土木工程扩展实验实验报告终稿

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1、一、 背景知识介绍试验一：混凝土减水剂试验减水剂是指在混凝土和易性及水泥用量不变条件下，能减少拌合用水量、提高混凝土强度；或在和易性及强度不变条件下，节约水泥用量的外加剂。1、减水剂分类根据减水剂减水及增强能力，分为普通减水剂（又称塑化剂）及高效减水剂（又称超塑化剂），并又分别分为一等品、合格品。 按组成材料分为：（1）木质素磺酸盐类；（2）多环芳香族盐类；（3）水溶性树脂磺酸盐类。 普通减水剂宜用于日最低气温5以上施工的混凝土。高效减水剂宜用于日最低气温0以上施工的混凝土，并适用于制备大流动性混凝土、高强混凝土以及蒸养混凝土。 目前市场上常用的几种减水剂为：萘系高效减水剂，脂肪族高效减水剂，

2、氨基超速高性能减水剂，减水激发剂，葡萄糖酸钠，木质素磺酸钠，木质素磺酸该，膨胀剂等。 聚羧酸系高性能减水剂 聚羧酸系高性能减水剂是目前世界上最前沿、科技含量最高、应用前景最好、综合性能最优的一种混凝土超塑化剂(减水剂)。聚羧酸系高性能减水剂是羧酸类接枝多元共聚物与其它有效助剂的复配产品。经与国内外同类产品性能比较表明，聚羧酸系高性能减水剂在技术性能指标、性价比方面都达到了当今国际先进水平。 2、性能特点 1）掺量低、减水率高，减水率可高达45%； 2）坍落度轻时损失小，预拌混凝土坍落度损失率1h小于5%，2h小于10%； 3）增强效果显著，砼3d抗压强度提高50110，28d抗压强度提高408

3、0，90d抗压强度提高3060； 4）混凝土和易性优良，无离析、泌水现象，混凝土外观颜色均一。用于配制高标号混凝土时，混凝土粘聚性好且易于搅拌； 5）含气量适中，对混凝土弹性模量无不利影响，抗冻耐久性好； 6）能降低水泥早期水化热，有利于大体积混凝土和夏季施工； 7）适应性优良，水泥、掺合料相容性好，温度适应性好，与不同品种水泥和掺合料具有很好的相容性，解决了采用其它类减水剂与胶凝材料相容性差的问题； 8）低收缩，可明显降低混凝土收缩，抗冻融能力和抗碳化能力明显优于普通混凝土；显著提高混凝土体积稳定性和长期耐久性； 9）碱含量极低，碱含量0.2%，可有效地防止碱骨料反应的发生 10）产品稳定性

4、好，长期储存无分层、沉淀现象发生，低温时无结晶析出； 11）产品绿色环保，不含甲醛，为环境友好型产品； 12）经济效益好，工程综合造价低于使用其它类型产品，同强度条件下可节省水泥15-25%。3、作用机理分散作用：水泥加水拌合后，由于水泥颗粒分子引力的作用，使水泥浆形成絮凝结构，使10%30%的拌合水被包裹在水泥颗粒之中，不能参与自由流动和润滑作用，从而影响了混凝土拌合物的流动性。当加入减水剂后，由于减水剂分子能定向吸附于水泥颗粒表面，使水泥颗粒表面带有同一种电荷（通常为负电荷），形成静电排斥作用，促使水泥颗粒相互分散，絮凝结构破坏，释放出被包裹部分水，参与流动，从而有效地增加混凝土拌合物的流

