲线，采用最小二乘法拟合出粉煤灰混凝土的早期强 度增长模型曲线。 （3）探讨粉煤灰对轻骨料混凝土强度的影响机理。 （4）测试抗冻试件新拌混凝土的含气量，研究含气 量与粉煤灰掺量的关系。 （5）根据质量和动弹模以及超声波速的变化，探讨 质量损失、相对动弹模损失和超声波速变化对粉煤灰 混凝的冻融损伤影响。 五 已完成实验内容及后续试验 已完成试验：力学性能试验。试验结果如下 ： F 从曲线中可以看出粉煤 灰掺量在020%之间时，随 粉煤灰掺量的增加，混凝土 的各龄期抗压强度呈现增长 的趋势，在20%到60%之间时 ，随粉煤灰掺量的增加，混 凝土的各龄期抗压强度呈现 减小的趋势。明显存在粉煤 灰最佳掺量20%。 式中： N次冻融循环后试件质量损失率，取三个试 件质量的平均值计，%； 冻融循环试验前试件质量，取三个试件质 量的平均值，kg； N次冻融循环试验后试件质量，取三个试件 质量的平均值，kg 试件冻融循环后的质量损失率 后续试验：抗冻性能试验。 主要用到的公式如下： 试件冻融循环后的动弹模损失率 式中： N次冻融循环后动弹模损失率，%； 冻融循环试验前试件的动弹模，以3个试 件动弹模的平均值计算，GPa； N次冻融循环试验后试件的动弹模，以3个 试件动弹模平均值计算，GPa； 固体材料动弹性模量与超声波速关系： 式中： 为固体的密度， 为表面波速， 为 混凝土的泊松比。假定混凝土为各向同性损伤且 泊松比不随损伤而变化，对硬化后的混凝土来讲 ，泊松比一般在0.20.3之间。如取 ，则 上式可写为： 上式说明混凝土动弹性模量与超声波速的平方 成正比。