各种性能混凝土材料在土木工程中的应用毕业论文.doc

各种性能混凝土材料在土木工程中的应用各种性能混凝土材料在土木工程中的应用毕业论文目 录内容摘要I引 言11 泵送混凝土21.1 泵送混凝土原材料的选择21.2 泵送混凝土配合比设计21.3 泵送混凝土配合比设计计算31.4 工程应用情况51.5 影响泵送混凝土难易程度和质量的几个因素52 聚丙烯纤维混凝土72.1 聚丙烯纤维混凝土的防水性及机理82.2 聚丙烯纤维混凝土在防水工程中的应用93 粉煤灰混凝土103.1 粉煤灰在混凝土中作用机理103.2 粉煤灰混凝土物理性能103.3 粉煤灰混凝土的基本力学性能103.4 粉煤灰混凝土的长期性能和耐久性能103.5 粉煤灰混凝土在工程上应用114 结论12参考文献13II引 言当代，混凝土是土木工程中用途最广、用量最大的一种建筑材料。现代水泥工业、水泥加工工艺和施工技术飞快发展，凝土材料品种不断增多，因此混凝土材料在工程建设中的地位显得日益重要。泵送混凝土已逐渐成为混凝土施工中一个常用的品种。它具有施工速度快,质量好,节省人工,施工方便等特点。因此广泛应用于一般房建结构混凝土、道路混凝土、大体积混凝土、高层建筑等工程。它既可以作水平及垂直运输(指用地泵) ,又可直接用布料杆浇注(指用汽车泵) 。它要求混凝土不但满足设计强度、耐久性等,还要满足管道输送对混凝土拌合物的要求,即要求混凝土拌合物有较好的可泵性。聚丙烯纤维是一种新型的混凝土增强纤维，被称为混凝土的“次要增强筋”，适用于路面桥面、衬里护壁、地坪等工程部位，近几年在我国市政、公路和建筑工程中已有较多应用。由于掺入聚丙烯纤维改善了混凝土的品质，使混凝土的综合使用性能得到提高。美国联邦公路战略计划（SHRP）通过大量试验研究和工程经验总结后认为，可将聚丙烯纤维等有机纤维增强混凝土当作路面高性能混凝土的一种。但作者通过和施工、设计人员的现场交流，发现一些工程技术人员对聚丙烯纤维在混凝土中的效应认识不足，认为聚丙烯纤维的功能仅是阻止混凝土发生塑裂，而对硬化混凝土的性能无积极作用；或者将聚丙烯纤维和钢纤维的增强效果进行对比，以掺入纤维对混凝土抗折（抗拉）强度的提高程度作为评价标准。经分析后认为，有关人员对聚丙烯纤维功能认识上的片面性，主要源于现行混凝土试验评价方法的局限性和长期形成的以硬化混凝土静载强度为目标的思维定势。粉煤灰混凝土已有几十年的历史，随着粉煤灰混凝土的广泛应用，人们对粉煤灰混凝土的耐久性越来越重视，对粉煤灰混凝土耐久性的评价也显得越来越重要。1 泵送混凝土1.1 泵送混凝土原材料的选择（1）粗骨料（石子）泵送混凝土对石子粒径大小和级配的要求比普通混凝土严格，泵送是否顺利与石子的最大粒径和形状密切相关，最大粒径除应符合施工规范外，还要满足最大粒径与输送管道之比的要求，石子形状以圆形或近似圆形者为佳，石子级配应符合自然连续级配。根据本工程钢筋混凝土的特点及泵送管道的管径，选用孟家湾525mm碎石，大量试验证明级配合理，质量符合要求。（2）细骨料（砂子）泵送混凝土要求细骨料有良好的级配，通过0.315mm筛孔的这一部分细小颗粒累计筛余应大于15%。根据工程施工地区的砂源特点和施工技术要求，选用营盘水区中砂，细度模数2.63.1，含泥量在23%范围内，其它品质符合规范要求。