蒸汽养护高性能混凝土配制技术研究毕业论文_yangjia

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1、. . . . 大学本科学生毕业设计（论文）蒸汽养护高性能混凝土配制技术研究Graduation Thesis of ChongqingUniversityThe studyand manufacture of C60 high performance concrete under steam curingUndergraduate: Yang JiaSupervisor: Associate Professor. Wu JianhuaMajor: InorganicNonmetalMaterial EngineeringCollege of MaterialScience and Engin

2、eeringChongqingUniversityJune 2009（学位论文原创性声明与使用授权书）学位论文原创性声明本人重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期： 年 月 日学位论文使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权科技大学可以将本学位

3、论文的全部或部分容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名： 日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日摘 要水泥与混凝土制品具有工厂化生产质量好、工艺简单、生产周期短、现场施工与湿作业大大减少、混凝土遗洒和噪声扰民降低等优点。为了在较短时间得到足够的强度，通常采用一些加速水泥混凝土硬化的方法，如蒸汽养护，使用早强剂等，效率最高的技术是蒸汽养护。目前，蒸汽养护技术一般用于铁路枕木、隧道管片、混凝土梁、混凝土管桩、电线杆等预制构件产品生产中。随着在恶劣环境下的工程越来越多，蒸养混凝土构件在使用过程中的耐久性要求也越来越

4、高。本文通过改变原料掺入方式，对各种配比的混凝土工作性、力学性能进行测试和结果对比，以寻求性能优良的高性能混凝土。本文着重进行了粉煤灰和矿渣粉2种掺合料对高性能混凝土各项性能的影响的研究。研究结果表明：粉煤灰能显著改善新拌混凝土的工作性；掺和料会降低混凝土早期强度，但是可以增加混凝土强度增长速度；采用蒸汽养护可有效提高早期强度；养护制度对蒸养混凝土的强度有着重要影响。关键词：蒸汽养护，高性能混凝土，配合比设计，轻轨24 / 31ABSTRACTThere are a lot of advantages of Cement and concrete products,such as indust

5、rial production of good quality,simply technology, Short production cycle, live- construction and Wet-site construction greatly reduced, litter of noise. especially,there are low costing and faster benefits. With the development of Concrete and Construction, the traditional strengths of Cement and c

6、oncrete products will become increasingly apparent. It is usually used to speed up the concrete to harden some of the methods in order to get enough strength cement in a short of time, which are Steam curing and using early-strength agents. And the most efficient technology is the steam curing. at p

7、resent, he steam curing techniques are generally used for steam railway sleepers, tunnel segment, concrete beams, concrete pipe, precast products such as wire rod production.With a growing number of projects under the harsh environment ,there are higher requires for the Steam-cured concrete structur

8、es in the use of the process. In this paper, It is in order to seek high-performance concrete with excellent performance by means of various ratios of concrete work, mechanical properties testing and results of comparison through changing the mixing of raw materials.The experiment result shows that

9、fly ash can obviously improve the workability of fresh concrete; the mineral admixture can reduce the early strength of concrete, but using steam curing can make up this deficiency; the steam curing system plays an important role in the deveopment of concrete strength.key words：Steam curing;，High Pe

10、rformance Concrete ，Mix Design，Chongqing Light Rail目 录摘要ABSTRACT1 绪论11.1高性性能混凝土11.1.1高性能混凝土发展简史11.1.2关于高性能混凝土的定义11.1.3高性能混凝土的特点21.1.4高性能混凝土发展前景31.2 混凝土蒸汽养护工艺31.3 轨道交通工程51.3.1 轨道交通工程简介51.3.2 轻轨目前存在的问题52 研究目的和技术要求72.1 研究目的72.2 PC轨道混凝土的技术要求73 原材料83.1中砂83.2 碎石（510mm）83.3 碎石（1020mm）93.4 掺合料93.5 52.5级普通水泥

11、93.6 高效减水剂104试验过程114.1 C60高性能混凝土配合比设计114.1.1 C60高性能混凝土配合比设计的基本理论114.1.2 C60高性能混凝土配合比设计114.2 试件成型与养护124.2.1 试件的成型124.2.2 成型试件的养护135 试验结果和数据分析145.1 掺合料对你和泥土工作性的影响145.2 粉煤灰对C60高性能混凝土强度的影响155.3矿渣C60高性能混凝土强度的影响165.4粉煤灰和矿渣双掺C60高性能混凝土强度的影响185.5 蒸汽养护工艺C60高性能混凝土强度的影响206 结论22参考文献231 绪论1.1高性能混凝土1.1.1高性能混凝土发展简史

