高性能混凝土的发展和应用土木工程毕业论文.doc
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1、内容摘要本文主要介绍对超高强混凝土,“绿色”混凝土,普通混凝土高强化的特点;通过对性能特点的了解,从而探索要配制出高性能混凝土对原材料的要求。对高性能混凝土及“绿色”高性能混凝土在工程应用,了解高性能混凝土对工程施工工艺、施工成本、施工安全带来的诸多好处。以展望高性能混凝土的技术发展及应用。关键词:高性能混凝土;“绿色”高性能混凝土;发展及应用目 录内容摘要I引 言11 绪论12 典型高性能混凝土的特点及工程应用22.1 典型高性能混凝土的特点22.1.1 超高强混凝土的特点22.1.2 绿色高性能混凝土的特点22.1.3 普通混凝土的高性能化42.2 高性能混凝土的工程应用52.2.1 高性
2、能混凝土的原材料及配合比52.2.2 某高速公路桥墩高性能混凝土的工程应用82.2.3 某公路片石混凝土挡土墙施工高性能混凝土的工程应用93 新型绿色高性能混凝土的研究及工程应用103.1 高性能混凝土绿色化的途径103.2 绿色高性能混凝土的发展展望104 工程实例分析125 结论与展望13参考文献14引 言 高性能混凝土是基于混凝土结构耐久性设计的概念提出来的,它不同于传统的混凝土配合比设计思路,而是把混凝土结构的耐久性作为一个重要的技术指标(不仅仅是强度)。以此为目标,根据对混凝土在不同阶段的性能要求也有所不同的特点,设计配制出能满足各阶段性能要求的特殊混凝土。混凝土高性能的含义主要包括
3、高强度、高韧性、高耐久性和大流动性1 绪论高性能混凝土是当今混凝土材料发展的总趋势。近年来,混凝土越来越多地被用来建造大跨、重载、高层和需要承受恶劣环境条件的结构物,如大跨度桥梁、高层建筑、海底隧道、海上采油平台、防水管道等。这就要求混凝土要有良好的物理力学性能和长期的耐久性,显然普通混凝土无法满足这一时代要求。基于此,近年来在国际范围内,高性能混凝土以其能适应现代化工程的需要而得到了快速发展。另一方面,近年来许多国家都面临大量基础设施(主要指道路、桥梁等结构物)老化的问题,这些设施不少都以混凝土为建筑材料,人们普遍认识到,采用HPC来更新旧混凝土结构物,经济性将很显著,这种意识使一些国家纷纷
4、开展有关HPC的研究。 高性能混凝土是基于混凝土结构耐久性设计的概念提出来的,它不同于传统的混凝土配合比设计思路,而是把混凝土结构的耐久性作为一个重要的技术指标(不仅仅是强度)。以此为目标,根据对混凝土在不同阶段的性能要求也有所不同的特点,设计配制出能满足各阶段性能要求的特殊混凝土。混凝土高性能的含义主要包括高强度、高韧性、高耐久性和大流动性。因此,高性能混凝应具备以下几个方面的性能指标: 1、高工作度高性能混凝土必须是流动性好、可泵性好的混凝土,这是工业化泵送施工的条件。一般地说,HPC应达到202cm的坍落度,而且不产生过多的泌水,并能控制坍落度损失,以保证施工要求。 2、良好的物理力学性
5、能高性能混凝土应具有较高的强度和体积稳定性,也就是说HPC必须是高强混凝土,或者可以说,高强混凝土属于高性能混凝土的范围。对尺寸稳定性来说,关键因素是具有高的弹性模量,低的干缩与徐变以及低的温度变形。 3、长期的耐久性是高性能混凝土最重要的性能。高性能混凝土应具有上百年而不是通常对普通混凝土所要求的4050年的使用寿命。混凝土的耐久性取决于混凝土的抗渗性,这是由于大多数化学侵蚀都离不开水和有害离子的渗透。2 典型高性能混凝土的特点及工程应用高性能是在1990年的一次国际会议上对混凝土提出的新的要求。而高性能混凝土也是今后混凝土技术发展的一个基本方向。对高性能混凝土的定义,国内外的提法不尽相同,
