开题报告 混凝土配合比优化设计.docx
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开题报告混凝土配合比优化设计
开题报告
一、选题依据
1.研究目的及意义
通过本次配合比设计,能提高学生的动手能力,加强学生的整体思维能力,理论联系实际的实用能力,对所学知识的综合利用能力。
了解相关的水利水电建筑工程混凝土配合比程序、思路和方法。
对毕业工作有很大帮助。
本课题以四平市秦家屯灌区渠道衬砌及农道桥工程混凝土配合比优选设计为研究对象,是一个面向实际工程的应用课题,具有较强的综合性,既有理论又有实践,能提高我们的分析能力和解决问题的能力。
对巩固四年来所学的基础理论和专业知识,并运用于设计中,在设计中得到提高;了解国内外该领域内的最新科学成就,并适当地应用到本设计及工程实例中有重要的意义。
2.研究内容所属领域、研究范围
本次研究内容属于水利水电工程领域;
研究范围包括C25F200W4混凝土配合比优选设计(二级配)
3.调研资料综述(包括国内外技术现状)
随着HPC的开发和应用,建筑对生态环境产生的影响正引起社会的关注。
建筑物在建造和运行的过程中需消耗大量的自然资源和能源,并对环境产生不同程度的影响。
有专家指出,作为建筑工业主要原料的水泥,实际上是一种不可持续发展的产品。
因此,高性能混凝土的技术核心是在限制水泥用量以获得混凝土高性能的同时,坚持其可持续性的发展原则。
21世纪前后,吴中伟等提出了绿色混凝土的概念,在高性能混凝土的基础上增加了三个含义:
1)节约资源、能源;2)不破坏环境,更有利于环境;3)可持续发展,既要满足当代人的需求,又不危害后代人满足其需要的能力。
大力开展绿色高性能混凝土的研究和应用高性能混凝土具有普通混凝土无法比拟的优良性能,对混凝土的发展将起重要作用,并为HPC的发展指明了非常明确的方向。
高性能混凝土具有较高的韧性、良好体积稳定性和长期的力学性能稳定性。
高性能混凝土的高韧性要求其能较好地抵抗地震荷载、疲劳荷载及冲击荷载的能力,混凝土的韧性可通过在混凝土掺加引气剂或采用高性能纤维混凝土等措施得
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到提高。
虽然高性能混凝土的水灰比比较低,但是如果将新型高效减水剂和增粘剂一起使用,尽可能地降低单方用水量,防止离析,浇筑振实后立即用湿布或湿草帘加以覆盖养护,避免太阳光照射和风吹,防止混凝土的水分蒸发,这样高性能混凝土早期开裂就会得到有效的抑制。
高性能混凝土掺加了粉的普通混凝土都得到了显著降低,这对于大体积混凝土的温控和防裂十分有利。
国内已有研究表明,对于外掺加40%粉煤灰的高性能混凝土,不管是在标准养护还是在蒸压养护条件下,其360d龄期的徐变度(单位徐变应力的徐变值)均小于同强度等级的普通混凝土,高性能混凝土徐度度仅为普通混凝土的50%左右。
高性能混凝土长期的力学稳定性要求其在长期的荷载作用及恶劣环境侵蚀下抗压强度、抗拉强度及弹性模量等力学性能保持稳定。
国内外通过近20年的研究和实践,已经得出一些制备高性能混凝土的具体技术措施:
水泥、集料、掺合料的性能对混凝土耐久性影响很大,对其品种需加以认真选择。
混凝土配合比设计时,尽量减少水泥用量和用水量,降低水化热,减少裂缝,提高密实度;合理使用减水剂和引气剂,改善混凝土内部结构;掺入足量的矿物掺合料,提高混凝土耐久性能。
按照使用环境设计相应的混凝土保护层厚度,预防外界气体和液体介质渗入内部,腐蚀钢筋。
混凝土工程拌制过程中应提高混凝土拌合物的和易性,并减少用水量;大体积混凝土的浇筑振捣应控制混凝土的温度裂缝、收缩裂缝、施工裂缝;混凝土浇筑后,应进行充分合理的振捣,提高混凝土密实度和抗渗性,加强养护,减少混凝土裂缝。
结构在使用阶段还应注意检测、维护和修理,对处于露天和恶劣环境下的基础设施工程更应如此。
