基于粉煤灰掺量的高性能混凝土配合比优化设计材料工程技术毕业论文.doc 38页

'毕业设计题目：基于粉煤灰掺量的高性能混凝土配合比优化设计专业：材料工程技术班级：材料3123班学号：04303120331姓名：姚星驰指导老师：薛振华起止日期：2014.12－2015.01.12 诚信承诺本毕业设计（论文）是本人独立完成，没有任何抄袭行为，如有不实，一经查出，本人自愿承担一切后果。承诺人：年月日 陕西铁路工程职业技术学院毕业设计（论文）总成绩评定表班级姓名学号设计（论文）题目成绩指导教师评分答辩评分总成绩指导教师评语：指导教师签名：年月日系毕业设计（论文）答辩小组评语：答辩小组组长签名：年月日注：1.根据专业具体实际情况，如未安排答辩环节，答辩评分及答辩小组评语可不填写。 摘要在建筑工程建设中,在混凝土中掺入适量的粉煤灰取代部分水泥,不仅能改善混凝土的和易性及流动性等,还可以起到一定的经济效果。文章叙述了粉煤灰在混凝土中的作用,并就掺加粉煤灰的方法及混凝土配合比设计进行探讨。本文以渭南渭河大桥的一座桥梁高性能混凝土配合比设计为工程背景，通过阅读大量文献资料，在总结前人关于高性能混凝土理论和实践的基础上，运用了试验手段从原材料、混凝土配合比设计、混凝土各项指标试验等方面对其进行了系统的研究，相信会对高性能混凝土的配合比设计和施工提供技术支持。主要研究内容包括：（1）高性能混凝土所用原材料的质量要求；（2）高性能混凝土配合比设计的方法；（3）影响高性能混凝土配合比设计的主要因素；关键字：粉煤灰;混凝土;配合比设计II 目录第1章绪论11.1粉煤灰混凝土11.2粉煤灰混凝土国内外研究现状11.3粉煤灰在材料领域中的应用21.4粉煤灰综合利用发展前景2第2章原材料的选择技术要求52.1组成材料52.2配合比材料要求52.2.1粗集料碎石的选择52.2.2细集料的选择52.2.3高效外加剂的选择62.2.4粉煤灰矿质混合料的掺加62.2.5单位用水量的选择62.2.6胶凝材料的选择62.2.7水胶比的确定62.2.8砂率的确定62.3材料的检测72.3.1水泥的选用72.3.2集料的选用72.3.3粉煤灰的选用112.3.4混凝土的拌和用水112.3.5外加剂的选择12第3章配合比设计143.1混凝土配合比要求143.2设计要求143.3配合比法则15II 3.3.1配合比设计中耐久性要求153.4高性能混凝土配合比的试配步骤17第4章结论与建议22第5章总结25致谢27参考文献28II 陕西铁路工程职业技术学院毕业设计（论文）第1章绪论1.1粉煤灰混凝土粉煤灰混凝土是指参加一定量粉煤灰用以改善混凝土性能的水泥混凝土。1.2粉煤灰混凝土国内外研究现状当前，世界各国许多国家都已从历史发展进程中认识到必须重视“工业废渣”资源的开发利用，它可以起到有效缓冲自然资源、能源及带来颇大的环境效益。1974年美国首先在内政部编辑的矿物年报中，将粉煤灰作为一种矿物资源，并列为国家最丰富的第七位固体矿物[15]。随着各种新材料,新工艺的出现。一些大型和超大型的混凝土建筑物如高层超高层的大楼,城市立交,跨河跨海大桥,大型隧道等大型的混凝土工程的需要越来越多,也来越多的被兴建。这样的轮工程所在的环境恶劣,施工过程中难度加大。建成的混凝土工程一旦出现问题,维修困难。在这样的情况下,要求新拌混凝土具有良好的施工工作性,而且制成的混凝土要有足够的使用寿命,更要经久耐用。20世纪70年代中期世界性能源危机后，许多国家发电厂的燃料结构发生了变化，都加快转向以煤炭为主要燃料的进程。根据联合国教科文组织的预测：燃煤发电仍将在21世纪中占重要地位，而且在21世纪中燃煤发电的绝对量可能还会增加。因此，加强粉煤灰利用将是世界各国面临的共同课题。粉煤灰在建材领域中的应用粉煤灰具有和粘土相类似的化学成分27 陕西铁路工程职业技术学院毕业设计（论文）,它可以代替粘土生产水泥粉煤灰的物理化学活性使得粉煤灰可以作为一种优良的水泥和混凝土的掺和料。已经研制出来了硅酸盐水泥、硅酸三钙水泥、硫酸铝酸钙水泥等，并且粉煤灰的掺和量可以达到70%左右。据报道，国外被利用的粉煤灰中有20%以上被用作建筑材料，如水泥、混凝土、高速公路路基、砂浆掺合料及其它墙体制品。用粉煤灰代替部分黏土烧制出来的砖具有强度相同但是重量轻、导热系数小、易于干燥等特点，可以降低能耗，节约能源的效果，另外因其具有轻质、绝热、耐火等优良特性粉煤灰还可以应用于制作屋顶保温材料、隔断墙等，可以大大减轻墙重，增加适用面积。虽然粉煤灰用作建筑材料所产生的附加值较低，但由于建材方面的应用通常吃灰量较大，所以粉煤灰用作建筑材料仍是粉煤灰应用的一个很重要的方面。1.3粉煤灰在材料领域中的应用粉煤灰可以用做填充材料、复合材料、功能材料应用于材料领域，还可以作为化学催化剂应用于工业生产当中。根据粉煤灰的物理化学性质及其颗粒的表面活性,经磁选、超细和表面改性后,可以作为橡胶制品的功能材料,基本可以替代半补强碳黑,但是要根据不同的胶料和制品的技术性能等要求对其表面改性。采用搅动铸造法制得的粉煤灰铝合金，与原料相比具有相似或更高的强度和弹性模量，其耐磨性得到很大提高，是一种可以广泛用于滑轮、油盘、复印机及电子管封口等方面的高价值材料；粉煤灰还可用作塑料填料，它的引入可以大大改善塑料的性能，研究发现，用粉煤灰填充的非饱和聚酯树脂与用碳酸钙填充的聚酯树脂相比具有相似的张应力和弯应力，且前者具有高于后者的弯曲模数。粉煤灰在复合材料制备方面有着较大的应用空间。