《高性能及多功能混凝土》课程报告4(6000字)

发表于:2020.10.22来自:www.fanwen118.com字数:6000 手机看范文

《高性能及多功能混凝土》课程学习报告(四)

1、 以钢纤维和聚丙烯纤维混杂为例,说明混杂纤维增强混凝土的

优越性。

答:高模量纤维可提高混凝土的强度,而低模量纤维掺人混凝土后可明显提高其韧性,欲同时提高混凝土的强度和韧性,用单一纤维难以实现。选用高弹性纤维如钢纤维,体积含量受到限制,分散、搅拌困难,用低弹高延性纤维如聚丙烯纤维可提高复合材料的韧性,但增强作用不明显。因此,近年来,开始研究将高弹纤维和高延性纤维混杂共同增强混凝土的尝试,获得了具有优异综合力学性能的混杂纤维增强混凝土。混杂纤维混凝土通过合理的材料设计,把具有不同性能和优点的纤维混杂,相互取长补短,在不同层次和受荷阶段发挥“正混杂效应”来增强混凝土,以适应不同工程的需要.

2、 什么是混凝土的韧性?为什么钢纤维能大幅度提高混凝土的韧

性?如何测定钢纤维混凝土的韧性?

答:纤维混凝土的韧性是指混凝土材料在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力,是衡量评价纤维混凝土力学性能的重要指标。钢纤维及钢筋的掺入能明显改变混凝土的破坏形态,从素混凝土的脆性破坏转变成有征兆的延性破坏。方板试验中,钢纤维或钢筋的掺入均能不同程度地提高方板的极限承载力、残余承载力和能量吸收能力,并且随着纤维掺量的增加,极限承载力、残余承载力和能量吸收能力都

随之增加。釆用欧洲EFNARC方板试验及德国DBV梁试验来研究分析硬化后不同纤维掺量的纤维混凝土及钢筋混凝土的軔性性能。

3、 请简述聚丙烯纤维掺入到混凝土中所起的作用,并比较钢纤维、

聚丙烯纤维两种不同弹性模量的纤维对混凝土性能改善的异同。

答:试验和工程实践证明,在混凝土中加入较低掺量水平的聚丙烯纤维,即可减少或防止混凝土在浇筑后早期硬化阶段,因泌水和水分散失而引起塑性收缩和微裂纹;也可以减少和防止混凝土硬化后期产生干缩裂缝及温度变化引起的微裂纹,从而改善混凝土的防渗、抗冻、抗冲磨等性能。同时由于大量纤维随机分布于混凝土中,使混凝土结构的变形能力、初裂后残余强度、韧性都有一定提高。此外聚丙烯纤维混凝土具有的较高粘稠性,可改善喷射混凝土的性能和降低回弹。所有这些特点使聚丙烯纤维成为国外20 多年来提高混凝土性能的一项重要措施。纤维混凝土断裂能、断裂韧性比基准混凝土的断裂能、断裂韧性均有较大的增加,钢纤维对混凝土的断裂能及断裂韧性增加显著。弹性模量较低的维纶纤维混凝土和聚丙烯纤维混凝土的断裂韧性有所降低。当混凝土中的微小裂缝受荷载作用时会产生裂缝扩展,纤维能跨横裂缝起桥接作用,缓解裂缝尖端的应力集中,增加了裂缝的扩张阻力,提高了混凝土的断裂能。然而,不同纤维的阻力机制又有所差异。低弹性模量的纤维抑制裂缝扩展作用的能力低于高弹性模量的纤维。表现为高弹性模量纤维混凝土的断裂能和断裂韧性高于低

弹性模量纤维混凝土。纤维混凝土的曲线下降段平缓且随纤维弹性模量的增加越来越平缓,高弹性模量的钢纤维的增强增韧作用显著高于低弹性模量的纤维。结论:体积掺量同为0.4%的纤维均能改善高强混凝土的韧性;高弹性模量纤维的增强增韧作用高于低弹性模量的纤维。低弹性模量的纤维加入高强混凝土后,混凝土的强度有所降低,但低弹性模量的纤维能改善高强混凝土的韧性。纤维具有抑制裂缝扩张的作用,纤维混凝土的断裂能显著高于基准混凝土;高弹性模量的钢纤维对裂缝的抑制作用优于低弹性模量的维纶和聚丙烯纤维。随着掺入纤维弹性模量的增加,高强混凝土的断裂能和断裂韧性也相应增加。

4、 什么是活性粉末混凝土?请简述活性粉末混凝土配制原理及方

法。

答:活性粉末混泥土(Reactive Powder Contrete,缩写为RPC)是续高强度,高性能混泥土之后,于二十世纪末由法国布伊格(Bouygues)公司研究成功的一种超高强、低脆性、耐久性优异并具有广阔应用前景的新型超高强混泥土。它是由级配良好的石英细砂(不含粗骨料)、水泥、石英粉、硅粉、高效减水济等组成,为了提高RPC的韧性和延性可加入钢纤维⑵。在RPC的凝结、硬化过程中可采取适当的加压、加热等成型养护工艺。由于其成分中粉末的含量和活性的增加而被称为活性粉末混泥土。19xx年8月,在加拿大召开的高性能混泥土及活性粉末混泥土国际研讨会上,就RPC的原理、性