6、但概括起来,可以归结为以下五个方面:1、 高耐久性,能在正常使用环境下具有超长的使用年限和较小的维护费用;在特殊要求的使用条件下,能满足抗侵蚀、抗冻融等抵抗恶劣使用环境下的特殊要求。2、 高施工性能,能在具体的施工条件下,顺畅地完成混凝土的运送和浇注,能得到密实性和均匀性优越的混凝土结构。3、 较高强度,能满足设计承载力所提出的强度要求,且具有足够的后期强度增长能力,并保证在正常使用条件下的强度要求。4、 高体积稳定性,混凝土凝结前不分层、不离析,硬化后体积变化小,具有较好的抗裂能力。5、 能满足环境保护和可持续发展的要求。本章主要对高性能混凝土的主要发展动向进行讨论,重点分析其特点和工程应用
7、范围。2.1 典型高性能混凝土的特点2.1.1 超高强混凝土的特点超高强混凝土是一种增强或防裂混凝土,或者建筑粘接物料,由水泥,填料、 水、增强剂或者防裂剂或者粘接剂等组份组成,并且:1混凝土中填料加入量是水泥重量的倍以下;2混凝土的水 (总水用量)灰(水泥用量)比是;3增强剂或者抗裂剂或者粘接剂的总用量(均以无水物计算)是水泥 重量的以下;所述水泥,包括普通硅酸盐水泥、矿渣水 泥、白色水泥等等。所述填料,包括:砂、石、炉渣、矿渣、 各种纤维、工业废渣、农业废弃物、废旧建筑物料等等。2.1.2 绿色高性能混凝土的特点绿色高性能混凝土首先应该是高性能混凝土,同时又是“绿色”混凝土“绿色”混凝土是
8、指既能减少对环境的破坏,又能与自然生态共生,为人类构造舒适环境的混凝土材料。具有的优点可概括为:(1)节约资源、能源;(2)不破坏环境,更应有利于环境;(3)可持续发展,保证人类后代能健康、幸福地生存下去。综合“绿色”和“高性能”含义,可以得出绿色高性能混凝土是指采用先进的混凝土技术,尽量少占用天然资源和能源,大量使用工业废弃物和城市垃圾制成的具有优良耐久性、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不仅要实行质量管理体系
9、,还要真正实行全面环境保护体系粉层、废渣和废气等的排放几乎接近于零,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。(2)更多地掺加经过加工处理的工业废渣,如磨细矿渣、优质粉煤灰等作为活性掺合料,以节约水泥,保护环境,并改善混凝土耐久性。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,使之成为可利用的再生混凝土骨料,减少对天然砂石
10、的开采。绿色高性能混凝土指应具有以下特点的混凝土:可满足混凝土的可持续发展,能减少环境污染,又能与自然生态系统和谐开发;比传统混凝土具有更高的强度和耐久性;可选择资源丰富,能耗小的原材料;能大量利用工业废弃资源,实现非再生性资源的可循环使用和有害物质的从低排放;适合人居,对人体无害。植被绿化型混凝土是指能够适应植物生长、可进行植被作业的混凝土及其制品,具有保护环境、改善生态条件、基本保持原有结构材料性能。透水型混凝土由于无细骨料,在硬化后的混凝土中存在着较大的孔洞、孔隙率大,有较强的透水性能啊。水生物保护型混凝土是指能够营造出适合生物生长、生息的空间或孔隙,能够为水藻类生物提供合适的附着表面,
11、并能在昆凝土表面增殖,通过相互作用或共生作用,形成食物链,使混凝土周围的水质对生物生长没有不良影响,为海洋生物和淡水生物生长提供良好条件保护生态环境。植被绿化混凝土作为固沙、固土、固堤材料,可用于城市的道路两侧及中央隔离带、护坡、停车厂、人行路面及建筑物局部(楼顶、阳台、院墙顶部等不与土壤相连的部位)。适合于大面积的绿化工程,尤其是大型土木工程之后的景观修复等。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,对城市的生态平衡也起到了积极作用。透水型混凝土主要用于城市道路、广场、护提、护岸工程等。能够使雨水迅速地渗地表,还原成地下水,使地下水资源得到及时补充,保持土壤湿度,改善
