土木工程毕业论文.docx
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南京工业大学本科生毕业设计（论文）
继续教育学院毕业设计（论文）
题
目
浅析高性能混凝土的发展状况
专
业
土木工程
姓
学
名
号
指导教师
起讫日期 2017．2.1—2017.4.10
2017年4月10 日
浅析高性能混凝土的发展状况
摘要
现如今，我国市场经济和科学技术都在飞快的发展，我国的建筑行业也在不断地进行扩大规模。
为了提高建筑工程的质量和安全，混凝土作为建筑行业中最基础的建筑材料之一已经在建筑施工项目中得到了最为广泛的应用。
然而传统的混凝土具有抗拉性能差、易脆、容易产生裂缝等的缺陷，现在出现了一种新型的混凝土技术——高性能混凝土。
与传统的混凝土相比，新型的混凝土具有使用寿命长、工作周期长、强度高和体积稳定性强的优势，因此已经被应用到了建筑行业的各个施工范围中。
目前高性能混凝土被认为是世界上性能最好的混凝土，受到了各级政府和社会各界的广泛关注。
本文针对高性能混凝土在建筑行业施工过程中出现的问题进行了研究探讨。
关键词：
新型混凝土；混凝土裂缝；高性能混凝土特点；施工范围广；
I
Analysisonthedevelopmentofhighperformanceconcrete
Abstract
Nowadays,themarketeconomyandChina'sscienceandtechnologyareinrapiddevelopment,China'sconstructionindustryisalsoinconstantscale.Inordertoimprovethequalityandsafetyofconstructionprojects,concreteisoneofthemostbasicbuildingmaterialsintheconstructionindustryhasbeenintheconstructionprojecthasbeenthemostwidelyused.
However,thetraditionalconcretehaspoortensileproperties,brittle,cracksandotherdefects,thereisnowanewtypeofconcretetechnology--highperformanceconcrete.
Comparedwiththetraditionalconcreteandnewconcretehastheadvantagesoflongservicelife,longperiod,highstrengthandvolumestabilityandstrongadvantages,ithasbeenappliedtovariousconstructionscopeofconstructionindustry.Thehighperformanceconcreteconcreteisconsideredtobetheworld'sbestperformance,hasattractedwideattentionfromgovernmentandsocietythestudyofthispaper.Forthehighperformanceconcreteintheconstructionindustryintheconstructionprocess.
Keywords:
newconcrete;Concretecrack;Characteristicsofhighperformanceconcrete;wideconstructionarea;
1II
目录
摘要„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„Ⅰ
ABSTRACT„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„Ⅱ
第一章高性能混凝土的发展背景„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 1
第二章高性能混凝土的概念„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 2
2.1高性能混凝土的涵义及特性„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 2
2.1.1高性能混凝土的涵义„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 2
2.1.2高性能混凝土的特性„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 2
