高性能混凝土技术的应用与研究

19 分类号 密级 U D C 编号 河北工业大学硕士学位论文 高性能混凝土技术的应用及研究高性能混凝土技术的应用及研究 论 文 作 者 马会良学 生 类 别 专业学位类别 领 域 名 称 指 导 教 师 宋金华职 称 资助基金项目 Dissertation Submitted to Hebei University of Technology for The Master Degree of Road and railway engineering Application and research of high performance concrete technology By Ma Huiliang Supervisor Prof Song Jinhua June 2013 This work supported by No 19 原创性声明原创性声明 本人郑重声明 所呈交的学位论文 是本人在导师指导下 进行研究工作所取 得的成果 除文中已经注明引用的内容外 本学位论文不包含任何他人或集体已经 发表的作品内容 也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料 对本论文所涉及 的研究工作做出贡献的其他个人或集体 均已在文中以明确方式标明 本学位论文 原创性声明的法律责任由本人承担 学位论文作者签名 日期 关于学位论文版权使用授权的说明关于学位论文版权使用授权的说明 本人完全了解河北工业大学关于收集 保存 使用学位论文的以下规定 学校有 权采用影印 缩印 扫描 数字化或其它手段保存论文 学校有权提供本学位论文全 文或者部分内容的阅览服务 学校有权将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索 交流 学校有权向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版 保密的学位论文在解密后适用本授权说明 学位论文作者签名 日期 导 师 签名 日期 I 摘 要 高性能混凝土 High Performance Concrete HPC 被称为 21 世纪混凝土 是 在大幅度提高普通混凝土性能的基础上采用现代混凝土技术制作的混凝土 它 以耐久性作为主要设计指标 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 被认为是目前全世界性能 最为全面的混凝土 高性能混凝土已成为当今土木行业的极为重要的材料 本 文通过对影响高性能混凝土耐久性能的各项指标的实验及在桥梁中的试验分析 得到了较为可靠地高性能混凝土配合比设计 为高性能混凝土的研究提出了自 己的意见 关键字 高性能混凝土 耐久性 配合比设计 桥梁试验 ABSTRACT HPC High Performance Concrete HPC is known as the 21st century concrete substantial increase in the performance of ordinary concrete concrete based on the use of modern technology to produce concrete It is designed with durability as the main indicator of requirements for different purposes to ensure the suitability and strength of the concrete and to achieve high durability high workability high dimensional stability and economy Is considered the world s most comprehensive performance concrete HPC has become extremely important civil industry materials Based on the durability of high performance concrete impact of the indicators on the bridge of the experiments and experimental analysis has been more reliable high performance concrete mix design for high performance concrete research put forward their own views KEYWORDS High Performance Concrete Durability Mix Design Bridge test II 目录目录 第一章绪论 1 1 1 高性能混凝土的概述 1 1 1 1 高性能混凝土的定义 1 1 1 2 高性能混凝土的发展 2 1 1 3 高性能混凝土相较普通混凝土的高性能 2 1 2 高性能混凝土的耐久性 3 1 2 1 掺入高效减水剂 4 1 2 2 掺入高效活性矿物掺料 4 1 2 3 大幅提高混凝土的强度和耐久性 5 