能和应用进行了广泛而深入的讨论。与会专家一致认为:作为一类新型混泥土,RPC具有广泛的应用前景⑶。

原理与方法:RPC 通过提高材料组分的活性与细度, 减少材料内部的缺陷, 改进混凝土内部微观结构, 获得超高强度和高耐久性。1 选用细骨料, 提高匀质性, 消除缺陷混凝土内部微裂缝宽度与被水泥浆包裹的颗粒直径成正比。为了减少微裂缝和孔隙等缺陷, 配制 RPC 时可剔除了普通混凝土采用的粗骨料, 采用最大粒径小于 600μm、平均粒径为 250μm 的均匀细石英砂, 并取得以下效果 : (1)减小内部微裂缝宽度; (2)改善水泥石的力学性能; (3)降低骨料在总体积中所占的比例; (4) 有效地淡化骨料与水泥浆体的界面过渡区。2 提高密实度提高堆积密度, 优化颗粒级配, 严格规定每种集料的粒级范围; 应用流变学和优化相对密度理论来决定高效减水剂最佳掺量和需水量; 优化搅拌条件, 使拌合物具有良好的流动性, 更好地充盈模具;能在混凝土的凝结前和凝结期间加压, 可以使混凝土中气体和自由水排出, 消除部分由化学收缩引起的孔隙, 降低孔隙率, 从而进一步提高其密实度。3 改善微观结构RPC 采取低水灰比拌制活性组分, 使极细小的粒子以及反应生成的水化物填充沉积在水泥凝胶孔及微裂缝之中, 缩小了孔径, 改变了孔形貌, 同时在混凝土凝固后进行热养护可以大大改善其微观结构。采用 90℃的热养护可显著加速火山灰反应,改善水化物形成的微观结构, 但形成的水化物仍是无定形的, 只能用于制作 RPC200; 若采用 250℃~400℃的干热养护使水化生成物 C- S- H (水化硅酸钙) 凝胶体大量脱水, 形成

硬硅钙石结晶, 可获得RPC800 。4 提高水泥浆强度RPC 混凝土为取得最佳填充性能, 采用了硅灰和微细石英等活性超细粉进行粒度分布的调整, 改善微观结构, 提高密实度, 从而提高强度。使用高效减水剂, 减少搅拌时的用水量, 降低水灰比。5 掺入钢纤维, 提高韧性未掺钢纤维的 RPC 的受压应力应变曲线呈弹性变化, 断裂能低, 破坏时呈明显的脆性破坏, 掺入钢纤维可以提高弯折强度, 提高韧性和延性。RPC使用的钢纤维, 直径为 0.15~0.18mm、长 3~12mm,是一种短细纤维, 掺量为 2%~6%(体积)。不掺钢纤维的 RPC 灌入钢管形成钢管 RPC, 则 RPC 受到钢管的有效约束, 而钢管具有很强的抗剪和抗扭能力, 通过二者的结合, 可以有效地克服不掺钢纤维PC脆性大和延性差的弱点。

5、 请用已有研究数据说明活性粉末混凝土具有优异的力学性能和

耐久性能。

答:抗压强度:由于RPC在配制过程中去除粗骨料、优化颗粒级配及凝固阶段的加压措施等提高了其密实度,而且采用了好的养护制度,充分改善了其内部微观结构,所以RPC具有很高的抗压强度。RPC按其抗压强度可以分为200MPa级、500MPa级和800MPa级。目前200MPa级RPC已在工程中应用,500MPa级尚处在试验室研究阶段,800MPa级则处在试验室试配阶段。RPC200虽然强度远低于RPC800,但韧性却比RPC800好得多,故有更大的应用潜力。近年来我国一些科研人员也成功配制出RPC200活性粉末混凝土。其中清华大学覃维

祖采用水泥、粉煤灰和硅灰三元胶凝材料体系对RPC开展了试验研究制备的RPC抗压强度超过200MPa,抗折强度50MPa,断裂能为2100J/m 。湖南大学何峰等 采用200'E的高温养护分别获得了抗压强度达229.11MPa的无纤维RPC和抗压强度达298.6MPa的纤维RPC。另外,谢友均等 研制了掺超细粉煤灰的RPC200,其抗压强度接近250MPa,抗折强度达到45MPa。同种配合比,在标准养护、热水养护、高温养护制度下,赵海君 等分别配制出7d强度为125MPa、141MPa、209MPa的RPC混凝土。另外,龙广成等 实验得出:RPC的抗折强度随其抗压强度的增加而逐渐增大,两者之间存在较好的线性关系,而且RPC的抗压强度在180~210MPa之间,抗折强度可达25MPa以上,RPC的动弹模量在55~62GPa之间。

抗拉强度:北方交通大学结构实验室己经试验成功了200 M Pa级RPC材料,其抗折强度为25~60 MPa,是高强混凝土的4—6倍。其弹性模量为45—66 GPa,比高强混凝土高很多,该强度级别的RPC材料的断裂能高达20000~40000 J/m 。RPC的抗折强度和抗压强度随着水胶比的减小而增大。在RPC梁中,由于RPC中的钢纤维可以承担10% ~30% 的外弯矩,所以RPC梁具有良好的延性,RPC200和RPC800的抗折强度分别达到30~60MPa和45~140MPa,比普通混凝土和高强混凝土高得多。RPC之所以会达到那么高的抗拉强度,主要是由于其内部掺入了纤维,大大减弱了混凝土开裂时所产生的应力集中,极大地提高了混凝土的韧性,另外,与其内部结构的高密实度也有关系。

耐久性及抗渗透性:RPC200超强的耐久性能,是与其超低的水胶比、良好的内部微观结构和极低的孔隙率分不开的 J。RPC材料微观结构良好,具有极低的孔隙率,孔径分布在纳米级上,其气体渗透系数比传统混凝土的低1—2个数量级。因而孔结构远远优于普通水泥基材料,其氯离子渗透系数分别为普通混凝土和高性能混凝土的1/50和1/30,具有很强的抗cl一渗透能力,结构密实具有优异的耐久性和抗渗透性。主要表现在两个方面:一、RPC具有极好的抗冻融循环性能,经300次冻融循环后其耐久性系数还小低于100; 二、氯离子渗透导电量为Q=84<lOO,可判定RPC抗氯离子渗透性为不渗透,说明钢纤维RPC抗渗性能良好,具有极佳的耐久性。水胶比为0.21的RPC混凝土抗氯离子渗透能力要比水胶比为0.25的HSC(高性能混凝土)大得多,RPC混凝土的抗化学侵蚀能力要比HSC大,且RPC混凝土具有抗液氮冻融的能力。

收缩与徐变:活性粉末混凝土的白干燥导致内部相对湿度降低并产生自收缩,在210d龄期时可达300txm/in左右,从而有可能使材料内部产生微裂纹,影响结构的使用寿命,由于目前工程中都采用预制RPC构件,可以克服这一缺点。从国外的研究结果可知,除了在热养护期间RPC表现出一定的收缩外,在热养护后几乎不产生收缩。另外值得注意的是,RPC200的基本徐变也减少到普通混凝土或是高性能混凝土的10%左右。因为钢纤维的掺入可以分散毛细管的收缩应力,有效防止局部的应力集中现象,对RPC的收缩起抑制作用,从而能够阻碍混凝土内部微裂纹的繁衍、扩展,从而减少RPC裂缝的产生。

