【正文】 performance concrete, Carbonation 長(zhǎng)沙學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) III 目 錄 第 1 章 緒論 隨著空氣中二氧化碳的濃度呈現(xiàn)出逐年上升的趨勢(shì)；同時(shí)，工廠排泄的廢液和廢渣使地下水中的 CO2和 SO2的濃度增加，不斷增長(zhǎng)的二氧化碳濃度將加劇混凝土結(jié)構(gòu)的碳化，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的抗炭化性帶來(lái)更為不利的影響。 10 答 辯 回答問(wèn)題有理論依據(jù)，基本概念清楚。 ② 論文格式、排版等不規(guī)范。共制作了 12 組實(shí)驗(yàn)。 依據(jù)正交試驗(yàn)結(jié)果，采用對(duì)比試驗(yàn)方法，測(cè)定主要因素作用下的復(fù)合型摻合料混凝土的抗碳化性能，并與單摻、雙 摻、三摻摻合料的混凝土作對(duì)比，分析比較隨著摻合料品種的增加和摻合料比例的調(diào)整，混凝土各項(xiàng)耐久性指標(biāo)的改善程度。 7 四、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯評(píng)審表 4 二、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中期報(bào)告 擬 達(dá) 到 的 要 求 或 技 術(shù) 指 標(biāo) 通過(guò) 配合比試驗(yàn) 將磨細(xì)鋼渣粉、粉煤灰、礦渣微粉和硅灰配制成復(fù)合型摻合料，取代部分水泥配制成高性能混凝土，以摻復(fù)合型摻合料混凝土的抗碳化性能為主要內(nèi)容，研究影響高性能混凝土碳化的因素及微觀孔結(jié)構(gòu)等， 以提高高性能混凝土的抗炭化性能為目的 ， 探討了復(fù)合型摻合料、水膠比、消石灰等因素對(duì)混凝土抗炭化性能的影響 ， 得出對(duì)于有抗碳化要求混凝土的配合比方案。根據(jù)基準(zhǔn)混凝土配合比，在膠凝材料總量不變的情況下，改變摻合料取代量，得到拌制混凝土?xí)r所需要的各種材料用量。 指導(dǎo)教師對(duì)該生前期研究工作的評(píng)價(jià) 指導(dǎo)教師簽名： 日 期： 7 長(zhǎng)沙學(xué)院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)教師評(píng)閱表 助學(xué)點(diǎn)： 長(zhǎng)沙學(xué)院繼 續(xù)教育學(xué)院 學(xué)生姓名 張三 考籍號(hào) 991221234555 班 級(jí) 交通土建工 程 專 業(yè) 交通土建工程 指導(dǎo)教師姓名 課題名稱 高性能混凝土的研究與發(fā)展現(xiàn) 狀 評(píng)語(yǔ)：（包括以下方面，①學(xué)習(xí)態(tài)度、工作量完成情況、材料的完整性和規(guī)范性；②檢索和利用文獻(xiàn)能力、計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力；③學(xué)術(shù)水平或設(shè)計(jì)水平、綜合運(yùn)用知識(shí)能力和創(chuàng)新能力；） 選題與文獻(xiàn)綜述（ 20 分） 分值： 創(chuàng)新性 (15 分 ) 分值： 基礎(chǔ)理論和專門知識(shí) (35 分 ) 分值： 作者寫作、表達(dá)能力 (30 分 ) 分值： 合 計(jì) 分值： 是否同意參加答辯： 是□ 否□ 指導(dǎo)教師評(píng)定成績(jī) 分值： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 說(shuō)明：各項(xiàng)成績(jī)的百分比由各助學(xué)點(diǎn)自己確定，但應(yīng)控制在給定標(biāo)準(zhǔn)的 20％左右。