第二章 主要试验项目及过程 6 2 1 碎石筛分试验 6 2 1 1 主要试验步骤 6 2 1 2 计算 6 2 2 粗集料含泥量及泥块含量试验 7 2 2 1 试验器材 7 2 2 2 计算 7 2 3 粗集料压碎值试验 8 2 3 1 主要试验步骤 8 2 3 2 计算 8 2 4 粗集料针片状含量试验 8 2 5 细集料含泥量试验 9 2 5 1 主要试验步骤 9 2 5 2 计算 9 2 6 细集料泥块含量试验 9 2 6 1 主要试验步骤 9 2 6 2 计算 9 2 7 细集料含水率试验 10 2 7 1 主要试验步骤 10 2 7 2 计算公式 10 2 8 细集料筛分试验 10 2 8 1 主要试验步骤 10 2 8 2 计算 11 2 9 水泥标准稠度用水量 凝结时间 安定性试验方法 11 2 9 1 标准稠度用水量的测定 11 2 9 2 凝结时间的测定 12 2 9 3 安定性的测定 12 2 10 水泥胶砂强度检验方法 12 2 10 1 试验步骤 12 2 10 2 计算 12 III 2 11 高性能混凝土配合比设计 13 2 11 1 主要试验步骤 13 2 11 2 计算 14 2 12 水泥砼拌合物表观密度试验 14 2 12 1 主要试验步骤 14 2 12 2 计算公式 15 2 13 水泥砼拌合物稠度试验 15 2 13 1 试验步骤 15 2 13 2 试验结果 15 2 14 水泥砼拌合物含气量试验 采用 LA 316 砼含气量测定仪 16 2 14 1 试验步骤 16 2 14 2 计算公式 16 2 15 高性能混凝土抗压强度试验 16 2 15 1 试件制备 16 2 15 2 试验结果计算 17 2 16 高性能混凝土电通量试验 17 2 16 1 试验步骤 17 2 16 2 试验结果整理计算 17 第三章 项目实施阶段 19 3 1 项目实施准备工作备工作 19 3 2 室内试验 19 3 2 1 原材料 19 3 2 2 配合比设计 25 3 2 3 相关验证试验 26 3 3 现场施工应用 30 3 3 1 概况 30 3 3 2 配合比的调试 30 3 3 3 箱梁施工 30 3 3 4 拆模后测温与养生 37 第四章 实验结果的研究分析 39 4 1 混凝土强度验证及对比 39 4 2 高性能混凝土在其他性能指标的优势 39 第五章 总结与展望 43 5 1 研究结论 43 5 2 研究展望 44 参考文献 45 致 谢 47 河北工业大学硕士学位论文 1 第一章第一章 绪论绪论 1 1 高性能混凝土的概述 1 1 11 1 1 高性能混凝土的定义 高性能混凝土的定义 随着建设的发展 在项目中高性能混凝土得到较为广泛的应用 随着人们 对混凝土材料的应用 在混凝土的耐久性日益被关注的时候 高性能混凝土逐 渐发展起来 在 1986 年挪威学者首先开始 HPC 研究 挪威盛产二氧化硅硅粉 硅粉大大提高混凝土的强度 抗渗性 抗氯离子扩散阻力和其他属性提高混凝 土的耐久性 西方国家都投入了大量的财力和人力资源 致力于研究和开发高 性能混凝土 1990 年 5 月 在美国马里兰州 Gaithersburg 举办的高性能混凝土 第一届国际研讨会中第一次提出了高性能混凝土的定义问题 我国从 20 世纪 90 年代 引进高性能混凝土的概念 关于高性能混凝土 不同国家 不同学者由于他们的理解 目的要求和应 用范围 也提出 HPC 不同的解释和定义 而且都侧重不同的性能特点 20 世纪 90 年代 美国曾提出过三种高性能混凝土的定义 1 高性能混凝 土是一定性能要求的均匀的混凝土 必须采取严格的施工工艺 采用高品质的 材料 便于浇筑 不离析 早期强度高 韧性好 具有体积稳定性的耐久性好 的混凝土 2 满足工程的特殊要求的各种性能 包括易浇筑但不易离析 长期 的高力学性能 早期强度高 高韧性 高体积稳定性 长期恶劣环境中长寿命 匀质性好混凝土 3 高性能混凝土是一种要能符合特殊性能综合与均匀性要 求的混凝土 这些特定功能包括 易于浇注 早期强度 渗透性 水化热 体积稳定性 可捣实 不离析 长期力学性质 密度 韧性 在服务环境中运 行寿命长久 我国从引进高性能混凝土的概念后 进行了各方面的研究 也给出了一些 高性能混凝土的定义 1 高性能混凝土是以耐久性和可持续发展为基本要求 适用于工业生产施工的混凝土 与高性能混凝土配合比的特点是低用水量 较 低的水泥含量 掺加必需的化学外加剂和矿物掺合料 2 HPC 是一种新的高 技术混凝土 在大幅提高普通混凝土的性能的基础上采用现代混凝土技术制作 的混凝土 耐久性作为设计主要指标 对不同的目的要求 重点保证以下性能 即耐久性 施工性 适用性 强度 体积稳定性和经济性 3 高性能混凝土是 高性能混凝土技术的研究及应用 2 以保证混凝土结构要求的力学性能 并具有高耐久性 高工作性 体积稳定性 的混凝土 并按照要求设计其抗碳化性能 抗冻耐久性 抗盐冻破坏的耐久性 耐硫酸腐蚀 从国内外对高性能混凝土的种种定义我们可以看出 高性能混凝土不是一 个混凝土品种 而是一种有着具体性能和质量要求的混凝土 具有高耐用性 高工作性 体积稳定性高和经济合理性 可泵送 含外加剂的混凝土 按照该 项目的具体要求和环境条件 满足的特殊组合性能且均匀 致密的高品质的混 凝土 在大幅度提高普通混凝土性能的基础上采用现代混凝土技术 