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1、湖南大学 硕士学位论文 自密实混凝土在结构加固工程中应用研究 姓名：易文 申请学位级别：硕士 专业：结构工程 指导教师：彭勃 20090910 硕士学位论文 摘要 自密实混凝土使用范围越来越广泛，使用频率也越来越高。针对自密实混凝 土的研究也越来越多，包括自密实混凝土的工作性能、力学性能、变形性能、耐 久性能、施工性能以及经济效益等方面。本文针对自密实混凝土应用于结构加固 工程存在的问题，研究的主要内容有：加固用自密实混凝土原材料研究，确定合 适的减水剂和胶凝材料组成；加固用自密实混凝土配合比设计方法研究，通过对 比常用的设计方法，结合加固工程特点，建立简单、快捷、适用的配合比设计方 法；新拌
2、加固用自密实混凝土工作性评价方法研究，建立简单、快捷，便于工程 现场操作的工作性评价方法；硬化加固用自密实混凝土性能研究，根据加固工程 结构受力特点，研究了新老混凝土界面粘结强度，自密实混凝土弹性模量，膨胀 性能，混凝土早期强度发展过程等。论文的主要研究成果如下： ( 1 ) 加固用自密实混凝土原材料选择及优化 通过一系列浆体流动度试验，选择聚羧酸减水剂F o x 8 0 作为自密实混凝土减 水剂，F o x 8 0 优点明显：掺量小，最佳掺量为0 3 0 ：初始流动度大，饱和掺量 水泥净浆初始流动度达到3 1 0 m m ：流动度经时损失小，饱和掺量时，6 0 m i n 流动 度几乎没有损
3、失。通过流动度试验，确定胶凝材料组成为水泥：硅灰：粉煤灰： 矿渣：膨胀剂= 6 6 ：4 ：1 0 ：1 0 ：1 0 。 ( 2 ) 加固用自密实混凝土配合比设计方法 结合加固工程自密实混凝土性能要求，确定加固用自密实混凝土配合 比中三个重要参数的选值范围：粗骨料绝对体积为2 8 0 “ - 35 0 L ，用水量 形为1 5 5 1 8 0 L ，水粉比W P 为0 2 9 1 O 3 9 3 。根据浆体量计算公式，满足工 作性要求粉体量V C F 应为1 6 0 “ - 2 3 0 L ，浆体量V C F + W + I r a 应为3 2 0 “ 4 0 0 L 。 ( 3 ) j J
4、 n 固用新拌自密实混凝土工作性评价方法研究 结合加固工程特点，建立简单、快捷、便于工程现场操作的评价方法，选择 坍落度筒试验，测试坍落扩展度、中边差和目测稳定性来评价混凝土工作性。加 固用自密实混凝土坍落扩展度为6 5 0 + 5 0 m m ，中边差 1 1 s i p 时，则牺牲经济性，直接增加水泥用量直至W I B = 1 1 s i p 。 4 3 3 5 确定含气量( V a ) 根据所使用外加剂和矿物掺合料品种及掺量设定自密实混凝土的含气量。 4 3 3 6 粉体量( v B ) , r l 浆体量( + 矽+ V a ) 已知用水量F 哪水胶比W B 可以计算得到胶凝材料用量M
5、 s 和粉体体积 V B = M B p ，p 为胶凝材料表观密度数值。自密实混凝土要实现自密实功能，达到理 想的工作性，其粉体量和浆体量+ 形+ 玩应在一定范围内。1 6 0 L 2 3 0 L ， 3 3 0 L I “ B + W + V a 4 0 0 L ，如果粉体量和浆体量z , - w ；V a 不在此范围内，返 回至= J J 4 3 3 2 ，重新确定用水量。满足要求则进入下一设计步骤。 4 3 3 7 计算l 立方混凝土细骨料体积用量( 跆) 由混凝土各组成材料( 包括固、气、液三相) 具有体积加和性，+ + 矿 + 玩+ V s = I O O O L ，V s = I
