土木工程专业论文

北京城市学院土木工程专业毕业设计（论文）第1页共37页第1章前言1.1概述我国建设部在建筑业重点发展的十项新技术中明确提出了研发高性能混凝土的发展目标。高性能混凝土是由美国国家标准与技术研究所（NIST）与美国混凝土协会（ACI）于1990年在美国马里兰州召开的讨论会上提出的：高性能混凝土是具有所要求性能和匀质性的混凝土，必须采用严格的施工工艺、优质材料配制，便于施工，不离析，力学性能稳定，早期强度高，具有较好韧性和体积稳定性等性能的耐久混凝土，特别适用于高层建筑、桥梁以及暴露在严酷环境中的建筑结构。高性能混凝土改变了人们一直将注意力集中在不断提高混凝土强度上面的观念，强调了混凝土建筑应具备优越耐久性，以满足建筑物长期使用的需求。近年来，高性能混凝土以其较高的耐久性，良好的工作性和适宜的强度，在我国得到了较为快速的普及和发展。但随着建筑工程量及混凝土用量的不断增加，涉及混凝土收缩开裂引起裂缝问题的工程事故不断增多，并且大多数发生在混凝土应用面较大的大中城市及大中型工程中，严重影响混凝土建筑的安全性和使用寿命。高性能混凝土具有的良好的混凝土体积稳定性是其高耐久性的主要因素之一，混凝土的抗收缩性能则是混凝土体积稳定性的重要方面。可见，高性能混凝土收缩性能的研究对于解决混凝土开裂等问题，是较为关键且迫切的。1.2混凝土早龄期收缩研究的必要性国内外许多学者及工程技术人员对混凝土抗裂性问题十分关注，并在这方面进行了研究和探索，取得了不少有意义的成果。混凝土抗裂性能测试技术的研究不仅要测试混凝土在自由状态下的变形性能，还应测试北京城市学院土木工程专业毕业设计（论文）第2页共37页混凝土在约束状态下的变形性，后者更接近混凝土在实际工程中使状况。目前，国内外检验评价混凝土在约束状态下的抗裂性能的方法主要是圆环法、平板法和棱柱体法。有关混凝土抗裂性影响因素及影响机理、抗裂性变化规律等方面的研究成果不深入系统，大多是经验的总结，制约了混凝土抗裂性的控制措施研究。国际上对混凝土的延伸性的研究还很不深入，直接开展开裂试验研究较少，我国这方面的工作也才刚刚开展。混凝土原材料性能及配合比对其开裂性能的影响不够明确，需要作进一步的研究。目前对高性能混凝土收缩开裂的研究，只是沿用通混凝土的方法做了一些工作，但对其收缩特点，特别是早期收缩特点缺乏足够的认识。且混凝土原材料性能及配合比与混凝土收缩、开裂之间的关系还不很明确，使人们无法在进行配合比设计时，把收缩、开裂比较明确地考虑进去。混凝土收缩开裂与混凝土早龄期收缩性能密切相关，因此如何减少混凝土裂缝，提高高性能混凝土的抗裂性和耐久性便成了混凝土工程技术中的一项亟待解决的课题。据统计，混凝土结构开裂有80％是因变形引起的，而混凝土的体积变形主要表现为收缩。混凝土的收缩现象早在很多年前就由Davis和Lyman提出，同时发现混凝土自生能够收缩，质量和温度没有任何变化。从20世纪90年代开始，随着高强高性能混凝土的广泛应用，混凝土的收缩现象越来越引起人们的关注。在工程实践中，发现高强混凝土、自密实混凝土和大体积混凝土的收缩现象是非常显著的，比如混凝土在恒温水养的条件下仍然开裂，密封的高强混凝土的抗折强度随着养护龄期的增加反而降低等。对于普通混凝土来说，收缩通常发生在脱模前，而大部分发生在脱模后的混凝土内部，因而过去人们对早期收缩的研究很少。与普通混凝土不同，高性能混凝土的收缩大部分发生在早期，使混凝土在一开始便出现大量微裂纹；研究表明，当普通混凝土中掺入超细矿物掺合料时，较高温北京城市学院土木工程专业毕业设计（论文）第3页共37页度下的早期收缩应变发展很快，而后期的收缩应变要低于低温下的收缩值。因此，对于具有低水胶比、高胶凝材料量或者磨细矿渣置换率较高的混凝土，考虑它们的早期收缩是非常重要的。