混凝土微波养护试验研究及硬化机理分析

河北大学 2010 届本科生毕业论文 设计 1 绪论 1 1 混凝土材料的简介 混凝土是当代最主要的 土木工程材料 之一 它是由胶结材料 集料 骨料和水按 一定比例配制 经搅拌 振捣成型 在一定条件下养护而成的人造石材 混凝土具有原 料丰富 价格低廉 生产工艺简单的特点 因而使其用量越来越大 同时混凝土还具 有抗压强度高 耐久性好 强度等级范围宽 使其使用范围出十分广泛 不仅在各种 土木工程中使用 就是造船业 机械工业 海洋的开发 地热工程等 混凝土也是重 要的材料 混凝土浇捣后 之所以能逐渐凝结硬化 主要是因为水泥水化作用的结果 而水 化作用则需要适当的温度和湿度条件 因此为了保证混凝土有适宜的硬化条件 使其 强度不断增长 必须对混凝土进行养护 混凝土的养护目的 一是创造各种条件使水 泥充分水化 加速 其硬化 二是防止 混凝土成型后暴晒 风吹 寒冷等条件而出现的 不正常收缩 裂缝等破损现象 传统的养护方法中 最常用的是覆盖养护法 主要措施为 在初凝以后开始覆盖 养护 在终凝后开始浇水 12 小时后 覆盖物 麦杆 烂草席 竹帘 麻袋片 编制 布等片状物 浇水工具可以采用水管 水桶等工具保证混凝土的湿润度 养护时间 与构件项目 水泥品种和有无掺外加济有关 常用的五种水泥正常温度条件下应不少 与 7 天 掺有外加剂或有抗渗 抗冻要求的项目 应不少与14 天 随着我国经济的快速发展 社会发展所需的基础设施建设量不断加大 对混凝土的 需求量与日俱增 我国已是世界混凝土使用大户 居于世界首位 但混凝土对养护环境 及养护时间的要求极为严格 这在很大程度上延长了工期 强度的发展已不能满足人类 的要求 造成了人力资源的浪费 因此 改善传统养护方法 在达到工程要求的强度的 前提下尽可能的缩短养护时间 减少工期 对加快施工进度提高模板的利用率 改善混 凝土的硬化工艺都是有很巨大意义 微波它能在很短的时间内将食物加热到所需的温度 而且热能量是由内向外传递的 其方便快捷的特点引起了我们的注意 由此 我们想到了 将微波技术应用到养护混凝 土上 可以利用微波的迅速加热特点提高混凝土的水化速度 也可以改善混凝土的内部 硬化情况 肯定能收到良好的效果 1 2 混凝土的技术性质 工程上要求混凝土有良好的和易性 可塑性 耐久性以及强大的抗压强度 其中 和易性是一项综合的技术性质 包括流动性 粘聚性和保水性三方面的含义 流动 性 是指新拌混凝土在自重或机械振捣作用下 能产生流动 并均匀密实地填充到模 板的各个角落的性能 粘聚性 是新拌混凝土在施工过程中其组成材料之间有一定的 粘聚力 使得混凝土不致发生分层和离析的性能 保水性 新拌混凝土在施工过程中 装 订 线 河北大学 2010 届本科生毕业论文 设计 2 保持水分不易析出的能力 可塑性 指混凝土在施工中根据施工要求易于塑造成工程 所需形状的能力 传统的混凝土养护的特点 标准养护的概念 标准养护的不足 需要28 天才能 实现 现代社会节奏加快 社会发展迅速 对工期的要求越来越高 城市里一项工程 的实施往往要打乱人们的社会生活 人们希望越快越好 所以传统的养护方法要有所 突破 创新出新的养护工艺 1 3 混凝土硬化原理 当水泥与适量的水调和时 开始形成的是一种可塑性的浆体 具有可加工性 随着 时间的推移 浆体逐渐失去了可塑性 变成不能流动的紧密的状态 此后浆体的强度逐 渐增加 直到最后能变成具有相当强度的石状固体 如果原先还掺有集合料如砂 石子 等 水泥就会把它们胶结在一起 变成坚固的整体 即我们常说的混凝土 这整个过程 我们把它叫做水泥的凝结和硬化 从物理 化学观点来看 凝结和硬化是连续进行的 不可截然分开的一个过程 凝结是硬化的基础 硬化是凝结的继续 但是在施工中为了 保证施工质量 要求在水泥浆体失去其可塑性以前必须结束施工 因此人们根据需要以 及水泥浆体的这个特性 人为地将这整个过程划分为凝结和硬化两个过程 凝结是指水 泥浆体从可塑性变成非可塑性 并具有很低的强度的过程 硬化是指浆体强度逐渐提高 能抵抗外来作用力的过程 此外 对凝结过程还人为地进一步划分为初凝和终凝 用加 水后开始计算的时间来表示 例如 国家标准规定 普通硅酸盐水泥初凝不得早于 45min 终凝不得迟于 12h 使用时施工浇灌过程的时间 必须早于 45min 到终凝后 才能脱去模板开始下一个周期生产 水泥的凝结和硬化 是一个复杂的物理 化学过程 其根本原因在于构成水泥熟料 的矿物成分本身的特性 水泥熟料矿物遇水后会发生水解或水化反应而变成水化物 由 这些水化物按照一定的方式靠多种引力相互搭接和联结形成水泥石的结构 导致产生强 度 普通硅酸盐水泥熟料主要是由硅酸三钙 3CaO SiO2 硅酸二钙 2CaO SiO2 铝酸三钙 3CaO Al2O3 和铁铝酸四钙 4CaO Al2O3 Fe2O3 四种矿物组成的 它们 的相对含量大致为 硅酸三钙 37 60 硅酸二钙 15 37 铝酸三钙 7 15 铁铝 酸四钙 10 18 这四种矿物遇水后均能起水化反应 但由于它们本身矿物结构上的差 异以及相应水化产物性质的不同 各矿物的水化速率和强度 也有很大的差异 按水化 速率可排列成 铝酸三钙 铁铝酸四钙 硅酸三钙 硅酸二钙 按最终强度可排列成 硅酸二钙 硅酸三钙 铁铝酸四钙 铝酸三钙 而水泥的凝结时间 