选用优质 原材料 除水泥 水 集料外 必须掺加足够数量的活性细掺料和复合高效外 加剂制作的新型高技术混凝土 1 1 21 1 2 高性能混凝土的发展 高性能混凝土的发展 1824 英国 J Aspdin 发明硅酸盐水泥 为混凝土结构的诞生奠定了基础 1855 年 法国人 Joseph Louis Lambot 早年在巴黎国际展览会上展出的申请了专 利的水泥砂浆丝船 标志着混凝土结构的诞生 同年 弗朗索瓦 Francois Coigent 申请了钢筋混凝土楼板的生产专利 混凝土技术自诞生后 发展十分迅 速 1928 年 法国学者 E Freyssinet 提出了采用预应力混凝土结构技术 1965 美国开始使用高性能混凝土 1964 年 使用高效减水剂配制的高强度混凝土首 先在日本兴起 1990 年以后 美国和加拿大的工地上已能获得 60 100MPa 最高可达 120MPa 的混凝土 在实验室中 混凝土的抗压强度甚至可以达到 300MPa 的 高强度混凝土的应用在我国越来越普遍 很多单位也已准备强度 等级 C80 C100 高强度混凝土 并用于实际的项目 实验室已经配制出了 200MPa 以上的高强度混凝土 经过一个多世纪的发展 土建混凝土已成为最 重要的结构材料 广泛适用于建筑 交通运输 水利 能源等行业 然而 鉴于高强度混凝土在实际应用中的情况分析 混凝土的质量劣化的 问题也逐渐暴露 这不仅造成巨大的经济损失 甚至因为结构提前失效而造成 了重大的交通事故 宗此种种原因 在 20 世纪 80 年代末的先进工业国家争先 恐后地投入巨资 致力于研究和开发的高性能混凝土 近年来 高性能混凝土 的在过去的大发展 从传统的 C20 C30 到今天普遍的 C50 C60 甚至达 C100 C200 根据文献 国外水泥在实验室条件下的抗压强度高达 662MPa 弯曲强度可达 64 7MPa 在我国 高性能混凝土也得到了快速发展 从 20 世纪 90 年代初掀起了高潮高性能混凝土 河北工业大学硕士学位论文 3 1 1 31 1 3 高性能混凝土相较普通混凝土的高性能 高性能混凝土相较普通混凝土的高性能 1 耐久性 高效减水剂和矿物质超细粉的配合使用 能够有效的减少用水量 减少混 凝土内部的空隙 能够使混凝土结构安全可靠地工作 50 100 年以上 是高 性能混凝土应用的主要目的 2 工作性 坍落度是评价混凝土工作性的主要指标 HPC 的坍落度控制功能好 在振 捣的过程中 高性能混凝土粘性大 粗骨料的下沉速度慢 在相同振动时间内 下沉距离短 稳定性和均匀性好 同时 由于高性能混凝土的水灰比低 自由 水少 且掺入超细粉 基本上无泌水 其水泥浆的粘性大 很少产生离析的现 象 3 力学性能 由于混凝土是一种非均质材料 强度受诸多因素的影响 水灰比是影响混 凝土强度的主要因素 对于普通混凝土 随着水灰比的降低 混凝土的抗压强 度增大 高性能混凝土中的高效减水剂对水泥的分散能力强 减水率高 可大 幅度降低混凝土单方用水量 在高性能混凝土中掺入矿物超细粉可以填充水泥 颗粒之间的空隙 改善界面结构 提高混凝土的密实度 提高强度 4 体积稳定性 高性能混凝土具有较高的体积稳定性 即混凝土在硬化早期应具有较低的 水化热 硬化后期具有较小的收缩变形 5 经济性 高性能混凝土较高的强度 良好的耐久性和工艺性都能使其具有良好的经 济性 高性能混凝土良好的耐久性可以减少结构的维修费用 延长结构的使用 寿命 收到良好的经济效益 高性能混凝土的高强度可以减少构件尺寸 减小自 重 增加使用空间 HPC 良好的工作性可以减少工人工作强度 加快施工速度 减少成本 前苏联学者研究发现用 C110 C137 的高性能混凝土替代 C40 C60 的混凝土 可以节约 15 25 的钢材和 30 70 的水泥 虽然 HPC 本身的价格偏高 但是其优异的性能使其具有了良好的经济性 概括起来 说 高性能混凝土就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 1 2 高性能混凝土的耐久性 高性能混凝土近些年来已将耐久性作为其首要设计指标 这种混凝土有可 高性能混凝土技术的研究及应用 4 能为基础设施工程提供 100 年以上的使用寿命 高性能混凝土的耐久性是普通 混凝土的 3 10 倍 作为一种现代混凝土 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 水和集料外 必须掺加足够数量的矿物细掺料 和高效外加剂 目前国内外有关高强高性能混凝土发展趋势有以下几个方面高强度和超高 强度 高工作性 高耐久性 高体积稳定特性 有效利用工业废渣 低水泥用 量 将高强高性能混凝土纳入标准规范中 本文结合高性能混凝土在桥梁工程中的试验 进一步讨论了高性能混凝土 耐久性的各项影响因素 高性能混凝土的高耐久性可增加对恶劣环境的抵御能 力 延长的使用寿命 减少维修费用及对环境带来的影响 是最好的节材措施之 一 具有显著的社会和经济效益 混凝土的耐久性即抵抗劣化的能力 主要包 括 抗渗性 抗侵蚀性 抗冻性 耐磨性 抗碳化性 抗碱 骨料反映等 对 于一些工程的特殊部位 控制结构设计的不是混凝土的强度 而是耐久性 能够使 混凝土结构安全可靠地工作 100 年以上 是高性能混凝土应用的主要目的 要提高混凝土的耐久性 必须降低混凝土的孔隙率 