6、 请举例说明活性粉末混凝土的工程应用。

答:加拿大于19xx年10月开始对RPC200进行小批量实际试生产,证明了工业生产RPC材料的可行性,并应用该材料于19xx年7月在处于恶劣环境条件下的Quebec省的Sherbrooke市建成了世界上第一座RPC材料人行桥,是世界上第一座预制应力活性粉末混凝土结构。该桥跨长为60 m,采用RPC预制构件现场组装而成。其结构形式为上承式预应力桁架结构,其上下弦杆和桥面板均采用RPC的钢管混凝土制成,腹杆由内置RPC的钢管混凝土制成。该桥采用RPC后不仅结构自重减轻1/2~2/3,而且大幅度提高了在高湿度环境、频繁受除冰盐腐蚀与抗冻融循环作用下的耐久性能,建成后至今使用状态良好。19xx年预浇筑/预应力混凝土学会设计奖评审委员会的评审委员们对这座桥梁的评价是:该桥优美的、轻巧的桁架与周围的环境融为一体,而且值得注意的是该桥采用了体外预应力索[6]。图1为Sherbrooke人行桥外观图。

高性能及多功能混凝土课程报告4

活性粉末混凝土的工程应用前景分析:RPC作为高技术混凝土,其性能同普通混凝土和现有的高性能混凝土相比有了质的飞跃,并且在经济性和环保方面优于钢材。综合考虑RPC材料的性能,可将其应用于下列领域:(1)利用RPC的超高抗渗性与组成材料的高稳定性,可获得耐久性能优越的构件。同时利用该材料的超高强度与高韧性,制备成结构截面尺寸较小的受力构件,可以在工作条件严酷的环境下大幅度提高结构物的安全性与寿命,同时达到施工简便、降低维护费用的目的。2)利用RPC的超高强度与高韧性,在不需要配筋或少量配筋的情况下,能够生产出薄壁制品(如屋面板、桥面板)、细长构件(如桥梁和工业厂房的桁架、梁、采矿井架等)和其它新颖结构形式的构件,可替代工业厂房的钢屋架和高层、超高层建筑的上部钢结构,进入现有高强混凝土所不能进入的应用领域,可以大幅度降低工程造价。此外用它来作成预制构件用于市政工程中的立交桥、行人过街天桥、城

市轻轨高架桥、交通工程中的大跨度桥梁等,可增加桥下净空间、缩短引桥长度、降低建设成本和缩短工期。用无纤维活性粉末混凝土制成的钢管混凝土,具有极高的抗压强度和抗冲击韧性,用它来作高层或超高层建筑的柱,可以大幅度降低截面尺寸,增加建筑的使用面积与美观程度。(3)利用RPC的高抗渗性与抗拉性能,替代钢材制造压力管道和腐蚀性介质的输送管道,用于远距离油气输送、城市远距离大管径输水、城市下水及腐蚀性液气体的输送,这不仅可以大大降低造价,而且还可以明显地提高管道的抗腐蚀性能。(4)利用RPC的超高抗渗性与高冲击韧性,制造中低放核废料储存容器,不仅可以大幅度降低泄漏的危险,而且可以大幅度延长储藏寿命。(5)利用RPC的早期强度发展快,收缩小、后期强度极高的特点,应用到既有钢筋混凝土结构的增强与修补工程中,可替代钢材和昂贵的有机聚合物,既可以保持混凝土体系的有机整体性,而且还可以降低工程造价。6)RPC的高密实性与良好的工作性能,使其与模板相接触的表面具有很高的光洁度。同时外界的有害介质很难侵入到RPC中去,而且RPC中的着色剂等组分也不宜向外析出。利用上述特点故可以用它来作建筑物的外装饰材料。

综上所述,RPC材料具有极高的工程应用价值与广阔的市场前景。目前,由于建筑结构形式向框架整体现浇方向发展,市场对不同混凝土预制构件的需求量很少,因此大部分预制构件生产厂家处于停产和半停产状态。如果这些厂家投入少量的资金,对小部分设备进行改造,完全可以生产上述的活性粉末混凝土预制构件。

参考文献:

《不同弹性模量的纤维对高强混凝土力学性能的影响_王成启》《混杂钢纤维_聚丙烯纤维增强混凝土的研究进展_何军拥》 《活性粉末混凝土的配制原理及应用_蔡路》




第二篇:《高性能及多功能混凝土》课程报告5周培远 11900字

《高性能及多功能混凝土》课程学习报告(五)

1、 试比较再生骨料与原生骨料的差异,并分析产生差异的原因。 答: 废弃混凝土块经过破碎、清洗与分级后形成的骨料称再生骨料。再生骨料与原生骨料的差异主要体现在再生骨料的堆积密度和表观密度以及吸水率的不同。1:积密度和表观密度经同天然砂石骨料相比, 再生骨料表面包裹着相当数量的水泥砂浆,由于水泥砂浆的孔隙率大,棱角众多,所以再生骨料的表观密度和堆积密度比天然骨料低,再生骨料的表观密度和堆积密度分别为天然骨料的88%~97%和87%~99%,分别在2.31kg/m3~2.62kg/m3 和1.29kg/m3~1.47kg/m3之间。再生骨料表观密度、堆积密度,还与再生骨料母体混凝土的强度等级、配比、使用时间、使用环境及地域等因素有关。再生骨料的密度随着母体混凝土强度的降低而降低,降低幅度达到7%,当再生骨料的压碎指标变大,骨料强度降低时,骨料表观密度和堆积密度也随之变小。2吸水率:料的吸水率远高于天然骨料,当骨料的粒径范围为5mm~20mm 时,天然骨料的吸水率为2.2%左右,从表3 可知再生骨料的吸水率基本处于4%~9.5%之间。 再生骨料与天然骨料相比,组成成分复杂,组分中含有30%左右的硬化水泥砂浆(水泥砂浆孔隙率大、吸水率高),再加上混凝土块在解体、破碎过程中由于损伤累积内部存在大量微裂纹,这些因素都使再生骨料的基本特性与天然骨料有较大的差异。影响再生骨料吸水率的因素很多,主要有以下几个方面:(1)影响再生骨料吸水率大于天然骨料的最主要原因是再生骨