早期强度主要取决 于铝酸三钙和硅酸三钙 现分别简述它们的水化反应 上述铝酸三钙的水化反应如果进行得很快 会导致水泥的凝结过快而无法使用 因 此 一般在粉磨水泥时都掺有适量的二水石膏作为缓凝剂 由于这个反应就不会引起快 凝 当水泥中的石膏完全作用完后 还有多余 3CaO Al2O3 时将发生下列反应 如果还 河北大学 2010 届本科生毕业论文 设计 3 有过量 3CaO Al2O3 时 就会生成 4CaO Al2O3 13H2O 在正常缓凝的硅酸盐水泥中 石膏掺入量能保证在浆体结硬以前 不会发生后两个反应 由于 CaO0 8 1 5SiO2 H2O0 25 与天然的托勃莫来石很相似 因而称它为托勃莫来石 通常 用 CSH B 来表示 铁铝酸四钙水化反应和铝酸三钙相似 而硅酸二钙水化反应和硅酸三钙相似 按结晶理论认为水泥熟料矿物水化以后生成的晶体物质相互交错 聚结在一起从而 使整个物料凝结并硬化 按胶体理论认为水化后生成大量的胶体物质 这些胶体物质由 于外部干燥失水 或由于内部未水化颗粒的继续水化 于是产生 内吸作用 而失水 从而使胶体硬化 随着科学技术的发展 特别是 X 射线和电子显微技术的应用 将这两 种理论统一起来 过去认为水化硅酸钙 CSH B 是胶体无定形的 实际上它是纤维状晶体 只不过这些晶体非常细小 处在胶体大小范围内 比面积很大罢了 所以现在比较统一 的认识是 水泥水化初期生成了许多胶体大小范围的晶体如 CSH B 和一些大的晶体如 Ca OH 2 包裹在水泥颗粒表面 它们这些细小的固相质点靠极弱的物理引力使彼此在接触 点处粘结起来 而连成一空间网状结构 叫做凝聚结构 由于这种结构是靠较弱的引力 在接触点进行无秩序的连结在一起而形成的 所以结构的强度很低而有明显的可塑性 以后随着水化的继续进行 水泥颗粒表面不大稳定的包裹层开始破坏而水化反应加速 从饱和的溶液中就析出新的 更稳定的水化物晶体 这些晶体不断长大 依靠多种引力 使彼此粘结在一起形成紧密的结构 叫做结晶结构 这种结构比凝聚结构的强度大得多 水泥浆体就是这样获得强度而硬化的 随后 水化继续进行 从溶液中析出新的晶体和 水化硅酸钙凝胶不断充满在结构的空间中 水泥浆体的强度也不断得到增长 影响水泥凝结速率和硬化强度的因素很多 除了熟料矿物本身结构 它们相对含量 及水泥磨粉细度等这些内因外 还与外界条件如温度 加水量以及掺有不同量的不同种 类的外加剂等外因密切相关 1 4 1 4 国内微波养护技术的研究现状 微波养护技术作为一种新兴的技术手段 到目前为止 已经成功应用于公路沥青的 维护上 并取得了可喜的成果 漯驻高速公路漯河至驻马店段是国家和河南省 九五 期间重点建设项目之一 是河南省境内交通最为繁忙的路段之一 该工程于 1999 年 3 月 28 日正式开工建设 2001 年 9 月 18 日建成通车 该段高速公路建成通车后 随着近年 来社会经济的快速发展 交通流量日益增长 作为国家南北交通大动脉的重要组成部分 漯驻高速公路承担着繁重的交通压力 目前路面存在较严重的裂缝 车辙 翻浆等病害 影响了行车舒适和行车安全 微波热再生技术应用到沥青路面坑槽 拥包 裂缝 翻浆 沉陷 车辙 松散的及时修复 它具有加热均匀 控制及时 无污染等优越性 应用于 沥青路面的现场热再生 满足高等级公路 快速进入 快速作业 快速撤离 的工作要 求 取得相当可观的经济效益 2 国内对于微波养护混凝土技术鲜有报道 我们认为 可以把微波技术应用于混凝土 河北大学 2010 届本科生毕业论文 设计 4 上 它有极大优势 1 微波时间 强度可控 可根据具体情况实现人为调节 可以达到最佳养护效果 2 微波加热功能可靠 可以保证混凝土的水泥顺利硬化 使水泥石结构致密 从 而提高混凝土的抗压强度和耐久性 3 微波可以实现现场化 使养护水平从预制走向工程现地 有利于提高混凝土的 强度等级 4 混凝土微波养护的生产工艺的创新是可行的 理论基础是模拟现场蒸汽养护 工艺条件可以实现 5 可以制造大型微波设备 用于工程实际 成本较低 河北大学 2010 届本科生毕业论文 设计 5 2 微波养护实验用原材料与实验方案设计 2 1 实验原材料 标准砂 中国 ISO 标准砂 每袋 1350g 大袋净重 20 25kg 夏门艾思欧标准砂有 限公司出品 符合交通部 JTJ059 95 JTG051 03 标准 中国标准砂厂出品 水泥 32 5R 普通硅酸盐水泥 邯郸太行山股份有限公司出品 包装日期 2010 年 3 月 27 日 包装选用温度小于 90 石子 直径为 10mm 20 的石子 水 饮用自来水 2 2 主要实验设备 1 TYE 3000 微机控制压力试验机 最大荷载 3000KN 自动数据采集 图像自动绘制 自动加压 卸载 2 微机控制电液伺服万能试验机 型号 WAW 1000 最大载荷 1000KN 自动数据 采集 图像自动绘制 自动加压 卸载 3 实验室专用 HJW 30 混凝土搅拌机 型号 HJW 30 最大 30 升 时间精确到秒 4 数控磁力震动台 振动频率 2860 次 分 振幅 0 3 0 6mm 5 工 业天平 烧杯 量筒 6 微波炉 型号为格兰仕 P70D20TP C6 W0 微波输出功率为 1180W 额定微波频率 为 2450MHZ 7 非金属超声检测仪 型号 ZBL U510 出厂编号 