粉煤灰作为化学反应催化剂的研究已经有了一定的进展以粉煤灰、活性剂、硫酸为原料经活化、陈化、浸泡、焙烧等制得了固体酸催化剂,并应用于草酸二乙酯的合成,取得了良好的催化效果。1.4粉煤灰综合利用发展前景粉煤灰的综合利用应以大批量用灰为重点,把提高经济效益及社会效益的有机结合作为主攻方向,大力推广成熟的技术,逐步完善比较成熟的技术27 陕西铁路工程职业技术学院毕业设计（论文）,积极采用国际先进技术和装备,不断提高利用的技术水平。国家重点推广的项目主要有粉煤灰黏土烧结砖、粉煤灰做建筑材料、粉煤灰生产水泥、粉煤灰改良土壤等，随着社会经济的发展,人们环保观念的加强,政策法规的建立完善,技术水平的突破和提高,中国可持续发展战略的实施,固体废物资源化进程的进一步深入,粉煤灰资源的综合利用会更加速发展，尤其是在绿色建材、聚合物复合材料等方面。在为人们创造经济效益的同时也改善了环境，创造了社会效益，真正意义上做到了“化害为利，变废为宝”。总而言之,粉煤灰的综合利用不仅有利于消除污染,改善环境,而且能够创造可观的经济效益,因此展开对粉煤灰综合利用的研究已经成为一项刻不容缓的战略任务。随着社会的发展、科学技术的进步,被认为耐久性最好的传统建筑材料———27 陕西铁路工程职业技术学院毕业设计（论文）混凝土材料的内涵也发生着日新月异的变化,尤其是其性能,即为适应现代化施工需要的拌合物的性能,在严酷的条件下的耐久性以及它的各种物理力学性能,都达到了一个新水平。为与传统的混凝土技术相区别,称之为高性能混凝土(HPC)。高性能砼以耐久性作为设计的主要指标,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。因此,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、集料外,必须掺加足够数量的磨细矿物掺合料和高性能外加剂。十多年来,由于各国政府对高性能混凝土高度重视,对高性能砼技术进行了大量的研究,取得了丰硕的成果,并在工程实践中推广应用。高性能混凝土它以耐久性为首要设计指标，有可能为基础设施工程提供100年以上的使用寿命。与传统混凝土不同，高性能混凝土由于具有高耐久性，高工作性、高强度和高体积稳定性等许多优良特性，被认为是目前世界上性能最全面的混凝土，至今已在不少重要工程中得以使用，特别是在桥梁、高层建筑、海港建筑等工程中显示出独特的优越性，在工程安全使用性、经济合理性、环境条件的适应性等方面产生了明显的效益，因此被各国学者所认可，被认为是今后混凝土技术的发展方向。27 陕西铁路工程职业技术学院毕业设计（论文）第2章原材料的选择技术要求2.1组成材料高性能混凝土所用的组成材料，除传统混凝土所用的水泥、砂、石和水四大组成成分外，还有化学外加剂和矿物外加剂。使用高效的减水剂和磨细的矿物外加剂是使混凝土达到高性能的主要技术措施。前者是降低混凝土的水胶比，增大混凝土和控制混凝土的坍落度损失，赋予混凝土高密致性和良好的工作性；后者能填充胶凝材料的孔隙，参与胶凝材料的水化，除提高混凝土的致密性外，还可以改善混凝土的界面结构，提高混凝土的耐久性与强度。由于高性能混凝土的高性能要求和配置特点，原材料中原来对普通混凝土影响不明显的因素，对高性能混凝土就可能影响显著，因此高性能混凝土和普通混凝土所用原材料的要求有所不同。以下介绍高性能混凝土用各种原材料及技术要求2.2配合比材料要求2.2.1粗集料碎石的选择粗集料碎石在高性能水泥混凝土中起到骨架的作用。对于碎石,要求各个性能指标均满足设计要求。特别是具有良好的级配。碎石的最大粒径影响混凝土的强度和耐久性,本次设计中采用5-20mm的连续级配,用5-lOmin和10-20mm两种碎石掺配而得。掺配比例通过碎石的蹄分试验和级配设计得到。2.2.2细集料的选择27 陕西铁路工程职业技术学院毕业设计（论文）细集料砂主要起填充的作用。现在常用的砂有海砂,河砂、山砂和人工砂。在钢筋混凝土的结构中考虑到氯离子的含量不能使用海砂。山砂由于杂质,含泥量一般超标一般也不釆用。用的最多的是河砂。工程所在地渭南,所以采用渭河河砂。同时要求砂的粗细程度和良好的级配。2.2.3高效外加剂的选择高效外加剂的选择包括外加剂种类的选择和外加剂掺量的选择,这些主要通过经验和试验的方法得到。2.2.4粉煤灰矿质混合料的掺加为了降低大体积混凝土的水化热,在高性能混凝土中,用粉煤灰代替部分水泥和水泥共同成为胶凝材料。粉煤灰的掺量通过试验确定。在满足混凝土性能的基础上,尽可能的多掺加粉煤灰。这样混凝土的配合比还能起到经济的作用。2.2.5单位用水量的选择高性能混凝土的配合比设计釆用最小单位用水量法则。新拌高性能混凝土的施工和易性主要有高效减水剂来调节完成。单位用水量越少,在满足混凝土施工和易性的基础上,混凝土的强度和耐久性越高。2.2.6胶凝材料的选择胶凝材料有两部分组成,一部分是水泥,另一部分是有活性掺合料组成。2.2.7水胶比的确定水胶比是水泥与胶凝材料的比值,用来衡量水泥装的稀稠程度。不仅影响到新拌混凝土的工作性,同时也是影响混凝土耐久性和强度的主要因素。为了保证混凝土的耐久性,一般采用较低的水胶比。水胶比的数值通过试验确定。但是经验告诉我们一般的高强混凝土的水胶比不能大于0.35.2.2.8砂率的确定27 陕西铁路工程职业技术学院毕业设计（论文）高性能混凝土的砂率是混凝土中砂的质量与砂石质量之和的比值。砂率的大小不仅影响新拌混凝土的工作性,而且影响混凝土的强度和耐久性,砂率的确定可以根据经验和试验的方法来确定。