6、O O O L - ( + + 形+ 玩) 。 4 3 4 试配校核 上述步骤计算所得的配合比进行试配，工作性不满足要求，则可以调整减水 剂掺量，调整仍不能满足工作性要求，则返回到4 3 2 ，重新进行减水剂和胶凝材 料组成选择；或返回到4 3 3 1 ，重新确定粗骨料绝对体积；工作性满足要求后， 进入下一步校核是否满足强度要求。不满足强度要求，则返回4 3 3 3 重新进行 W I B 计算。满足强度要求则可以根据性能需求进行配合比微调，确定实验室配比。 4 4C 3 5 自密实混凝土配合比设计 4 4 1 自密实混凝土原材料及性能要求 工作性能等级：二级，坍落扩展度度为6 5 0 + 5
7、0 m m ，中边差为1 0 “ - - 2 0 m m 。 自密实混凝土在结构加固工程巾应用研究 强度等级：C 3 5 。 设定原材料：胶凝材料组成中水泥为复合硅酸盐水泥E C 3 2 5 ，其他材料组成 为第三章确定的不变，粗细集料满足C E C S 2 0 3 ：2 0 0 6 自密实混凝土应用技术规程 有关材料要求，粗集料为卵石。减水剂为F o x 8 0 。 图4 5 配合比设计流程图 硕十学位论文 4 4 2 配合比初步计算 4 4 2 1 粗骨料体积用量( ) 根据自密实混凝土工作性选取l 立方米体积粗骨料绝对体积用量为3 3 0 L ， 质量为M G = p o x = 3 3
8、 0 L x 2 7 2 9 e m 3 = 8 9 7 6 k g 。 4 4 2 2 单位体积用水量( 叨 考虑到采用聚羧酸减水剂F o x 8 0 ，掺入矿物细粉料配制C 3 5 等级的自密实混 凝土，而且粗细骨料级配良好，自密实混凝土工作性为二级，选择的单位体积用 水量1 7 5 L 。 4 4 2 3 计算强度要求水胶比( 形偈) 按照普通混凝土配合比设计规程J G J5 5 进行水灰比的设计计算，根据要 求确定设计强度： 尼= 3 2 5 M P a 厶口= 厶七+ 1 6 4 5 0 “ = 3 5 + 1 6 4 5 5 - - 4 3 2 3 N 仍a W B = a x x
9、 lL l 。+ a x b x1 3 = t 3 4 8x 3 2 5 ( 6 4 8 7 + O 4 8x0 3 3x3 2 5 ) - - 0 3 2 9 一 ( 4 3 ) ( 4 4 ) ( 4 5 ) 4 4 2 4 判断W B 是否满足工作性要求 根据工作性要求水粉比W P 为O 8 5 0 “ “ 1 1 5 , o ，P 为胶凝材料表观密度数值， 本实验中胶凝材料表观密度为2 9 2 9 c m 3 。因此W P 为O 2 9 1 O 3 9 3 ，O 2 9 1 W B O 3 9 3 ，W B 满足工作性要求。 4 4 2 5 确定含气量( v a ) 根据所使用外加剂和
10、矿物掺合料品种及掺量设定自密实混凝土的含气量为 1 5 即15 L 。 4 4 2 6 粉体量( v B ) j n 浆体量( + 矿+ V a ) M B = 1 7 5 0 3 2 9 = 5 3 1 9 k g ，V B = M p p = 5 3 1 9 2 9 2 = 1 8 2 2 L ，1 6 0 L V B 2 3 0 L ，满 足要求，+ 形+ V a = 1 8 2 2 + 1 7 5 + 1 5 = 3 7 2 2 L ，3 2 0 L + 形+ V a 4 0 0 L ，满足要求。 4 4 2 7 计算1 立方混凝土细骨料体积用量( z s ) 由混凝土各组成材料( 包
