重庆大学本科毕业设计论文yangjia.docx
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重庆大学本科毕业设计论文yangjia
重庆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
学生：
杨嘉
学号：
20053295
指导教师：
吴建华副教授
专业：
建筑材料工程
重庆大学材料科学与工程学院
二OO九年六月
GraduationThesisofChongqingUniversity
ThestudyandmanufactureofC60highperformanceconcreteundersteamcuring
Undergraduate:
YangJia
Supervisor:
AssociateProfessor.WuJianhua
Major:
InorganicNonmetalMaterialEngineering
CollegeofMaterialScienceandEngineering
ChongqingUniversity
June2009
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、现场施工及湿作业大大减少、混凝土遗洒和噪声扰民降低等优点。
为了在较短时间内得到足够的强度，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，重庆轻轨
ABSTRACT
TherearealotofadvantagesofCementandconcreteproducts,suchasindustrialproductionofgoodquality,simplytechnology,Shortproductioncycle,live-constructionandWet-siteconstructiongreatlyreduced,litterofnoise.especially,therearelowcostingandfasterbenefits.WiththedevelopmentofConcreteandConstruction,thetraditionalstrengthsofCementandconcreteproductswillbecomeincreasinglyapparent.Itisusuallyusedtospeeduptheconcretetohardensomeofthemethodsinordertogetenoughstrengthcementinashortoftime,whichareSteamcuringandusingearly-strengthagents.Andthemostefficienttechnologyisthesteamcuring.atpresent,hesteamcuringtechniquesaregenerallyusedforsteamrailwaysleepers,tunnelsegment,concretebeams,concretepipe,precastproductssuchaswirerodproduction.Withagrowingnumberofprojectsundertheharshenvironment,therearehigherrequiresfortheSteam-curedconcretestructuresintheuseoftheprocess.
Inthispaper,Itisinordertoseekhigh-performanceconcretewithexcellentperformancebymeansofvariousratiosofconcretework,mechanicalpropertiestestingandresultsofcomparisonthroughchangingthemixingofrawmaterials.
Theexperimentresultshowsthatflyashcanobviouslyimprovetheworkabilityoffreshconcrete;themineraladmixturecanreducetheearlystrengthofconcrete,butusingsteamcuringcanmakeupthisdeficiency;thesteamcuringsystemplaysanimportantroleinthedeveopmentofconcretestrength.
keywords：
Steamcuring;，HighPerformanceConcrete，MixDesign，ChongqingLightRail
目录
摘要……………………………………………………………………………………………Ⅰ
ABSTRACT…………………………………………………………………………………Ⅱ
1绪论……………………………………………………………………………………………1
1.1高性性能混凝土……………………………………………………………………………1
1.1.1高性能混凝土发展简史………………………………………………………………1
1.1.2关于高性能混凝土的定义……………………………………………………………1
1.1.3高性能混凝土的特点…………………………………………………………………2
1.1.4高性能混凝土发展前景………………………………………………………………3
1.2混凝土蒸汽养护工艺………………………………………………………………………3
1.3重庆轨道交通工程…………………………………………………………………………5
1.3.1重庆轨道交通工程简介………………………………………………………………5
1.3.2重庆轻轨目前存在的问题……………………………………………………………5
2研究目的和技术要求…………………………………………………………………7
2.1研究目的……………………………………………………………………………………7
2.2PC轨道混凝土的技术要求…………………………………………………………………7
3原材料…………………………………………………………………………………8
3.1中砂………………………………………………………………………………………8
3.2碎石（5～10mm）…………………………………………………………………………8
3.3碎石（10～20mm）…………………………………………………………………………9
3.4掺合料………………………………………………………………………………………9
3.552.5级普通水泥……………………………………………………………………………9
3.6高效减水剂…………………………………………………………………………………10
4试验过程……………………………………………………………………………………11
4.1C60高性能混凝土配合比设计……………………………………………………………11
4.1.1C60高性能混凝土配合比设计的基本理论…………………………………………11
4.1.2C60高性能混凝土配合比设计………………………………………………………11
4.2试件成型及养护…………………………………………………………………………12
4.2.1试件的成型……………………………………………………………………………12
4.2.2成型试件的养护………………………………………………………………………13
5试验结果和数据分析…………………………………………………………………14
5.1掺合料对你和泥土工作性的影响………………………………………………………14
5.2粉煤灰对C60高性能混凝土强度的影响………………………………………………15
5.3矿渣C60高性能混凝土强度的影响………………………………………………………16
5.4粉煤灰和矿渣双掺C60高性能混凝土强度的影响………………………………………18
5.5蒸汽养护工艺C60高性能混凝土强度的影响…………………………………………20
6结论…………………………………………………………………………………………22
参考文献………………………………………………………………………………………23
1绪论
1.1高性能混凝土
1.1.1高性能混凝土发展简史
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），水泥强度的提高以及高效减水剂的出现，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及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、公路等建筑中愈来愈多，如上海东方明珠电视塔C50到C60混凝土；北京西客站C60混凝土．首都机场新航站C65混凝土．大跨桥梁上海大桥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。
冯乃谦在其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。
冯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，及时提出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。
能够使混凝土结构安全可靠地工作50～100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及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，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。
国内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内容,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,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；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。
为了在较短时间内得到足够的强度，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、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，为制品浇注成型后及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相同，在构件厂中多取1～3h。
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及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10℃／h左右。
如果制品早期预养时间越长，初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内压应力有关。
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，则在混凝土内产生内压，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、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；内层降温慢（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重庆轨道交通工程
1.3.1重庆轨道交通工程简介
重庆轨道交通于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），是缓解重庆城市客运交通紧张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、李子坝、佛图关、大坪、袁家岗、谢家湾、杨家坪、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重庆轻轨目前存在的问题
重庆轨道交通工程是重庆市重点工程，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及导向，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重庆地区多雾，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内部的缺陷及组成材料的特性，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等，也将会对混凝土结构造成不同程度的损害。
目前重庆轻轨的墩柱、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，严重影响了重庆轨道交通的结构安全，如不加以控制将对市民的安全以及重庆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
针对重庆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
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