料表面包裹着一层砂浆,这层砂浆使得再生骨料表面比天然骨料表面更粗糙、棱角更多;且母体混凝土块在解体、破碎过程中的损伤累积,使再生骨料表面砂浆内部存在大量微裂纹,这些因素使再生骨料的吸水率和吸水速率大大提高。(2)再生骨料的吸水随着骨料粒径的减小而增大。(3)再生骨料的吸水率还受到母体混凝土材料的强度、组成及使用环境的气候条件等因素的影响。再生骨料吸水率和压碎指标有密切联系,其吸水率随着压碎指标的增大而增大。主要原因可以解释为,再生骨料压碎指标的增大,骨料表面的水泥砂浆覆盖的越多,骨料表面的空隙率越大,因此骨料的吸水率越大同时母体混凝土所处的环境越干燥,使用时间越长,再生骨料的吸水率也相应的越大。

2、 试分析影响再生骨料混凝土强度的主要因素,并比较再生骨料

混凝土与普通混凝土在性能上的差异。

答:再生骨料混凝土的抗压强度和抗拉强度为再生混凝土强度的重要指标。1:压强度强度和再生骨料的替代率密切相关,当再生骨料替代率在30%以下时,再生骨料混凝土与普通骨料混凝土抗压强度差距不大,在8%以内,如果再生骨料替代率继续提高,再生骨料混凝土抗压强度随着再生骨料替代率的增大而降低,再生骨料50%取代天然粗骨料时,再生骨料混凝土抗压强度降低5%~20%不等,当再生骨料100%取代天然粗骨料时,再生骨料混凝土抗压强度降低较多,最大降幅达到30%。同时相关试验表明:由于再生骨料混凝土和天然骨料混凝土的骨料成分不同, 它们抗压强度随龄期的增长情况也不相同,与

天然骨料混凝土相比,同一水灰比的再生骨料混凝土的28d 抗压强度约低15 % ,但其相差的幅度会随着龄期的增长而慢慢缩小。2抗拉强度由图6 可知,再生骨料混凝土的抗拉强度和再生骨料的替代率密切相关,再生骨料混凝土的抗拉强度随再生骨料的替代率的提高而降低,当再生骨料100%替代天然骨料时,再生骨料混凝土对比天然骨料混凝土抗拉强度降低6.9% 。

高性能及多功能混凝土课程报告5周培远

差异主要从力学性能和耐久性两方面说明:1:力学性能上的差异 力学性能是混凝土的重要性能。由于再生骨料棱角多、表面粗糙、孔隙率高等原因, 再生骨料混凝土的力学性能较普通混凝土发生了许多变化。国内外有很多关于再生混凝土力学性能的研究, 但是, 由于试验者的试验条件不同, 得到的结果也不相同, 试验数据存在较大的离散性。1.1抗压强度:再生混凝土的抗压强度, 大概可以分为3种不同的试验结果。第一种结果是随再生骨料掺量的增加, 混凝土强度也增加。Yoda的试验发现再生混凝土的抗压强度较普通混凝土高出8.5%。Ridzuan的试验表明, 再生混凝土的抗压强度比普通混凝土高2% ~ 20%。第二种结果是随再生骨料掺量的增加, 混凝土强度降低。肖建庄等人的研究表明, 当再生骨料掺量为30%、70%和100%时,

再生混凝土的28 d抗压强度分别较普通混凝土平均降低24% 、28%和30%左右, 但是当再生粗骨料的掺量为50%时, 再生混凝土的强度反而高于普通混凝土。Nixon&BC.SJj等人发现与普通混凝土相比, 再生混凝土的抗压强度降低, 降低幅度一般在10% 以上。他们认为, 再生混凝土抗压强度降低的主要原因是由于再生骨料与新旧砂浆之间存在的较为薄弱的粘结区域。第三种结果是再生骨料的取代率在一定的范围内时, 再生骨料混凝土与普通混凝土的强度相当。M· C· Limbachiya等人的研究表明, 若仅使用再生粗骨料且其掺量在30%以内, 则再生骨料混凝土的强度可与基准混凝土一致。1.2抗拉强度:劈裂抗拉强度和抗折强度都是用来表征混凝土抗拉性能的指标。与再生混凝土的抗压强度的实验相似, 抗拉和抗折实验结果也具有一定的离散性, 不同的实验条件得到不同的实验结果。有的实验结果表示, 与普通混凝土相比, 再生混凝土的抗拉强度和抗折强度偏高, 有的显示偏低, 也有的实验结果显示二者的抗拉和抗折强度相当。在李坤的研究中, 抗折强度和劈裂抗拉强度在表征再生混凝土抗拉性能方面, 表现出了基本的一致性, 两者之间呈线性关系。1.3粘结强度:混凝土与钢筋之间的粘结强度提供了两者共同工作的基础, 很大程度上决定了混凝土的强度。一般认为, 再生骨料表面较粗糙, 具有较好的粘结面和较高的界面粘结强度,容易与水泥浆或钢筋形成较大的物理粘结强度。而且, 再生骨料的高吸水率实际上会降低混凝土的有效水灰比, 这有利于再生骨料混凝土的强度提高。

2在耐久性上的差异:耐久性这将从抗渗性、抗硫酸盐侵蚀性、抗冻

融性、抗磨性进行比较。2.1再生骨料混凝土的抗渗性:混凝土的抗渗性是指混凝土抵抗压力水渗透的能力, 是混凝土耐久性的一项重要指标。由于再生骨料的孔隙率较高, 基于自由水灰比设计方法之上的再生混凝土的抗渗性比普通混凝土偏低, 降低了再生混凝土的耐久性系数。2.2:再生骨料混凝土的抗硫酸盐侵蚀性