（3）水泥泵送混凝土一般选用普通硅酸盐水泥，但为了降低水泥的水化热，有利于大体积混凝土结构控制裂缝开展，往往也采用矿渣水泥。根据本工程抗渗及冬季施工等特点，选用华泰新普通硅酸盐P.042.5水泥，水泥质量符合要求。（4）粉煤灰 粉煤灰作为准活性材料，掺入混凝土中能使其和易性得到改善，后期强度得到提高，并能降低水化热，改善充分水化的水泥浆体微结构。应选用需水比小于100% 的优质粉煤灰，因为粉煤灰的需水比大于100%时，会增加混凝土的用水量，降低坍落度，使得混凝土粘度增加，降低混凝土的可泵性。当掺用粉煤灰取代部分水泥后，混凝土的早期强度会略低，但使用高效减水剂后，能使混凝土的早期强度及后期强度均有显著提高。本工程选用宁夏天利级粉煤灰。（5）外加剂在混凝土中掺加外加剂，除满足施工工艺及质量要求同时，要达到降低水泥用量，减少混凝土成本为目的。我们主要掺用的外加剂有山西永红NF-4高效泵送剂、RT-B4膨胀剂，质量符合规定。1.2 泵送混凝土配合比设计泵送混凝土与传统的混凝土施工方法不同，是用混凝土输送泵，借助于泵的压力，将混凝土通过输送管道，压送至浇注部位的施工方法。泵送混凝土配合比设计与普通混凝土配合比设计有共同的要求，即保证混凝土有良好的和易性、满足强度等级要求、满足耐久性和降低成本的要求。但泵送混凝土必须满足以下几项要求，才能基本保证正常输送。（1）混凝土与输送管壁之间，具有较小的摩擦力；（2）混凝土压送过程中，不产生离析现象；（3）保证在压送过程中，不引起混凝土质量和性能变化，避免由于时间过长，温度高而出现的早凝阻管现象；（4）混凝土必须具有较好的流动性和足够的初凝时间。为获得较好的泵送效果,必须选用适宜的配合比，JGJ55-2000普通混凝土配合比设计规程规定：、泵送混凝土的用水量与水泥和矿物掺和料的总量之比不宜大于0.60；、泵送混凝土的水泥和矿物掺和料的总量不宜小于300 kg/m3；、泵送混凝土的砂率宜为35%45%；1.3 泵送混凝土配合比设计计算我们在中卫供电局生产调度大楼工程施工中，抓住其施工特点，结合原材料供应情况及机械设备性能特点，先后试配、调整、投入使用了C35/P6、C35/P8、C35、C30、C25、C15六个不同强度等级的粉煤灰泵送混凝土配合比，取得了良好的效益。主体结构基本全为C30强度等级，现以C30强度等级混凝土为例，说明配合比设计过程。（1）采用材料、华泰新普通硅酸盐P.O42.5水泥；、营盘水区中砂，细度模数2.80，表观密度.2.60；、孟家湾525mm的碎石，级配良好；、拌和用水为自来水；、NF-4高效泵送剂，掺量1.2%；、宁夏天利级粉煤灰。、混凝土坍落度出机要求100140mm。（2）基准泵送混凝土配合比计算、混凝土试配强度fcu.o= fcu.k+1.645=30+1.6455=38.2MPa、确定水灰比W/C=（afce）/（fcu.o+abfce）=（0.4142.5）/（38.2+0.410.0742.5）=0.44、每m3混凝土用水量 经验用水量190 kg、每m3混凝土水泥用量 mco = mwo /（W/C）=190/0.44 =432 kg、按体积法计算每立方米混凝土的砂、石用量砂率取39%，mso =718 kg mgo =1084 kgC30基准混凝土配合比用量（kg/m3）水：水泥：砂：石=190：432：693：1060（3）掺粉煤灰按超量取代法计算配合比、粉煤灰取代水泥率取11%，计算每m3混凝土中水泥用量mc=432（1-10%）= 