从目前混凝土早期收缩的研究现状来看，国内外的专家学者一直把研究的重点放在混凝土的3d以后的收缩及其影响因素和解决措施上，我们在了解了高性能混凝土由于低水胶比在早期（3d前）就产生很大的收缩，由于混凝土强度还不高，往往导致早期微裂缝的形成这个原理后，对于高性能混凝土来说，研究其早期收缩意义就更加重大，而高性能混凝土早期收缩的测试方法还没有统一的标准。我在建研院的专家的指引下，在对比和分析国内外收缩测量方法的基础上，对早期收缩的试验方法、试验装置、适用性等方面做了较详细的了解后选择了混凝土早期收缩的非接触测试技术研究这个课题，并且经过实际参与一系列的试验后对混凝土早期收缩的数据进行分析和评价，最终得到了一些关于混凝土早期收缩的规律，并且得出了一些有价值的结论及其一些有效的控制措施。1.3非接触式混凝土收缩测试方法混凝土收缩试验的关键是如何通过合适的试验手段精确测量早期的收缩，而不是稍后的收缩。所以我们应该尽快建立混凝土早期收缩的标准试验方法，以满足目前高强混凝土发展的需要。固定接触式测量混凝土收缩的方法，是通过预埋测头或者后粘测头，用与测头接触的测长仪器来测量试件的尺寸变化，是使用最为普遍的方法。目前有关固定接触式混凝土收缩的试验方法，各国研究较早，都已经形成比较成熟的方法，并且写入各国有关混凝土收缩性能测试方法的标准中，国内主要在国标GBJ82--85、中国交通JTJ270--98、中国电力行业标准DL/T5150--2001中；国外主要的混凝土收缩试验标准，主要有美北京城市学院土木工程专业毕业设计（论文）第4页共37页国ASTMC157/C157M--2003，欧洲EN标准草案EN480--3，英国BS标准BS1881：part5,日本JIS标准JISA1129：2001。我国标准中收缩仪的测长原理基本上是使用百分表或千分表来测量长度变化，收缩仪基本是卧式结构。千分表测量长度变化，优点在于人工测量，易于操作，设备经济，直观；不足在于需要被测体有一定强度，试验测量受条件影响较大。非接触式测量混凝土收缩的方法，是指测长仪器不与测头接触来测量试件的尺寸变化。非接触式测定混凝土收缩应满足混凝土在早期尚无强度的时候能够测定其收缩，并且测定精度要求高。然而，目前关于混凝土早期收缩这一项研究，世界各国并没有统一的测量方法，不同的学者根据实际情况确定不同的试验方法，其中最大的差异就是测试起点时间的不一致，或是在混凝土初凝后开始测量，或是在混凝土成型后1天开始测量。A.Radocea通过在混凝土试件两端分别埋入两个线性差动位移传感器监测混凝土早期体积的变形。这种方法虽然操作简单，受人为影响小，但在测量时，每个混凝土试件都得配备两个传感器，而且在测量过程中不能移动试件活传感器，造价高。SergeLepage等人在混凝土中埋入线振仪，这种线振仪里面包含一个金属弦，而金属弦的共振频率与它所受压力有一定函数关系，通过一个电磁激振器测量线振仪的共振频率随时间的变化从而测量出混凝土的体积变化，但线振仪要求应有适当的刚度，刚度大容易埋置，但对早期收缩不敏感，刚度太小，虽然灵敏度高但却不容易埋置和操作；同时，早期混凝土无法与这种传感器良好粘结，从而使传感器的变形不能真实反应出混凝土的变形。挪威OyvindBjantegaard与ErikJSellevold在1999年引入浮力测量砂浆的体积变化，也是一种非接触式的测量方法。将混凝土或砂浆装入模中，放入水里，通过测量混凝土或砂浆的体积变化所产生的浮力变化，进而测量其体积变化。但应用在混凝土测量时，膜容易被集料磨破，北京城市学院土木工程专业毕业设计（论文）第5页共37页且膜若做得很厚，无法灵敏反应混凝土的体积变化。美国Kim.B和Weiss,W.J，采用被动式声能传感器来测量试件的长度变化，采用声发生装置以及连接电脑的声波采集分析系统，对混凝土长度变化，引起的声波的大小波动进行分析，从而建立声能变化试件的长度的对应关系，研究混凝土的变形。瑞典RogerZurbriggen博士及其所在研究所开发了为测试薄层砂浆自由收缩的试验装置，将两束激光水平照射到放置在新鲜砂浆表面的一对轻质反射物上。两个相互不接触的激光装置可以在反射物放置在新浇筑的砂浆上后立即开始测试。