U10710006 北京智博联科技有限公 司出品 探测厚度可达 10 米 2 3 微波使物体发热的原理 微波是指波长为 0 001 1 米的无线电波 其对应的频率为 30000 兆赫到 300 兆 赫 这种电磁波的能量比通常的 无线电波大 且 一碰到金属就发生反射 金属 不会 吸收或传导它 微波可以穿过玻璃 陶瓷 塑料等绝缘材料 但不会消耗能量 而含 有水分的物体 微波不但不能透过 其能量反而会被吸收 通常 一些介质材料由极性分子和非极性分子组成 在微波电磁场的作用下 介质 中的极性分子从原来的热运动状态转为跟随微波电磁场的交变而排列取向 例如 采用 的微波频率为 2450MHz 就会出现每秒 24 亿 5 千万次交变 分子间就会产生激烈的摩擦 在这一微观过程中 微波能量转化为介质内的热量 使介质温度呈现为宏观上的升高 由此可见微波加热是介质材料自身损耗电磁能量而加热 微波加热的基本条件是 物体 河北大学 2010 届本科生毕业论文 设计 6 本身要吸收微波 水是吸收微波很好的介质 所以凡是含水的物质必定会吸收微波 对 于金属材料 电磁场不能透入内部而是被反射出来 所以金属材料不能用微波加热 因此 可以设计把混凝土试块放到微波环境下 给混凝土包裹上一层水环境 利 用微波的方法把混凝土周围和内部的水加热 使混凝土处于热的环境来达到蒸气养护 从而提高混凝土强度 缩短养护周期 使工程提前完工 达到经济效益和社会效益双 丰收 3 1 为混凝土试块 2 为微波发射器 图 2 1 微波养护混凝土原理图 2 4 探索微波养护法实验设计方案 2 4 1 试块的制作 采用的材料配比 即水泥 砂子 石子为 1 1 3 3 水灰比为 0 4 称好各组分的质 量后用实验室专用 HJW 30 混凝土搅拌机拌合 先将砂子 水泥 石子 倒入搅拌机中 干搅 至搅拌均匀 再分 3 次倒入水 搅拌 5 分钟 直至各材料分布均匀 将搅拌好的 混凝土放入事先准备好的模具中 模具大小为 70 7mm 70 7mm 70 7mm 每组方案先做 两个试块 然后将混凝土试块放在高频混凝土振动台上振动成型 做好标记后将试块连 模一起放入养护室中养护 一天后拆摸 2 4 2 实验步骤 1 按实验方案的质量比浇筑混凝土试块 共 10 块 2 给各试块标号 3 将混凝土试块放入养护室中养护 4 混凝土在养护室养护一天后 拆模 5 拆模后 混凝土试块根据标号 按备注中要求 进行不同条件下的养护 河北大学 2010 届本科生毕业论文 设计 7 6 按原计划养护后 将试块分别在万能试验机下进行试压 7 分析实验数据 得出实验结果 2 4 3 对混凝土试块养护方案的设计及应用 试块在标准养护室中养护 规范要求温度为 20 2 相对湿度要求不低于 90 这是由混凝土硬化过程中各材料发生的化学变化所决定的 考虑到试块在微波作用下的 养护过程中 水分子运动极为剧烈 水泥水化程度很快 这极有可能导致试块中水分不 足 进而影响水泥等材料强度的建立 甚至导致试块开裂 因此 在微波养护过程中 应为试块创造一个相对湿度较大的环境 这里采用的解决办法是 为试块包裹上一块湿 毛巾 这样在微波养护过程中 既能保证试块所处环境的相对湿度 又能在微波作用下 形成高温蒸汽环境 这对于试块强度的建立 是十分有利的 所以 在接下来的养护过 程中 应将每个试块都用湿毛巾包裹住 河北大学 2010 届本科生毕业论文 设计 8 3 实验所得数据分析 3 1 抗压强度数据 由于没有实验数据可参考 本实验过程中先将未用湿毛巾包裹的试块进行养护 进 行预实验 以摸索规律 观察微波效果 确定适当的微波养护时间和频率 试块养护过 程安排如下 表 3 1 说明 标号为 A1 A2 的试块一直在养护室养护 标号为 B1 B2 的试块脱模开始 每隔 1 小时用微波养护一次 每天养护 8 次 其他时间在养护室养护 每次养护 1 分钟 用低火档 标号为 C1 C2 的试块从脱模开始 每隔 1 小时用微波养护一次 每天养护 8 次 其他时间在养护室养护 每次养护 1 5 分钟 用低火档 标号为 D1 D2 的试块从脱模开始 每隔半小时用微波养护一次 每天养护 16 次 他时间在养护室养护 每次养护 1 分钟 用低火档 标号为 E1 E2 的试块脱模开始每隔半小时用微波养护一次 每天养护 16 次 时间 在养护室养护 每次养护 1 5 分钟 用低火档 以上试块均养护 3 天 试块经养护后 利用万能试验机对试块进行试压 试验机施压速度为 0 5mm min 得到以下数据 试块编号养护条件 1 传统 2 微波 3 养护环境不特别处理 A1 A2 传统 养护环境标准 B1 B2 微波 养护环境不特别处理 C1 C2 微波 养护环境不特别处理 D1 D2 微波 养护环境不特别处理 E1 E2 微波 养护环境不特别处理 河北大学 2010 届本科生毕业论文 设计 9 表 3 2 对以上数据求平均值 注意到第二组第 10 号试块误差较大 故舍弃数据 经计算 A1 A2 组压力均值为 104 49KN B1 B2 组压力均值为 51 72KN C1 C2 组压力均值为 47 95KN D1 D2 组压力均值为 45 23KN E1 E2 组压力均值为 38 77KN 微波养护总时间和抗压强度之间的关系 如图 试块编号第一组 单位 KN 第二组 单位 KN 