11、括固、气、液三相) 具有体积加和性，+ + 形 + 玩+ V s = 1 0 0 0 L ，V s = 1 0 0 0 - ( + + 形+ V a ) = 1 0 0 0 3 3 0 - 1 8 2 2 - 1 7 5 - 1 5 = 2 9 7 8 L 。 3 9 自密实混凝土在结构加固工程中应用研究 质I M s = p s 降2 9 7 8 L x 2 6 5 9 e r a 3 = 7 8 9 2 k g 。 4 4 2 8 高效聚羧酸减水剂F o x 8 0 用量 根据水泥净浆流动度，胶砂流动度试验结果，选择高效聚羧酸减水剂F o x 8 0 掺量为O 3 ，质量为1 5 9 6
12、k g 。 4 4 3C 3 5 自密实混凝土配合比 C 3 5 自密实混凝土配合比见表4 3 。 表4 3C 3 5 自密实混凝土配合比 注：胶凝材料中水泥为E C 3 2 5 ，粗集料为卵石。 4 5C 5 5 自密实混凝土配合比设计 4 5 1 自密实混凝土原材料及性能要求 工作性能等级：二级，坍落扩展度度为6 5 0 + 5 0 m m ，中边差为1 0 - - - 2 0 m m 。 强度等级：C 5 5 。 原材料：第二章及第三章中所确定原材料。 4 5 2 配合比初步计算 4 5 2 1 粗骨料体积用量( ) 根据自密实混凝土工作性选取1 立方米体积粗骨料绝对体积用量为3 3 0
13、 L ， 质量为M a = p G xV o = 3 3 0 L x 2 7 2 9 c m 3 = 8 9 7 6 k g 。 4 5 2 2 单位体积用水量( 叨 考虑到采用聚羧酸减水剂F o x 8 0 ，掺入矿物细粉料配制C 5 5 等级的自密实混 凝土，而且粗细骨料级配良好，自密实混凝土工作性为二级，选择的单位体积用 水量1 7 0 L 。 一 4 5 2 3 计算强度要求水胶比( W i n ) 按照普通混凝土配合比设计规程J G J5 5 进行水灰比的设计计算，根据要 求确定设计强度： 疋= 4 2 5 M P a ( 4 6 ) 无。= 厶七+ 1 6 4 5 0 “ = 5
14、5 + 1 6 4 5 x 6 ( 4 7 ) = 6 4 8 7 M P a 硕士学位论文 矽倡= a 无( 厶。+ a b x 尼) = O 4 6 4 2 5 ( 6 4 8 7 年0 4 6xO 0 7 4 2 5 ) ( 4 8 ) = 0 2 9 5 4 5 2 4 判断W B 是否满足工作性要求 根据工作性要求水粉比W P 为O 8 5 伽1 1 5 o ，P 为胶凝材料表观密度数值， 本实验中胶凝材料表观密度为2 9 2 9 e m 3 。因此W P 为0 2 9 1 0 3 9 3 ，0 2 9 1 W B 0 3 9 3 ，W B 满足工作性要求。 4 5 2 5 确定含气
15、量( 玩) 根据所使用外加剂和矿物掺合料品种及掺量设定自密实混凝土的含气量为 1 5 即1 5 L 。 4 5 2 6 粉体量( ) 和浆体量( + 矽+ 玩) M B = 1 7 0 0 2 9 1 = 5 7 6 0 k g ，V B = M n p = 5 7 6 2 9 2 = 1 9 7 3 L ，1 6 0 L V B 2 3 0 L ，满 足要求，计算+ 形+ V a = 1 9 7 3 + 1 7 0 + 1 5 = 3 8 7 3 L ，3 2 0 L + 形+ V a 4 0 0 L ，满足要 求。 4 5 2 7 计算1 立方混凝土细骨料体积用量( 跆) 由混凝土各组成材料( 包括固、气、液三相) 具有体积加和性，+ 珞+ 形 + 玩+ V s = I O O O L ，V s = I O O O L - ( - V a + + W + V a ) = 1 0 0 0 - 3 3 0 - 1 9 7 3 - 1 7 0 - 1 5 = 2 8 7 7 L a 质量M s = P s xV s = 2 8 7 7 L x 2 6 5 9 c m 3 = 7 6 2 4 k g 。 4 5 2 8 高效聚羧酸减