12、常规混凝土作为工业社会的标志在建筑领域代替了传统的砖、瓦、木材，建造了高楼大厦、桥梁、港口、道路等建筑。在2O世纪得到了广泛的应用，随着人类从工业迈进信息社会，高性能混凝士从2O世纪90年代开始得到发展和使用，随着人类环境保护和可持续发展的需要，常规混凝土向高性能混凝土的发展是必然趋势，高性能混凝土在21世纪将得到普遍应用。高性能混凝土是在高强混凝土的基础上发展起来的。随着水泥生产技术的突破性发展(干法生产工艺)，水泥强度的提高以与高效减水剂的出现，混凝土可达到越来越高的强度。在20世纪60年代到80年代，美国芝加哥地区高层建筑的柱的混凝土设计强度从50MPa提高到了1110MPa。我国从20

13、世纪80年代末、90年代初，清华大学率先把高强混凝土列为国家自然科学基金重点项目进行研究，嗣后各省市相继列项研究，取得一批成果，完成了多个C80乃至C100的工程试点项目。高强混凝土用在高层与超高层建筑的受压构件有其突出的优点和明显的经济效益；高强、超高强、高早强混凝土对某些特殊要求的工程，如军事工程、抢修工程、核废料处理工程等，也有重大意义。应该说，当时高强混凝土的研究推动促进了我国混凝土技术的发展。在1986年挪威学者首先提出高性能混凝土的研究。这是因为挪威盛产硅灰，掺硅灰大大提高了高性能混凝土的强度。在中国，高性能混凝土从上个世纪90年代开始得到迅速发展在超高层建筑、桥梁、公路等建筑中愈

14、来愈多，如上方明珠电视塔C50到C60混凝土；西客站C60混凝土首都机场新航站C65混凝土大跨桥梁大桥C50混凝土京津唐高速公路C50到C60混凝土等。随着高性能混凝土的开发和应用, 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。1.1.2 关于高性能混凝土的定义至于什么叫高性能混凝土，各国学者，甚至各个学者有其自己的理解和表述，至今没有一个

15、得到公认的定义。一般说来，高性能混凝土是指高强、高耐久性、高工作性。一些美国学者更强调耐久性和尺寸稳定性，而日本一些学者偏重于高工作性。这可能由于在日本更重视混凝土振捣工艺对工人听力的不利作用，而推广不需振捣自密实混凝土。在我国，对高性能混凝土的含义也有争论。乃谦在其1996年出版的高性能混凝土著作中开宗明义地指出：高性能混凝土必须是高强的，因为一般情况下高强对耐久性有利。同时他认为高性能混凝土发展的物质基础是现在有了好的混合材料和高效减水剂，因此高性能混凝土必须掺混合材料。乃谦的这些观点代表了当时我国大多数混凝土学者对高性能混凝土的认识。而有些专家针对当时科研界过度追求高强度的趋向，与时提出

16、高强度不一定就必须高耐久性，因为高强混凝土会带来不利于耐久性的因素，所以高强未必一定高耐久，低强也不一定就不耐久。因此高性能混凝土还应包括中等强度混凝土，如C30混凝土。在我看来高性能混凝土是一种新型高技术混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基础上采用现代混凝土技术制作的混凝土。它以高强度和耐久性作为设计的主要指标，针对不同用途要求，对下列性能重点予以保证:耐久性、工作性、适用性、强度、体积稳定性和经济性。为此，高性能混凝土在配置上的特点是采用低水胶比，选用优质原材料，且必须掺加足够数量的矿物细掺料和高效外加剂。总的来说高性能混凝土的定义或含义可以是学术界讨论的问题，各人有其自己的理解也是自

17、然的，没有必要强求统一。我建议我国混凝土界在使用“高性能混凝土”这个学术名词时，最好能注明某种混凝土在某些性能上面比一般的普通混凝土更加优良，以便于求索、相互理解和沟通。1.1.3 高性能混凝土的特点与普通混凝土相比，高性能混凝土具有如下独特的性能：1、高性能混凝土具有一定的强度和高抗渗能力，但不一定具有高强度，中、低强度亦可。2、高性能混凝土具有良好的工作性，混凝土拌和物应具有较高的流动性，混凝土在成型过程中不分层、不离析，易充满模型；泵送混凝土、自密实混凝土还具有良好的可泵性、自密实性能。3、高性能混凝土的使用寿命长，对于一些特护工程的特殊部位，控制结构设计的不是混凝土的强度，而是耐久性。

18、能够使混凝土结构安全可靠地工作50100年以上，是高性能混凝土应用的主要目的。4、高性能混凝土具有较高的体积稳定性，即混凝土在硬化早期应具有较低的水化热，硬化后期具有较小的收缩变形。概括起来说，高性能混凝土就是能更好地满足结构功能要求和施工工艺要求的混凝土，能最大限度地延长混凝土结构的使用年限，降低工程造价。1.1.4 高性能混凝土发展前景与传统的混凝土相比，高性能混凝土在配比上的特点是低用水量、较低的水泥用量，并以化学外加剂和矿物掺合物作为水泥水、砂石之外的必需基本组分，由于水胶比低耐久性才有保证而且强度也不可能低。随着现代化建设的加快以与大量混凝土工程因不断老化而需更新混凝土需用量越来越大