第三组 单位 KN A1105 00101 41109 32 A2103 66101 57105 98 B152 5550 6949 22 B255 3651 8950 66 C150 6349 6446 36 C248 4745 3747 23 D145 5344 3947 31 D244 1943 6846 29 E141 0139 1838 11 E236 5631 1039 00 河北大学 2010 届本科生毕业论文 设计 10 图 3 1 试块承压峰值与微波养护时间的关系 承压峰值最接近承压平均值的试块 经养护室养护成型后的照片 图 3 2 试块养护完成后照片 试块破坏照片 河北大学 2010 届本科生毕业论文 设计 11 图 3 3 试块承压破坏后照片 经分析 可得以下规律 用微波养护时 试块失去大量水分 影响了试块内水泥正 常水化作用的进行 进而降低了抗压强度 这种不利影响是由微波养护时间和养护频率 决定的 鉴于以上所得的经验 设计了另一个实验 共计 18 块 实验过程如下 将所有微波养护的试块包裹上湿毛巾 其目的是为试块创造一个高温蒸汽蒸压的环 境 保证试块所处环境的相对湿度 将试块按每隔一小时低火养护 10 分钟的加热时间进 行养护 每天加热 8 次 即 编号为 1 2 3 4 5 6 7 8 9 的试块 用养护室进行养护 编号为 10 11 12 13 14 15 16 17 18 的试块 其中 1 2 3 和 10 11 12 4 5 6 和 13 14 15 7 8 9 和 16 17 18 分别为对比组 进行微波养护 养护 3 天后 各试块承压峰值为 表 3 3 试块编号承压峰值 单位 KN 1115 24 2117 99 3 116 80 10125 68 河北大学 2010 届本科生毕业论文 设计 12 经计算 编号为 1 2 3 的试块压力均值为 116 68KN 编号为 4 5 6 的试块压力均值为 124 29KN 将两组试块平均承压峰值作比较 经微波养护的石块 承压平均值较养护室养护的 试块承压值高出近 6 5 110 112 114 116 118 120 122 124 126 1号试块2号试块3号试块4号试块5号试块6号试块 图 3 4 各试块承压峰值比较 承压峰值最接近承压平均值的试块 经微波养护成型后的照片 图 3 5 试块养护完成后照片 11 122 80 12 124 40 河北大学 2010 届本科生毕业论文 设计 13 试块受压破坏时的照片 图 3 6 试块承压破坏后照片 养护 7 天后 各试块承压峰值为 表 3 4 经计算 编号为 4 5 6 的试块压力均值为 181 34KN 编号为 13 14 15 的试块压力均值为 210 61KN 将两组试块平均承压峰值作比较 经微波养护的石块 承压平均值较养护室养护的 试 块承压值高出近 16 1 试块编号承压峰值 单位 KN 4181 01 5184 22 6178 80 13209 84 14210 80 15211 20 河北大学 2010 届本科生毕业论文 设计 14 160 170 180 190 200 210 220 4号试块5号试块6号试块13号试块14号试块15号试块 图 3 3 各试块承压峰值比较 承压峰值最接近承压平均值的试块 经微波养护成型后的照片 图 3 7 试块养护完成后照片 试块受压破坏时的照片 河北大学 2010 届本科生毕业论文 设计 15 图 3 8 试块承压破坏后照片 养护 28 天后 各试块承压峰值为 表 3 5 经计算 编号为 7 8 9 的试块压力均值为 319 40KN 编号为 16 17 18 的试块压力均值为 384 5KN 将两组试块平均承压峰值作比较 经微波养护的石块 承压平均值较养护室 养护的试块承压值高出近 20 4 0 50 100 150 200 250 300 350 400 7号试块8号试块9号试块16号试块17号试块18号试块 图 3 4 各试块承压峰值比较 编号承压峰值 单位 KN 7318 46 8319 28 9320 45 16386 90 17382 8 18383 80 河北大学 2010 届本科生毕业论文 设计 16 承压峰值最接近承压平均值的试块 经微波养护成型后的照片 图 3 9 试块养护完成后照片 试块受压破坏时的照片 河北大学 2010 届本科生毕业论文 设计 17 图 3 10 试块承压破坏后照片 3 2 超声分析数据 由于篇幅的限制 在此 只列出方案一 A1 号试块与方案二 1 号试块的超声分析数据 因为这两块试块养护时间相同 而且方案一 A1 号试块是标准养护室养护 方案二 1 号试 块是微波养护 具有可比性 表 3 6 对方案一第一组 A1 号试块进行无损探伤检测数据表 方案一 A1 号试块做抗压强度测试过程中 测点序 号 声时 us 波速 km s 幅度 dB 测点序号声时 us 波速 km s 幅度 dB 001 0142 803 50572 70002 0143 603 44072 78 001 0242 403 53872 47002 0242 403 53872 55 001 0342 403 53872 47002 0341 603 60672 78 001 0443 203 47272 62002 0442 403 