1、陕西铁路工程职业技术学院毕业设计（论文 ） 毕业设计 题目： 不同参量的粉煤灰配置 高性能混凝土配合比的优化设计 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。 陕西铁路工程职业技术学院毕业设计（论文 ） 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 陕西铁路工程职业技术学
2、院毕业设计（论文 ） 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 。 陕西铁路工程职业技术学院毕业设计（论文 ） 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。 关键字 ： 粉煤灰 ;混凝土 ;配合比设计 陕西铁路工程职
3、业技术学院毕业设计（论文 ） 目 录 第 1 章 绪 论 .6 1.1 摘要 1 第 2 章 高性能混凝土概论 . 错误 !未定义书签。 第 3章 原材料的选择及技术要求 3.1 水泥的选用及检测 3 3.1.1 水泥的选用原则 3 3.1.2 水泥实验与检测 3 第 5 章 结论与建议 . 错误 !未定义书签。 致 谢 . 错误 !未定义书签。 参考文献 . 错误 !未定义书签。 附 录 . 错误 !未定义书签。 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
4、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。 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
5、学成分 ,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
6、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。 3.2 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陕西铁路工程职业技术学院毕业设计（论文 ） 等
7、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。 3 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 ,积极采用国际
8、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
9、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 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
10、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。 随着各种新材料 ,新工艺的出现。一些大型和
11、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陕西铁路工程职业技术学院毕业设计（论文 ） 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。 第 2章 原材料的选择技术要求 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
12、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 配合比材料选用 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
13、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、细集料的选择。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。 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。 4、粉煤灰矿质混合料的掺加 为了降低大体积混凝土的
14、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。 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。 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。 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
15、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. 8、砂率的确定 : 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。 陕西铁路工程职业技术学院毕业设计（论文 ） 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
16、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。 试 验 项 目 标 准 规 定 值 标 准 规 定 值 细 度 Fc(%) 10.0 4.9 标准稠度用水量 (%) 25.6 凝结时间 初 凝 45min 2 h 45 min 终 凝 600min 3 h 35 min 安 定 性 须合格 合格 胶 砂 强 度 类别 龄期 标准规定值
17、实测值 抗折强度 (MPa) 3d 3.5 5.2 28d 6.5 8.2 抗压强度 (MPa) 3d 16.0 29.4 28d 42.5 50.4 从试验数据可以看出，该水泥各项指标满足标准要 求。 集料的选用 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。 混凝土用石的基
18、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陕西铁路工程职业
19、技术学院毕业设计（论文 ） 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/cm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6
20、0-80MPa 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， 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 高性能混凝土粗集料的最大粒径 强度等级 C3
21、0-C60 C70-C80 C90-C100 C100以上 粗集料最大粒径 (mm) 30 20 15 10 试验项目 标准规定值 试验结果 堆积密度 kg/m 1500 155 紧密空隙率 % 40 含泥量 % 0.5 0.1 泥块含量 % 0.25 0 针、片状颗粒含量 % 8 201 吸水率 % 2.0 压碎指标 % 10 7.2 颗粒级配 筛孔尺寸 mm 40.0 31.5 25.0 20.0 16.0 10.0 5.0 2.50 标准规定累计筛余 % 0 015 80100 95100 实际累计筛余 % 0 12 91 100 检验结果 连续粒级 5 10mm 最大粒径（ mm） 10 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