由于孔隙率及渗透性较高, 再生混凝土的抗硫酸盐侵蚀性比较差。掺入粉煤灰后, 能减少硫酸盐的渗透, 从而使其抗硫酸盐侵蚀性有较大改善。2.3再生骨料混凝土的抗冻融性:一般认为, 再生混凝土的抗冻融性比普通混凝土稍差。2.4再生骨料混凝土的耐磨性:由于再生骨料含有大量的水泥砂浆和硬化砂浆颗粒, 而砂浆的耐磨性较差, 从而导致了再生混凝土的耐磨性较差。另外, 再生混凝土的耐磨性还与基体混凝土的强度有关, 基体混凝土的强度越高, 再生混凝土的耐磨性越好。

3、 什么是自密实混凝土?如何配制自密实混凝土?请简述自密

实混凝土的优点、性能及应用。

答:自密实混凝土(Self CompactingConcrete 或Self-Consolidating Concrete 简称SCC)是指在自身重力作用下,能够流动、密实,即使存在致密钢筋也能完全填充模板,同时获得很好均质性,并且不需要附加振动的混凝土。配自密实混凝土原材料包括:粗细骨料、胶凝材料、超塑化剂等。为了获得满意的性能,必须采取相应的技术途径,对自密实混凝土进行精心设计,确定各特定性

质组成材料的合理比例。自密实混凝土的性能及优点:自密实混凝土表现出良好的匀质性。采用自密实混凝土制作的构件,其不同部位混凝土强度的离散性要小于普通振捣混凝土构件。在水胶比相同条件下,自密实混凝土的抗压强度、抗拉强度与普通混凝土相似,强度等级相同的自密实混凝土的弹性模量与普通混凝土的相当。Holschemacher 等通过拔出实验,研究自密实混凝土中不同形状钢纤维的拔出行为发现:由于自密实混凝土明显改善了钢纤维与基体之间的界面结构,使得自密实混凝土中钢纤维的粘结行为明显好于普通混凝土中的情况。另外,与相同强度的高强混凝土相比,虽然自密实混凝土与普通高强混凝土一样呈现出较大的脆性,但自密实混凝土的峰值应变明显偏大,这表明自密实混凝土具有更高的断裂韧性。自密实混凝土的应用:自密实混凝土由于其优异的性能特点,给其工程应用带来了极大的便利及广阔的前景,特别是在一些截面尺寸小的薄壁结构、密集配筋结构等工程施工中显示出明显的优越性。Domone对1993~2003 年11 年间自密实混凝土应用技术特点进行了总结。目前,自密实混凝土已广泛应用于一些新建的大型建筑结构、桥梁以及既有结构的修复加固工程中。根据不同的实际工程需要,已成功开发了不同类型的自密实混凝土,如大体积自密实混凝土、补偿收缩自密实混凝土、自密实钢纤维混凝土、自密实轻集料混凝土、自密实再生骨料混凝土、自密实废弃轮胎混凝土等。

4、 什么是轻骨料混凝土?请简述轻骨料混凝土的结构特征、性能

及应用。

答:轻骨料混凝土(Lightweight aggregate concrete)是指采用轻骨料的混凝土,其表观密度不大于1900kg/m3。轻骨料混凝土的结构特征:混轻骨料混凝土拌合物主要是由轻粗骨料、细骨料、胶结材料和水四部分组成。这四种组成部分的比重各不相同,在混凝土拌和后会产生分层现象。一般对于普通密度混凝土,比重较小的水,水泥浆及带有较小细骨料的水泥砂浆上浮,粗骨料及较大颗粒的细骨料及包裹它们的水泥浆下沉,造成混凝土整体的不均匀,形成了混凝土的外分层结构。但对于轻骨料混凝土,则是比重较小的轻骨料、水等上浮,水泥浆和细骨料却下沉,造成混凝土整体的不均匀,形成了混凝土的外分层结构。图6是轻骨料混凝土外分层形成过程,由于比重较小的物质上浮,比重较大的下沉,造成了混凝土不同位置上其组成也不同。混凝土表层主要是轻骨料和水分,其下是携带水泥颗粒的浆体,再下面是夹杂较细颗粒的水泥砂浆,混凝土外分层造成宏观上的不均匀。2 骨料混凝土的性能:轻骨料混凝土的强度等级用CL表示。强度等级达到CL30及以上者称为高强轻骨料混凝土。一般来说,高强轻骨料混凝土具有如下优点:?轻质高强:CL30以上的高强轻骨料混凝土的表观密度为1600—19O0kg/m3,比相同强度等级的普通密度混凝土轻25%~30%。?隔热保温性能好:表观密度为1750kg/m3,的高强轻骨料混凝土的导热系数为0.84w/m.k,大大低于普通密度混凝土的导热系数

2.5w/m.k。22cm厚的轻骨料混凝土墙板热阻值相当于37cm砖墙。 ?耐火性好:一般建筑物发生火灾时,普通密度混凝土耐火时间为1小时,而轻骨料混凝土的耐火时间达4小时。在600℃高温下,轻骨料混凝土能维护室温强度的85%,而普通密度混凝土只能维持35%~75%。 ④抗震性能好轻骨料混凝土由于密度轻、弹性模量低、变形性能好。因而抗震性能好。轻骨料混凝土相对抗震系数为1,普通密度混凝土为84,砖砌体为64。19xx年唐山地震,天津的四栋轻骨料混凝土大板建筑基本完好,震后照常使用,但周围的砖混建筑都有不同程度的破坏。⑤抗渗性好:由于高强轻骨料混凝土的“双微孔”微泵性能,其界面粘结非常好,堵住了水路,抗渗性能优良。宁波建造的两条轻骨料混凝土囤船,水上作业十余年仍未出现渗漏现象。⑥综合技术经济效果好:尽管高强轻骨料混凝土单方造价比同强度等级的普通密度混凝土高,但由于其减轻了建筑物的自重、降低基础处理费用,缩小结构断面和增加使用面积,可降低工程造价5%-10%,因而具有显著的综合经济效益。3 骨料混凝土的应用:90年代初期,挪威、日本等一些国家在普通轻骨料混凝土的研究与应用的基础上,先后开展了对高强、高性能轻骨料混凝土的研究。内容涉及到高性能轻骨料混凝土的配方、生产工艺、高性能轻骨料的研究等方面,重点在于改善混凝土的工作性和耐久性,并取得了一定的成果。例如,英国采用高强轻骨料混凝土建造了北海石油平台:挪威已成功应用CL6O级轻骨料混凝土建造了世界上跨度最大的悬臂桥;日本则在19xx年成立了一个由18家公司组成的高强轻骨料混凝土研究委员会,专门研究粉煤灰轻骨料混凝土。