5、动性。 润滑作用：减水剂中的亲水基极性很强，因此水泥颗粒表面的减水剂吸附膜能与水分子形成一层稳定的溶剂化水膜，这层水膜具有很好的润滑作用，能有效降低水泥颗粒间的滑动阻力，从而使混凝土流动性进一步提高。 空间位阻作用：减水剂结构中具有亲水性的聚醚侧链，伸展于水溶液中，从而在所吸附的水泥颗粒表面形成有一定厚度的亲水性立体吸附层。当水泥颗粒靠近时，吸附层开始重叠，即在水泥颗粒间产生空间位阻作用，重叠越多，空间位阻斥力越大，对水泥颗粒间凝聚作用的阻碍也越大，使得混凝土的坍落度保持良好。 接枝共聚支链的缓释作用：新型的减水剂如聚羧酸减水剂在制备的过程中，在减水剂的分子上接枝上一些支链，该支链不仅可提供空

6、间位阻效应，而且，在水泥水化的高碱度环境中，该支链还可慢慢被切断，从而释放出具有分数作用的多羧酸，这样就可提高水泥粒子的分散效果，并控制坍落度损失。试验二：纤维混凝土力学性能测定试验活性粉末混凝土（Reactive Powder Concrete，以下简称RPC）是继高强、高性能混凝土之后， 20世纪90年代开发出的新型材料。它是 DSP(Densified System containing ultra-fine Particles)材料与纤维增强材料相复合的高技术混凝土。根据其组成和热处理方式的不同，这种混凝土的抗压强度可以达到200MPa 至800MPa；抗拉强度可以达到20MPa至50

7、MPa；弹性模量为40Gpa至60Gpa；断裂韧性高达40000J/m2，是普通混凝土的250倍，可与金属铝媲美；氯离子渗透性是高强混凝土的1/25，抗渗透能力极强；300次快速冻融循环后，试样未受损，耐久性因子高达100%；预应力活性粉末混凝土梁的抗弯强度与其自重之比接近于钢梁。RPC在工程结构中的应用可以解决目前的高强与高性能混凝土抗拉强度不够高、脆性大、体积稳定性不良等缺点，同时还可以解决钢结构的投资高、防火性能差、易锈蚀等问题。1、RPC活性粉末混凝土优点 RPC可以有效地减轻结构物的自重。RPC具有很高的抗压强度和抗剪强度，在结构设计中可以采用更薄的截面或具有创新性的截面形状，从而使

8、结构自重比普通混凝土结构轻得多。 可以大幅度提高结构物的耐久性。RPC材料减小了界面过渡区的厚度与范围。骨料粒径的减小，其自身存在缺陷的机率减小，整个基体的缺陷也减少。RPC十分密实，孔隙率极低，它不但能够阻止放射性物质从内部泄漏，而且能够抵御外部侵蚀性介质的腐蚀，从整体上提高了体系均匀性、强度和耐久性。 采用RPC设计的构件。从而极大地减少箍筋和受力筋的用量，甚至可以不设置箍筋。 RPC结构的高耐久性。极大地减少或免除了维护费用，延长了使用寿命，因而具有很高的性能价格比。 RPC材料的高韧性和结构自重的减轻有利于提高结构的抗震和抗冲击性能。 RPC材料的耐高温性、耐火性RPC材料的耐高温性、

9、耐火性以及抗腐蚀能力远远高于钢材。 由上述RPC材料的优点可以看出，采用RPC材料可以延长结构寿命，免除维护费用，降低工程建设和使用的综合造价。 2、技术性能指标RPC材料的突出技术性能主要表现在硬化体的高强度、高韧性、高耐久性，拌合物的良好施工性能，原材料组成的环保性能。 1）力学性能RPC材料的强度可按抗压强度分为200MPa级、500MPa级和800MPa级。200MPa级的RPC材料已在工程中应用，500MPa级尚处在试验室研究阶段，800MPa级RPC材料则处在试验室试配阶段。不同强度等级的RPC所用的原材料与生产工艺有较大的差异。RPC材料同HPC相比，显著的特点是强度高、韧性大,