53872 70 001 0542 803 50572 55002 0543 203 47272 85 001 0642 403 53872 47002 0642 803 50572 62 001 0742 003 57172 47002 0742 403 53872 70 001 0842 403 53872 85002 0843 203 47272 62 河北大学 2010 届本科生毕业论文 设计 18 001 0942 803 50572 70002 0945 203 31972 70 001 1042 403 53872 62002 1043 203 47272 55 001 1141 603 60672 85002 1144 003 40972 70 001 1242 803 50572 70002 1244 003 40972 78 001 1342 803 50572 78002 1344 803 34872 78 001 1442 003 57172 55002 1444 803 34872 55 001 1542 003 57172 70002 1544 403 37872 70 001 1643 203 47272 70002 1643 203 47272 85 声速平均值 3 524 声速标准差 0 0408 波幅平均值 72 70 波幅标准差 0 230 数据显示 方案一 A1 号试块完好 没有异常测点 其中 002 02 测点的声速最大 其波形图为 图 3 11 002 02 测点波形图 其中 002 15 测点的声速最小 其波形图为 图 3 12 002 15 测点波形图 河北大学 2010 届本科生毕业论文 设计 19 方案一 A1 号试块一测区波列视图为 图 3 13 方案一 A1 号试块一测区波列视图 表 3 7 对方案二养护 3 天后 1 号试块进行无损探伤检测数据表 方案二 1 号试块 测点序 号 声时 us 波速 km s 幅度 dB 测点序号声时 us 波速 km s 幅度 dB 001 0143 60 3 44084 23002 0141 603 606 84 31 001 0242 803 50584 46002 0242 40 3 53884 38 001 0342 40 3 53884 31002 0343 20 3 47284 61 001 0444 00 3 40984 84 002 0444 403 378 84 54 001 0541 60 3 60684 46002 0541 603 60684 61 001 0642 003 571 84 46 002 0643 203 47284 31 001 0741 203 64184 31 002 0741 603 60684 61 001 0841 203 64184 46002 08 40 803 676 84 76 001 0941 60 3 60684 61002 0942 003 57184 31 001 1042 003 57184 31002 1041 603 606 84 31 001 1141 603 606 84 46 002 1142 003 57184 46 001 1241 203 64184 91 002 1241 203 64184 54 001 1340 403 713 84 46002 1341 203 64184 38 001 1440 80 3 67684 61002 1440 803 67684 38 河北大学 2010 届本科生毕业论文 设计 20 001 1541 203 64184 61 002 1540 803 67684 69 001 1640 40 3 71384 46002 1642 00 3 57184 31 声速平均值 3 621 声速标准差 0 0487 波幅平均值 84 48 波幅标准差 0 169 数据显示 方案二 1 号试块完好 没有异常测点 其中 002 16 测点的声速最大 其波形图为 图 3 14 002 16 测点波形图 其中 002 16 测点的声速最小 其波形图为 图 3 15 002 16 测点波形图 方案二 1 号试块一测区波列视图 河北大学 2010 届本科生毕业论文 设计 21 图 3 16 方案二 1 号试块一测区波列视图 经过超声波无损探伤的实验 可以经分析得到 微波养护对混凝土试块的密实性 均匀性没有影响 河北大学 2010 届本科生毕业论文 设计 22 4 数据 SPSS 回归分析及硬化机理分析 4 1 SPSS 简介 SPSS Statistical Product and Service Solutions 统计产品与服务解决方案 软件 SPSS 是世界上最早采用图形菜单驱动界面的统计软件 它最突出的特点就是操作 界面极为友好 输出结果美观漂亮 它将几乎所有的功能都以统一 规范的界面展现出 来 使用 Windows 的窗口方式展示各种管理和分析数据方法的功能 对话框展示出各种 功能选择项 用户只要掌握一定的 Windows 操作技能 粗通统计分析原理 就可以使用 该软件为特定的科研工作服务 SPSS 采用类似 EXCEL 表格的方式输入与管理数据 数据 接口较为通用 能方便的从其他数据库中读入数据 其统计过程包括了常用的 