高性能混凝土的砂率一般在40%左右。2.3材料的检测2.3.1水泥的选用水泥是混凝土和高性能混凝土中最重要的一种胶凝材料，它的选择直接影响混凝土的性能和成本。适用于制备高性能混凝土的水泥必须具有良好的流变性和高的28天强度。高性能混凝土特点之一是水胶比较低,要满足施工工作性的要求,水泥用量就要增大,但为了尽量降低混凝土的内部温升和减少收缩,应尽量降低水泥用量。同时为使混凝土有足够的弹性模量和体积稳定性,对胶凝材料总量也要加以限制。高性能混凝土所有的水泥最好是强度高而且同时具有良好的流变性能。表2.1水泥试验数据试验项目标准规定值标准规定值细度(%)≤10.04.9标准稠度用水量(%)25.6凝结时间初凝≥45min2h45min终凝≤600min3h35min安定性须合格合格胶砂强度类别龄期标准规定值实测值抗折强度(MPa)3d≥3.55.228d≥6.58.2抗压强度(MPa)3d≥16.029.428d≥42.550.4从试验数据可以看出，该水泥各项指标满足标准要求。2.3.2集料的选用27 陕西铁路工程职业技术学院毕业设计（论文）集料是指混凝土的主要组成材料之一，在混凝土中约占三分之四。正确选择集料的品种是配置高性能混凝土的基础。集料在传统混凝土中主要起骨架作用和减小由于胶凝材料在凝结硬化过程中由于干缩湿胀所引起的体积变化，同时还作为胶凝材料的廉价填充物。在高性能混凝土中，由于胶水比小，水泥石强度提高，集料的差异对混凝土的强度影响很大，集料用量、品种、性能等对流动性、强度和耐久性都有影响。1混凝土用石的基本要求混凝土中的粗集料是指大于4.74mm的岩石颗粒。对粗集料的质量要求主要包括:颗粒级配、针片状颗粒含量、含泥量、泥块含量、强度（岩石抗压强度和压碎值指标）、坚固性、有害杂质含量和碱活性。与普通混凝土相比，高性能混凝土强度高，用水较少（水胶比一般小于0.35），集料的性能对混凝土的强度、工作性等将起着极其重要的作用，粗集料的强度、集料-水泥浆界的面黏结强度对高性能的强度影响很大。粗集料强度一般宜为混凝土强度1.5-2.0倍，或压碎指标宜低于10%。一般宜选密实坚硬的石灰岩或深成火山岩，在各种类型的碎石中，通常以石灰岩为最佳，这可能是石灰岩的矿物成分能与水泥浆有较好的结合所致。集料的表观密度、吸水率对高性能混凝土影响很大。配置高强混凝土的粗、细集料的表观密度应在2.65g/cm³以上，粗集料的吸水率应在1%左右，细集料的饱和含水率应低于2.5%。石子级配对节约水泥和保证混凝土和易性有很大关系。集料的最大粒径越大，则集料的总表面积越小，混凝土的用水量也越少，水泥用量也越少。但该值过大，使混凝土的和易性变差，易产生离析。集料粒径超过40mm后，由于集料比表面积的减少和混凝土不均匀性的增大，致使混凝土粒径越大，混凝土强度越低。因此，高性能混凝土应使用最大粒径尽量小的粗集料。研究证明：混凝土强度为60-80MPa时，混凝土石子的最大粒径宜在20mm左右。依据《公路桥涵施工技术规范》(JTJ041-2000)桥涵混凝土的粗骨料，应采用坚硬的卵石或碎石，27 陕西铁路工程职业技术学院毕业设计（论文）最大粒径不得超过结构最小边尺寸的1／4和钢筋最小净距的3／4。对于泵送混凝土，当泵送高度小于50m时，对碎石不宜大于管径的1／3,对卵石不宜大于管径的1／2.5；泵送高度在50-100m时,对碎石不宜大于管径的1／4，对卵石不宜大于管径的1／3；泵送高度在100m以上时，对碎石不宜大于管径的1／5，对卵石不宜大于管径的1／4。粗骨料应采用连续级配。表2.2高性能混凝土粗集料的最大粒径强度等级C30-C60C70-C80C90-C100C100以上粗集料最大粒径(mm)≤30≤20≤15≤10表2.3碎石试验数据试验项目标准规定值试验结果堆积密度kg/m³＞1500155紧密空隙率%＜40含泥量%≤0.50.1泥块含量%≤0.250针、片状颗粒含量%≤8201吸水率%＜2.0压碎指标%≤107.2颗粒级配筛孔尺寸mm40.031.525.020.016.010.05.02.50标准规定累计筛余%00~1580~10095~100实际累计筛余%01291100检验结果连续粒级5～10mm最大粒径（mm）102混凝土用砂的基本要求混凝土中的细集料是指粒径小于4.75mm的岩石颗粒。。对细集料的质量要求主要包括：颗粒级配、细度模数、含泥量、泥块含量、坚固性、有害杂质含量和碱活性。27 陕西铁路工程职业技术学院毕业设计（论文）含泥量和泥块含量是集料中尘屑、淤泥和黏土等的总质量，这类黏土杂质对混凝土拌合物的和易性及硬化混凝土的抗冻、抗渗和收缩等性能都有一定的影响，对高强度混凝土的影响更大些，在配制高性能混凝土时，必须严格控制。采用海砂配制时，其氯离子含量应符合下列规定:素混凝土中使用海砂，氯离子含量不予限制；对钢筋混凝土，海砂中氯离子含量不应大于0.06%（以干砂质量的百分率计）;对预应力混凝土不宜采用海砂，若必须使用海砂时，则应经淡水冲洗，其氯离子含量不得大于0.02%。高性能混凝土通常选用细度模数2.7-3.1的中粗砂，且最好0.63mm筛的累积筛余大于98%为最好，能使空隙率达最低。3砂率的影响混凝土中的砂率影响新拌混凝土的施工工作性。砂率越大,新拌混凝土和易性变差,砂率过小,同样新拌混凝土的和易性变差。