特别是毛细管孔隙率 最主要的方法是降低混凝土的拌和用水量 但是如果纯粹的降低用水量 混凝 土的工作性将随之降低 又会导致捣实成型工作困难 同样造成混凝土结构不 致密 甚至出现蜂窝等宏观缺陷 不但混凝土强度降低 而且混凝土的耐久性 也同时降低 目前减少孔隙率的途径往往是掺入高效减水剂 1 2 11 2 1 掺入高效减水剂 掺入高效减水剂 在保证混凝土拌和物所需流动性的同时 尽可能降低用水量 减小水灰比 使混凝土的总孔隙 特别是毛细管孔隙率大幅度降低 水泥在加水搅拌后 会产生一种絮凝状结构 在这些絮凝状结构中 包裹 着许多拌和水 从而降低了新拌混凝土的工作性 施工中为了保持混凝土拌和 物所需的工作性 就必须在拌和时相应地增加用水量 这样就会促使水泥石结 构中形成过多的孔隙 当加入减水剂后 减水剂的定向排列 使水泥质点表面 均带有相同电荷 在电性斥力的作用下 不但使水泥体系处于相对稳定的悬浮 状态 还在水泥颗粒表面形成一层溶剂化水膜 同时使水泥絮凝状的絮凝体内 的游离水释放出来 因而达到减水的目的 1 2 21 2 2 掺入高效活性矿物掺料掺入高效活性矿物掺料 普通水泥混凝土的水泥石中水化物稳定性的不足 是混凝土不能超耐久的 另一主要因素 在普通混凝土中掺入活性矿物的目的 在于改善混凝土中水泥 河北工业大学硕士学位论文 5 石的胶凝物质的组成 活性矿物掺料 矿渣 粉煤灰等 中含有大量活性 SiO2 及 活性 Al2O3 它们能和水泥水化过程中产生的游离石灰及高碱性水化矽酸钙产 生二次反应 生成强度更高 稳定性更优的低碱性水化矽酸钙 从而达到改善 水化胶凝物质的组成 消除游离石灰的目的 有些超细矿物掺料 其平均粒径 小于水泥粒子的平均粒径 能填充于水泥粒子之间的空隙中 使水泥石结构更 为致密 并阻断可能形成的渗透路 1 2 31 2 3 大幅提高混凝土的强度和耐久性 大幅提高混凝土的强度和耐久性 尽管强度与耐久性是不同概念 但又密切相关 它们之间的本质联系是基 于混凝土的内部结构 都与水灰比这个因素直接相关 在混凝土能充分密实条 件下 随着水灰比的降低 混凝土的孔隙率降低 混凝土的强度不断提高 与 此同时 随着孔隙率降低 混凝土的抗渗性提高 因而各种耐久性指标也随之 提高 在现代的高性能混凝土中 除掺入高效减水剂外 还掺入了活性矿物材 料 它们不但增加了混凝土的致密性 而且也降低或消除了游离氧化钙的含量 在大幅度提高混凝土强度的同时 也大幅度地提高了混凝土的耐久性 对高性能混凝土来说 混凝土本体的抗裂性是首要考虑因素 基于对水化热和 体积稳定性的考虑决定了应积极选择粉煤灰和磨细矿粉作为辅助胶凝材料 并选 择适应施工的兼有低收缩 早强 缓凝性能的聚羧酸系高性能外加剂配制混凝 土成为关键技术措施 目前 我国的基础设施建设工程规模宏大 每年高达 2 万亿元人民币以上 约 30 50 年后 这些工程也将进入维修期 所需的维修费或重建费将更为巨大 作为 21 世纪的高性能混凝土 更要从提高混凝土耐久性入手 以降低巨额的维 修和重建费用 具有重要的理论意义和工程实用价值 高性能混凝土技术的研究及应用 6 第二章第二章 主要试验项目及过程主要试验项目及过程 2 1 碎石筛分试验 2 1 12 1 1 主要试 主要试验步骤 验步骤 干筛法 按筛孔大小顺序进行筛分 称取每个筛上的筛余量 准确至总质 量的 0 1 水洗法 用 2 36mm 或 4 75mm 筛及 0 075mm 筛组成套筛进行水洗 按干 筛方法筛分出 0 075mm 筛以上各筛的筛余量 2 1 22 1 2 计算 计算 干筛法 河北工业大学硕士学位论文 7 2 1 50 i mmmm 底 2 2 05 100 ii pmmm 式中 由于筛分造成的损耗 g 5 m 用于干筛的干燥集料总质量 g 0 m 各号筛上的分计筛余 g i m i 依次为 0 075mm 0 15mm 至集料最大粒径的排序 筛底 0 075mm 以下部分 集料总质量 m底 p i 各号筛上的分计筛余百分率 水筛法 2 3 0 07534 mmm 2 4 0 0750 0753 100Pmm 2 5 530 075i mmmm 式中 粗集料中小于 0 075mm 的含量 通过率 0 075 P 粗集料中水洗得到的小于 0 075mm 部分的质量 g 0 075 m 用于水洗的干燥粗集料总质量 g 3 m 水洗后的干燥粗集料总质量 g 4 m 由于筛分造成的损耗 g 5 m 各号筛上的分计筛余 g i m i 依次为 0 075mm 0 15mm 至集料最大粒径的排序 高性能混凝土技术的研究及应用 8 2 2 粗集料含泥量及泥块含量试验 2 2 12 2 1 试验器 试验器材材 台 秤 感量不大于称量的 1 标准筛 孔径为 1 18mm 0 075mm 方孔筛各一只 测泥块含量时 则 用 2 36mm 及 4 75mm 的方孔筛各一只 容 器 容积约 10L 的筒或搪瓷盘 烘箱 浅盘 毛刷等 2 2 22 2 2 计算 计算 2 6 n010 100Qmmm 式中 Qn 碎石或砾石的含泥量 试验前烘干试验试样质量 g 1 m 试验后烘干试验试样质量 g 0 m 以上两个试样试验结果的算术平均值作为测定值 准确至 0 1 2 3 粗集料压碎值试验 2 3 12 3 1 主要试 主要试验步骤验步骤 1 取 9 5mm 13 2mm 的试样 3g 2 