19xx年以来,美国每年轻骨料使用量都在350~415万m3,其中用于结构混凝土部分在0万耐左右。挪威自197年以来,已应用高性能轻骨料混凝土施工了11座桥梁:用于6座主跨为154一301米的悬臂桥的主跨或边跨,两座斜拉桥的主跨或桥面,两座浮桥的桥墩,一座桥的桥面板。

5、 什么是喷射混凝土?请简述喷射混凝土的特点、性能及应用。 答: 喷射混凝土,是用压力喷枪喷涂灌筑细石混凝土的施工法。常用于灌筑隧道内衬、墙壁、天棚等薄壁结构或其他结构的衬里以及钢结构的保护层。5.1喷射混凝土的特点及性能:喷射混凝土与浇注混凝土有许多相似之处,但也有许多不同之处:其一,喷射混凝土的施工工艺与成型条件有别于普通混凝土;其二,水泥含量及砂率均较普通混凝土高,水灰比较小,特别是掺入速凝剂后,大大改变了混凝土结构,因此,它的性能与普通混凝土有一定差别。5.1.1强度?抗压强度。喷射混凝土抗压强度常用来作为评定喷射混凝土质量的主要指标。喷射混凝土在高速喷射时,其拌合物受到压力和速度的连续冲击,使混凝土连续得到压密,因而无需振捣也有较高的抗压强度。其强度发展的特点为:早期强度明显提高,1 h 即有强度,8 h 强度可达2.00MPa,1 d 强度达到6~15MPa。但掺入速凝剂后,喷射混凝土后期强度较不掺的约降低10%~30%。?抗拉强度。喷射混凝土用于隧道工程和水工建筑,抗拉强度则是一个重要参数。喷射混凝土的抗拉强度与衬砌的支护能力有很大的关系,因为在薄层喷射混凝土衬砌时,尤其在衬

砌突出部位附近易产生拉力应变。喷射混凝土的抗拉强度约为其抗压强度的1/23~1/16。为提高其抗拉强度,可采用纤维配筋的喷射混凝土。喷射混凝土抗拉强度随抗压强度的提高而提高。因此提高抗压强度的各项措施,基本上也适用于抗拉强度。采用粒径较小的集料,用碎石配制喷射混凝土拌合料,采用铁铝酸四钙含量高而铝酸三钙含量低的水泥和掺用适宜的减水剂都有利于提高喷射混凝土的抗拉强度。 ?弯拉强度。抗弯强度与抗压强度的关系同普通混凝土相似,即约为抗压强度的15%~20%。④抗剪强度。地下工程喷射混凝土薄衬砌中,常出现剪切破坏,因而在设计中应考虑喷射混凝土的抗剪强度。但目前国内外实测资料不多,试验方法又不统一,难于进行综合分析。 ⑤黏结强度。喷射混凝土用于地下工程支护和建筑结构补强加固时,为了使喷射混凝土与基层(岩石、旧混凝土)共同工作,其黏结强度非常重要,喷射混凝土黏结强度与基层化学成分、粗糙程度、结晶状态、界面润湿、养护情况等有关。⑥弹性模量。喷射混凝土的弹性模量随原材料配合比、施工工艺等的不同有较大差异。混凝土强度、表观密度越大,喷射混凝土弹性模量越高;骨料弹性模量越大喷射混凝土弹性模量也越高。且潮湿喷射混凝土试件的弹性模量较干燥的高。

5.1.2变形?收缩变形:许多因素影响着喷射混凝土的收缩值,主要因素有速凝剂和养护条件。有关试验表明:同样在自然条件下养护,掺加占水泥重3%~4%的速凝剂的喷射混凝土的最终收缩率要比不掺速凝剂的大80%;喷射混凝土在潮湿条件下养护时间愈长,则收缩量愈小。

?徐变变形:喷射混凝土的徐变变形是其在恒定荷载长期作用下变形随时间增长的性能。一般认为,徐变变形取决于水泥石的塑性变形及混凝土基本组成材料的状态。影响混凝土徐变的因素比影响收缩的因素还多,并且多数因素无论对徐变或对收缩是相类似的。如水泥品种与用量、水灰比、粗骨料的种类、混凝土的密实度、加荷龄期,周围介质及混凝土本身的温湿度及混凝土的相对应力值均影响混凝土的徐变变形。5.1.3耐久性?抗渗性:喷射混凝土的抗渗性主要取决于孔隙率和孔隙结构。喷射混凝土的水泥用量高,水灰比小,砂率高,使用集料粒径也较小,因而喷射混凝土的抗渗性能较好。但应注意的是,如喷射混凝土配合比不当,水灰比控制不好,施工中回弹较大,受喷面上有渗水等,喷射混凝土就会难以达到稳定的抗渗指标。?抗冻性:喷射混凝土的抗冻性是指在饱和水状态下抵抗反复冻结和融化的性质,一般情况下,喷射混凝土的抗冻性能均较好。这是因为在施工喷射过程中,混凝土拌合物会自动带入一定量的空气,空气含量一般在

2.5%~5.3%左右,且气泡一般呈独立非贯通状态,因而可以减少水的冻结压力对混凝土的破坏。坚硬的骨料,较小的水灰比,较多的空气含量和适宜的气泡组织等,都有利于提高喷射混凝土的抗冻性。相反,采用软弱的、多孔易吸水的骨料,密实性差的或混入回弹料并出现蜂窝、夹层及养护不当而造成早期脱水的喷射混凝上,都不可能具有良好的抗冻性。5.2喷射混凝土的应用:通喷射混凝土技术源于美国,在欧美等国的发展运用水平较高。喷射混凝土是由喷射水泥砂浆发展起来的。一上世纪初,美国在矿山和土木工程中开始使用喷射水泥砂浆,