规格中粗砂代表数量400m³试验项目标准规定值实验结果试验项目标准规定值试验结果混凝土强度≥C50混凝土强度≥C50表观密度kg/m³＞25002630堆积密度kg/m³＞1400泥块含量%≤0.5氯化物含量%≤0.02云母含量%≤0.50.1有机物含量%合格坚固性%≤8.0硫化物含量%≤0.5空隙率%轻物质含量≤0.50.1颗粒分析项目标准规定值试验结果筛孔尺寸（mm）圆孔Ⅰ区Ⅱ区Ⅲ区累计筛余（%）细度模数Mx粗细程度>10.0mm颗粒含量27 陕西铁路工程职业技术学院毕业设计（论文）（%）5.0010~010~010~062.7中砂1.12.5035~525~15~0151.2565~3550~1025~0330.63085~7170~4140~16520.31595~8092~7085~55840.160100~90100~90100~9099表2.3中粗砂试验数据2.3.3粉煤灰的选用粉煤灰(简称FA)是发电厂燃煤锅炉排出的细颗粒废澄,又称飞灰,颗粒直径一般为0.001-0.050mm,呈玻璃态实心或空心的球状颗粒,表面比较致密。是一种具有潜在火山灰活性的物质。优质粉煤灰用于混凝土中,作为胶凝材料的一种,可减少水泥用量、节约成本,又能改善和易性、减少泌水、离析现象,改善混凝土的性能。具有缓凝、减水,提高密实度和后期强度,降低水化热,抑制干裂、收缩,增强抗酸碱反应能力的作用,提高水泥和混凝土的后期强度及耐久性指标等。粉煤灰可以提高不同阶段的高性能混凝土的性能。主要从以下几个方面。在新拌的混凝土中,利用粉煤灰的滚轮效应和微集料效应,可以一定程度上降低混凝土的单位用水量。提高混凝土的流动性,提高混凝土的可粟性。在硬化中的混凝土中,掺加粉煤灰的混凝土可以降低水泥水化的水化热,降低温缩出现的可能性。在硬化后的混凝土中,利用粉煤灰的火山灰效应,可以提高混凝土的后期强度以及抗冻性、抗氯离子渗透能力等混凝土的耐久性。在进行粉煤灰的选择的时候重点应关注粉煤灰的氧化物含量和粉煤灰的烧失量、需水量比。经过材料试验,结果如下表2.4粉煤灰试验数据实验项目标准规定值实验结果C50及以上混凝土细度（%）≤125.4需水量比（%）≤10092烧失量（%）≤3.02.8活性指数7d（％）≥8085活性指数28d（％）≥90932.3.4混凝土的拌和用水27 陕西铁路工程职业技术学院毕业设计（论文）桥梁工程拌制混凝土用的水应符合下列要求（1）水中不应含有影响水泥正常凝结与硬化的有害杂质或油脂、糖类及游离酸类等。（2）污水、PH值小于5的酸性水及含硫酸盐量按 计超过0.27MG/CM3的水不得使用。 （3）不得用海水拌制混凝土。 （4）饮用水，一般能满足上述条件，使用时可不经试验。2.3.5外加剂的选择本次设计中釆用高效减水剂提高新拌混凝土的工作性,同时降低水胶比,提高混凝土的强度和耐久性。在这次设计中,主要的耐久性指标为抗冻等级和抗氯离子渗透能力。抗冻等级为F300,耐久性指数不小于70%,电通量不大于两千C。环境为河水环境,混凝土中配有钢筋。若海水中的氯离子接触到钢筋混凝土中的钢筋,氯离子作为催化剂会加速钢筋的腐烛。造成毁灭性的工程事故。故混凝土设计的重点是防止河水中的氯离子接触到混凝土中的钢筋,也就是抗氯离子渗透能力。在水泥混凝土中掺加高效外加剂或者高效复合外加剂可以在流动性不变的状态下降低单位用水量,降低水胶比,提高新拌混凝土的施工工作性。提高高性能混凝土的早期强度,增加高性能混凝土的保水性、粘聚性,减少坊落度损失。减水剂的技术经济效果。根据使用目的不同,在水泥混凝土中加入减水剂,可以取得以下效果。首先增加流动性。在水泥和用水量不变的情况下,混凝土将落度可增加100-200_,显著提高了混凝土的流动性,有利于施工成型,且不影响混凝土的强度和耐久性。27 陕西铁路工程职业技术学院毕业设计（论文）其次提高混凝土的强度。在保持流动性和水泥用量不变的情况下,可以减少拌合用水量10%-20%,降低水胶比,使得混凝土的强度提高(约15%-20%)早期强度也有大幅度的提高(约30%-50%)因此缩短工期,提高模具利用率。再者节约水泥。在保持流动性和水灰比不变的情况,可以减少拌合用水量的同时相应减少水泥用量,即在保持混凝土强度不变的情况下可节约水泥用量10%-15%,且有利于降低工程成本。改善混凝土的耐久性。由于减水剂的掺入,显著改善了混凝土的孔结构,使得混凝土的密实度提高,透水性降低,从而可提高抗渗、抗冻、抗化学腐烛及防锈烛能力。掺加引气剂是指在混凝土的揽拌过程中,能引入大量分布均匀的微小气泡,以减少混凝土的拌合物的泌水、离析、改善和易性,并显著提高硬化后混凝土的抗冻性和抗渗性等耐久性指标的外加剂。本次设计为高性能混凝土的设计,选用的高效减水剂,减水率要大。表2.5超细矿渣粉实验项目标准规定值实验结果含水率（%）≤1.0烧失量（%）≤3.01.0活性指数（%，7天）≥9589活性指数（%，28天≥2.8g/cm3100表2.6缓凝高效减水剂试验数据试验项目标准规定值试验结果水泥净浆流动度（mm）≥240减水率（%）≥2029.6含气量%用于配制非抗冻混凝土时≥3.04.5用于配制抗冻混凝土时≥4.5常压泌水率比（%）≤2010.9抗压强度比（％）3d≥1301387d≥12513528d≥120131收缩比率（%）≤13527 陕西铁路工程职业技术学院毕业设计（论文）第3章配合比设计3.1混凝土配合比要求渭南渭河大桥的一座桥梁为依托,所处的环境为河水环境,抗冻等级为F300,强度等级C30,混凝土设计的重点是防止河水中的氯离子接触到钢筋,使钢筋诱蚀,从而缩短桥梁的使用期限,也就是耐久性。在这种情况下,这次高性能混凝土的配合比设计不仅要满足新拌混凝土的施工工作性,更要以抗氯离子渗透和抗冻融循环这些耐久性的控制指标。