19、，相应资源耗用量也越来越大，对环境污染更是越来越严重。如何解决现代化建设高速发展与混凝土工业对环境污染的矛盾的主要方法就是提高混凝土的耐久性和节约资源。而高性能混凝土不仅具备上述特点，而且还能改善劳动条件，经济合理因此高性能混凝土是现代社会发展的必然产物，具有广阔的发展前景。绿色高性能混凝土。水泥混凝土是当代最大宗的人造材料, 对资源、能源的消耗和对环境的破坏十分巨大,与可持续发展的要求背道而驰。国外学者都提出了绿色建筑材料的概念, 而绿色高性能混凝土是绿色建筑材料的重要容, 开发和利用绿色高性能混凝土成为混凝土研究的重要课题。绿色高性能混凝土节约更多的资源和能源, 对环境的破坏减小到最低限度

20、, 使混凝土结构工程健康发展。超高性能混凝土。如活性粉末混凝土，其特点是高强度, 抗压强度高达300MPa , 且具有高密实性, 已在军事、核电站等特殊工程中成功应用。智能混凝土。智能混凝土是在混凝土原有的组分基础上复合智能型组分, 使混凝土材料具有自感知、自适应、自修复特性的多功能材料, 对环境变化具有感知和控制的功能。随着损伤自诊断混凝土、温度自调节混凝土、仿生自愈合混凝土等一系列机敏混凝土的出现, 为智能混凝土的研究、发展和智能混凝土结构的研究应用奠定了基础。21世纪前后, 有关专家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：节约资源、能源；不破坏环境, 更有利于环境

21、；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, 并为高性能混凝土的发展指明了非常明确的方向。1.2 混凝土蒸汽养护工艺随着混凝土建筑业的发展，混凝土的养护时间过长严重影响了工程建设的进度和质量的要求。为了在较短时间得到足够的强度，通常采用一些加速水泥混凝土硬化的方法，如蒸汽养护，使用早强剂等，效率最高的技术是蒸汽养护。目前，蒸汽养护技术一般用于铁路枕木、隧道管片、混凝土梁、混凝土管桩、电线杆等预制构件产品生产中。混凝土的蒸汽养护工艺一般分为静停阶段、升温阶段

22、、恒温阶段、降温阶段四个阶段。静停阶段也称预养期、前置期或静置期，为制品浇注成型后与蒸汽养护开始前在大气环境下的一段放置时间。该阶段主要是保证混凝土中水泥进行了定程度的水化，具有一定的结构强度，以防止升温期混凝土体积膨胀对结构产生破坏。静停阶段时间的长短与混凝土的配比、水泥的种类、环境的温湿度、升温速率等因素有很大的关系。一般认为，较长的预养时间有利于提高混凝土初期结构强度，抵抗混凝土在升温过程中的肿胀变形，但是较长的预养时间对于实际生产中的生产效率又不利。不同文献上建议的养护时间很不一样，在构件厂中多取13 h。因此在实际生产中由于预养时间受许多因素影响，所以应根据现实情况进行试验、调整，一

23、般的做法是：在采用早强剂等外加剂或采用高标号或早强型水泥，或在夏季环境温度高，在升温速率较慢等情况下。可适当缩短预养时间；反之，则要适当延长预备养时间。升温阶段，蒸气养护水泥与混凝土制品的结构强度与整体性能主要是在升温阶段形成，该阶段决定着制品的蒸养质量。因此升温阶段的养护参数。如升温速率、温湿度的协调、外模板与蒸汽之间的温差等参数需要经过大量试验确定和严格控制。升温速率的控制主要是调节制品的硬化强度和热胀变形产生的温度应力之间的关系，避免升温过程中混凝土温度应力超过其硬化强度造成混凝土开裂，如在北方较低气温时，要保持较低的升温速率，最好将升温速率控制在10h左右。如果制品早期预养时间越长，初

24、期结构结构强度越高，升温速率可以相应提高；反之，则需缓慢升温。热蒸汽与冷混凝土表面相接触时要凝结成水，会导致制品表面的水灰比增大影响制品表面质量。因此应要采用一定的工艺来控制制品表面的湿度，一般可采用棉毡、土工布等保水材料在开始升温前覆盖于制品的裸露面上。外模板一般都是钢材。在快速升温过程中。水泥石的热胀变形能力远大于钢材，这会造成制品与模板相互连接部位产生裂纹，如管片混凝土手孔部位，般采用减小升温速率来解决。恒温阶段恒温阶段的主要控制参数是恒温温度和恒温时间。对于水泥与混凝土制品，恒温阶段的温度越高和养护时间越长，制品的强度发展越快和最终获得的强度越高。但过高的恒温温度和较长的热养时间会造成