西德也开始在井下用喷射水泥砂浆支护巷道。而锚喷支护的发展促进了喷射混凝土技术的发展和研究,1948一19xx年兴建的奥地利卡普隆水力发电站的米尔隧道最早使用了喷射混凝土支护,这就是后来被工程界广泛认同的“新奥法”。此后,世界各国在土木建筑和水利工程中采用了喷射混凝土技术。二十世纪八十年代以来,北欧挪威、瑞典为代表的国家,干式喷射混凝土已逐步被潮喷、湿喷、钢纤维喷射混凝土所代替,并广泛应用于矿山、水利、建筑等工程施工中。这个期间,美欧各国在喷射混凝土的配合比与性能、喷射机械方面投入了大量的人力财力进行研究,有力的推动了喷射技术的发展和喷射混凝土性能的提高。19xx年的6月,在瑞典召开的锚喷支护学术会议把喷射混凝土支护作为主题,有力推动了喷射混凝土的发展。喷射混凝土技术的工艺特点使其在修复加固中极具竞争力。国外运用喷射混凝土加固修复了因地震、火灾、腐蚀、超载、震动、爆炸和碰撞引起的各种建筑物。比较著名的是19xx年北海道十胜地震引起大量建筑、桥梁的破坏,日本运用喷射混凝土技术加固修补了部分钢筋混凝土结构;日本明神高速公路下今须桥因交通荷载长期作用,使得承载力降低,采用桥上浇注钢纤维混凝土,桥下喷射钢纤维混凝土的加固方案,取得了良好的效果;19xx年,美国圣费尔多南地区6.6级地震引起潘诺拉玛城凯塞医院多层建筑物破坏,采用喷射混凝土加固隔震墙,喷射混凝土采用无收缩水泥,取得了良好效果。喷射混凝土运用于加固具有经济合理、快速、高效、质量可靠等优点,在国外已广为应用,日益发展

6、 什么是防辐射混凝土?如何配制防辐射混凝土?请简述防辐

射混凝土的特点、性能及应用。

答: 防辐射混凝土(radiation shielding concrete),又称屏蔽混凝土、防射线混凝土。容重较大,对γ射线、X射线或中子辐射具有屏蔽能力,不易被放射线穿透的混凝土。胶凝材料一般采用水化热较低的硅酸盐水泥,或高铝水泥、钡水泥、镁氧水泥等特种水泥。用重晶石、磁铁矿、褐铁矿、废铁块等作骨料。加入含有硼、镉、锂等的物质,可以减弱中子流的穿透强度。常用作铅、钢等昂贵防射线材料的代用品。用于屏蔽X射线、γ射线和中子辐射作用的混凝土。用于原子能反应堆、粒子加速器,以及工业、农业和科研部门的放射性同位素设备的防护。6.1防辐射混凝土的配制:磁铁矿石混凝土的配合比与普通混凝土的配合比设计基本相同。由于磁铁矿石骨料的比重较大(3300~ 3600 kg/m3), 该混凝土比一般混凝土容易离析, 且为保证容重, 用水量不宜过大, 故采用尽可能小的坍落度, 确定试验室配制坍落度为10 ±2 。经多次配制, 确定了C25 磁铁矿石混凝土配合比见表4。

表4 C 25 磁铁矿石混凝土配合比 单位:kg

高性能及多功能混凝土课程报告5周培远

6.2防辐射混凝土的特点、性能:?强度:防辐射重混凝土,一般

强度等级为C60,表观密度大于2600kg/ m?的混凝土。常由重晶石和铁矿石配制而成,混凝土对γ射线的吸收规律式: I=I0 exp(-ρɑx) 式中:Io、I叫射线通过混凝土前后强度; ?-材料对γ射线的质量吸收系数,取决于射线的能量Ρ-混凝土材料表观密度;X-混凝土材料所需厚度;由公式可知,对相同γ射线,混凝土的厚度x一定时,混凝土的表观密度ρ越大,通过混凝土后射线的强度越小,即混凝土对射线的吸收能力越强。因此,防射线要求防辐射混凝土的表观密度要高。 ?屏蔽快中子射线要求混凝土中轻元素含量要高。?屏蔽慢中子射线要求混凝土中硼元素含量要高。 ④防辐射混凝土密实性好,孔隙率低。 ⑤防辐射混凝土热性能稳定,热导率高、热膨胀和收缩小。6.3防辐射混凝土的应用随着国内医疗水平的飞速发展, 目前广州市各大医院都需要建立一套用于治疗肿瘤疾病的射线加速器设备, 而加速器主要产生Υ射线和中子射线, 对医护工作人员及附近人群的危害性很大。因此, 通常用防辐射混凝土来浇筑治疗室的底板、墙体、面板等作为防射线的遮蔽体。本项目的试验研制成功后, 今年初应用于广州市第三建筑工程有限公司承建的孙逸仙纪念医院放射科改建工程, 其中治疗室的底板、壁、面板是用重晶石混凝土浇筑, 数量为379.5 m 3, , 共抽样16 组。硷强度检验评定为合格, 硷密度检验也符合设计要求, 浇筑后结构不产生裂缝, 其防辐射性能良好。该工程已被评为广州市的优质样板工程。

7、 什么是聚合物混凝土?请简述聚合物混凝土的特点、性能及应

用。

答: 聚合物混凝土颗粒:型有机-无机复合材料的统称。这类材料在近30年来有显著的发展。按其组成和制作工艺,可分为:聚合物浸渍混凝土;聚合物水泥混凝土,也称聚合物改性混凝土(polymer modified concrete,PMC);聚合物胶结混凝土(polymer concrete, PC),又称树脂混凝土(resin concrete,RC)。7.1聚合物混凝土的特点、性能聚合物混凝土分为聚合物浸渍混凝土、聚合物胶结混凝土、聚合物改性混凝土。合物浸渍混凝土:具有高强、低渗、耐腐蚀及高的抗、抗冲、耐磨等特性,其抗压强度可提高2~4倍,一般为100~150Mpa,最高可达到260Mpa以上,抗拉强度可以提高到10~20Mpa,最高能达到240Mpa以上。聚合物胶结混凝土:与普通混凝土相比,树脂混凝土具有强度高,耐化学腐蚀、耐磨、抗冻性好等有点,但硬化时收缩大,耐久性差。聚合物改性混凝土:聚合物的加入,使得混凝土的密实度有所提高,水泥石与骨料的粘结有所加强,其强度远不及浸渍混凝土那样显著,但与普通混凝土相比,在耐腐蚀性、耐磨性、耐冲击性等方面均有一定程度的改善。7.2聚合物混凝土的应用:合物浸渍混凝土:要求高强度,高耐久性的特殊结构工程,如高压输气管、高压输液管、高压容器、海洋构筑物、原子能反应堆等工程。聚合物胶结混凝土:由于树脂成本高,目前仅用于特殊工程,如耐腐蚀性工程,修补混凝土构件及堵漏材料等。此外树脂混凝土因其美观的外表,又称人造大理石,可以制成桌面、地面砖、浴缸等。聚合物改性混凝土:铺筑无缝地面、路面以及修补工程。