1、为了满足高性能混凝土所处的河水环境,要求混凝土有较高的抗渗透能力。在进行混凝土的配合比设计的时候,尽最大可能的使凝结硬化后的混凝土结构致密。尽可能的降低孔隙率,通过掺加超细的活性混合材粉煤灰来提高混凝土的抗渗透性能。2、为了满足混凝土的抗冻等级,在普通混凝土很难达到的情况下,采用掺加引气剂,引入闭合的微小的气泡来提高混凝土的抗冻等级,加入引气剂还可以提高新拌混凝土的施工工作性。3、高性能混凝土要求流动性大,需要掺加高效减水剂。通过掺加高效减水剂起到降低水胶比和提高流动性的目的。4、高性能混凝土骨料的选择要从骨料的洁净程度、骨料的强度、骨料的级配和骨料的最大粒径等各个方面选择优质的骨料。粗骨料的最大粒径会影响高性能混凝土的强度和施工和易性,在本次设计采用的5-lOran,10-20mm碎石,细骨料选择潍河砂。在满足新拌混凝土施工工作性的前提下,尽可能的降低水胶比,以提高混凝土的密实度、强度和耐久性。3.2设计要求(一)满足施工要求的和易性(二)满足结构设计的强度等级要求(三)满足工程所处环境对混凝土耐久性的要求27 陕西铁路工程职业技术学院毕业设计（论文）(一)满足经济原则；在保证混凝土质量的前提下，应尽量节约水泥，合理地使用材料和降低成本3.3配合比法则1灰水比法则可塑状态混凝土水灰比的大小决定混凝土硬化后的强度，并影响硬化混凝土的耐久性。混凝土的强度与水泥强度成正比，与灰水比成正比。灰水比一经确定，决不能随意变动。这一法则，要求施工人员必须遵守。对于高性能混凝土，灰包括所有胶凝材料，因此灰水比亦可称之为胶水比2混凝土密实体积法则混凝土的组成是以石子为骨架，以砂子填充石子间的空隙，又以浆体填充砂石空隙，并包裹砂石表面，以减小砂石间的摩擦阻力，保证混凝土有足够的流动性。这样，可塑状态的混凝土总体积为水、水泥、砂、石的密实体积之和。这一法则是计算混凝土配合的基础。高性能混凝土的胶凝材料中包含了密度不同的各组分，因此更应遵守这一法则。3最小单位加水量或最小胶凝材料用量法则在灰水比固定、原材料一定的情况下，使用满足工作性的最小加水量可得到体积稳定的、经济的混凝土。4最小水泥用量法则为降低混凝土的温升、提高混凝土抗环境因素侵蚀的能力。在满足混凝土早期强度要求的前提下，应尽量减小胶凝材料中的水泥用量。3.3.1配合比设计中耐久性要求混凝土6大耐久性指标是指混凝土的抗裂性、护筋性、耐蚀性、抗冻性、耐磨性、抗碱骨料反应性。混凝土电通量小于1000C；混凝土抗裂性以抗裂试件侧面出现裂纹越晚、裂纹宽度越小为越好；混凝土保护层满足设计的规定；混凝土的抗碱骨料反应性能应满足设计的规定：骨料的碱硅酸反应砂浆棒膨胀率或碱碳酸盐反应岩石柱膨胀率应小于27 陕西铁路工程职业技术学院毕业设计（论文）0.10％，当骨料的碱硅酸反应砂浆棒膨胀率在0.10％～0.20％时，除了混凝土的碱含量小于3kg/m³外，还在混凝土中掺加具有明显抑制效能的矿物掺和料和复合外加剂，并应证明抑制有效；抗冻性大于F200次；抗渗性大于P20。1水灰比水灰比中的“灰”包含所有胶凝材料，可将水灰比称为水胶比。为达到低渗透性以保证其耐久性，无论设计强度是多少，水胶比都不能大于0.35(对于所处环境不恶劣的工程可以放宽)，以保证混凝土的密实。2工作性高性能混凝土拌合物的工作性比強度还重要，是混凝土浇筑质量的关键。对仅要求高流动性和高可泵性时，坍落度应大于180mm；要求免振时，坍落度应大于250mm。拌合物应体积稳定、不离析、不泌水。2.5.5外加剂及掺量外加剂应通过试验，根据与胶结料的相容性选择。掺量为胶结料总量的0.8～2.0%。采用的聚羧酸缓凝高效减水剂，减水率30%，掺量1.3%。3用水量在水灰比固定、原材料不变的情况下，取以满足工作性要求时的最小用水量。用水量变化范围不大，可通过外加剂掺量来控制。原材料对用水量影响很大，水泥的标稠的大小、砂石表面状态、吸水率大小，粉煤灰的需水量比、矿渣粉的流动度比、外加剂的减水率等都会影响混凝土用水量，优质原材料拌制的混凝土用水量比一般的要少20～30kg/m³，可以提高混凝土强度和耐久性；还能减少胶材用量提高混凝土弹模。4胶结材料总量胶结材料总量的大小对混凝土的工作性、强度、弹性模量和收缩都有影响。高性能混凝土的胶结材料用量，必须有足够的浆体浓度和数量来满足工作性要求但不应大于500kg/m³为宜，并应随强度等级的下降而减少。5矿物掺料以等量取代水泥计，其中硅灰掺量为27 陕西铁路工程职业技术学院毕业设计（论文）5～10%；磨细矿渣粉、粉煤灰掺量低于20%，宜复合使用矿物掺合料。在箱梁混凝土配制时采用粉煤灰与矿渣粉复配，掺量均为15%，粉煤灰对混凝土工作性及耐久性的好处为：提高抗氯离子渗透；提高抗碱——集料反应；提高抗硫酸盐侵蚀；提高抗渗性；防止早期裂纹；滚珠效应提高混凝土可泵性。但是粉煤灰的掺入也有一些不利影响：混凝土强度增长慢而且碳化速度有所加快，易泌水。矿粉比粉煤灰强度增长快，能等量取代水泥，耐久性的好处与粉煤灰相同。但收缩较普通混凝土稍大，但早期抗裂性却不低于普通混凝土；拌合料在同坍落度条件下，粘度大，工作性、可泵性不如粉煤灰。两者取长补短，提高混凝土各种性能。经试验确定，两者同等掺量效果最佳。6砂率配制高性能混凝土所用砂率要根据砂级配、粗细程度、石子粒径、外加剂和矿物掺合料的品种、掺量，通过试验确定，一般控制在35～50%。7粗骨料粗骨料应采用粒径5～10mm碎石与粒径10～20mm碎石分级配合。比例通过试验确定。