390 kg、超量系数（c）取 1.2，计算每m3混凝土中粉煤灰用量mf=1.2（432-390）= 50 kg、求出粉煤灰超出水泥部分的体积，并扣除同体积的砂用量ms= mso-（mc /c+ mf /f- mco/c） 2.68= 718-（390/3.1+ 50/2.2-432/3.1） 2.68 = 693 kg表1 C30粉煤灰泵送混凝土配合比表（kg/m3 ）水灰比水水泥粉煤灰砂石泵送剂0.441903905069310844.3（4）施工配合比的确认当组成混凝土的材料确定后，进行了不同粉煤灰掺量的混凝土强度、混凝土和易性、泵送性能的试配、试验工作。试拌结果见表2。表2 混凝土试拌结果表编号砂率%坍落度mm水灰比混凝土材料用量（kg/m3）抗压强度（MPa）水水泥粉煤灰砂石泵送剂（HC-200）3d7d28d1391300.441903905069310844.324.129.139.22391300.441903806068210844.122.927.836.3依据设计配合比的计算，和现场试拌及不同掺量粉煤灰和外加剂比较，和试拌强度及工艺性能分析，采用1施工配合比在工程中应用。1.4 工程应用情况自2009年10月至2008年6月，混凝土集中搅拌站为工程输送混凝土9000多m3，混凝土浇筑顺利，混凝土拌和物和易性、可泵性良好。其中2010年3月至2008年6月，C25、C30混凝土现场抽样检验试块129组，截止2010年07月05日，根据实验室出具的混凝土试块实验报告，依据GBJ107-87混凝土强度检验评定标准的有关规定，经计算达到优良标准。强度统计结果见表3。表3 框架柱混凝土强度统计表日期混凝土强度等级试块组数(组)强度平均值(MPa)强度最小值(MPa)强度标准差 (MPa)生产混凝土质量水平2009.11.232010.3.30C352540.837.23.65优良2010.4.46.191240.8538.13.56优良2010.03.252010.5.28C30935.634.43.40优良2010.6.27.051235.634.33.36优良1.5 影响泵送混凝土难易程度和质量的几个因素影响泵送混凝土难易程度和质量的因素很多，例如，砂石骨料级配情况，水泥与外加剂的相容性，混凝土塌落度损失的控制，还有泵车本身的性能等都对其有着直接影响。（1）骨料的影响主要是细骨料的影响，我们所使用的砂为细度模数2.63.1，但有时由于料厂砂源的变化，砂变为粗砂，通过0.315mm筛孔的细颗粒少于10%，影响混凝土的泵送效果，通过增大砂率，可以改善泵送效果，但控制砂子质量在规定范围内是最重要的。另外，由于某些特殊原因，使拌制后混凝土塌落度增至200mm以上，产生离析，引起骨料的重叠挤压，灰浆先行压出，阻塞管道造成故障，同时留下混凝土的质量隐患。（2）外加剂的影响由于水泥品种、矿物组成、含碱量、细度及生产水泥时所用石膏的不同，同一种减水剂在相同掺量下，往往因水泥品种不同而使用效果不同，甚至根本不适用。因此要通过水泥与减水剂相容性试验，优先选用与确定使用水泥相容性好的减水剂，以免影响减水剂的减水效果。夏季施工时，由于搅拌时混凝土温度高，水泥的水化速度和水分蒸发较快，混凝土坍落度损失较大。