将试样分三份倒入试筒 整平 将试筒和压柱一起放在压力机上 加 荷 当达到总荷载 400kN 后 稳压 5s 然后卸荷 3 称取通过 2 36mm 筛孔的全部细料质量 1 m 2 3 22 3 2 计算 计算 2 7 10 100 a Qmm 式中 石料压碎值 a Q 试验后通过筛孔的试样质量 g 1 m 试验前试样的质量 g 0 m 河北工业大学硕士学位论文 9 以三次平行试验结果的算术平均值作为压碎指标的测定值 2 4 粗集料针片状含量试验 按下表规定的粒级用规准仪对试样进行鉴定 判断针状或片状 表 2 1 筛分质量评定表 公称最大颗粒 mm 9 5161926 531 537 5 试样最小质量 Kg 0 3123510 称量由各粒级挑出的片状和针状的总质量 计算碎石或砾石中片状 针状的含量 2 8 10 100 e Qmm 式中 Qe 试样片状 针状的含量 试样中片状和针状的总质量 g 1 m 试样总质量 g 0 m 2 5 细集料含泥量试验 2 5 12 5 1 主要试验步主要试验步骤骤 1 取烘干试样置于筒中 用水浸泡 用套筛虑去小于 0 075mm 的颗粒 再加水浸泡过虑 直至筒内的水清澈为止 2 将两筛上筛余的颗粒和筒中已经洗净的试样一并装入浅盘 置于温度 为 105 5 的烘箱至恒重 冷却称取其质量 m1 2 5 22 5 2 计算计算 砂的含泥量 2 9 n010 100Qmmm 式中 Qn 砂的含泥量 试验前烘干试验试样质量 g 1 m 试验后烘干试验试样质量 g 0 m 以上两个试样试验结果的算术平均值作为测定值 准确至 0 1 两次 高性能混凝土技术的研究及应用 10 结果的差值超过 0 5 时 应重新试验 2 6 细集料泥块含量试验 2 6 12 6 1 主要试主要试验步骤验步骤 1 取试样 200g 置于容器中 用水拌和均匀 浸泡 24h 后用手捻 1 m 碎泥块 再把试样放在 0 63mm 的筛上 用水淘洗清澈为止 2 筛余下来的试样应小心从筛上取出 并烘干冷却 称取其质量 2 m 2 6 22 6 2 计算计算 砂中泥块含量 2 121 100 k Qmmm 10 式中 砂中大于 1 25mm 的泥块含量 k Q 试验前存留于 1 25mm 筛上的烘干试样质量 g 1 m 试验后烘干试验试样质量 g 2 m 以上两个试样试验结果的算术平均值作为测定值 准确至 0 1 两 次结果的差值超过 0 4 时 应重新试验 2 7 细集料含水率试验 2 7 12 7 1 主要试 主要试验步骤验步骤 取 500g 代表性试验两份 分别放入已知质量的干燥容器中称量 记 下每盘试样与容器的总量 m2 将容器连同试样放入温度为 105 5 的烘 箱中烘干至恒重 称烘干后的试样与容器的总量 m3 2 7 22 7 2 计算公式 计算公式 砂的含水率 准确至 0 1 河北工业大学硕士学位论文 11 2 2331 100mmmm 11 式中 砂的含水率 容器质量 g 1 m 烘干前试样与容器的总质量 g 2 m 烘干后试样与容器的总质量 g 3 m 以两次试验结果的算术平均值为测定值 2 8 细集料筛分试验 2 8 12 8 1 主要试 主要试验步骤验步骤 按筛孔大小顺序进行手筛 称量出各筛筛余试样的质量 精确至 1 m 0 5g 2 8 22 8 2 计算 计算 1 各号筛的分计筛余百分率为各号筛上的筛余量除以试样总量的百 1 m 分率 2 各号筛的累计筛余百分率为该号筛及大于该号筛的各号筛的分计筛余 百分率之和 3 各号筛的质量通过百分率等于 100 减去该号筛的累计筛余百分率 4 绘制级配曲线 5 对于水泥混凝土用砂 细度模数 2 12 0 160 3150 631 252 555 5100 x MAAAAAAA 分别为 0 16mm 0 315mm 5mm 各筛 0 16 A 0 315 A 5 A 上的累计筛余百分率 6 应进行两次平行试验 以试验结果的算术平均值作为测定值 如两 次所得的细度模数之差大于 0 2 应重新进行试验 高性能混凝土技术的研究及应用 12 2 9 水泥标准稠度用水量 凝结时间 安定性试验方法 2 9 12 9 1 标准稠 标准稠度用水量的测定度用水量的测定 1 标准稠度用水量应采用符合 GB3350 6 规定的净浆标准稠度仪进行测 定 2 标准稠度用水量的测定可用调整水量法和不变水量法两种方法的任一 种 如发生争议时 以调整水量法为准 3 试验前须检查项目 仪器金属棒应能自由滑动 试锥降至模顶面位置 时 指针应对准标尺零点 搅拌机运转应正常等 4 拌制水泥净浆 采用调整水量法测定标准稠度用水量时 拌和水量应按经验找水 采 用不变水量法测定时 拌和水量为 142 5mL 水量精确至 0 5mL 5 标准稠度用水量的测定 2 13 3 340 185PS 当试锥下沉深度小于 13mm 时 应改用调整水量法测定 2 9 22 9 2 凝结时间的测定 凝结时间的测定 1 凝结时间用符合 GB3350 6 规定的凝结时间测定仪进行测定 2 凝结时间的测定可用人工测定 也可用符合本标准操作要求的自动凝 结时间测定仪测定 两者有矛盾时以人工测定为准 3 测定前的准备工作 将圆模放在玻璃板上 在内侧稍稍涂一层机油 调整凝结时间测定仪的试针 使其接触玻璃板时指针对准标尺零点 4 制备试件 5 凝结时间的测定 试件在湿气养护箱中养护至加水后 30min 