主要問(wèn)題回答簡(jiǎn)明準(zhǔn)確 50 合 計(jì) 100 答辯評(píng)分 分值 （平均分） ： 答辯小組長(zhǎng)簽名： 答辯成績(jī)： a: 35％＝ 指導(dǎo)教師評(píng)分 分值： 指導(dǎo)教師評(píng)定成績(jī) b： 50％＝ 評(píng)閱教師評(píng)分 分值： 評(píng)閱教師評(píng)定成績(jī) c： 15％＝ 最終評(píng)定成績(jī) 分?jǐn)?shù)： 等級(jí)： 教學(xué) 系主任簽名： 年 月 日 學(xué)校意見(jiàn) 負(fù)責(zé)人（簽名）： 年 月 日 說(shuō)明：最終評(píng)定成績(jī)＝ a+b+c，三個(gè)成績(jī)的百分比由各助學(xué)點(diǎn)自己確定，但應(yīng)控制在給定 標(biāo)準(zhǔn)的 20％左右。混凝土碳化作為混凝土抗炭化性研究的重要內(nèi)容越來(lái)越得到關(guān)注，研究混凝土的碳化規(guī)律對(duì)提高鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗炭化性具有重 要的理論和實(shí)際意義。 11 第 4 章 摻 二元復(fù)合摻合料 混凝土 的 碳化試驗(yàn) 14 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)概述 15 第 5 章 摻 三元復(fù)合 摻合料混凝土 的 碳化試驗(yàn) 22 摻磨細(xì)鋼渣粉、粉煤灰和硅灰復(fù)合摻合料的混凝土碳化試驗(yàn) 1900 年，萬(wàn)國(guó)博覽會(huì)上展示了鋼筋混凝土在很多方面的使用，在 建材領(lǐng)域引起了一場(chǎng)革命，鋼筋混凝土開始成為改變這個(gè)世界景觀的重要材料。眾多工程實(shí)例證明，有些鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)生過(guò)早破壞，其原因不是由于強(qiáng)度不足，而主要是混凝土的耐久性不夠 [1]。 高性能 混凝土（ High performance concrete,簡(jiǎn)稱 HPC）是一種新型高技術(shù)混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基礎(chǔ)上采用現(xiàn)代混凝土技術(shù)制作的混凝土。 高性能混凝土一般應(yīng)具有以下特征 [2]： (1) 盡可能多地使用綠色水泥，最大限度地減少水泥熟料用量，代之以工業(yè)廢渣為主的礦物外加劑，從而減少水泥生產(chǎn)過(guò)程中的 CO SO2及 NO 等氣體的排放量，降低對(duì)天然資源與能源的消耗。通過(guò)大幅度提高混凝土耐久性，延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的使用壽命，使材料和工程充分發(fā)揮其功能。由于各種摻和料的細(xì)度和特性有明顯差別，所以采用不同品種、不同摻量的摻合料配制高性能混凝土?xí)r，其性能就會(huì)明顯不同。其中，自然碳化法過(guò)程緩慢且耗時(shí)長(zhǎng)；加速碳化法對(duì)于 CO2濃度的設(shè)定，我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與歐洲目前流行的方法有較大差別。研究高性能混凝土的碳化機(jī)理，提高高性能混凝土的抗碳化性能，對(duì)提高高性能混凝土的耐久性，推廣高性能混凝土在各種環(huán)境下的應(yīng)用局有戰(zhàn)略意義，也符合我國(guó)可持續(xù)發(fā)展要求?；谶@些研究成果，各國(guó)工程界相繼都把碳化作為混凝土耐久性的一個(gè)主要方面納入了設(shè)計(jì)規(guī)范，國(guó)際混凝土學(xué)術(shù)界已舉辦過(guò)多次有關(guān)混凝土碳化的學(xué)術(shù)討論會(huì)，國(guó)際水泥化學(xué)會(huì)議也報(bào)導(dǎo)了混凝土碳化研究的進(jìn)展，并且每次都有相當(dāng)數(shù)量關(guān)于混凝土碳化的論文發(fā)表，并從不同角度提出了碳化深度的計(jì)算模型。 材料因素包括水灰比、水泥品種、摻合料品種和摻量、外加劑類型、骨料品種與級(jí)配、混凝土表面覆蓋層等，它們主要通過(guò)影響混凝土的堿度和 密實(shí)性來(lái)影響混凝土碳化速度。在混凝土拌和過(guò)程中，水占據(jù)一定的空間，即使振搗比較密實(shí)，隨著混凝土的凝固，水占據(jù)的空間也會(huì)變成微孔或毛細(xì)管等。