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    土木工程扩展实验实验报告终稿

    时间：2020-09-12 11:32:23 来源：蒲公英阅读网 本文已影响人 蒲公英阅读网手机站

    相关热词搜索：实验 土木工程 告终

    　一、

    　背景知识介绍

    　试验一：混凝土减水剂试验 减水剂是指在混凝土和易性及水泥用量不变条件下，能降低拌适用水量、提升混凝土强度；或在和易性及强度不变条件下，节省水泥用量外加剂。

    　1、减水剂分类 依据减水剂减水及增强能力，分为一般减水剂（又称塑化剂）及高效减水剂（又称超塑化剂），并又分别分为一等品、合格品。

    　按组成材料分为：（1）木质素磺酸盐类；（2）多环芳香族盐类；（3）水溶性树脂磺酸盐类。

    　一般减水剂宜用于日最低气温 5℃以上施工混凝土。高效减水剂宜用于日最低气温 0℃以上施工混凝土，并适适用于制备大流动性混凝土、高强混凝土和蒸养混凝土。

    　现在市场上常见多个减水剂为：萘系高效减水剂，脂肪族高效减水剂，氨基超速高性能减水剂，减水激发剂，葡萄糖酸钠，木质素磺酸钠，木质素磺酸该，膨胀剂等。

    　聚羧酸系高性能减水剂

    　聚羧酸系高性能减水剂是现在世界上最前沿、科技含量最高、应用前景最好、综合性能最优一个混凝土超塑化剂(减水剂)。聚羧酸系高性能减水剂是羧酸类接枝多元共聚物和其它有效助剂复配产品。经和中国外同类产品性能比较表明，聚羧酸系高性能减水剂在技术性能指标、性价比方面全部达成了当今国际优异水平。

    　2、性能特点

    　1）掺量低、减水率高，减水率可高达 45%；

    　2）坍落度轻时损失小，预拌混凝土坍落度损失率 1h 小于 5%，2h 小于 10%；

    　3）增强效果显著，砼 3d 抗压强度提升 50～110％，28d 抗压强度提升 40～80％，90d抗压强度提升 30～60％；

    　4）混凝土和易性优良，无离析、泌水现象，混凝土外观颜色均一。用于配制高标号混凝土时，混凝土粘聚性好且易于搅拌；

    　5）含气量适中，对混凝土弹性模量无不利影响，抗冻耐久性好；

    　6）能降低水泥早期水化热，有利于大致积混凝土和夏季施工；

    　7）适应性优良，水泥、掺合料相容性好，温度适应性好，和不一样品种水泥和掺合料含有很好相容性，处理了采取其它类减水剂和胶凝材料相容性差问题；

    　8）低收缩，可显著降低混凝土收缩，抗冻融能力和抗碳化能力显著优于一般混凝土；显著提升混凝土体积稳定性和长久耐久性；

    　9）碱含量极低，碱含量≤0.2%，可有效地预防碱骨料反应发生

    　10）产品稳定性好，长久储存无分层、沉淀现象发生，低温时无结晶析出；

    　11）产品绿色环境保护，不含甲醛，为环境友好型产品；

    　12）经济效益好，工程综合造价低于使用其它类型产品，同强度条件下可节省水泥15-25%。

    　3、作用机理 分散作用：水泥加水拌合后，因为水泥颗粒分子引力作用，使水泥浆形成絮凝结构，使10%～30%拌合水被包裹在水泥颗粒之中，不能参与自由流动和润滑作用，从而影响了混凝土拌合物流动性。当加入减水剂后，因为减水剂分子能定向吸附于水泥颗粒表面，使水泥颗粒表面带有同一个电荷（通常为负电荷），形成静电排斥作用，促进水泥颗粒相互分散，絮凝结构破坏，释放出被包裹部分水，参与流动，从而有效地增加混凝土拌合物流动性。

    　润滑作用：减水剂中亲水基极性很强，所以水泥颗粒表面减水剂吸附膜能和水分子形成一层稳定溶剂化水膜，这层水膜含有很好润滑作用，能有效降低水泥颗粒间滑动阻力，从而使混凝土流动性深入提升。

    　空间位阻作用：减水剂结构中含有亲水性聚醚侧链，伸展于水溶液中，从而在所吸附水泥颗粒表面形成有一定厚度亲水性立体吸附层。当水泥颗粒靠近时，吸附层开始重合，即在水泥颗粒间产生空间位阻作用，重合越多，空间位阻斥力越大，对水泥颗粒间凝聚作用阻碍也越大，使得混凝土坍落度保持良好。