25、制品后期强度的损失或其它特性受损，所以选择合适的恒温温度对于蒸养过程非常重要。在制品实际蒸养过程中，恒温时间超过某一值时，制品强度会出现“锯齿”波动，强度时升时降，有人解释为与硬化混凝土中的压应力有关。在水泥水化初期，混凝土有足够的空间容纳水化生成产物，随着水化产物的不断生成，水泥石获得结构强度；但当制品获得一定强度。水化产物充满混凝土空间，仍然有水泥粒子进行水化生成水化产物新生物，使得固相体积增大，则在混凝土产生压，在已定型的水泥石结构中引起应力，产生微裂纹，导致强度回缩；而随着水泥水化继续进行生成更多的水化产物已出现的微裂纹又有可能重新愈合。促进强度重新增长。降温阶段要缓慢停汽、均匀降温、

26、保持湿度。蒸养混凝土的强度主要来自于升温和恒温阶段，但是降温阶段对于蒸养混凝土的强度仍然有影响。这些影响主要表现在降温过程中，表层降温快，收缩亦快；层降温慢(因混凝土的导热系数较小)，收缩亦慢，于是在构件表里产生温差，在表层混凝土中产生拉应力，当拉应力超过混凝土强度时。就会在混凝土中产生裂缝。裂缝将对混凝土的结构造成不良影响，例如结构强度的下降、耐久性劣化等。因此。在降温速率的选择上，对于厚大尺寸构件、低强度构件或低配筋构件，需要缓慢降温，减少温差，以避免出现过大的收缩拉应力；反之，对于小型构件、高强度构件或高配筋的构件。则可容许降温稍快一些。蒸汽养护完全撤除后，仍必须对制品进行养护。如覆盖土

27、工布保湿，喷洒温水，保证高强混凝土后期养护质量，减少裂缝的产生。1.3 轨道交通工程1.3.1 轨道交通工程简介轨道交通于2005年6月18日开始运营，目前已经建成轨道交通二号线，总运营里程19.15公里，共有18个车站。轨道交通二号线（较场口新山村），是缓解城市客运交通紧矛盾的重大基础设施项目，也是国家西部开发十大重点工程之一。二号线东起市区商业中心较场口，西至大渡口区钢铁基地新山村，全长19.15公里，设18座车站，2个主变电站，1座车辆维修基地，1座控制中心。工程分二期建设实施，其中一期工程由较场口至动物园，线路长14.35公里，设较场口、临江门、黄花园、大溪沟、曾家岩、牛角沱、子坝、佛

28、图关、大坪、袁家岗、家湾、家坪、动物园13个车站；延伸段线路由大堰村至新山村，4.8公里，设大堰村、马王场、平安、大渡口、新山村五个车站。二号线采用的高架跨座式单轨交通系统转弯半径小，爬坡能力强，采用橡胶轮胎，车辆运行噪音极低，无环境污染，具有适应山城特殊地形的优势和环保特性。该线路跨越三个行政区，辐射九个片区，衔接六大行政区，沿线辐射区域居住人口100万，居民出行客流占全市客流的40%，是全市经济最发达而交通阻塞最严重的区域。线路建成对疏导客流和发展沿线经济起着十分有利的作用。形成单向3万人次/小时的客运能力，年客运量可达3亿人次，将吸引城区客流的21%，减少地面交通压力50%，将成为一道穿

29、越山城的亮丽风景线。 于2004年12月28日试运行，2005年6月18日开通运营。2005年底全线实现车通。1.3.2 轻轨目前存在的问题轨道交通工程是市重点工程，其投资大、技术装备复杂、施工难度高,尤其是PC轨道梁制造精度高，且梁体直接承担轨道车辆系统的行走与导向，所以确保混凝土工程的安全性和长寿命，是一项关乎国计民生的重大科学技术问题。轨道交通工程墩柱、盖梁、PC轨道梁等结构物混凝土不但长期受地区多雾，空气湿度大，酸雨多，夏季持续高温时间久等复杂气候环境影响,而且采用高水泥用量配制的高标号普通混凝土部的缺陷与组成材料的特性，如碱骨料反应,混凝土的渗透性,骨料和水泥石热性能不同引起的热应力

30、等，也将会对混凝土结构造成不同程度的损害。目前轻轨的墩柱、盖梁、PC轨道梁等结构物混凝土都已经出现了不同程度的裂缝。且有的裂缝还在以相当的速度进行扩大，严重影响了轨道交通的结构安全，如不加以控制将对市民的安全以与经济的发展造成严重威胁。2 研究目的和技术要求2.1 研究目的针对轻轨目前存在的裂缝问题，我们试图利用耐久高性能混凝土解决现存轻轨混凝土的缺陷。耐久性混凝土优点在于水胶比低，掺加了足够数量的活性矿物掺和料和高效外加剂，从而明显降低了水泥用量，减小了水化热，不但可以满足强度要求，而且混凝土的工作性能、抗渗性、体积稳定性、耐腐蚀性、徐变性等都明显提高。但是由于地区独特的地形地貌和多雾，空气