较为成 熟的统计过程 完全可以满足非统计专业人士的工作需要 输出结果十分美观 存储时 则是专用的 SPO 格式 可以转存为 HTML 格式和文本格式 对于熟悉老版本编程运行方式 的用户 SPSS 还特别设计了语法生成窗口 用户只需在菜单中选好各个选项 然后按 粘贴 按钮就可以自动生成标准的 SPSS 程序 极大的方便了中 高级用户 SPSS 是一个组合式软件包 它集数据整理 分析功能于一身 用户可以根据实际需 要和计算机的功能选择模块 以降低对系统硬盘容量的要求 有利于该软件的推广应用 SPSS 的基本功能包括数据管理 统计分析 图表分析 输出管理等等 SPSS 统计分析过 程包括描述性统计 均值比较 一般线性模型 相关分析 回归分析 对数线性模型 聚类分析 数据简化 生存分析 时间序列分析 多重响应等几大类 每类中又分好几 个统计过程 比如回归分析中又分线性回归分析 曲线估计 Logistic 回归 Probit 回 归 加权估计 两阶段最小二乘法 非线性回归等多个统计过程 而且每个过程中又允 许用户选择不同的方法及参数 SPSS 也有专门的绘图系统 可以根据数据绘制各种图形 在国际学术界有条不成文的规定 即在国际学术交流中 凡是用 SPSS 软件完成的计 算和统计分析 可以不必说明算法 由此可见其影响之大和信誉之高 4 2 数据 SPSS 回归分析 在大多数的实际问题中 影响因变量的因素不是一个而是多个 我们称这类回问题 为多元回归分析 可以建立因变量y与各自变量xj j 1 2 3 n 之间的多元线性回归 模型 e 01 12211 nnnn ybb xb xbxb x 其中 b0 是回归常数 bk k 1 2 3 n 是回归参数 e 是随机误差 应用多元回归分析法对试验中所得的数据进行分析 在 SPSS 工作区内建立如下表格 表 4 1 河北大学 2010 届本科生毕业论文 设计 23 利用 SPSS 中的回归分析功能 得到如下表格 表4 2 Model Summary b ModelRR Square Adjusted R Square Std Error of the Estimate 1 994 a 988 9536 97067 a Predictors Constant 微波养护总时间 单次微波养护时间 微波养护次数 b Dependent Variable 承压峰值 表3 2 是回归模型统计量 R 是相关系数 R Square 相关系数的平方 又称判定系 数 判定线性回归的拟合程度 用来说明用自变量解释因变量变异的程度 所占比例 Adjusted R Square 调整后的判定系数 Std Error of the Estimate 估计标准误差 表 4 3 ANOVA b Model Sum of SquaresdfMean SquareFSig 1Regression4082 94731360 98228 009 138 a Residual48 590148 590 Total4131 5374 a Predictors Constant 微波养护总时间 单次微波养护时间 微波养护次数 b Dependent Variable 承压峰值 表 3 3 回归模型的方差分析表 F 值为 28 009 显著性概率是 0 138 表明回归极 显著 河北大学 2010 届本科生毕业论文 设计 24 表 4 4 分析 建立模型 根据多元回归模型 01 12211 nnnn ybb xb xbxb x 把表 3 4 非标准化回归系数 栏目中的 B 列系数代入上式得预报方程 得到有 的多元回归模型 123 116 1422 54545 0624 322yxbxx 回归方程的显著性检验 从表 3 3 方差分析表中得知 F 统计量为 28 009 系统自 动检验的显著性水平为 0 138 因此回归方程相关非常显著 5 4 3 硬化机理分析 微波是一种高频率的电磁波 其频率范围约在 300 300 000MHz 相应的波长为 100 0 1cm 在 300MHz 至 300GHz 之间 它具有波动性 高频性 热特性和非热特性四 大基本特性 微波作为一种电磁波也具有波粒二象性 微波量子的能量为 1 99 l0 25 1 99 10 22j 物质吸收微波的能力 主要由其介质分子损耗因数来决定 介质分子损耗因数大的 物质对微波的吸收能力就强 相反 介质分子损耗因数小的物质吸收微波的能力也弱 由于各物质分子的损耗因数存在差异 微波加热就表现出选择性加热的特点 物质不同 产生的热效果也不同 水分子属极性分子 介电常数较大 其介质损耗因数也很大 对 微波具有强吸收能力 而水泥 砂 石等的介电常数相对较小 其对微波的吸收能力比 水小得多 因此 对于脱模后微波养护的混凝土来说 含水量的多少对微波加热效果影 响很大 微波比其它用于辐射加热的电磁波 如红外线 远红外线等波长更长 因此具有更 好的穿透性 微波透入介质时 由于介质损耗引起的介质温度的升高 使介质材料内部 外部几乎同时加热升温 形成体热源状态 大大缩短了常规加热中的热传导时间 且在 条件为介质损耗因数与介质温度呈负相关关系时 物料内外加热均匀一致 河北大学 2010 届本科生毕业论文 设计 25 微波对介质材料是瞬时加热升温 能耗也很低 另一方面 微波的输出功率随时可 调 