3.4高性能混凝土配合比的试配步骤高性能混凝土配合比的试配步骤应按《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55－2000中第6章的规定进行。当采用3～5个不同的配合比进行混凝土强度试验时，其中一个应为基准配合比，另外配合比的水灰比，宜较基准配合比分别增加和减少0.02～0.03梯度确定。高性能混凝土配合比的设计步骤：根据混凝土100年设计要求及当地环境类别，渭河大桥桥梁混凝土配比设计的一般要求为：设计强度等级：C50；使用部位：预制梁；27 陕西铁路工程职业技术学院毕业设计（论文）水泥厂家及强度等级：尧柏水泥P.O42.5；外加剂品种及掺量：高效减水剂、1.3%；碎石产地及规格：渭河5～10,10～20mm；砂产地及规格：渭河中砂2.9；设计坍落度18～22cm；混凝土设计强度：50+1.645×6=59.87MPa；水胶比计算：（0.46×42.5）/（59.87+0.07×0.46×42.5）=0.32根据设计规范，确定水胶比0.32；用水量确定：根据配合比设计规程、混凝土坍落度14～18cm、及骨料最大粒径确定用水量220kg/m³,外加剂减水率29.5%，实际用水量确定为：220×（1-29.5%）=155kg/m³；胶凝材料用量：155/0.32=484kg/m³；粉煤灰、矿渣掺量均为15%，水泥用量为484×70%=339kg/m³；粉煤灰、矿渣用量（484-339）/2=72kg/m³；外加剂用量：484×1.3%=6.29kg/m³；砂石用量：假定混凝土容重2450kg/m³，根据配合比设计规程水胶比及骨料最大粒径确定砂率40%，砂用量（2450-484-155-6.29）×40%=722kg/m³；石用量（2450-484-155-6.29）×602%=1083kg/m³。实测容重2393kg/m³，每方混凝土材料用量不用调整：水泥339kg/m³，粉煤灰72kg/m³，矿渣粉72kg/m³，水155kg/m³，外加剂6.29kg/m³,砂722kg/m³，石1083kg/m³。理论配合比：水泥：砂：石：粉煤灰：矿渣粉：外加剂：水=1：2.13：3.19：0.21：0.21：0.019：0.46。上述配比作为试配一，水胶比0.32，砂率不变，进行试配二：27 陕西铁路工程职业技术学院毕业设计（论文）胶凝材料用量：用水量为155kg/m³，胶材用量155/0.32=484kg/m³；粉煤灰掺量15%，粉煤灰用量484×15%=73kg/m³；矿渣粉掺量10％用量为484×10%=48kg/m³；水泥用量484-73-48=363kg/m³；外加剂用量484×1.3%=6.29kg/m³；砂石用量：假定混凝土容重2450kg/m³，根据配合比设计规程水胶比及骨料最大粒径确定砂率40%，砂用量（2450-484-155-6.29）×40%=722kg/m³；石用量（2450-484-155-6.29）×60%=1083kg/m³。实测容重2390kg/m³，每方混凝土材料用量不用调整：水泥363g/m³，粉煤灰73kg/m³，矿渣粉48kg/m³，水155kg/m³，外加剂6.29kg/m³,砂722kg/m³，石1083kg/m³理论配合比：水泥：砂：石：粉煤灰：矿渣粉：外加剂：水=1：1.99：2.98：0.20：0.13：0.017：0.43。水胶比为0.31，用水量155kg/m³，进行试配三：胶凝材料用量：用水量155kg/m³，胶材用量155/0.31=500kg/m³；粉煤灰用量500×16%=80kg/m³；矿渣粉500×22%=110kg/m³；水泥用量500-110-806=310kg/m³；外加剂用量500×1.3%=6.50kg/m³；砂石用量：假定混凝土容重2450kg/m³，根据配合比设计规程水胶比及骨料最大粒径确定砂率40%，砂用量（2450-500-155-6.50）×40%=715kg/m³；石用量（2450-500-155-6.500）×60%=1073kg/m³。实测容重2390kg/m³，每方混凝土材料用量不用调整：水泥310kg/m³，粉煤灰80kg/m³，矿渣粉110kg/m³，水155kg/m³，外加剂6.50kg/m³,砂715kg/m³，石1073kg/m³理论配合比：水泥：砂：石：粉煤灰：矿渣粉：外加剂：水=1：2.31：3.46：0.26：0.35：0.021：0.50。27 陕西铁路工程职业技术学院毕业设计（论文）表3.1三次试配选定结果见表项目名称试配一试配二试配三水泥339363310砂722722715石10310831073水155155155粉煤灰727380矿渣粉7248110外加剂6.296.296.5坍落度mm215205200扩展度cm5245463d强度MPa25.526.126.228d强度MPa59.960.461.5电通量C825867787含气量%3.43.23.5抗冻性＞F200＞F200＞F200抗渗性＞P20＞P20＞P2弹性模量40.5GPa39.5GPa41.5GPa根据试配结果，三组试件强度、电通量、含气量、抗冻性、抗渗性、弹性模量指标均满足设计要求。表3.2试件抗渗试验数据抗渗试验1试件编号制作日期抗渗试验起止时间抗渗等级113.3.1206.4.9-8：00～06.4.16-8：00>P20抗渗试验2试件编号制作日期抗渗试验起止时间抗渗等级213.3.1906.4.9-8：00～06.4.16-8：00>P20抗渗试验3试件编号制作日期抗渗试验起止时间抗渗等级313.3.2606.4.9-8：00～06.4.16-8：00>P20通过试验三组试件均满足抗渗要求。