时 进行 第一次测定 2 9 32 9 3 安定性的测定 安定性的测定 1 安定性的测定方法可以用雷氏夹法也可用试饼法 有争议时以雷氏夹 法为准 2 测定前的准备工作 3 水泥标准稠度净浆的制备 4 雷氏夹试件的制备方法 5 沸煮 河北工业大学硕士学位论文 13 6 结果判别 2 10 水泥胶砂强度检验方法 2 10 12 10 1 试验步 试验步骤骤 1 试件成型 2 养护 3 抗折强度试验 4 抗压强度试验 2 10 22 10 2 计算 计算 1 抗折强度 2 14 2 1 5 ff RFL b h 式中 抗折强度 MPa f R 破坏荷重 N f F L 支撑圆柱中心距即100mm b h 试体断面宽及高 均为40mm 抗折强度计算值精确到0 1MPa 抗折强度结果取三块试件平均值 精确至0 1MPa 当三个强度值中 有超过平均值 10 的 应剔除后再平均 以平均值作为抗折强度试验结果 2 抗压强度 2 15 c RF A 式中 抗压强度 MPa c R F 破坏荷重 N A 受压面积即 40mm 40mm 抗压强度计算值精确到0 1MPa 六个抗压强度结果为6个试件抗压强度的平均值 精确至0 1MPa 如 果6个强度值中有一个超过平均值的 10 的 应剔除后以剩下的5个值的算术 平均值作为最后结果 如果5个值中再有超过平均值 10 的 则该组试件无效 高性能混凝土技术的研究及应用 14 2 11 高性能混凝土配合比设计 2 11 12 11 1 主要试验步骤 主要试验步骤 2 11 1 1 粗集料级配组成试验 根据各种粗集料各筛孔的累计筛余率 按照规范的级配要求进行级配组 成试验 得到各粗集料的掺配率 2 11 1 2 计算初步配合比 确定混凝土的配制强度 计算水灰比 选定单位用水量 计算单位水泥用量 选定砂率 计算粗 细集料单位用量 计算方法分为质量法和体积法 计算出初步配合比 即水泥 水 细集 料 粗集料 mc0 mw0 ms0 mG0 2 11 1 3 试拌调整 提出基准配合比 根据初步配合比 采用施工实际材料 进行试拌 测定混凝土拌和物的工 作性 坍落度或维勃稠度 调整材料用量 提出一个满足工作性要求的 基准 配合比 即mca mwa msa mGa 2 11 1 4 检验强度 确定试验室配合比 以基准配合比为基础 增加和减少水灰比 拟定几组 通常为三组 适合 工作性要求的配合比 通过制备试块 测定强度 确定既符合强度和工作性要 求 又较经济的试验室配合比 即mcb mwb msb mGb 2 11 1 5 换算施工配合比 根据工地现场材料的实际含水率 将试验室配合比 换算为工地配合比 即mc mw ms mG或1 mw mc ms mc mG mc 2 11 22 11 2 计算 计算 1 确定混凝土的配制强度 河北工业大学硕士学位论文 15 2 16 ypy RRZ 式中 混凝土的施工配制强度 MPa yp R 混凝土立方体抗压强度标准值 即设计要求的混凝土强 y R 度等级 MPa 由施工单位质量管理水平确定的混凝土强度标准差 MPa 2 计算水灰比 3 选定水灰比 4 计算单位水泥用量 5 选定砂率 6 计算粗 细集料单位用量 7 根据检验强度 绘制 强度 灰水比曲线 确定试验室配合比 8 换算施工配合比 2 12 水泥砼拌合物表观密度试验 2 12 12 12 1 主要试 主要试验步骤验步骤 1 称出试验前的量筒质量M1 精确至50g 2 用人工捣固时 分三层装入 边装边捣 如用振动台振动时 至拌和 物出现水泥浆为止 3 称出量筒和混凝土总重M2 精确至50g 2 12 22 12 2 计算公式 计算公式 2 17 21 1000 h PMMV 式中 拌和物毛体积密度 kg m3 h P V 量筒容积 L 试验结果计算精确至10kg m3 以上两次试验结果的算术平均值作为测定值 试样不得重复 高性能混凝土技术的研究及应用 16 2 13 水泥砼拌合物稠度试验 2 13 12 13 1 试验步 试验步骤骤 1 将代表样分三层装入筒内 边装边按由边缘至中心插捣 边捣边加 入拌和物 2 垂直提起坍落筒 提筒时间5 10s 并使混凝土不受横向及扭力作用 3 从开始至提筒的全过程 不应超过2 5min 4 量出筒顶至试样顶面中心的垂直距离 即为该混凝土拌和物的坍落度 单位mm 精确至1mm 5 同一次拌和的混凝土拌和物 宜测坍落度两次 取其平均值作为为测 定值 每次须换一次性的拌和物 如两次试验相差20mm以上 须做第三次 如 第三次结果与前两次结果均相差20mm以上的 则整个试验重做 6 当拌合物坍落度大于220mm时 用钢尺测量混凝土扩展后最终的最大 直径和最小直径 在这两个直径之差小于50mm的条件下 用其算术平均值作为 坍落扩展度值 否则 此次试验无效 7 试验同时 可用目测法测定混凝土拌和物的下列性质 棍度 含砂情况 粘聚性 保水性 2 13 22 13 2 试验结果 试验结果 混凝土拌合物坍落度和坍落扩展度值以mm为单位 测量精确至1mm 结果修约至最接近的5mm 2 14 水泥砼拌合物含气量试验 采用 LA 316 砼含气量测定 仪 2 14 12 14 1 试验步 试验步骤骤 1 标定仪器 量钵体积标定 含气量0 1 到10 点的标定 2 擦净钵体 钵盖内表面 水平放置 将水泥混凝土拌和物装钵振实 3 刮去多余混凝土 