31、湿度大，酸雨多，夏季持续高温时间久等复杂气候环境的影响，所以必须研究一种既能满足结构安全要求又能适应独特的地理气候环境。因此，耐久性混凝土在轨道交通建设中的推广使用已刻不容缓，科研工作应尽快展开。2.2 PC轨道梁混凝土的技术要求混凝土体积稳定性问题：体积稳定性好是高性能混凝土的基本要求之一，该性能的控制对确保预应力混凝土结构的使用性能至关重要。如何合理控制相关技术标准，有效处理强度、施工性能和混凝土体积稳定性、耐久性之间的矛盾是混凝土配合比设计重点考虑的技术问题。表面防裂问题：PC轨道梁的生产采用的是蒸汽养护，梁体脱模后混凝土结构外露表面面积大。混凝土结构表面极易出现的开裂不仅影响混凝土工程

32、的表面质量，而且其存在为侵蚀介质向混凝土基体渗透和迁移提供通道，降低混凝土结构的耐久性。另外作为结构用混凝土，PC轨道梁混凝土还必须在力学性能和物理性能上满足一定的要求：（第一批拉要求3天；第二批拉要求14天）1.PC梁梁体混凝土设计强度等级为C60；设计弹模41.0GPa。2.脱侧模要求梁体混凝土强度50%设计强度。3.第一批拉要求梁体混凝土强度75%设计强度；弹模37.0GPa。4.第二批拉要求梁体混凝土强度100%设计强度；弹模41.0GPa。3 原材料3.1 机制砂试验用中砂产于，其各项参数如表1。表1 中砂的性能表表观密度(kg/m3)2640筛孔尺寸(mm)筛余质量(g)分计筛余（

33、%）累计筛余（%）堆积密度(kg/m3)松散15494.7535.07.07.0紧密16352.3674.014.821.8空隙率(%)松散41.31.1886.017.239.0紧密38.10.6094.018.857.8含泥量(%)1.40.30154.030.888.6云母含量 (%)0.090.1548.09.698.2轻物质含量（%）0.1筛底9.01.8100.0氯离子含量（%）0.007细度模数2.9硫化物与硫酸盐含量(%)0.19有机物含量 (比色法)合格3.2 碎石（510mm）试验用碎石（510mm）产地于歌，其各项参数如表2。表2 碎石（510mm）的性能表表观密度(g/

34、cm3)2670筛孔尺寸(mm)筛余质量(g)分计筛余（%）累计筛余（%）堆积密度(kg/m3)松散138026.5000紧密147019.0000空隙率(%)松散48.316.0000紧密44.99.501206.06.0含泥量(%)0.74.75167083.589.5产 地歌2.361909.599.0筛底201.0100.03.3 碎石（1020mm）试验用碎石（1020mm）产于歌，其各项参数如表3。表3 碎石（1020mm）的性能表表观密度(g/cm3)2670筛孔尺寸(mm)筛余质量(g)分计筛余（%）累计筛余（%）堆积密度(kg/m3)松 散140026.5000紧 密1520

35、19.0121524.324.3空隙率(%)松 散47.616.073014.638.9紧 密43.19.5275055.093.9含泥量(%)0.50.62805.699.5产 地歌2.36100.299.7筛底150.3100.03.4 掺合料试验用掺合料有粉煤灰和矿渣2种，其中煤灰产于珞璜，其各项参数如表4.1；矿渣由环亚建材生产，其各项性能见表4.2.。 表4.1 粉煤灰的性能表细度（%）氯离子含量（%）需水量比（%）烧失量（%）三氧化硫（%）含水率（%）17.10.0241022.721.040.1表4.2 矿渣的性能表密度（g/cm3）比表面积（m2/kg）流动度（%）SO3（%）

36、活性指数（%，7d）2.904141012.58803.5 52.5级普通水泥试验用52.5级普通水泥由特种水泥厂生产，化学成分如表5；其他物理性能如表6。表5 水泥的化学成分表（%）Cl-k2ONa2OMgOSO3总碱量烧失量0.020.580.171.113.320.551.77表6 52.5级普通水泥的性能表比表面积（kg/m2）标准稠度（%）初凝时间终凝时间安定性（饼法）抗压强度（MPa）抗折强度（MPa）水化热（kJ/kg）3d28d3d28d3d28d31026.4160min.220min未见裂纹未见翘曲35.063.27.29.4/3.6高效减水剂使用聚羧酸系减水剂，其性能见表

37、7。表7 减水剂性能密度(%)含固量(%)含气量(%)氯离子含量(%)总碱含量(Na2O+0.658K2O)(%)pH值混凝土减水率(%)泌水率比(%)1.08534.13.50.12.25.835.220.84 试验过程4.1 C60高性能混凝土配比设计4.1.1 C60高性能混凝土配比设计的基本理论 根据相关资料，为配制出符合设计和施工要求的C60高性能混凝土，主要采取以下技术措施：（1）控制水胶比：水胶比是配制高性能混凝土的重要控制参数。考虑到本工程混凝土的强度、施工性能以与降低混凝土收缩徐变的要求，确定混凝土的水胶比控制在0.35左右。（2）控制胶凝材料总用量：在保证混凝土具有足够配制