27 陕西铁路工程职业技术学院毕业设计（论文）表3.3试件耐久性试验耐久性试验1试验项目指标要求试验结果试验项目指标要求试验结果电通量（C）<100079.5抗裂性<0.2mm无裂纹碱含量kg/m³<32.1867氯离子总含量<胶材量0.06％0.0257含气量(%)2.0～4.02.9弹性模量>35500MPa39800MPa耐久性试验2试验项目指标要求试验结果试验项目指标要求试验结果电通量（C）<1000抗裂性<0.2mm无裂纹碱含量kg/m³<3氯离子总含量<胶材量0.06％含气量(%)2.0～4.0弹性模量>35500MPa43700MPa耐久性试验3试验项目指标要求试验结果试验项目指标要求试验结果电通量（C）<1000抗裂性<0.2mm无裂纹电通量（C）<1000碱含量kg/m³<3氯离子总含量<胶材量0.06％弹性模量>35500MPa47400MPa试验结果分析：综合分析以上三组配合比设计试验，原材料质量优良，符合高性能混凝土对原材料高质量的要求；配合比选定考虑了经济合理、水胶比在要求范围内；不同配合比混凝土在相同的养护条件下，不同龄期强度试验结果均满足设计要求；抗渗试验结果显示三组试验均满足设计要求；通过耐久性试验结果显示三组试验均满足要求，综合各项指标第二组较合理；经济角度分析，第一组配合比水泥用量最少，较经济合理，适宜工程实际使用；综合比较，三组配合比设计均满足设计要求，第一组试验较合理。27 陕西铁路工程职业技术学院毕业设计（论文）第4章结论与建议通过理论研究和试验室试配，对高性能混凝土的配制和性能特点有了一个比较全面的理解。针对工程实际的不同情况，对高性能混凝土有不同的技术要求，这就要在高性能混凝土配合比设计之初，对高性能混凝土配制中涉及的各种原材料的性能指标有一个系统的了解，在根据实际需要选用不同的掺料，以达到不同的指标要求。这些数据的积累要靠大量的试验。通过以上的原材料试验，对不同材料的性能，及在高性能混凝土配种中起到的特殊作用有了更充分的认识。本次高性能混凝土的配合比设计,通过试验的方式,对于掺加不同掺量不同的水胶比,对于高性能混凝土的新拌混凝土的工作性,硬化后混凝土的强度,以及抗冻性,抗氯离子渗透能力的混凝土的耐久性以及混凝土的脆性也就是弹性模量进行了研究。通过研究我们得出:粉煤灰作为一种超细的活性混合材,掺加到混凝土后,不仅可以提高新拌混凝土的和易性。而且可以显著的提高混凝土的后期强度和耐久性。掺加粉煤灰还可以降低成本,达到经济性的要求。随着粉煤灰掺量的增加,混凝土的工作性略有提高;随着粉煤灰掺量的增加,硬化后混凝土的后期强度有一定程度的提高;随着混凝土掺量的增加,混凝土的水化热降低,降低温缩裂缝的产生,提高混凝土的耐久性;随着粉煤灰掺量的增加,可以降低混凝土的脆性就是弹性模量,在满足混凝土的强度和耐久性的基础上,提高混凝土的韧性。27 陕西铁路工程职业技术学院毕业设计（论文）水胶比是水泥混凝土配合比中的重要的参数。随着水胶比的降低,混凝土的早期强度和后期强度提高,混凝土的抗冻性和抗渗性等耐久性也有一定程度的提高,但是混凝土的脆性也就是弹性模量也有一定程度的提高,故水胶比并不是越小越好,而是在一定的范围内,既要保证混凝土的强度和耐久性,又要降低混凝土的脆性,提高混凝土的韧性。这对于当下人们过分关注混凝土的强度,忽视混凝土的脆性有一定的意义。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。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。在混凝土实际工程中，除了主要以强度作为控制指标外，经常还需要规定混凝土的弹性模量值，尤其是在预应力钢筋凝土梁的张拉时，更应规定张拉时混凝土应达到的弹性模量值。在计算钢筋混凝土的变形、裂缝扩展及大体积混凝土的度应力时，都必须知道对应混凝土的弹性模量。在工程中，也常常出现强度满足要求而弹性模量偏低，使得混凝土构件形较大而不能正常使用的问题，导致一些工程事故的发生并造成经济上的损失。27 陕西铁路工程职业技术学院毕业设计（论文）随着建筑业的飞速发展，粉煤灰混凝土是在现代混凝土技术的新潮流中发展起来的一种经济的改性的混凝土。特别是掺粉煤灰的泵送混凝土更是受到广泛的关注。应用粉煤灰的活性不仅可以减少水泥用量，降低混凝土的生产成本，显著地改善混凝土的工作性能，使其具有良好的工作性，同时消除环境污染，减少能源消耗等方面有着非常重要的经济意义和社会意义。在混凝土中掺加粉煤灰除了上述技术上的进步外，还能带来如下经济效益和社会效益：a.能节约15％一35％的水泥，从而减少大量能源消耗。b.现今已不再认为砂、石是取之不尽，用之不竭的资源，用超量取代法配制混凝土可节约用砂10％～15％，这对于减少不可再生资源的消耗，维持生态平衡和国民经济可持续发展具有重要的现实意义。27 陕西铁路工程职业技术学院毕业设计（论文）第5章总结2014年12月，我开始了我的毕业设计，经过长时间的写作到现在毕业设计基本完成。毕业设计的写作是一个长期的过程，需要不断的进行精心的修改，不断地去研究各方面的文献，认真总结。历经了这么久的努力，终于完成了毕业设计。在这次毕业设计的写作的过程中，我拥有了无数难忘的感动和收获。