介质温升可无惰性的随之改变 不存在 余热 现象 极有利于自动控制和连续化 生产的需要 而且 微波的量子能量还不够大 不足以改变物质分子的内部结构或破坏 分子之间的键 这对于保持物质的固有特性 是十分重要的 鉴于微波的以上特性 在养护混凝土过程中 微波养护法能表现出来的有点有如下 1 加热迅速 均匀 不需热传导过程 且具有自动热平稳性能 避免过热 2 节能高效 由于含有水分的物质极易直接吸收微波而发热 没有经过其他中间转换 环节 因此除少量的传输损耗外几乎无其他损耗 比一般常规加热省电约 30 50 河北大学 2010 届本科生毕业论文 设计 26 5 实验结论 通过以上实验和数据的分析 此次探索实验还是取得了比较理想的结果的 在开始 的探索实验阶段 由于没有任何类似经验 导致了实验中用微波养护法制成的试块抗压 强度有所降低 在该次试验后 我们进行了反思与总结 努力将微波养护下影响试块强 度的因素全部考虑到 尽管试验中 采取微波养护法的试块所表现出来的技术数据不能 令人满意 但这次失败为我们提供了很多宝贵的经验和教训 使我们在接下来的试验中 针对性更强 对实验过程中各阶段的控制 也更加合理 在第二次试验中 鉴于第一阶段探索实验的经验 我们在进行此次实验时 改变了 处于微波中的混凝土试块的养护环境 所采取措施为为其包裹上一块湿毛巾 以创造出 相对湿度较高 并使试块长期处于高温蒸压的环境中 其原理是 微波使混凝土试块失 去水分较剧烈 这影响了水泥的水化作用的正常进行 而当混凝土石块处于相对湿度较 大的环境中时 其失水速度会得到控制 这对于强度的建立 是非常有利的 本次试验 较第二次实验来说 是非常成功的 养护到第 3 天时 处于微波养护下的试块平均承压 峰值为 124 29KN 比在标准养护室中的试块平均承压峰值 116 68KN 提高了 6 5 第 7 天 时 处于微波养护下的试块平均承压峰值 210 61KN 比在标准养护室中的试块平均承压峰 值 181 34KN 提高了 16 1 而当到了第 28 天 强度提高达到了 20 4 而且 微波养护下第 7 天承压峰值 210 61KN 与根据规范公式 7 3 ln7 ln3 f f 计算得到的第七天的理论承压峰值 221 21KN 误差仅为 5 不超过规范规定的 15 第 28 天承压峰值 384 5KN 与根据规范公式 28 3 ln28 ln3 f f 计算得到的第 28 天的理论承压峰值 379 96KN 甚至略有提高 以上分析 很容易发现 经过微波养护法养护的试块 其强度建立和时间的线性关 系与规范所规定的的 几乎是同步的 这就再一次证明了 微波养护法并没有改变混凝 土结硬机理 考虑到实验条件和时间关系等问题 该实验还没做到尽善尽美的程度 比如 微波 养护后 混凝土的耐久性 抗腐蚀性 抗机械磨损等性能还有待进一步进行考证 综上 采用微波法养护混凝土 只要把过程控制好 创造出混凝土结硬的良好环境 就能在早期为混凝土建立起工程所需的强度 并在养护结束后 将同等配比的混凝土构 河北大学 2010 届本科生毕业论文 设计 27 件强度提高至少 20 这在工程上 是有非常积极的意义的 参考文献 1 范立础 结构设计原理 人民交通出版社 2005 年版 6 17 页 2 李红群 微波应用于沥青路面养护的实验研究 中国公路 2007 年 第 27 卷 第 一期 229332 页 3 单片机教程网 微波炉原理 网络地址 年 04 月 24 日 4 水泥工艺网 水泥及其凝固原理 网络地址 structural steel and precast concrete contractors and masonry contractors COMPETITIVE LANDSCAPE Demand is driven by residential and commercial construction The profitability of individual companies depends on cost 河北大学 2010 届本科生毕业论文 设计 30 estimation and project management Large companies have economies of scale in marketing and purchasing Small companies can compete effectively by specializing The industry is labor intensive annual revenue per employee is less than 150 000 The federal economic stimulus package approved in 2009 which included billions of dollars for infrastructure projects should prove to be a boon for concrete and masonry contractors PRODUCTS OPERATIONS sand gravel or other kinds of crushed rock all called aggregate and water Some concretes