用镘刀抹平 并且使其光滑无气泡 密封量钵 4 用注水器从小龙头处往量钵内注水 直至水从排气阀出水口流出 再 河北工业大学硕士学位论文 17 关紧小龙头和排气阀 5 手泵打气加压 使得表压稍微大于0 1Mpa 再用微调阀准确调节至 0 1Mpa 6 按下阀门杆1 2次 待表压指针稳定后 测定压力表读数 并根据仪 器标定的含气量与压力表读数的关系曲线 得到所测定混凝土样品的一起测定 含气量A1值 7 测定集料的含气量C 2 14 22 14 2 计算公式 计算公式 含气量 2 18 1 AAC A 混凝土拌和物含气量 仪器测定含气量 1 A C 集料含气量 以两次测值的平均值 作为试验结果 如果两次测值的含气量相差0 2 以上时 需要找出原因并且重做试验 2 15 高性能混凝土抗压强度试验 2 15 12 15 1 试件制 试件制备备 1 混凝土抗压强度试件以边长150mm的立方体为标准试件 其集料最大 粒径为40mm 2 混凝土抗压强度试件应以同龄期者为一组 每组为3个同条件制作和 养护的混凝土试块 2 15 22 15 2 试验结果计算 试验结果计算 2 19 RP A 式中 R 混凝土抗压强度 MPa P 极限荷载 N A 受压面积 mm2 以3个试件测值的平均值为测定值 如任一个测值与中值的差值超过中值 高性能混凝土技术的研究及应用 18 的15 时 则取中值为测定值 如有两个测值与中值的差值均超过上述规定时 则该组试验结果无效 结果计算精确至0 1MPa 2 16 高性能混凝土电通量试验 2 16 12 16 1 试验步骤试验步骤 1 切取电通量试验试件 直径 100 1 mm 高度 50 2 mm 2 将养护至规定龄期的试件暴露于空气中干燥 并涂以硅胶或树脂于试 件圆柱侧面 3 试验前采用SBS智能真空饱水机对试件进行真空保水 4 保水结束 抹掉试件上多余水分 将试件安装于试验槽内 检查密封 性 5 将质量浓度为3 0 的NaCl的溶液和摩尔浓度为0 3mol L的NaOH溶液 分别注入试件两侧的试验槽中 注入NaCl溶液的连接负极 注入NaOH溶液的 连接正极 6 对试件两侧铜网施加 60 0 1 V直流恒电压 采用SDL 砼电通 量测定仪自动采集数据测试装置 记录电流的时间间隔设定为 5 10 min 电 流测量值精确至 0 5mA 7 试验结束 及时排出溶液 将试验槽洗净吹干 2 16 22 16 2 试验结果整理计算 试验结果整理计算 1 试验结束后绘制电流与时间的关系图 应通过各点数据以光滑曲线连 接起来 对曲线做面积积分 或按梯形进行面积积分 得到试验6h通过的电通 量 C 2 每个试件的总电通量可采用下列简化公式计算 2 20 03060300330360 222222 t QIIIIIII 式中 Q 通过试件的总电通量 C 初始电流 A 精确到0 001A 0 I 在时间t min 的电流 A 精确到0 001A t I 3 计算得到的通过试件的总电通量应换算成直径为95mm试件的电通量 值 应通过计算的总电通量乘以一个直径为95mm的试件和实际试件横截面积的 比值来换算 换算可按下式计算 河北工业大学硕士学位论文 19 2 21 2 95 SX QQX 式中 通过直径为95mm的试件的电通量 C S Q 通过直径为X mm 的试件电通量 C X Q X 试件的实际直径 mm 4 每组应取3个试件电通量的算术平均值作为该组试件的电通量测定值 当某一个电通量值与中值的差超过中值的15 时 应取其余两个试件的电通量 的算术平均值作为该组试件的试验结果测定值 当有两个测值与中值的差值都 超过中值的15 时 应取中值作为该组试件的电通量试验结果测定 第三章第三章 项目实施阶段项目实施阶段 高性能混凝土技术的研究及应用 20 3 1 项目实施准备工作备工作 高性能混凝土以耐久性作为设计的主要指标 特点是采用低水胶比 选用 优质原材料 掺加足够数量的矿物掺合料和高性能减水剂 由于高性能混凝土 的耐久性 使混凝土桥梁的使用寿命大大增加 使用寿命可以提高到100年 从2010年9月开始进行试验 具体安排是 1 选择合适的原材料 考察邢台市周边各种地材 河砂 碎石 矿渣粉 粉煤灰等 选择水泥 外加剂等厂家 并且到厂家实地考察 取样对原材料各 项指标进行检测 找出最适合高性能混凝土需要的原材料 2 选择好原材料后 在试验室进行配合比设计 由于查找相关资料没有找 到适合高性能混凝土配合比的试验方法 只能够粗略的计算具体的配合比 然 后通过试验 确定最终配合比 3 进行大量的配合比试拌后 确定基本的几个配合比换算工地配合比 在 工地进行混凝土构件试生产 对配合比的可行性进行验证 由铁科院专家进行 技术指导 4 各项检测指标满足要求 认可配合比后 进行邢汾高速公路的桥梁施工 总结各项试验数据 验证其效果 3 2 室内试验 3 2 13 2 1 原材料 原材料 1 胶凝材料 胶凝材料是高性能混凝土中最关键的部分 水泥宜选用品质稳定 标准稠 度低 强度等级不低于42 5的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥 不宜采用矿渣 火山灰及粉煤灰硅酸盐水泥 对于C25 C30 C40选用冀中能源股份有限公司 水泥厂生产的咏宁牌P O42 5水泥 C50选用河北太行水泥有限公司生产的太行 山牌P O42 5水泥 