提高混凝土耐久性需要从原材料选择、配合比设计和结构设计、施工和后期维护等环节加以重视。
目前全世界都已经把高性能混凝土的研究重点集中到混凝土服役寿命的设计方面。
国际结构混凝土联合会在2006年6月提出了全概率方法的寿命设计流程图,法国土木工程师学会在2007年提出了混凝土结构服役寿命设计指南,欧盟也正在研究提出一个过渡的基于性能的耐久性设计方法。
混凝土服役寿命的设计研究建立的耐久性模型尚有许多不确定因素,有些模型参数还不能量化,确定这些参数的难度较大,另外还缺少重复重复性好的测试方法,对有些破坏类型还
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缺少可靠的模型,如干湿循环和硫酸盐腐蚀等。
结构在使用阶段还应注意检测、维护和修理,对处于露天和恶劣环境下的基础设施工程更应如此。
从1996年开始,国家计委、国家科技部连续设立科技攻关项目和国家科技支撑项目,大力支持对高性能混凝土的创新研究。
包括中国建筑材料科学研究总院在内的国内几十所科研单位、高等院校的一大批专家完成多个高性能混凝土的研究项目,高性能混凝土的研究得到推广和普及,并在多个重点工程中进行实践。
二、研究的主要内容、重点及难点
主要研究混凝土合理配合比,要满足施工的各项要求,还要保证经济的合理。
难点及重点就是水灰比、砂率的确定,应为其中一个有问题那就证明此配合比不合格,只有都合理才能配出好的混凝土,其次骨料的级配很重要。
三研究方法及技术路线
1.拟采用的研究方法
1)原材料检测
测出砂石表观密度、吸水率、含泥量、泥块含量、表观密度、堆积密度、吸水率、空吸率、细度模数、颗粒级配区属以及超径逊径、堆积密度、压碎指标。
以≤水工混凝土施工规范≥依据,按SL352-2006≤水工混凝土试验规程≥进行操作。
测出水泥安定性、凝结时间、细度、标准稠度用水量、抗压强度、抗折强度。
以≤通用硅酸盐水泥≥GB175-2007为依据,按GB/T8074、GB/T1346-2001、GB/T17671-1999进行操作。
2)试配混凝土配合比
(1)设计强度及工程部位
设计强度:
普通混凝土C25F200W4二级配。
工程部位:
引水闸工程等。
(2)试配用量
根据≤水工混凝土配合比设计规程≥选取三个不同的水灰比、砂率、用水量、计算出试配混凝土一立方米的水泥用量、用水量、砂用量、石子用量。
然
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后试拌,测出混凝土坍落度和含气量符合要求以及和易性较好。
装模成型养护测7天和28天抗压强度和养护28天以后做抗冻试验。
选取最优配合比
(1)按水工混凝土配合比设计规范所有满足要求试配件选择抗压最小值同时满足抗冻要求。
(2)混凝土优化配合比各项性能首先要能满足设计要求和施工要求。
(3)优化配合比与基准配合比相比,能够节约主材用量。
(4)在使用优化配合比(混凝土生产)过程中要严格控制混凝土材料、称量、拌和、运输、振捣、养护等过程,确保施工过程的各个环节均符合质量控制规定。
2.技术路线、技术措施、技术关键
技术路线:
查阅与混凝土配合比相关的各种资料,了解相关规范,掌握试验设计的整个过程,在熟悉基本资料的基础上,首先进行选择不同方案,然后进行对比分析、从中选出最优方案,也是最经济的方案。
技术措施:
控制水灰比,选取强度高的水泥,浆集比(浆和集料的比例),按标准控制外加剂掺量,沙石级配,砂子的粗细,减少砂子的含泥量,砂子的矿物组成,碎石的质量,施工工艺浇筑不得超初凝时间,提高养护温度湿度,控制搅拌水的质量。
四、可能存在的问题及解决措施
1.在混凝土试块制备过程中中对含气量的要求
混凝土中适量的引气,不仅能改善抗冻性,同时可显著减轻混凝土的泌水性,使水在拌合物中的悬浮状态更加稳定,从而提高混凝土材料的均匀性和稳定性。