8、 什么是泵送混凝土?如何配制泵送混凝土?请简述泵送混凝

土的特点和施工要的。

答: 泵送混凝土,是指混凝土拌合物坍落度不低于100mm 并用泵送施工的混凝土(JGJ/T55-2000);可在施工现场通过压力泵及输送管道进行浇筑的混凝土(JGJ/T55-2011)。8.1泵送混凝土的配制 配制思路是:首先确定水泥和外加剂品种→确定优质矿物掺合料→寻找最佳掺合料双掺比例→确定掺合料的最佳替代掺量→通过调整外加剂性能、砂率、粉体含量等措施,进一步降低混凝土和易性尤其是黏度的经时变化率→确定试验室最佳配合比→根据现场实际泵送高度变化(混凝土性能泵送损失)情况,采用不同的配合比进行生产施工。混凝土的可泵性和混凝土与管壁间的摩擦、压力条件下浆体性能及混凝土质量变化等有关,即与混凝土组成材料及其配合比有关。①坍落度(或扩展度,均为流动性表征参数):坍落度(扩展度)大的混凝土,流动性好,在不离析(骨料不聚集、浆体不分离)、少泌水(水分不游离)的条件下,混凝土黏度合适(不粘管壁),具有粘着系数和速度系数小的性质。②胶凝材料用量:胶凝材料用量增加、水胶比降低,一般均引起粘着系数和速度系数随之增大,但过少( 水胶比大)时,容易发生离析、泌水造成拌合物不均匀而引起堵管。 ③砂率:砂率过高,需要足够的浆体才能提供合适的润滑层,否则粘着系数和速度系数会加大,适当降低砂率可以提供适当的浆体包裹量,但过低则容易发生离析。通常情况下,若粗骨料空隙率较大,相

对而言浆体含量不足,砂率偏高,应提供适当数量的细粉料(增加粉煤灰、引气剂用量以增加浆体体积含量),保证混凝土有足够的和易性。④粗骨料的影响:骨料粒径大小、颗粒形状、表面结构、级配组成、吸水性能对混凝土可泵性影响很大,应选择空隙率小、针片状含量少、吸水率小的骨料,堆积密度≥ 1500kg/m3。⑤细骨料的影响:细骨料比粗骨料对可泵性的影响作用大。泵送混凝土用细骨料应尤其注意0.3mm 和0.15mm 筛通过的细砂含量,应分别在15% ~30% 和5% ~10%。这部分砂对浆体的流动性、离析和泌水、黏度性能、含气量等影响作用极大,极易影响混凝土的可泵性。⑥含气量:3% ~5%,气泡的结构(数量及大小)要合理。8.2泵送混凝土的特点:8.2.1成份与结构①水泥用量较多。强度等级C20 ~ C60 范围为350 ~550kg /m3。②超细掺合料的添加。为改善混凝土性能,节约水泥和降低造价,混凝土中掺加粉煤灰、矿渣、沸石粉等掺合料。③砂率偏高、砂用量多。为保证混凝土的流动性和保水性,以便于运输、泵送和浇筑,泵送混凝土的砂率要比普通流动性混凝土的砂率增大6%以上,约为38% ~ 45%。④石子最大粒径。为满足泵送和抗压强度要求,与管道直径比1: 2.5( 卵石) 、1: 3( 碎石) ~ 1: 4、1: 5。 ⑤水灰比宜为0.4 ~ 0.6。水灰比小于0.4 时,混凝土的泵送阻力急剧增大; 大于0.6 时,混凝土易泌水、分层、离析,也影响泵送。 ⑥泵送剂。多为高效减水剂复合以缓凝剂、引气剂等,对混凝土拌合物流动性和硬化混凝土的性能有影响,因而对裂缝也有影响。8.2.2施工工艺①混凝土拌制在搅拌站( 等) 进行,原材料计量准确,搅拌

均匀,但也偶有失控情况。②多数搅拌站未设细掺合料、粉状泵送剂、粉状膨胀剂称量和料仑,采用人工或容积法,使计量与分散存在问题,影响混凝土的均匀性。③当混凝土拌合物过干、过稀,运输时间过长、停留时间过长且未进行搅拌均匀前入泵时,混凝土拌合物干稀不均。 ④每个运输车中混凝土的坍落度相差过大,加入泵车内输送时,会使浇筑的混凝土均匀性变坏。8.3泵送混凝土的施工要的通常情况下,泵送混凝土的施工应注意以下要点:?混凝土与管壁的摩擦阻力要小,泵送压力合适,否则:a. 输送的距离和单位时间内输送量受到限制;b. 混凝土承受的压力加大,混凝土质量会发生较大改变。 ?泵送过程中不得有离析现象,否则:粗骨料在砂浆中

处于非悬浮状态,骨料相互接触,摩擦阻力增大,超过泵送压力时,将引起堵管。?在泵送过程中(压力条件下)混凝土质量不得发生明显变化。a. 本来泵压足够,但浆体保水差、骨料吸水率大,在压力条件下,水分向前方迁移和骨料内部迁移,使混凝土浆体流动性降低、润滑层水分丧失而干涩、含气量降低,局部混凝土受到挤压密实,引起摩擦阻力加大,超过泵送压力,引起堵管;b. 本来因输送距离和摩擦阻力原因造成泵压不足,同时浆体流动性不足,拌合物移动速度过缓,混凝土承受压力时间过长,持续压力条件下,保水性好的混凝土虽然无水分迁移但引起含气量损失,使局部混凝土受到挤压而密实并丧失流动性,摩擦阻力进一步加大,泵压更为不足,引起堵管。

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