第三章高性能混凝土在冬季的施工„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 3
3.1工程概述„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 3
3.1.1混凝土拌合物出机温度计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 4
3.1.2混凝土拌合物温度计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 4
3.1.3混凝土拌合物中水的加热温度计算„„„„„„„„„„„„„„„„„ 4
3.2高性能混凝土在冬季施工的措施„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 4
3.2.1冬季施工对混凝土组成材料的要求„„„„„„„„„„„„„„„„„ 5
3.2.2冬季施工对混凝土搅拌及运输的要求„„„„„„„„„„„„„„„„ 5
3.2.3冬季施工对混凝土浇筑及养护的要求„„„„„„„„„„„„„„„„ 5
第四章高性能混凝土的应用„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 5
4.1高性能混凝土的绿色化途径„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 6
4.1.1绿色高性能混凝土的应用„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 6
4.1.2绿色高性能混凝土的优点„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 7
4.1.3绿色高性能混凝土的缺点„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 8
4.2高性能混凝土的发展展望„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 9
第五章高性能混凝土在发展中面临的问题„„„„„„„„„„„„„„„„ 105.1高性能混凝土的开裂问题„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 10
5.1.1混凝土的裂缝分类„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 10
5.1.2预防混凝土产生裂缝的措施„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 11
5.2混凝土裂缝的解决措施„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 12
5.2.2灌浆、嵌缝封堵法„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 12
5.2.3结构加固法„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 12
5.2.4电化学护法„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 12
第六章土木工程中的安全保障措施„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 12
6.1建立安全施工管理体系„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 12
6.2培养建筑从业人员的安全施工意识„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 13
6.2.1建立健全安全教育培训责任制„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 13
6.2.2完善相关制度„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 13
结语„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 14
参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 15
致谢„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 15
南京工业大学本科生毕业设计（论文）
引言：
土木工程是一项复杂的系统工程，它所涉及的施工范围有道路桥梁、高层建筑、海港建筑等工程项目。