因此,即使配制非抗冻混凝土时,含气量也应不小于2%,并且作为施工质量控制的必检项目之一。
为适当提高混凝土的含气量,并获得较佳的减水和保塑效果,可使用减水剂。
2.影响混凝土坍落度的原因:
影响混凝土坍落度之水灰比
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水灰比是指水泥混凝土中水的用量与水泥用量之比。
在单位混凝土拌合物中,集浆比确定后,即水泥浆的用量为一固定数值时,水灰比决定水泥浆的稠度。
水灰比较小,则水泥浆较稠,混凝土拌合物的流动性亦较小,当水灰比小于某一极限值时,在一定施工方法下就不能保证密实成型;反之,水灰比较大,水泥浆较稀,混凝土拌合物的流动性虽然较大,但粘聚性和保水性却随之变差。
当水灰比大于某一极限值时,将产生严重的离析、泌水现象。
影响混凝土坍落度之水泥特性
水泥对混凝土坍落度经时损失的影响主要体现在水泥细度和化学参数两个方面。
水泥的比表面积越小,颗粒形状越接近球形,混凝土的和易性将越好,坍落度经时损失也越小。
影响混凝土坍落度损失的水泥化学参数中,C3A和C4AF的含量、C3A的形态、硫酸钙含量及形态、碱含量等是影响混凝土坍落度经时损失的主要因素。
水泥的矿物组成不同会影响减水剂的坍落度损失,因为水泥中不同的矿物组成成分对减水剂的吸附能力有大有小。
水泥中几种主要矿物对减水剂的吸附能力有大有小。
影响混凝土坍落度之单位体积用水量
单位体积用水量是指在单位体积水泥混凝土中,所加入水的质量,它是影响水泥混凝土工作性的最主要的因素。
新拌混凝土的流动性主要是依靠集料及水泥颗粒表面吸附一层水膜,从而使颗粒间比较润滑。
而粘聚性也主要是依靠水的表面张力作用,如用水量过少,则水膜较薄,润滑效果较差;而用水量过多,毛细孔被水分填满,表面张力的作用减小,混凝土的粘聚性变差,易泌水。
因此用水量的多少直接影响着水泥混凝土的工作性,而且大量的试验表明,当粗集料和细集料的种类和比例确定后,在一定的水灰比范围内(W/C=0.4~0.8),水泥混凝土的坍落度主要取决于单位体积用水量,而受其他因素的影响较小,这一规律称为固定加水量定则,它为水泥混凝土的配合比设计提供了极大的方便。
影响混凝土坍落度之集料特性
集料的特性包括集料的最大粒径、形状、表面纹理(卵石或碎石)、级配和吸水性等,这些特性将不同程度地影响新拌混凝土的和易性。
其中最为明显的是,卵石拌制的混凝土拌合物的流动性较碎石的好。
集料的最大粒径增大,可使集料
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的总表面积减小,拌合物的工作性也随之改善。
此外,具有优良级配的混凝土拌合物具有较好的和易性。
影响混凝土坍落度之集浆比
集浆比就是单位混凝土拌合物中,集料绝对体积与水泥浆绝对体积之比,有时也用其倒数,称为浆集比。
水泥浆在混凝土拌合物中,除了填充集料间的空隙外,还包裹集料的表面,以减少集料颗粒间的摩阻力,使混凝土拌合物具有一定的流动性。
在单位体积的混凝土拌合物中,如水灰比保持不变,则水泥浆的数量越多,拌合物的流动性愈大。
但若水泥浆数量过多,则集料的含量相对减少,达一定限度时,就会出现流浆现象,使混凝土拌合物的粘聚性和保水性变差;同时对混凝土的强度和耐久性也会产生一定的影响。
此外水泥浆数量增加,就要增加水泥用量,提高了混凝土的单价。
相反,若水泥浆数量过少,不足以填满集料的空隙和包裹集料表面,则混凝土拌合物粘聚性变差,甚至产生崩坍现象。
因此,混凝土拌合物中水泥浆数量应根据具体情况决定,在满足工作性要求的前提下,同时要考虑强度和耐久性要求,尽量采用较大的集浆比。
影响混凝土坍落度之砂率
砂率是指混凝土中砂的质量占砂、石总质量的百分率。
砂率表征混凝土拌合物中砂与石相对用量比例。
由于砂率变化,可导致集料的空隙率和总表面积的变化。