    　接枝共聚支链缓释作用：新型减水剂如聚羧酸减水剂在制备过程中，在减水剂分子上接枝上部分支链，该支链不仅可提供空间位阻效应，而且，在水泥水化高碱度环境中，该支链还可慢慢被切断，从而释放出含有分数作用多羧酸，这么就可提升水泥粒子分散效果，并控制坍落度损失。

    　试验二：纤维混凝土力学性能测定试验 活性粉末混凝土（Reactive Powder Concrete，以下简称 RPC）是继高强、高性能混凝土以后，

    　20 世纪 90 年代开发出新型材料。它是 DSP(Densified System containing ultra-fine Particles)材料和纤维增强材料相复合高技术混凝土。依据其组成和热处理方法不一样，这种混凝土抗压强度能够达成200MPa 至800MPa；抗拉强度能够达成20MPa至50MPa；弹性模量为40Gpa至 60Gpa；断裂韧性高达 40000J/m2，是一般混凝土 250 倍，可和金属铝媲美；氯离子渗透性是高强混凝土 1/25，抗渗透能力极强；300 次快速冻融循环后，试样未受损，耐久性因子高达 100%；预应力活性粉末混凝土梁抗弯强度和其自重之比靠近于钢梁。RPC 在工程结构中应用能够处理现在高强和高性能混凝土抗拉强度不够高、脆性大、体积稳定性不良等缺点，同时还能够处理钢结构投资高、防火性能差、易锈蚀等问题。

    　1、RPC 活性粉末混凝土优点 ⑴ RPC 能够有效地减轻结构物自重。

    　 RPC 含有很高抗压强度和抗剪强度，在结构设计中能够采取更薄截面或含有创新性截面形状，从而使结构自重比一般混凝土结构轻得多。

    　⑵能够大幅度提升结构物耐久性。

    　 RPC 材料减小了界面过渡区厚度和范围。骨料粒径减小，其本身存在缺点机率减小，整个基体缺点也降低。RPC 十分密实，孔隙率极低，它不仅能够阻止放射性物质从内部泄漏，而且能够抵御外部侵蚀性介质腐蚀，从整体上提升了体系均匀性、强度和耐久性。

    　⑶采取 RPC 设计构件。

    　 从而极大地降低箍筋和受力筋用量，甚至能够不设置箍筋。

    　⑷RPC 结构高耐久性。

    　 极大地降低或免去了维护费用，延长了使用寿命，所以含有很高性能价格比。

    　⑸RPC 材料高韧性和结构自重减轻

    　 有利于提升结构抗震和抗冲击性能。

    　⑹RPC 材料耐高温性、耐火性

    　RPC 材料耐高温性、耐火性和抗腐蚀能力远远高于钢材。

    　由上述 RPC 材料优点能够看出，采取 RPC 材料能够延长结构寿命，免去维护费用，降低工程建设和使用综合造价。

    　2、技术性能指标

    　RPC 材料突出技术性能关键表现在硬化体高强度、高韧性、高耐久性，拌合物良好施工性能，原材料组成环境保护性能。

    　1）力学性能

    　 RPC 材料强度可按抗压强度分为 200MPa 级、500MPa 级和 800MPa 级。200MPa 级 RPC材料已在工程中应用，500MPa 级尚处于试验室研究阶段，800MPa 级 RPC 材料则处于试验室试配阶段。不一样强度等级 RPC 所用原材料和生产工艺有较大差异。RPC 材料同 HPC 相比，显著特点是强度高、韧性大,抗拉强度尤为高。200MPa 级 RPC 材料抗压强度为170-230MPa，是高强混凝土 2-4 倍，同时含有很高变形能力。抗折强度为 20-40MPa，是高强混凝土 4-6 倍，掺入纤维后拉压比可达 1/6 左右。