10、抗拉强度尤为高。200MPa级RPC材料的抗压强度为170-230MPa，是高强混凝土的2-4倍，同时具有很高的变形能力。抗折强度为20-40MPa，是高强混凝土的4-6倍，掺入纤维后拉压比可达1/6左右。 该强度级别的RPC材料断裂韧性高达20000-40000J/m-2,比普通混凝土与高强混凝土高出100倍，可与金属铝媲美。 2）耐久性能RPC材料内部结构致密、缺陷少，因此具有很高的耐久性。加拿大Quebec省Sherbrooke市中心的世界上第一座RPC结构桥梁（行人/自行车桥）所用的200MPa级RPC材料耐久性试验表明：300次快速冻融循环(最高温度4、最低温度-18、温度变化速度6

11、/h)后，试样未受损，耐久性因子高达 100%；RPC板的50次含除冰盐的冻融试验结果，重量损失率平均低于8g/M2，而Quebec省的允许标准为600g/M2，因此可忽略不计；测定的氯离子渗透性在6-9库仑间波动，而30MPa普通混凝土的氯离子渗透性为5000库仑、80MPa高性能混凝土的氯离子渗透性为约500库仑，由此可见它的抗渗透能力非常好，能有效地阻止有害介质的侵入。600次快速冻融试验RPC试件的动弹性模量无损失、质量无损失。 3）施工性能RPC拌和物不仅流动性好，而且粘聚性良好，在运输、浇注和捣实过程中不发生离析现象。在窄小的模板内和钢筋间隙的通过性能良好，浇注后不需要振捣。 二、

12、 实验相关资料（一） 混凝土配合比设计C30混凝土2、R120活性粉末混凝土原材料条件：42.5普通硅酸盐水泥普通中砂 Rf=2.7碎卵石 （最大粒径40mm）坍落度100mm （在坍落度90mm的基础上再加2.5KG的水）公式fcu=ftu,k-t其中ftu,k=30 =5.0Mpa t=-1.645容重取oc=2400KG/m3测量砂石的含水率w，并折成配合比（二）混凝土外加剂外加剂对坍落度影响 减水后对强度影响 （保持坍落度不变）外加剂：高效减水剂（含固量33%）建议参量0.3%（水泥用量）保持坍落度不变减去含水率w m=m(1-)其中：减水率=25%（三）RPC配合比水泥骨料掺合料纤维

13、外加剂水第一组70613201600（0%）67125第二组706124016080（1%）67125第三组7061160160160（2%）67125抗折试件尺寸：100mm100mm400mm三、 C30混凝土配合比1、设计依据及参考文献普通混凝土配合比设计规程JGJ552000(J64-2000)公路桥涵施工技术规范JTJ0412000国内公路招标文件范本之第二卷技术规范(1)2、混凝土配制强度的确定21.设计要求C30。22.混凝土配制强度计算 根据JGJT552000；混凝土配制强度： fcu.ofcu.k+1.645 为5MPa；fcu.k为30 MPa由fcu.o30+1.645

14、538.2(MPa)3、配合比基本参数的选择31.水灰比（WC） 根据JGJT5596及图纸和技术规范（1）W/C=Afce/(fcu.o+A*B*fce) A为0.46 B为0.07 fce为1.13*42.5=48.025MPa由此，WC0.56查表可知，对于素混凝土，最大水灰比不做规定。故可初步确定水灰比为0.5632.坍落度的选择根据已知条件，初步选定坍落度为90mm。33.砂率的选择（Sp）采用查表法，对于中砂，最大粒径为40mm的碎卵石，当水灰比为0.56时，砂率值的选用范围按插入法计算为29.8%-34.8%。现取Sp=32%。34.用水量选择（mwo）：施工采用机械搅拌和振捣成

15、型，根据坍落度数值及所用碎石最大粒径为40mm，K=45.5,则有W0=Kg ,故用水量选用182kg。35.水泥用量（Mco）： Mco=182/0.56=325kg36.砂用量（Mso）：根据试验选用每m3混凝土拌合物重量（Mcp）为2400kg,用砂量Mso=(Mcp-Mwo-Mco)*0.32 =606kg37.碎石用量（Mgo）： Mgo=Mcp-Mwo-Mco-Mso =1287kg38.配合比：根据上面计算得水泥 ：水 ：砂 : 碎石325 ：182：606 ： 12871 : 0.56: 1.86: 3.964、调整水灰比：调整水灰比为0.50，用水量为182kg，水泥用量为M