38、强度的前提下，为降低混凝土的水化热和收缩变形，将混凝土的胶凝材料总量控制在400500kg/m3之间。（3）使用聚羧酸类高效减水剂：在保证混凝土拌合物具有良好工作性的同时，对混凝土耐久性有利。（4）掺加矿物掺合料：使用掺合料的主要目的是改善混凝土拌合物的工作性，降低混凝土的水化热，并通过二次水化反应，改善水泥石的结构组成以与密实程度，进而提高混凝土结构的耐久性。而且对蒸汽养护混凝土有利。4.1.2 C60高性能混凝土配比设计第一步：确定配制强度，按照混凝土配制强度公式fcu,0fcu,k1.645可以得到：fcu,0fcu,k1.645=60.01.6456.0=69.87Mpa注：fcu,混

39、凝土配制强度，Mpa；fcu,k混凝土立方体抗压强度标准值，Mpa；混凝土强度标准差，Mpa。当无统计资料计算混凝土强度标准差时，其值应按现行国家标准混凝土结构过程施工验收规（GB50204）的规定取用。按照该标准规定配制C60混凝土应取=6.0Mpa。 第二步，由于此次配制的蒸汽养护高性能混凝土的胶凝材料要求控制在400500kg/m3之间，因此我们预选择450 kg/m3；水灰比要求为0.35左右，我们预选择0.35。 第三步，确定用水量，根据胶凝材料和水灰比的选择数据可以根据水会比的定义计算出用水量：mu0=4500.35=157.5 kg/m3。 注：mu0每立方米混凝土的用水量，kg

40、/m3。 第四步，确定粗集料和细集料用量，本次试验采用质量法确定粗集料和细集料的用量，所以根据以下公式： mc0mg0ms0muo=mcps=ms0/(mg0ms0) 100 注：mc0每立方米混凝土的胶凝材料用量，kg/m3；mg0每立方米混凝土的粗集料用量，kg/m3；ms0 每立方米混凝土的细集料用量，kg/m3；muo 每立方米混凝土的用水量，kg/m3；s砂率，%；根据相关资料，C60高性能混凝土的粗集料粒径要求为：最大粒径不大于25mm。由此我们选择砂率s=35%。mcp 每立方米混凝土拌合物的假定质量，kg/m3；选择mcp=2450 kg/m3。得到粗集料用量为mg0=1197

41、.6 kg/m3；细集料用量为ms0=644.9 kg/m3。 根据实验室原材料具体情况，我们选择大石子占粗集料的比例为40%，小石子占粗集料的比例为60%。因此大石子的用量为479 kg/m3,小石子用量为718.6 kg/m3。所以，配合比设计的结果见表8。表8 C60高性能混凝土配合比设计数据表胶凝材料量/m3砂/m3石子（/m3）水/m3减水剂%砂率水胶比510mm1025mm450644.9718.6479157.50.7535%0.354.2 试件的成型与养护4.2.1试件的成型根据4.1.2中计算出的C60高性能混凝土的配合比，分别对表9中各组混凝土进行100100100抗压强度

42、测试试件的成型。每个编号的试件都成型2组试件，一组使用标准养护，另一组使用蒸汽养护。表9 粉煤灰和矿渣替代水泥量设计数据表编号胶凝材料组成(%)水泥粉煤灰矿渣Y0010000Y1190100Y1285150Y1380200Y1475250Y2180020Y2270030Y2360040Y2450050Y31701020Y32702010Y33601525Y346025154.2.2 成型试件的养护对每个编号的试件混凝土成型的2组，一组在标准养护条件下养护，另一组使用蒸汽养护制度养护。 标准养护条件：温度为203；相对湿度为90%以上或者水中。蒸汽养护制度：预养2小时，升温3小时，恒温8小时，恒

43、温温度为805，降温2小时。5 试验结果和数据分析5.1 掺合料对混凝土工作性的影响对掺合料对混凝土工作性的影响的研究贯穿于整个试验成型过程中，在混凝土搅拌好以后，立即测试新拌混凝土的工作性能，包括粘聚性、保水性、坍落度和扩展度4个指标。表10就为各组配合比新拌混凝土工作性各项指标的测试数据表。表10 各组掺合料掺合方式对混凝土工作性影响数据表编号胶凝材料组成(%)粘聚性保水性坍落度(MM)扩展度(MM)水泥粉煤灰矿渣Y0010000优优130400Y1190100优优170430Y1285150优优180450Y1380200良良190465Y1475250优良220475Y2180020优

44、良190420Y2270030良良193410Y2360040一般一般182350Y2450050差严重泌水220450Y21701020优良210430Y32702010优优220440Y33601525良良235450Y34602515优良240465根据表10中的试验数据可以看出，不掺入掺合料的新拌混凝土的坍落度为130mm，扩展度为400mm；而掺入粉煤灰和矿渣的新拌混凝土坍落度和扩展度都明显增大，而且粉煤灰和矿渣掺入量越多，坍落度和扩展度增加的程度也越大；单掺粉煤灰时候，有利于混凝土粘聚性和保水性的保持和提高；而矿渣粉对混凝土的粘聚性和保水性严重不利。当不掺入矿渣的时候，新拌混凝土的