由于激光器可以移动，因此对试样的尺寸没有限制。不过我们通常搅拌600g干砂浆，加入适量的水，将其浇到10cm*78cm大的区域，这样获得的砂浆层厚度约为4-5mm。由于在干燥过程中砂浆层的边缘会翘起来，轻质反射物放置在试样内部三分之一处，间距大约为25cm。该方法目前只适用于薄层砂浆，对混凝土采用方法还存在一些问题，如只能反映混凝土表面收缩，无法反映其内部收缩变化，轻质反射装置容易产生旋转，混凝土硬化过程产生的大量泌水影响轻质反射装置的正确位置，激光测长仪器造价颇高。目前，我国高性能混凝土早期收缩的测量方法可归纳为：（1）传感器法（2）光学测量法（3）千分表法（4）体积法；从LVDT传感器的设置方式来看，有嵌入式、悬挂式、内置式、表面传感器、非接触式。通过对高性能混凝土的特性及国内外对混凝土早期收缩性能的研究现状的调研，本课题选用我国建研院新研制的非接触式测试仪器对混凝土进行了收缩测试，采集了大量的试验数据。本文对测试数据进行了分析，并且找出了影响混凝土收缩的因素及解决措施。北京城市学院土木工程专业毕业设计（论文）第6页共37页第2章混凝土早期收缩非接触测试技术试验方案2.1目标利用研制成功的混凝土非接触式混凝土收缩仪对混凝土进行试验，找出掺合料对混凝土3d前的早龄期塑性变形的影响规律。2.2研究内容混凝土收缩性能测试技术：采用我所已初步研制成功的、目前国内外较为先进的非接触式混凝土收缩测定仪，并对其进行改进，以进一步提高测试精度、测试可重复性和测试效率，特别要提高测定仪对混凝土早龄期收缩的敏感性，以达到及时准确测试混凝土各龄期体积变化的目的。2.3研究试验方案根据我们的研究方向，为了找出混凝土收缩的影响因素并且找出混凝土收缩的控制措施，因此我们设定了四组不同的配合比，利用试验得出的规律去比较、分析影响混凝土收缩的因素，并且在此试验后对混凝土掺加合成纤维的效果进行了试验。1、第一组：P1、P2、P3为不同水胶比不掺任何矿物掺合料及外加剂的普通混凝土。对空白混凝土自身进行比较，找出不同水胶比在3d内的收缩变化规律。2、第二组：B10、B11、B12为相同水胶比掺入矿渣及外加剂的混凝土矿渣BFS的掺量为60％，其密度为2.80g/m3；水泥密度为3.10g/m3；砂率：35％；SJ-2掺量为1/万、2/万、2.5/万；萘系减水剂NF-1的掺量为1％。北京城市学院土木工程专业毕业设计（论文）第7页共37页3、第三组（双掺）：FS4、FS5、FS6为相同水胶比掺入粉煤灰、硅灰及外加剂的混凝土。粉煤灰FA的掺量为30％,其密度为2.15g/m3；硅灰SF的掺量为10％；水泥密度为3.10g/m3；砂率：35％SJ-2掺量为1/万、2/万、2.5/万；萘系减水NF-1掺量为1％。4、第四组（双掺）：SB4、SB8、SB12为不同水胶比掺入硅灰、矿渣及外加剂的混凝土硅灰SF的掺量为10％；矿渣BFS的掺量为45％，其密度为2.80g/m3；水泥密度为3.10g/m3；砂率：35％；SJ-2掺量为1/万、2/万、2.5/万；萘系减水NF-1掺量为1％。5、第五组相同强度的高性能混凝土分两组进行试验，其中一组不掺加合成纤维，另一组掺加合成纤维，根据试验的数据分析纤维对混凝土收缩的影响。此纤维是钢纤维和聚丙纤维的合成，钢纤维的作用主要是增加混凝土的抗冲击强度，聚丙纤维的作用是减少混凝土早期裂缝，对混凝土早期裂缝的控制上起到一定的作用。第一组：命名为高性能混凝土1，未掺加合成纤维第二组：命名为高性能混凝土2，掺加合成纤维此五组为试验的设计方案，根据此方案测试收缩，分析各个因素对高性能混凝土的影响规律。北京城市学院土木工程专业毕业设计（论文）第8页共37页第3章混凝土非接触式试验仪器及试验步骤3.1试验仪器混凝土收缩开裂与混凝土期3d内早龄期收缩性能密切相关。但传统的收缩变形性能测试方法无法检测。电涡流非接触式新型混凝土早龄期收缩测试方法的基本原理是采用非接触式位移传感