泵送混凝土坍落度损失是一个值得注意的问题，为防止坍落度损失过快，我们采用了高效减水剂与糖钙缓凝剂复合使用技术，调节混凝土的凝结、硬化速度，有效地控制了混凝土坍落度损失。特别在剪力墙等较大体积混凝土施工中，掺入糖钙缓凝剂使水化热减慢，有利于热量消散，使混凝土内部温升有所降低，避免产生温度裂缝，取得了良好的效果。（3）搅拌站配料及搅拌对泵送混凝土的影响主要是搅拌时间的影响，保证充分搅拌，具有良好的和易性，一般控制最少搅拌时间为2min。（4）拖泵本身的性能施工实践证明，要保证混凝土正常输送，泵车必须满足几项主要工作参数。如输入压力、混凝土输出量（m3/）、最大水平输送距离、最高垂直压送距离等。2 聚丙烯纤维混凝土聚丙烯纤维是由丙烯聚合物或共聚物制成的烯烃类纤维。根据其生产过程可以分为两种。聚丙烯在熔融状态下经过牵拉使纤维分子定向，再挤压成薄片（flat sheet）或形成长丝（filament）。前者经过破碎、裂膜成为纤化纤维（fibrillated fiber），其断面一般为不规则、近似矩形，纤维之间有横向连接成网状；后者在纵向切断后成为圆形断面的复丝或单丝纤维。聚丙烯纤维混凝土有以下几方面的特点。（1）防止或减少混凝土收缩裂缝的产生。混凝土因失水收缩产生的裂缝主要是在早期发生。聚丙烯的掺入，可以在混凝土塑性阶段、变形模量较低时，有效地减小收缩和裂缝的发生，在硬化后期也可使干缩裂缝得到一定程度的抑制，从而使裂缝细化，使之对工程无害或少害。上述特性使聚丙烯纤维在板式结构中作为次要加强筋而得到最广泛的应用。（2）改善混凝土的变形特性和韧性。混凝土是一种由多种成分形成的非均质脆性材料，在各组成成分的结合处很容易产生集中应力使其进一步变脆。而聚丙烯纤维的加入，使混凝土的这一弱点得到很大改善。一是提高了混凝土的极限拉伸率。有大量试验资料证明，一定掺量的聚丙烯纤维混凝土的极限拉伸率比素混凝土提高0.52倍。二是大大提高了混凝土的韧性。普通混凝土在受拉伸、弯折而破坏时，一般为脆性断裂，在混凝土发生裂缝后就基本不能再承受荷载。而聚丙烯纤维混凝土在初裂缝发生后，仍有一定的承载能力，实质上是对外荷能量吸收能力的提高以及混凝土变形性能的改善。按照美国ASTM标准进行的韧度试验结果表明，聚丙烯纤维混凝土的韧度指数比普通混凝土增加1570%。三是抗破碎性。普通混凝土在受压破坏后，往往成断碎状，而聚丙烯纤维混凝土在受压破坏后，仍能保持一定程度的整体性。（3）对混凝土强度性能的影响。试验证明，加入聚丙烯纤维，并不能提高混凝土的静力强度。但国外的试验表明，由于韧性改善，抗冲击能力可以提高2倍以上，抗磨损能力也可提高20105%。（4）提高了混凝土的耐久性。由于聚丙烯纤维混凝土能大大减少裂缝发生和使裂缝细化，从而使混凝土的抗渗能力得到较大提高。根据国内外试验，掺加纤维后，混凝土渗漏可减少2579%，抗渗标号从W10提高到W14。抗渗性能的改善必然使混凝土的抗冻融能力得到提高。许多文献还报导了聚丙烯纤维混凝土能显著减少海水等侵蚀性环境对钢筋的锈蚀作用。关于聚丙烯纤维混凝土在紫外光幅射下的寿命问题，国外一般认为，对混凝土或水泥制品不存在紫外老化问题。加拿大国家科学研究院建筑研究所的詹姆斯皮奥都恩在纤维混凝土手册一书中指出：虽然聚丙烯在紫外线照射下将发生老化，但聚丙烯纤维水泥复合物在受到相当于若干年自然阳光的紫外线照射下，没有强度损失。