12、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用于江、河、湖和海滨等水域及沿岸。如可做成人工礁石,放置在海洋中,附着在表面的海藻类数量是普通混凝土块的23倍,且海藻生长茂盛,形成食物链,为海洋生物生长提供良好条件。此外,还可用于淡水域的河床、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
13、类提供生息和避难的场所,净化水质、保护生物多样及生态环境。2.1.3 普通混凝土的高性能化普通混凝土的高性能化具备以下特点:(1)高的工作性能。高性能混凝土在拌合、运输、浇筑时具有良好的高流动性(坍落度在200mm以上),不泌水不离析,施工时能达到自流平,坍落度经时损失小,具有良好的可泵性。高性能混凝土的这种优良工作性能可以保证施工时混凝土的质量均匀,避免一些原始缺陷,同时也能提高施工的速度,节省人工,收到良好的经济效益。(2)体积稳定性好。高性能混凝土在硬化过程中体积稳定,水化热低,混凝土温升小,硬化过程中不开裂,收缩徐变小,硬化后具有致密的结构,不易产生裂缝。(3)高的强度。高性能棍凝土应
14、有高的早期强度及后期强度。高强度是高性能混凝土的重要特点,但不等于低强度混凝土不具备高性能。我国基本上认为高性能混凝土标号应在C50以上。目前一达国家高性能混凝土强度已经达到C100以上,并已见诸工程应用。(4)高耐久性。高性能混凝土应具高的抗渗性、抗冻融性及抗腐蚀性。高性能混凝土的渗透性很混凝土结构致密,能有效地抵抗硫酸盐、氯离子等有害介质的侵蚀,使混凝土即使在严酷的自然环境下也具有较长的使用寿命。有些国家设计的混凝土使用寿命能达到100年,目前我国提出混凝土寿命至少应在50年以上。2.2 高性能混凝土的工程应用如前所述,高性能混凝土的工程应用已经有了较大的发展,但是由于我国的现状,各种方法
15、和技术还相对落后,仍需要在工程实践中不断使用和检验。因此,本节主要阐述的是高性能混凝土的材料要求、工程应用范围以及简单应用实例。2.2.1 高性能混凝土的原材料及配合比在配制混凝土时加入较大量矿物细掺料,可以降低温升,改善工作性,增进后期强度,并可改善混凝土内部结构,提高耐久性和抗渗性,尤其是矿物细掺料对碱集料反应具有很好的抑制作用,这些矿物细掺料称为辅助胶凝材料。在配制高性能混凝土时,通常使用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥再掺加矿物细掺料。不同的矿物细掺料混合或矿物细掺料与水泥混合称为复合胶凝材料。矿物细掺料的主要种类矿物细掺料基本可以分为四类:(1)有胶凝性(或称潜在活性)的。如粒化高炉矿渣和
16、水硬性石灰。(2)有火山灰活性的。火山灰活性指本身没有或极少有胶凝性,但其粉末状态在有水存在时,能与Ca(OH)在常温下发生化学反应,生成具有胶凝性的组分。如粉煤灰、硅灰等。(3)同时具有胶凝性和火山灰活性的。如高钙粉煤灰或增钙液态渣以及固硫渣等。矿渣实际也同时具有火山灰活性。(4)其他未包括在上述三类中的本身具有一定化学反应的材料。如磨细的石灰岩、石英砂、白云岩以及各种硅质岩石的产物。粉煤灰现已研发和使用的绿色高性能混凝土,绝大部分把粉煤灰作主要掺料,粉煤灰是工业废料,如不很好利用,会对环境造成二次污染,在绿色高性能混凝土中采用粉煤灰,既解决了二次污染,又降低了混凝土的成本,同时提高了混凝土
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