12月初，在与老师的交流讨论中我的题目定了下来，当开题报告定下来之后，我便立刻在学校的图书馆着手资料的收集工作中，当时面对众多网络资料库的文章真是有些不知所措，不知如何下手。我将这一困难告诉了指导老师，在老师的细心的指导下，终于使我了解了应该怎么样利用学校的浩瀚的资源找到自己需要的粉煤灰方面的资源，找了相关的论文，认真的阅读，总结笔记，为自己的论文打好基础。主要是为了发现过去那些毕业设计之中的观点，然后避免有重复的观点出现，争取从一个全新的角度去研究青春文学。在搜集资料后，我在电脑中都进行分类的整理，然后针对自己不同部分的毕业设计内容进行归纳和总结。尽量使我的资料和论文的内容符合，这有利于毕业设计的撰写。然后及时拿给老师进行沟通，听取老师的意见后再进行相关的修改。老师的意见总是很宝贵的，可以很好的指出我的资料收集的不足以及需要什么样的资料来完善文章。1月初，资料已经查找完毕了，我开始着手毕业设计初稿的写作。初稿的写作显得逻辑结构有点不清晰，总是想到什么相关的问题就去写，而没有很好的分出清晰的层次，让文章显得有点凌乱，这样的文章必然是不符合要求的，但毕竟是初稿，在老师的指导下还要进行反复的修改。27 陕西铁路工程职业技术学院毕业设计（论文）写作毕业设计是我们每个大学生必须经历的一段过程，也是我们毕业前的一段宝贵的回忆。当我们看到自己的努力有收获的时候，总是会有那么一点点自豪和激动。任何事情都是这样子，需要我们脚踏实地的去做，一步一个脚印的完成，认真严谨，有了好的态度才能做好一件事情，一开始都觉得毕业设计是一个很困难的任务，大家都难免会有一点畏惧之情，但是经过长时间的努力和积累，经过不断地查找资料后总结，我们都很好的按老师的要求完成了毕业设计的写作，这种收获的喜悦相信每个人都能够体会到。这是一次意志的磨练，是对我实际能力的一次提升，相信对我未来的学习和工作有很大的帮助。在这次毕业设计中同学之间互相帮助，共同商量相关专业问题,这种交流对于即将面临毕业的我们来说是一次很有意义的经历,大学三年都一起走过了,在最后我们可以聚在一起讨论学习,研究专业问题,进而更好的了解我们每个人的兴趣之所在,明确我们的人生理想,进而在今后的生活和工作中更好的发挥自己的优势,学好自己的专业,成为一个对于社会有用的人.27 陕西铁路工程职业技术学院毕业设计（论文）致谢我的毕业论文是在薛振华老师的精心指导和大力支持下完成的，论文能顺利完成，离不开老师关心和帮助。在整个的论文写作中，老师积极的帮助我查资料和提供有利于论文写作的建议和意见，在老师的帮助下，论文得以不断的完善，最终帮助我完整的写完了整个论文。感谢陕西铁路工程职业技术学院道桥工程系的老师对我专业思维及专业技能的培养，是你们的悉心教导使我有了良好的专业课知识，这也是论文得以完成的基础。感谢班主任田朵老师老师渊博的知识、严谨治学的态度、不懈求知的精神，创新求实的工作作风、孜孜不倦的教诲将使我终身受益。三年来，老不仅仅授予我学业知识，而且还言传身教我做人的道理，是我在今后生活中学习的楷模。在此，向田老师致以最诚挚、最深切的诚意！三年来。感谢三年来一起学习、生活的同学们，是你们陪伴我走完了三年美好的大学时光和你们在一起真的很开心快乐同学们互相帮助，乐于助人让我结交了很多的好朋友，你们将是我今后人生路上一笔宝贵的财富。27 陕西铁路工程职业技术学院毕业设计（论文）参考文献【1】赵丽萍.《土木工程材料.》北京：人民交通出版社，2008年；【2】何文敏《土木工程材料实验实训指导书》.北京：人民交通出版社，2008年；【3】《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》（2005）；【4】《通用硅酸盐水泥标准》GB175-2007；【5】《普通混凝土用砂质量标准及检验方法》JGJ52—2006；【6】《普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法》JGJ53—2006；【7】《混凝土外加剂》GB8076—1997；【8】《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》GB/T50080—2002；【9】《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB/T50081—2002；【10】《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB1596—2005；【11】《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》GB/T18046—2000。【12】普通混凝土配合比设计规程（JGJ55-2000）[S]．中国建筑出版社，2000，北京【13】公路工程水泥和水泥混凝土试验规程（JTGE42-2005）[S].人民交通出版社，2005，北京【14】粉煤灰混凝土应用技术规程（GBJ146—90）[S].中国计划出版社【15】现代混凝土配合比设计手册，人民交通出版社，2002，北京【16】公路桥涵施工技术规范(JTJ041-2000)，中国人民共和国交通部2000，北京【17】公路工程集料试验规程（JTGE42-2005）[S].人民交通出版社，2005，北京【18】公路工程水泥混凝土外加剂与掺和料应用技术指南人民教育出版社，2006，北京【19】用于水泥和混凝土中的粉煤灰（GB/T1596－2005）中国标准出版社，2005，北京27'