二十世纪八九十年代，国外的发达国家利用混凝土结构使用寿命长的优点设计出了一种全新概念的混凝土--高性能混凝土。
新型混凝土与传统的混凝土相比，可以为土木工程的基础设施工程提供百年以上的使用寿命。
伴随土木工程行业竞争的日益加剧，高性能混凝土已经受到了整个建筑行业的高度重视。
第一章高性能混凝土的发展背景
随着我国科学技术的不断发展，我国建筑行业的工程质量问题受到了政府及社会各界的广泛关注。
在土木工程施工中最基础的建筑材料是混凝土，同时也是被应用最为广泛的建筑材料。
混凝土是按照一定的比例由石子、砂子、水泥调配而成的，与其他的建筑材料相比较其具有造价成本低的优点。
但是随着我国建筑行业正在向高层化、大型化、现代化的方向发展，传统的混凝土已经无法满足现代建筑行业的需求，高性能混凝土必将成为新世纪建筑行业发展的重要建筑工程材料。
混凝土应用至今已有100多年的发展历史。
从20世纪70年代以来，混凝土已经成为房屋建筑、桥梁建设、水利工程、公路等现代工程项目的首选材料。
但是随着近年来我国城市化进程的不断加快，在土木工程施工过程中均出现了钢筋混凝土结构基础设施老化的问题，因此需要施工单位投入巨大资金来进行对工程项目的维修或更新。
来自美国国家材料咨询局的政府报告中指出：
一九八七年美国大约有25.3万座使用周
期不到20年的桥梁均出现了不同程度的破坏现象，而且每年还会呈现出3.5万座的增长趋
势。
美国在1991年提交的“国家公路和桥梁现状”的国会报告中指出，需要投资910亿美元的费用对出现缺陷的桥梁进行维修或更换；在桥梁的修复过程中如果出现了拖延现象，那么资金将会增加至1310亿美元。
美国用于混凝土工程建设的资金约6万亿美元，
但是用于对桥梁维修的费用每年将平均高达300亿美元。
加拿大耗费5000亿美元对劣化损坏的基础设施工程进行修复。
我国土木工程中混凝土结构的耐久性也出现了相当严重的问题。
在20世纪90年代，我国建设部进行了对国内混凝土结构的调查，经调查结果表明，大多数的工程项目在使用
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25～30年后都需要进行大修，建筑物中存在有害介质的其使用寿命仅有15～20年，民用建筑及公共建筑一般可以使用50年。
传统的混凝土在建筑行业施工过程中工作难度比较大、使用环境相当恶劣，维修也比较困难，因此为了满足现代建筑行业的需求，要求混凝土必须具有施工性能好，使用周期长等优点，从而出现了一种新的混凝土——高性能混凝土，高性能混凝土是现代混凝土技术发展的必然结果。
第二章高性能混凝土的概念
2.1高性能混凝土的概念及特性
2.1.1高性能混凝土的概念
目前，世界各国对于高性能混凝土还没有统一的定义。
一般认为，高性能混凝土是指经过优质骨料和强度不低于42.5级的水泥与较低水灰配合比调配形成并且在强烈振捣密实作用下制取，指标号不低于C60（混凝土轴心抗压设计强度fc=27.5MPa）的混凝土。
2.1.2高性能混凝土的特性
高性能混凝土是利用新型的高效减水剂和矿物掺和料使混凝土具有高性能的作用，在现代高强度混凝土的基础上快速发展起来的。
使用高效减水剂的作用是可以降低混凝土的水胶比，增大坍落度，控制坍落度损失，提高混凝土的密实性和工作性；使用矿物掺和料可以填充胶凝材料的孔隙，参与胶凝材料的水化，除了可以提高混凝土的密实度外，还可以改善混凝土的界面结构，从而提高混凝土的强度和耐久性。
粉煤灰高性能混凝土将粉煤灰作为矿物掺和料，既改善了混凝土的技术性能，同时又充分利用了工业废料，有效地节约了资源和能源，减少了环境污染。
新型混凝土与普通混凝土相比具有以下优点：
①具有较好的自密性。
高性能混凝土在保证正常工作的条件下可以减少用水量少，因此具有较强的流动性、抗离析性以及较优异的填充性。
②高性能混凝土具有强度高和体积稳定的特点。
高性能混凝土由于高弹性模量、低收缩与徐变、低温度变形的优点，可以满足设计承载力所提出的强度要求，并且具有足够
的后期强度增长能力，保证在正常使用情况下的强度要求。
因此具有稳定的体积和很好的抗裂能力。
③长期的耐久性是高性能混凝土最重要的性能指标。
高性能混凝土的使用寿命比较长，高性能混凝土由于抗冻性和抗渗性高于传统的混凝土，其化学抗腐蚀性也优异于传统强度的混凝土，因此在特殊要求的使用条件下可以使混凝土满足抗侵蚀、抗冻融、结构更安全可靠的特殊要求，其工作寿命可以达到50-100年以上。
④具有良好的耐火性。
由于混凝土具有高度密实性，因此自由水很难从毛细孔中快速的排出，在高温的作用下会使其内部形成蒸汽压力几乎达到饱和的状态。
高性能混凝土的耐高温性能是在建筑行业中值得高度重视的关键问题。
为了改善高性能混凝土的耐高温性能，可以在混凝土中掺入有机纤维，释放由高温作用产生的蒸汽压力。
⑤高性能混凝土可以满足环境保护和可持续发展的要求。
第三章高性能混凝土在冬季的施工
我国冬季比较寒冷，周期也相对较长。