英国Surrey大学研究纤维混凝土的专家汉南博士在他的一项长期研究中，进行了聚丙烯纤维复合水泥薄板人工气候老化试验。采用的复合板材中聚丙烯纤维体积含量达到48%，该板材放置在室内和露天自然条件下，在龄期分别为1、6、12月和2、3、5、10年时，测定了材料的弯曲韧度和弯曲应力。结论是：在10年时间内，未觉察到材料的老化。应当说，这种复合材料由于聚丙烯含量很高，老化对其性能的影响远比含量仅为0.1%的一般纤维混凝土要大得多。因此可以认为气候老化对聚丙烯纤维混凝土性能的影响是很小的。（5）聚丙烯纤维混凝土的施工性能。国内外大量实践表明，聚丙烯纤维混凝土的施工与常规混凝土没有大的不同，一般的施工方法都适用于聚丙烯纤维混凝土。但聚丙烯纤维混凝土在相同配合比下，坍落度比普通混凝土要降低30%左右。有的文献指出，聚丙烯纤维混凝土泌水速度降低，收面作业应比普通混凝土晚一些进行。2.1 聚丙烯纤维混凝土的防水性及机理（1）、聚丙烯纤维的物理性能如下： 材料：聚丙烯（PP）耐酸碱性：极高密度：0.9(g/cm3)安全性：无毒材料熔点：165170拉伸极限：30%长度：417mm抗拉强度：300MPa含湿量：0.2%弹性模量：3795MPa吸水性：无导性、导热：极低（2）、聚丙烯纤维混凝土的防水机理聚丙烯纤维混凝土的防水属于混凝土的刚性本体防水，在防水混凝土的抗渗和抗裂2个途径中，聚丙烯纤维主要是通过抗裂达到防水目的。聚丙烯纤维抗裂防水的机理是建立在对混凝土的固结、收缩的微观研究的基础上。 从微观的角度来看，任何密实的混凝土都存在微裂缝。这些微裂缝存在于相与相之间（石、砂、水泥胶体三相）和水泥微颗粒之间，只不过正常的微裂缝肉眼看不到而已。混凝土在硬化形成强度的过程中，初期由于水和水泥的应形成结晶体，这种晶体化合物的体积比原材料的体积要小，因而引起混凝土体积的收缩；在后期又由于混凝土内自由水分的蒸发而引起干缩。这些应力某个时期超出了水泥机体的抗拉强度，于是在混凝土内部引起微裂缝。这些微裂缝不可避免地存在于混凝土内的骨料和水泥凝胶体的局部接触面处以及凝胶体自身内部。混凝土在凝结和硬化过程中，微裂缝经历了出现和发展的过程。这一过程，宏观上认为是混凝土在固结收缩，一般混凝土的收缩率在8104左右。混凝土的微裂缝在发展过程中，是从无到有，从小到大向最薄弱方向定向发展。微裂缝向细裂缝的发展大多数（约占70）在37d凝胶期内完成，此时混凝土的抗拉强度小于1Mpa，如果没有采取有效的抗裂措施，混凝土固有的微裂缝在内外应力的作用下将会发展为更大的裂缝以至最终形成贯通的毛细孔道及裂缝，从而导致防水失败，也造成结构设计强度远未能充分发挥，严重的甚至威胁到工程的安全及使用。 在混凝土内掺入聚丙烯纤维，聚丙烯纤维与水泥集料有极强的结合力，可以迅速而轻易地与混凝土材料混合，分布均匀；同时由于细微，故比面积大，每公斤聚丙烯纤维连起来的总长度可绕地球10多圈，若分布在1m3的混凝土中，则可使每1m3的混凝土中有近20条纤维丝，故能在混凝土内部构成一种均匀的乱向支撑体系。当微裂缝在细裂缝发展的过程中，必然碰到多条不同向的微纤维，由于遭到纤维的阻挡，消耗了能量，难以进一步发展。因此，聚丙烯纤维可以有效地抑制混凝土早期干缩微裂及离析裂的产生和发展，极大地减少了混凝土收缩裂缝，尤其是有效地抑制了连通裂缝的产生。