从图1中可以出,当砂率过大时集料的空隙率和总表面积增大,在水泥浆用量一定的条件下,混凝土拌合物就显得干稠,流动性小;当砂率过小时,虽然集料的总表面积减小,但由于砂浆量不足,不能在粗集料的周围形成足够的砂浆层起润滑作用,因而使混凝土拌合物的流动性降低。
更严重的是影响了混凝土拌合物的粘聚性与保水性,使拌合物显得粗涩、粗集料离析、水泥浆流失,甚至出现溃散等不良现象,如图2所示。
因此,在不同的砂率中应有一个合理砂率值。
混凝土拌合物的合理砂率是指在用水量和水泥用量一定的情况下,能使混凝土拌合物获得最大流动性,且能保持粘聚性。
影响混凝土坍落度之环境条件
混凝土拌合物工作性降低的环境因素,主要有时间、温度、湿度和风速。
对于给定组成材料性质和配合比例的混凝土拌合物,其工作性的变化,主要受水泥
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的水化速率和水分的蒸发速率所支配。
水泥的水化,一方面消耗了水分;另一方面,产生的水化产物起到了胶粘作用,进一步阻碍了颗粒间的滑动。
而水分的挥发将直接减少了单位混凝土中水的含量。
因此,混凝土拌合物从搅拌到捣实的这段时间里,随着时间的增加,坍落度将逐渐减小,称为坍落度损失室的资料。
影响混凝土坍落度之外加剂
在拌制混凝土时,加入很少量的外加剂能使混凝土拌合物在不增加水泥浆用量的条件下,获得很好的和易性,增大流动性,改善粘聚性,降低泌水性。
并且由于改变了混凝土结构,还能提高混凝土的耐久性。
五、预期要取得的成果及成果的学术或应用价值
通过研究设计得到最优的配合比,能够符合生产要求,并且要经济,最终出一份最优的混凝土配合比表。
通常水利工程一般具有建设周期长、涉及面广、影响建设投资不定因素多等特点,如果控制措施不当,投资目标将难以实现。
混凝土配制过程中水泥所占比重较大,但水泥是影响混凝土开裂的重要因素。
一般情况下,水泥用量多,混凝土收缩大。
该课题将应用外加剂,以减少或消除由于干缩引起的开裂,提高抗冻、抗裂能力。
通过掺加外加剂节约泥水用量,降低工程成本。
外加剂的掺入可有效地改善混凝土性能,具有良好的经济效益。
同时根据工程特点,在优化配合比的基础上合理化掺入引气剂,特别是通过试验确定最佳掺量等技术难点,确保了满足混凝土施工生产的各项指标,既保证了满足混凝土施工质量,又确保了降低工程造价。
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六、进度计划
毕业设计进度表
周次
天数
设计内容
1
2
3
开题调研、熟悉和分析基本资料
掌握原材料检测试验方法
2
5
测水泥安定性、凝结时间、细度、标准稠度用水量
测砂、石的含泥量、泥块含量、表观密度、堆积密度、吸水率、空吸率、细度模数、颗粒级配区属以及超径逊径等。
3
2
3
试配混凝土计算
试拌混凝土成型
4
5
试拌混凝土成型
5
5
记录,并做混凝土7天抗压强度
6
5
水泥胶砂强度
7、8
10
外出实习
9
5
记录,水泥3天抗压强度、抗折强度记录,记录,抗冻试验
10
5
记录,并做混凝土28天抗压强度
11
5
记录,抗冻试验
12
5
记录,抗冻试验
13
5
整理报告
14
5
答辩
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七、参考资料
本项试验主要依据有
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[20]GB/T17671-1999水泥胶砂强度检验方法.中国标准出版社,1999-05-01.
[21]GB/T8074-2008水泥比表面积测定方法.中国标准出版社,2008-02-01.
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