16、co=182/0.50=364kg，按重量法计算砂、石用量分别为：Mso=586kg，Mgo=1296kg5、混凝土配合比的试配、调整与确定:试用配合比1和2，分别进行试拌：配合比1： 水泥:水:砂:碎石 =325 ：182：606 ： 1287=1: : 0.56: 1.86: 3.96试拌材料用量为：水泥：水：砂:碎石 = 10:5.6:18.6:39.6kg;拌和后，坍落度为100mm,达到设计要求;配合比2： 水泥：水：砂:碎石 =364:182:586:1296 = 1: 0.50:1.61: 3.56试拌材料用量为：水泥：水：砂:碎石 = 10.6:4.24:12.04:28.09

17、kg;拌和后，坍落度仅55mm,达不到设计要求，故保持水灰比不变，增加水用量2.5Kg，再拌和后，坍落度达到100mm，符合设计要求。6、经强度检测（数据见试表），第1、2组配合比强度均达到试配强度要求，综合经济效益因素，确定配合比为第1组，即：水泥 ：水 ：砂 ：碎石10:5.6:18.6:39.6 kg 1: 0.56: 1.86: 3.96325 ：182：606 ： 1287 kg/m3四、 C30及RPC混凝土抗压试验抗压强度统计表项目第一组第二组第三组RPC活性粉末混凝土活性粉末混凝土133115261674C30混凝土（龄期21天）普通混凝土320363.5370.3加减水剂减水

18、526506528加减水剂不减水473493C30混凝土换算成标准试件（龄期21天）普通混凝土304345351加减水剂减水500481502加减水剂不减水449468由于此次试验龄期为21天，故采用以下公式进行换算：可得28天龄期强度如下表：C30混凝土换算成标准试件（龄期28天）普通混凝土333378385加减水剂减水547526549加减水剂不减水491512【实验数据分析】（一）RPC活性粉末混凝土通过以上数据可知，同等条件下，活性粉末混凝土抗压强度远远大于C30普通混凝土。其基本设计思想是通过提高材料组分的细度与活性，减少材料内部的缺陷（空隙与微裂缝），获得超高强度与耐久性。其显著特

19、点是强度更高，韧性更大。（二）混凝土外加剂减水剂由上述数据可以明显看出，加减水剂的混凝土抗压强度均有所提升。其中，加减水剂减水的效果又好于加减水剂不减水的。减水剂能在不影响和易性的条件下使给定混凝土的拌和用水量减少，在不影响用水量的条件下使混凝土拌和物的和易性增加。此类减水剂可分为普通减水剂和高效减水剂。普通减水剂:要求减水率5%，龄期为3-7天的混凝土抗压强度提高10%，龄期为28天的混凝土抗压强度提高5%以上。常用的普通减水剂有木质素磺酸钙减水剂。高效减水剂:能大幅度地减少拌和用水量或显著提高混凝土的流动度。要求减水率10% ,龄期为3天的混凝土抗压强度提高25%以上，龄期为28天的混凝土抗压强度提高巧%以上。目前常用的有聚烷基芳基磺酸盐类和密胺类减水剂。减水剂对新拌棍凝土性能的影响主要有和易性的改善，拌和用水量的减水以及含气量有所增加，凝结时间有所延长和水泥水化放热速度减缓。减水剂对硬化混凝土性能的影响主要有强度的提高，变形能力的增强，抗渗能力的提高和耐冻融性能的提高，且对钢筋无危害，有减缓混凝土中钢筋锈蚀的作用五、 混凝土抗折试验（一）实验过程（二）实验数据第一组：极限破坏荷载：25.12KN第二组：极限破坏荷载：53.63KN第三组：极限破坏荷载：57.49KN计算抗折强度：【解】第一组试件：第二组试件：第三组试件：