also contain coloring agents sealants and other additives to provide special properties On construction projects the type of concrete needed is usually specified precisely and may be tested periodically for quality Contractors usually mix ingredients at a central yard just before delivery to a construction site where the concrete must be poured within a few hours before it begins to harden or set Concrete contractors primarily pour concrete into prepared forms and molds which often contain reinforcing steel bars rebar Most concrete contractors erect their own forms or molds and place patterns of rebar before pouring Both form and rebar work are sometimes subcontracted to specialists especially on complicated projects Various devices used during the pouring process ensure that air pockets do not form and that the concrete is well compacted In addition to the familiar mixing trucks with rotating barrels contractors may use lift buckets and concrete pumps Structural steel contractors erect and assemble structural parts made from steel or precast concrete such as steel beams structural steel components and similar products of precast concrete They also assemble and install other steel construction products including steel rods bars and rebar to reinforce poured in place concrete Masonry contractors use concrete blocks bricks and other pre formed elements to build walls Most masonry projects specify a particular type of concrete block brick or stone which the contractor usually 河北大学 2010 届本科生毕业论文 设计 31 buys from wholesalers Masonry walls may contain reinforcing elements The mortar that binds the blocks or bricks is typically mixed at the construction site To increase margins some contractors have expanded into fields such as tilt up construction work in which walls are poured flat then tilted into position when hardened or have added engineering and design capabilities to do design build projects To ensure timely execution of work sometimes on simultaneous projects companies use project management systems SALES average hourly industry wages are slightly higher than the national average Because the work often involves heavy equipment and potentially dangerous job sites injury rates for the industry are moderately high