45、粘聚性和保水性都非常好，而是当掺入一定量的矿渣以后，新拌混凝土的粘聚性和保水性都有一定程度的下降，有的甚至出现了严重泌水现象。粉煤灰其物理形态主要呈球形颗粒，表面光滑，可起到润滑的作用，粉煤灰的这种球形颗粒将有利于混凝土的流动性能，所以掺入粉煤灰以后的新拌混凝土坍落度和扩展度都有一定的增大。而且粉煤灰的比重轻，所以混凝土中的胶凝物质数量将增加，胶凝材料的浆体体积增加而使混凝土具有更好的塑性和粘性。再有，掺加粉煤灰，由于胶凝材料微细颗粒增加，有助于截断混凝土泌水通道，故会减少混凝土的泌水，提高抗离析能力，所有以上性能都起到了提高新拌混凝土稳定性的作用，特别是较易振捣密实，均质性能良好。而矿渣粗糙

46、多孔，难以保住水分，所以其颗粒形态、颗粒分布和物化性质导致混凝土泌水增加，磨细矿渣粉的分散作用的发挥，使其流动度增大。5.2 粉煤灰对C60高性能混凝土强度的影响 对粉煤灰对C60高性能混凝土强度的影响的研究，主要采用在控制水灰比、砂率、减水剂、等混凝土配制的其他参数不变的情况下，改变粉煤灰对水泥的替代量，进而对各组试验试件3d、7d、28d抗压强度进行测试，并分析其强度的变化规律。表11就为不同粉煤灰掺入量的各组试件各个龄期的强度测试数据表。表11掺入粉煤灰对C60高性能混凝土强度影响数据表编号胶凝材料组成(%)标准养护抗压强度（MPa）水泥粉煤灰矿渣3d7d28dY001000056.06

47、8.074.0Y119010053.064.072.0Y128515048.560.071.5Y138020046.056.068.0Y147525045.055.066.5表11的数据显示掺入一定量的粉煤灰后，C60高性能混凝土的早期强度比纯水泥的编号为Y00的混凝土有所下降，且随着粉煤灰掺入量的增加，早期下降程度也越大；但是由图1我们可以看出，加入粉煤灰以后的C60高性能混凝土的强度的增加速度明显大于Y00标号的纯水泥混凝土。Y00编号的混凝土没有掺入粉煤灰，其7天强度比3天强度增加了21.4%，28天强度比3天强度增加了32.1%；而编号为Y11的混凝土掺入了10%的粉煤灰，其7天强度比

48、3天强度增加了20.8%，28天强度比3天强度增加了35.8%；编号为Y12的混凝土掺入了15%的粉煤灰，其7天强度比3天强度增加了23.7%，28天强度比3天强度增加了47.8%；编号为Y13的混凝土掺入了20%的粉煤灰，其7天强度比3天强度增加了21.7%，28天强度比3天强度增加了47.8%；编号为Y14的混凝土掺入了25%的粉煤灰，其7天强度比3天强度增加了22.2%，28天强度比3天强度增加了47.8%。粉煤灰的掺人可以分散水泥颗粒，使水泥水化更充分，提高水泥浆的密实度，降低混凝土的泌水，有利于混凝土中骨料一水泥浆界面强度的提高；粉煤灰颗粒与Ca(OH)反应生成水化硅酸钙胶体，有利于

49、混凝土强度的提高。粉煤灰的“活性效应”改变了混凝土孔结构，提高了混凝土各组分的粘结作用，提高了混凝土的密实性，从而使混凝土的强度提高，特别是后期强度大大提高。另一方面，由于粉煤灰的“微集料效应”，粉煤灰的微细颗粒填充到水泥颗粒之间的缝隙中，使混凝土形成微观层次的自紧密体系，改善了混凝土的微观结构，增强了混凝土的致密性，从而提高了混凝土的强度。因此，由于粉煤灰的几种效应作用，使混凝土表现出了良好的力学性能。5.3 矿渣对C60高性能混凝土强度的影响对矿渣灰对C60高性能混凝土强度的影响的研究，主要采用在控制水灰比、砂率、减水剂、等混凝土配制的其他参数不变的情况下，改变矿渣对水泥的替代量，进而对各

50、组试验试件3d、7d、28d抗压强度进行测试，并分析其强度的变化规律。表12就为不同矿渣掺入量的各组试件各个龄期的强度测试数据表。表12掺入矿渣对C60高性能混凝土强度的影响数据表编号胶凝材料组成(%)标准养护抗压强度（MPa）水泥粉煤灰矿渣3d7d28dY001000056.068.074.0Y218002055.066.076.0Y227003047.563.074.5Y236004038.051.065.5Y245005035.545.562.0由表12的数据可以得到：掺入一定量的矿渣后，C60高性能混凝土的早期强度比纯水泥的编号为Y00的混凝土有所下降，且随着矿渣掺入量的增加，早期下降