    　该强度等级 RPC 材料断裂韧性高达 20XX0-40000J/m-2,比一般混凝土和高强混凝土高出100 倍，可和金属铝媲美。

    　 2）耐久性能

    　 RPC 材料内部结构致密、缺点少，所以含有很高耐久性。加拿大 Quebec 省 Sherbrooke市中心世界上第一座 RPC 结构桥梁（行人/自行车桥）所用 200MPa 级 RPC 材料耐久性试验表明：300 次快速冻融循环(最高温度 4℃、最低温度-18℃、温度改变速度 6℃/h)后，试样未受损，耐久性因子高达 100%；RPC 板 50 次含除冰盐冻融试验结果，重量损失率平均低于 8g/M2，而 Quebec 省许可标准为 600g/M2，所以可忽略不计；测定氯离子渗透性在 6-9库仑间波动，而 30MPa 一般混凝土氯离子渗透性为 5000 库仑、80MPa 高性能混凝土氯离子渗透性为约 500 库仑，由此可见它抗渗透能力很好，能有效地阻止有害介质侵入。600 次快速冻融试验 RPC 试件动弹性模量无损失、质量无损失。

    　3）施工性能 RPC 拌和物不仅流动性好，而且粘聚性良好，在运输、浇注和捣实过程中不发生离析现象。在窄小模板内和钢筋间隙经过性能良好，浇注后不需要振捣。

    　二、

    　试验相关资料

    　（一）

    　混凝土配合比设计 C30 混凝土 2、R120 活性粉末混凝土 原材料条件：

    　42.5 一般硅酸盐水泥 一般中砂 Rf=2.7 碎卵石 （最大粒径 40mm）

    　坍落度 100mm （在坍落度 90mm 基础上再加 2.5KG 水）

    　公式 fcu=ftu,k-σt

    　其中 ftu,k=30

    　σ=5.0Mpa

    　 t=-1.645 容重取ρoc=2400KG/m3 测量砂石含水率 w，并折成配合比 （二）混凝土外加剂

    　外加剂○1 对坍落度影响

    　 ○2 减水后对强度影响 （保持坍落度不变）

    　外加剂：高效减水剂（含固量 33%）

    　提议参量 0.3%（水泥用量）

    　保持坍落度不变减去含水率 w

    　m’=m(1-β)

    　 其中：减水率β=25% （三）RPC 配合比

    　水泥 骨料 掺合料 纤维 外加剂 水 第一组 706 1320 160 0（0%）

    　67 125 第二组 706 1240 160 80（1%）

    　67 125 第三组 706 1160 160 160（2%）

    　67 125 抗折试件尺寸：100mm×100mm×400mm 三、

    　0 C30 混凝土配合比

    　1、设计依据及参考文件 《一般混凝土配合比设计规程》JGJ55－20XX(J64-20XX) 《公路桥涵施工技术规范》JTJ041－20XX 《中国公路招标文件范本》之第二卷技术规范(1) 2、混凝土配制强度确实定 2－1.设计要求 C30。

    　2－2.混凝土配制强度计算

    　 依据 JGJ／T55－20XX；混凝土配制强度：

    　 fcu.o≥fcu.k+1.645δ

    　δ 为 5MPa；fcu.k 为 30 MPa 由 fcu.o≥30+1.645×5≥38.2(MPa) 3、配合比基础参数选择 3－1.水灰比（W／C）

    　 依据 JGJ／T55－96 及图纸和技术规范（1）

    　W/C=Afce/(fcu.o+A*B*fce)

    　A 为 0.46

    　 B 为 0.07

    　 fce 为 1.13*42.5=48.025MPa 由此，W／C＝0.56 查表可知，对于素混凝土，最大水灰比不做要求。故可初步确定水灰比为 0.56 3－2.坍落度选择 依据已知条件，初步选定坍落度为 90mm。

    　3－3.砂率选择（S p ）

    　采取查表法，对于中砂，最大粒径为 40mm 碎卵石，当水灰比为 0.56 时，砂率值选择范围按插入法计算为 29.8%-34.8%。现取 S p =32%。

    　3－4.用水量选择（mwo）：

    　施工采取机械搅拌和振捣成型，依据坍落度数值及所用碎石最大粒径为 40mm，K=45.5,

    　则有 W 0 = Kg

    　,故用水量选择 182kg。

    　3－5.水泥用量（Mco）：

    　 Mco=182/0.56=325kg 3－6.砂用量（Mso）：

    　依据试验选择每 m3 混凝土拌合物重量（Mcp）为 2400kg, 用砂量 Mso=(Mcp-Mwo-Mco)*0.32 =606kg 3－7.碎石用量（Mgo）：

    　 Mgo=Mcp-Mwo-Mco-Mso =1287kg 3－8.配合比：

    　依据上面计算得 水泥 ：水

    　：砂

    　:

    　碎石 325 ：182：606 ：

    　1287 1 : 0.56: 1.86:

    　3.96 4、调整水灰比：

    　调整水灰比为 0.50，用水量为 182kg，水泥用量为 Mco=182/0.50=364kg，按重 量法计算砂、石用量分别为：Mso==586kg，Mgo=1296kg 5、混凝土配合比试配、调整和确定: 试用配合比 1 和 2，分别进行试拌：

    　配合比 1：

    　水泥:水:砂:碎石 =325 ：182：606 ：

    　1287=1: : 0.56: 1.86:

    　3.96 试拌材料用量为：水泥：水：砂:碎石 = 10:5.6:18.6:39.6kg; 拌和后，坍落度为 100mm,达成设计要求; 配合比 2：

    　水泥：水：砂:碎石 =364:182:586:1296 = 1: 0.50:1.61: 3.56 试拌材料用量为：水泥：水：砂:碎石 = 10.6:4.24:12.04:28.09kg; 拌和后，坍落度仅 55mm,达不到设计要求，故保持水灰比不变，增加水用量 2.5Kg，再拌和后，坍落度达成 100mm，符合设计要求。

    　6、经强度检测（数据见试表），第 1、2 组配合比强度均达成试配强度要求，综合经济效益原因，确定配合比为第 1 组，即：

    　水泥 ：水

    　：砂

    　 ：碎石 10:5.6:18.6:39.6

    　 kg

    　1: 0.56: 1.86:

    　3.96 325 ：182：606 ：

    　1287 kg/m3 四、

    　0 C30 及 及 RPC 混凝土抗 压试验

    　抗压强度统计表 项目 第一组 第二组 第三组 RPC 活性粉末混凝土 活性粉末混凝土 1331 1526 1674 C30 混凝土（龄期 21 天）

    　一般混凝土 320 363.5 370.3 加减水剂减水 526 506 528

    　加减水剂不减水 473 493

    　C30 混凝土换算成标准试件（龄期 21 天）

    　一般混凝土 304 345 351 加减水剂减水 500 481 502 加减水剂不减水 449 468

    　 因为此次试验龄期为 21 天，故采取以下公式进行换算：

    　可得 28 天龄期强度以下表：

    　C30 混凝土换算成标准试件（龄期 28 天）

    　一般混凝土 333 378 385 加减水剂减水 547 526 549 加减水剂不减水 491 512

    　【试验数据分析】

    　（一）RPC 活性粉末混凝土 经过以上数据可知，相同条件下，活性粉末混凝土抗压强度远远大于 C30 一般混凝土。其基础设计思想是经过提升材料组分细度和活性，降低材料内部缺点（空隙和微裂缝），取得超高强度和耐久性。其显著特点是强度更高，韧性更大。

    　（二）混凝土外加剂——减水剂 由上述数据能够显著看出，加减水剂混凝土抗压强度全部有所提升。其中，加减水剂减水效果又好于加减水剂不减水。

    　减水剂能在不影响和易性条件下使给定混凝土拌和用水量降低，在不影响用水量条件下使混凝土拌和物和易性增加。这类减水剂可分为一般减水剂和高效减水剂。

    　①一般减水剂:要求减水率>5%，龄期为 3-7 天混凝土抗压强度提升 10%，龄期为 28 天混凝土抗压强度提升 5%以上。常见一般减水剂有木质素磺酸钙减水剂。

    　②高效减水剂:能大幅度地降低拌和用水量或显著提升混凝土流动度。要求减水率>10% ,龄期为 3 天混凝土抗压强度提升 25%以上，龄期为 28 天混凝土抗压强度提升巧%以上。现在常见有聚烷基芳基磺酸盐类和密胺类减水剂。

    　减水剂对新拌棍凝土性能影响关键有和易性改善，拌和用水量减水和含气量有所增加，凝结时间有所延长和水泥水化放热速度减缓。

    　减水剂对硬化混凝土性能影响关键有强度提升，变形能力增强，抗渗能力提升和耐冻融性能提升，且对钢筋无危害，有减缓混凝土中钢筋锈蚀作用

    　五、

    　混凝土抗折试验

    　（一）试验过程

    　 （二）试验数据

    　第一组：

    　极限破坏荷载：

    　25.12KN

    　第二组：

    　 极限破坏荷载：

    　53.63KN

    　第三组：

    　极限破坏荷载：

    　57.49KN 计算抗折强度：

    　【解】

    　第一组试件：

    　 第二组试件：

    　第三组试件：

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