从宏观上解释，就是微纤维分散了混凝土的定向拉应力，从而达到抗裂的效果。试验表明，与普通混凝土相比，聚丙烯纤维体积掺量为0.05（约0.5 kg/m3）的混凝土抗裂能力提高了近70。 另外，均匀分布在混凝土中彼此相粘连的大量纤维起了“承托”骨料的作用，降低了混凝土表面的析水与集料的离析，从而使混凝土中直径为50100nm和大于100nm的孔隙含量大大降低，由此可以极大提高混凝土的抗渗能力。试验表明，0.05体积掺量的聚丙烯纤维比普通混凝土的抗渗能力提高了6070。2.2 聚丙烯纤维混凝土在防水工程中的应用由以上分析可知，聚丙烯纤维可以大大增强混凝土的抗裂、抗渗能力，作为混凝土刚体自防水材料的效果显著，可以有效地解决混凝土渗裂问题的困扰。聚丙烯纤维加高效减水剂的防水方案，目前已为国内外众多防水专家所肯定，是防水效果较为可靠、施工最为便易、机理较完整的防水方案，可广泛应用于地下室工程、层面、贮水池、腐化池等工程中。3 粉煤灰混凝土3.1 粉煤灰在混凝土中作用机理粉煤灰是人工火山灰质材料，本身并无胶凝性能，在常温下，当有水存在时，能与石灰起化学反应，生成具有胶凝性能的水化产物，这些水化产物，一般能在空气中立即硬化，而后渐渐具有水硬性。粉煤灰掺入混凝土中，水泥水化析出的 Ca(OH)2形成的钙离子，吸附在微珠玻璃表面上，能够侵蚀玻璃的表面，而粉煤灰表层的玻璃与水作用也能析出碱。3.2 粉煤灰混凝土物理性能（1）坍落度损失情况 粉煤灰混凝土比基准混凝土坍落度损失可明显减少，这样有利于热天施工，特别是商品混凝 土输送及泵送凝土施工。（2）凝结时间 粉煤灰混凝土比基准混凝土凝结时间慢，初终凝均比基准混凝土推迟约1-3小时，这是由于粉煤灰在形成的过程中，其表面吸附了一定量的Na2O及SO3，这些化合物延长了混凝土的凝结时间。（3）水化热 水泥水化作用是放热作用，用粉煤灰取代水泥后，能使温升降低约20%左右，对混凝土温升起到缓解作用，很适用于大体积混凝土工程。3.3 粉煤灰混凝土的基本力学性能（1）抗压强度 粉煤灰混凝土比基准混凝土早期强度低，但后期强度高于基准混凝土。（2）粉煤灰混凝土的抗折、抗拉、轴压强度。 粉煤灰混凝土抗拉强度基本上与基准混凝土相近，但其抗折轴压强度比基准混凝土有所下降。（3）弹性模量。粉煤灰混凝土比基准混凝土弹性模量在C30混凝土中有所下降，但在C20混凝土中弹性模量有所改善。3.4 粉煤灰混凝土的长期性能和耐久性能（1）抗冻性能 粉煤灰混凝土比基准混凝土，28天龄期的抗冻性能有所降低。（2）抗渗性能 粉煤灰混凝土比基准混凝土，抗渗性能有所提高，这在于火山灰反应，使普通混凝土内性能不稳定的氢氧化钙转为结构上致密，性能上稳定的胶凝物质，使其提高了混凝土的抗渗性。 （3）干缩性 粉煤灰混凝土比基准混凝土的收缩值小，两者收缩发展情况基本相近。 （4）钢筋粘结力粉煤灰混凝土比基准混凝土钢筋粘结力有所提高。这是由于粉煤灰混凝土比基准混凝土胶结 料明显增多，均匀性较好，因而增强了其粘结强度。（5）碳化性能 粉煤灰混凝土的碳化深度比基准混凝土大，但粉煤灰混凝土在50年碳化深度一般均小于钢筋混凝土的保护层厚度。3.5 粉煤灰混凝土在工程上应用为了进一步了解在混凝土中掺入粉煤灰后，对混凝土强度情况及验证试验结果的可行性，我们在有关工程上进行了应