51、程度也越大；但是由图2我们可以看出，加入矿渣以后的C60高性能混凝土的强度的增加速度明显大于Y00标号的纯水泥混凝土。Y00编号的混凝土没有掺入矿渣，其7天强度比3天强度增加了21.4%，28天强度比3天强度增加了32.1%；而编号为Y21的混凝土掺入了20%的矿渣粉，其7天强度比3天强度增加了20.0%，28天强度比3天强度增加了38.2%；编号为Y22的混凝土掺入了30%的矿渣粉，其7天强度比3天强度增加了32.6%，28天强度比3天强度增加了56.8%；编号为Y23的混凝土掺入了40%的矿渣，其7天强度比3天强度增加了34.2%，28天强度比3天强度增加了72.4%；编号为Y14的混凝土

52、掺入了50%的矿渣粉，其7天强度比3天强度增加了28.2%，28天强度比3天强度增加了42.7%。当矿渣掺入量达到一定程度以后，矿渣微粉的微填充效应和形貌效应不是以补偿因水泥大量减小而对混凝土早期强度的损害，故混凝土早期强度会下降，混凝土后期强度的增加显然是由于矿渣微粉与Ca(OH)2的二次反应所致。在一定围，矿渣微粉取代水泥量越大，则混凝土后期强度增长越大，但从早期强度考虑存在一个最佳掺量。矿渣微粉能在二次水化中吸收大量的CH晶体，生成具有网状结构的致密CHS凝胶，从而清除孔隙较高的过渡层，使硬化水泥浆的孔隙细化，使混凝土具有高密实性。5.4 粉煤灰和矿渣双掺对C60高性能混凝土强度的影响对

53、粉煤灰和矿渣双掺技术对C60高性能混凝土强度的影响的研究，主要采用在控制水灰比、砂率、减水剂、等混凝土配制的其他参数不变的情况下，改变粉煤灰和矿渣对水泥的替代量，进而对各组试验试件3d、7d、28d抗压强度进行测试，并分析其强度的变化规律。表13就为不同粉煤灰和矿渣掺入量的各组试件各个龄期的强度测试数据表。表13双掺粉煤灰和矿渣对C60高性能混凝土强度的影响数据表编号胶凝材料组成(%)标准养护抗压强度（MPa）水泥粉煤灰矿渣3d7d28dY001000056.068.074.0Y3170102046.558.575.0Y3270201043.553.070.5Y3360152540.552.5

54、73.0Y3460251539.048.067.0由表12的数据可以得到：掺入一定量的粉煤灰和矿渣后，C60高性能混凝土的早期强度比纯水泥的编号为Y00的混凝土有所下降，且随着矿渣和粉煤灰掺入量的增加，早期下降程度也越大；当粉煤灰掺入量大于矿渣掺入量时，混凝土的早期强度也比粉煤灰掺入量小于矿渣掺入量的早期强度更低，这说明粉煤灰对混凝土早期强度下降的影响程度更大。但是由图3我们可以看出，加入矿渣和粉煤灰以后的C60高性能混凝土的强度的增加速度明显大于Y00标号的纯水泥混凝土。Y00编号的混凝土没有掺入矿渣和粉煤灰，其7天强度比3天强度增加了21.4%，28天强度比3天强度增加了32.1%；而编号

55、为Y31的混凝土掺入了20%的矿渣粉和10%的粉煤灰，其7天强度比3天强度增加了25.8%，28天强度比3天强度增加了61.3%；编号为Y32的混凝土掺入了10%的矿渣粉和20%的粉煤灰，其7天强度比3天强度增加了23.3%，28天强度比3天强度增加了62.1%；编号为Y33的混凝土掺入了25%的矿渣和15%粉煤灰，其7天强度比3天强度增加了29.6%，28天强度比3天强度增加了80.2%；编号为Y34的混凝土掺入了15%的矿渣粉和25%的粉煤灰，其7天强度比3天强度增加了23.1%，28天强度比3天强度增加了58.3%。粉煤灰的“活性效应”改变了混凝土孔结构，提高了混凝土各组分的粘结作用，提

56、高了混凝土的密实性，从而使混凝土的早期强度，特别是后期强度大大提高，也增强了混凝土的界面粘结强度。另一方面，由于粉煤灰的“微集料效应”，粉煤灰的微细颗粒填充到水泥颗粒之间的缝隙中，使混凝土形成微观层次的自紧密体系,改善了混凝土的微观结构，增强了混凝土的致密性，从而提高了混凝土的强度。因此，由于粉煤灰的几种效应作用，使混凝土表现出了良好的力学性能。从改善、提高混凝土抗侵蚀性和工作性角度讲，粉煤灰掺量越多越好。但掺量过多会影响混凝土强度发展，尤其会造成早期强度偏低的负面效应。因此，粉煤灰掺量应为既能改善、提高混凝土抗侵蚀性，又能避免早期强度偏低的最佳量值。矿渣虽然保水性差、干缩大，但它能细化混凝土孔结构，提高密实性；降低系统中C。