对水泥的各项检测指标进行检测 工地试验室不能完成的项 目进行了外委试验 数据如下表 河北工业大学硕士学位论文 21 表3 1 外委数据汇总表 序号项目技术要求 检测结果 咏宁 检测结果 太行 1比表面积 m2 Kg 350 342336 2游离 GaO 含量 1 0 0 910 9 3碱含量 0 80 0 530 41 4熟料中铝酸三钙含量 8 7 67 5 5氯离子含量 0 06 0 0280 055 所采用水泥各项检测指标均符合铁科院下发的 高性能混凝土暂行技术条 件 规定的指标 2 矿物质掺合料 矿物质掺合料是高性能混凝土中不可缺少的组成部分 其掺入的目的是增 加活性 流动性 抗分离性 调节黏度及塑性 填充水泥石中的微孔 以利于 提高混凝土的强度 密实性 特别是改善混凝土的耐久性及防止碱骨料反应 降低混凝土水化热等有明显效果 在本项目中矿物掺合料选用邢台电厂生产优 质粉煤灰 邢台华通矿粉厂生产的磨细矿渣粉 对其各项指标进行了外委试验 检测结果见下表 表 3 2 粉煤灰的技术要求 序号名称技术要求检测结果 1细度 12 4 1 2需水量比 95 95 3烧失量 5 0 4 98 4氯离子含量 0 02 0 007 5含水量 1 0 6三氧化硫含量 3 0 0 47 7氧化钙含量 10 3 19 8游离氧化钙含量 1 0 0 32 表 3 3 矿渣粉的技术要求 序号名称技术要求检测结果 1密度 g cm3 2 8 2 98 2比表面积 m2 kg 350 550435 3流动度比 95 103 高性能混凝土技术的研究及应用 22 4烧失量 3 0 0 35 5氧化镁含量 14 10 51 6三氧化硫含量 4 0 0 43 7氯离子含量 0 06 0 038 8含水率 1 0 0 4 7d 活性指数 75 75 9 28d 活性指数 95 95 所选用粉煤灰 矿渣粉各项检测指标均符合铁科院下发的 高性能混凝土 暂行技术条件 技术要求 3 粗细骨料的选择 高性能混凝土骨料的选择 对于保证高性能混凝土的物理力学性能和长期 耐久性能至关重要 要选择适宜的骨料配制高性能混凝土 要注意骨料的品种 表观密度 吸水率 粗骨料的强度 粗骨料的最大粒径 级配 碱活性组分含 量等 我项目部选用邢台县马鞍山宇峰矿业有限公司生产的优质石灰岩碎石 白马河流域南青山段生产的洁净中河砂 通过对料源的考察 取样做了各项指 标的检测 检测结果见下表 河北工业大学硕士学位论文 23 表 3 4 细骨料的技术要求 序号项目质量指标检测结果 1颗粒级配符合下表要求符合下表要求 2含泥量 2 01 2 3泥块含量 0 50 2 4云母含量 0 50 1 5轻物质含量 0 50 13 6有机物含量 比色法 浅于标准色浅于标准色 7吸水率 2 01 1 8硫化物及硫酸盐含量 0 50 01 9氯离子含量 0 020 004 10坚固性 82 11碱活性 14d 砂浆长度法 0 10 06 表 3 5 细骨料的累积筛余百分数 公称粒径 mm 区 区 区 9 5000 4 7510 010 010 0 2 3635 525 015 0 1 1865 3550 1025 0 0 685 7170 4140 16 0 395 8092 7085 55 0 15100 90100 90100 90 高性能混凝土技术的研究及应用 24 表 3 6 粗骨料的技术要求及实测结果 序号项目质量指标检测结果 1颗粒级配符合下表规定符合下表规定 2压碎值 1211 3 3针片状颗粒含量 53 6 4含泥量 0 50 3 5泥块含量 0 20 1 6岩石抗压强度 MPa 106 7吸水率 20 32 8坚固性 53 9硫化物及硫酸盐含量 0 50 01 10氯离子含量 0 020 001 11碱活性 14d 砂浆长度法 0 10 09 表 3 7 粗骨料的颗粒级配范围 累积筛余 按质量计 筛孔边长尺寸 mm 级配情况 公称粒径 2 364 759 516 019 026 531 537 553 5 1095 10080 1000 150 5 1695 10085 10030 600 100 5 2095 10090 10040 80 0 100 5 2595 10090 100 30 70 0 50 连续级配 5 31 595 10090 10070 90 15 45 0 50 所采用粗细集料检测各项指标均符合铁科院下发 高性能混凝土暂行技术 条件 要求 河北工业大学硕士学位论文 25 4 高性能减水剂的选择 高性能减水剂的选择 由于高性能混凝土掺入大量的矿物掺合料 胶凝材料用量大 水胶比低 拌合物黏性大 为了使混凝土获得高工作性 所以在配制高性能混凝土时 必 须采用适宜的高性能减水剂 为此 进行了大量的试验 对众多外加剂进行反 复的比对试验和优选 最终确定选用山西黄河新型化工有限公司生产的聚羧酸 系 HJSX A 型高性能减水剂 另外 对外加剂的掺量也进行了多次试验 技术 人员逐步调整外加剂用量 减水组分 缓凝组分 使与所用水泥 砂石料很好 的配伍 确定了外加剂的掺量 见技术报告第 2 条 保证了混凝土的坍落度 损失及工作性 使混凝土获得良好的耐久性 对其减水剂进行了委托试验 检 测结果见下表 表 3 8 聚羧酸系减水剂的技术要求及检测结果 技术要求 序号检验项目 早强型标准型缓凝型 检测结果 缓 凝型 1减水率 2527 2 2