为了可以在规定的时间内来完成项目工程的建设任务，所以选择在冬季进行项目施工是不可避免的。
由于混凝土受到寒冷季节的影响会使混凝土硬化后其结构遭到破坏，从而导致新浇筑的混凝土早期受冻现象的发生，所以项目施工人员就必须要采用适当的方法进行项目施工，防止新浇混凝土发生早期受冻的现象，使混凝土与冬季外界气温产生较小的温差。
3.1工程概述
某项工程为建筑一级工程，建筑的基础占地面积为997m2，所采用的是西班牙建筑风格。
建筑造型采用的是瓦屋面，使用周期为50年，建筑结构的形式是框架结构，它的抗
震设防烈度为7°，所设计的建筑防水等级为3级，地下室防水等级2级。
由于混凝土的表面系数比较大，所以建筑结构散热比较快。
但是由于当时是寒冷季节，为了确保可以如期完工，因此在保证工程质量的情况下必须加快项目施工的步伐。
然而为了减小室外温度对混凝土产生的影响，施工人员就必须把握好施工现场浇筑混凝土时的温度，采用钻孔灌注桩的方法时温度不低于5℃时进行浇筑。
3.1.1混凝土拌合物出机温度计算
T2=T1-（αt10.032n）（T1-Ta）式中：
T2:
混凝土拌合物运输到浇筑时温度，取5℃；T1:
混凝土拌合物出机温度（℃）；t1:
混凝土拌合物自运输到浇筑时的时间，取0.75h；n:
混凝土拌和物运转次数，取2；Ta:
混凝土拌合物运输时环境温度（℃）；α:
温度损失系数（h-1），取α＝0.25
3.1.2混凝土拌合物温度计算
混凝土拌和物的温度按下式计算：
T1＝T0-0.16*（T0-Ti）式中：
T0为混凝土拌合物温度（℃）；T1为混凝土拌合物的出机温度（℃），取10℃；Ti为搅拌机棚内温度（℃）；即:
10＝TO-0.16*（T0-Ti）；解得：
T0=（10－0.16Ti）/0.84℃。
3.1.3混凝土拌合物中水的加热温度计算
T0＝[0.92（mceTce＋mfTfmsaTsamgTg）4.2Tw（mw-wsamsa-wgmg）c1（wsamsaTsawgmgTg）-c2（wsamsawgmg）]÷[4.2mw0.92（mcemfmsamg）]式中：
T0为混凝土拌合物温度
（℃）；mw、mce、mf、msa、mg分别为水、水泥、粉煤灰、砂、石的用量（Kg）；其值分别为：
152Kg、291Kg、107Kg、782Kg、1028Kg；Tw、Tce、Tf、Tsa、Tg分别为水、水泥、粉煤灰、砂、石的温度（℃）；wsa、wg为砂石的含水率（％）；c1、c2为水的比热容（KJ/Kg*K）和冰的溶解热（KJ/Kg）；当骨料温度大于0℃时：
c1=4.2，c2=0；当骨料温度小于或等于0℃时：
c1=2.1，c2=335，即：
Tw=[（（10-0.16Ti）/0.84）*（4.2mw0.92（mcemfmsamg））-（0.92（mcemfTfmsaTsamgTg）c1（wsamsaTsawgmgTg）-c2（wsamsawgmg）]/
4.2（mw-wsamsa-wgmg）。
3.2高性能混凝土在冬季施工的措施
混凝土在冬季的施工过程中要考虑多种影响因素，如天气情况、工程项目的特点、施工的环境等等。
为了可以如期完工，要在保证工程质量、工程进度、能源的节约以及降低成本的前提下进行施工。
3.2.1冬季施工对混凝土组成材料的要求
骨料：
骨料中不得有冰块、雪团和有机物，应清洁、级配良好、质地坚硬；水：
采用可饮用的自来水；
外加剂：
防冻剂的选用要符合质量的标准，并且要掌握好防冻剂的性能，它的作用是使混凝土在寒冷温度下不结冰，保证水泥的水化作用,在一定的时间内获得预期的强度。
水泥：
应该选择活性高、水化热大的普通硅酸盐水泥，水泥的标号不得低于32.5Mpa，混凝土中水泥的使用量每立方都不得少于300kg，水灰比不得大于0.6。
3.2.2冬季施工对混凝土搅拌及运输的要求
混凝土搅拌时应该选用加热水的方法，80℃以上的热水不得与水泥直接接触，要先将热水与骨料拌和而后再掺入水泥搅拌混凝土，以避免水泥假凝，搅拌混凝土的时间不得少于3分钟。
另外,必要时要对搅拌机周围的环境温度进行防护并通暖保温。
混凝土运输时应该采用混凝土罐车，同时选择最短的路径进行对混凝土的运输，要对混凝土罐车进行保温，来延缓混凝土热量的损失。
3.2.3冬季施工对混凝土浇筑及养护的要求
混凝土浇筑时由于会受到天气情况的影响，因此浇筑混凝土前施工人员要做好各项准备工作，如施工人员是否齐备、材料是否充足、机具运转是否良好，施工现场道路、场地是否安全畅通、电源是否完备、保温材料是否量足质好等工作，浇筑混凝土要采用机械振捣，振捣时不但要细致而且还要速度快。
为了避免混凝土的结构受到破坏，因此混凝土浇筑完成后就必须要马上用塑料布覆盖保持水份，同时在塑料布外侧覆盖保温被进行保温，保温被的覆盖应整齐、严密，使混凝土的温度不至下降过快。
混凝土养护的时间要适当，并且应不少于15天。
加做两组混凝土同条件试块放在现场环境中，以便随时得到相同条件下混凝土的抗压强度。
第四章高性能混凝土的应用
我国C60高性能混凝土已经在工程项目中得到了广泛应用，我国C80混凝土也在工程项目中试点应用。
目前，高性能混凝土又分为绿色高性能混凝土、超高性能混凝土和智能混凝土。
在土木工程中使用最多的是水泥混凝土，但是水泥混凝土的使用会造成资源和能源的消耗，不利于生态环境的可持续发展，因此水泥混凝土便被绿色高性能混凝土所取代。
绿色高性能混凝土可以减少水泥的使用和能源的消耗，在工程项目中可以大幅度提高工作性能；超高性能混凝土具有强度高和密实性强的特点，已经在军事、核电站等众多特殊工程中广泛应用；智能混凝土具有自动感知、自动适应合自动修复的特点，机敏混凝土的出现为智能混凝土应用奠定了基础。
混凝土是否可以长期作为建筑工程项目的基础材料，关键在于其是否可以成为绿色建筑材料，成为绿色高性能混凝土必须要具备的优势：
（1）可以节约大量的熟料水泥；
（2）减少混凝土对环境的污染；（3）可以把工业废渣作为混凝土的主要细掺料；（4）更大地发挥混凝土高性能的优势；（5）减少水泥与混凝土用量。
混凝土的绿色含量，着眼于混凝土的可持续发展，绿色高性能混凝土由于具有良好的性能与环境协调性，已成为混凝土产业未来发展方向。
4.1高性能混凝土的绿色化途径
高性能混凝土绿色化的一般生产途径是在常规混凝土材料和生产设备以及生产工艺的基础上，优化骨料级配，减小孔隙率。
采用新型高效减水剂减少混凝土的单方用水量，合理利用水胶比和水灰比；采用适当掺量的超细矿物粉料或超细复合矿物粉掺和料，增大坍落度和控制坍落度的经时损失。
4.1.1绿色高性能混凝土的应用
植被绿化混凝土材料由于具有作为固沙、固土、固堤的作用，因此可以应用于城市的道路两侧及中央隔离带、护坡、停车厂、人行路面以及建筑物的局配部，如楼顶、阳台、院墙顶部等不与土壤相连的部位。
植被绿化混凝土的应用适合于大面积的绿化工程，特别是大型土木工程建设之后的景观修复工程等。
植被绿化混凝土的应用可以增加城市绿色空间，调节人们的生活情绪，同时能够吸收噪音和粉尘，对城市的生态平衡可以起到积极的促进作用。
城市道路、广场、护提、护岸工程等主要应用的是透水型混凝土材料。
透水型混凝土能够使雨水迅速地渗入到地表，使雨水还原成地下水，可以使地下水资源得到及时补充，保持土壤的湿度，从而改善城市地表植物和土壤微生物的生存条件，扩大城市的透水、透
气面积。
当降雨时透水型混凝土能够减轻排水设施的负担，避免路面积水和夜间反光，增加行人、行车的舒适性和安全性，减小交通噪音，对调节城市空间的气温和湿度，缓解城市的“热岛效应”，维持地下水位和生态平衡具有重要作用。
水生物保护型混凝土可以应用于江河湖泊和海滨等水域及沿岸。
水生物保护型混凝土可以做成人工礁石放置在海洋中，使附着在表面的海藻类数量提高2～3倍，且海藻生长茂盛，形成的食物链可以为海洋生物生长提供良好的生存环境。
此外，水生物保护型混凝土还可以应用于淡水域的河床、护岸等的混凝土构件，构件的表面做成凹凸不平的形状，使之尽量接近自然状态的河床、河岸的状态；为水中的藻类、植物提供根部附着的场所，为鱼类提供生息和避难的场所，可以起到净化水质、保护生物多样性以及生态环境的作用。
4.1.2绿色高性能混凝土的优点
绿色高性能混凝土是指既能减少对环境的破坏又能与自然生态共生存,可以为人类构造舒适环境的混凝土材料。
其具有以下优点：
（1）可以节约资源和能源；
（2）可以保护环境，有利于环境的发展；（3）符合可持续发展的要求，可以保证人类后代能够健康幸福地生存下去。
结合混凝土‘绿色’和‘高性能’的特点，可以得出绿色高性能混凝土是指采用先进的混凝土技术，节约天然资源和能源的使用量，把大量的工业废弃物和城市垃圾作为混凝土材料，制成具有优良耐久性、工作性和经济适用性的混凝土。
一些专家的研究认为，绿色高性能混凝土一般应具有以下特征：
（1）所使用的水泥必须为“绿色型”水泥工业生产的。
绿色型水泥工业是指可以充分利用资源和二次能源回收并能够循环利用其它工业的废渣和废料，企业领导者不仅要实行质量管理体系，而且还要全面的实行环境保护体系。
使粉层、废渣和废气等的排放量几乎接近于零，真正做到不仅自身实现零污染、无公害，又因循环利用其它工业的废料、废渣，而帮助其它工业进行三废消化，最大限度地改善环境。
另外还要最大限度地节约水泥的使用量。
（2）必须使用经过加工处理的大量工业废渣，如磨细矿渣、优质粉煤灰等作为活性掺合料，可以节约水泥的使用量、保护生态环境、提高混凝土的耐久性。
大量应用以工业废液为原料改性制造的减水剂以及在此基础上研制的其它复合外加剂。
（3）大力发展预拌商品混凝土，消除现场搅拌混凝土所产生的废料、粉层和废水并加强对废料和废水的循环使用。
（4）对大量建筑垃圾进行资源化处理，使之成为可以利用的再生混凝土材料，减
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