在同一試驗(yàn)條件下，不同水泥配制的混凝土的碳化速度大小順序?yàn)椋汗杷猁}水泥 普通硅酸鹽水泥 其他品種的水泥。一般情況下，水泥用量越大，碳化速度越慢 [5]。文獻(xiàn) [6]認(rèn)為：粉煤灰混凝土的早期抗碳化能力低于不摻粉煤灰的混凝土，但是后期的抗碳化能力有所提高。高效減水劑能夠降低用水量，改善混凝土的和易性，從而降低混凝土的孔隙率，故可提高混凝土的抗碳化能力。文獻(xiàn)研究發(fā)現(xiàn)：雙摻高效減水劑和引氣劑的混凝土初期抗碳化能力有所提高，但后期碳化深度增長(zhǎng)的趨勢(shì)比較大。所以骨 料的品種及顆粒級(jí)配能影響混凝土的碳化速度。氣密性覆蓋層使二氧化碳滲入混凝土的數(shù)量減少，濃度降低，可提高混凝土的抗碳化性能。 （ 1）相對(duì)濕度的影響 相對(duì)濕度大小的變化決定著混凝土孔隙水飽和度的大小。李果 [8]的研究結(jié)果表明：當(dāng)環(huán)境相對(duì)濕度超過(guò)臨界環(huán)境相對(duì)濕度 RH0時(shí)，混凝土內(nèi)鋼筋的腐蝕速度隨著環(huán)境相對(duì)濕度、環(huán)境溫度的升高而增大；當(dāng)環(huán)境相對(duì)濕度低于 RH0時(shí)，混凝土內(nèi)鋼筋的腐蝕速度很低，環(huán)境溫度的變化對(duì)其不產(chǎn)生明顯影響?；炷潦艿嚼瓚?yīng)力，混凝土內(nèi)部的微細(xì)裂縫擴(kuò)展，使二氧化碳容易擴(kuò)散，碳化速度加快。 （ 4）二氧化碳濃度的影響 環(huán)境中二氧化碳的濃度越大，混凝土內(nèi)外的二氧化碳的濃度梯度就越大。實(shí)際調(diào)查結(jié)果表明：其他條件一樣的情況下，施工質(zhì)量越好，混凝土強(qiáng)度越高，密實(shí)性越好，抗碳化能力也越強(qiáng)；施工質(zhì)量差，由于混凝土內(nèi)部裂縫、蜂窩和孔洞等因素增加了二氧化碳在混凝土中的擴(kuò)散路徑，使得碳化速度加快。 混凝土可視為連續(xù)級(jí)配的顆粒堆積體系，粗集料的間隙由細(xì)集料填充，細(xì)集料的間隙由水泥顆粒填充，而水泥顆粒之間的間隙則需要更細(xì)的顆粒來(lái)填充。同時(shí)還能降低標(biāo)準(zhǔn)稠度下的用水量，在保持相同用水量的情況下又可增加流動(dòng)度，因此改善和易性。 有些磨細(xì)礦物摻合料，如粉煤灰顆粒是煤粉在高溫燃燒過(guò)程中形成的，絕大多數(shù)為玻璃微珠，這些玻璃體光滑、致密、粒細(xì)，比表面積小又有級(jí)配，能減少顆粒間的內(nèi)摩阻力，從而減少混凝土的用水量，起到減水作 用。它們?cè)诟咝p水劑、激發(fā)劑的作用下，將水泥熟料析出的 Ca(OH)2轉(zhuǎn)化成低鈣硅比的 CSH 凝膠與 CAH,成為第二膠凝材 料，填充水泥石空隙，阻止 Ca(OH)2晶體的生長(zhǎng)，改善了水泥石與粗骨料界面的結(jié)合條件，使水泥石更為致密，晶粒細(xì)化。這種摻合料中各組分有機(jī)的配制在一起，省去了在實(shí)際工程中進(jìn)行雙摻配制的不便和困難 ，可以直接將這種復(fù)合礦物摻合料作為一種材料直接代替部分水泥，便于實(shí)際工程應(yīng)用，并能夠使混凝土的耐久性和強(qiáng)度更好。 李懿 [18]研究了摻磨細(xì)鋼渣粉、礦渣微粉和粉煤灰的復(fù)合型摻合料水泥膠砂的力學(xué)性能，得到最佳三摻摻合料比例，用于配制復(fù)合型摻合料混凝土，研究其抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、彈性模量及干燥收縮隨齡期的發(fā)展規(guī)律。 胡亞風(fēng) [20]研究了磨細(xì)鋼渣粉、粉煤灰和硅灰配制復(fù)合型摻合料，研究了單摻、雙摻和三摻在不同取代水泥量和水膠比下的水泥膠砂抗折抗壓 強(qiáng)度及耐久性，結(jié)果表明，采用復(fù)合方法能夠獲得良好的效果。在程宇科的研究基礎(chǔ)上，本文對(duì)摻復(fù)合型摻合料的高性能混凝土進(jìn)行系統(tǒng)性的碳化研究，研究成果將對(duì)維護(hù)混凝土保護(hù)層性能，提高鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性具有重要的理論和實(shí)際意義。通常情況下，早期混凝土具有很高的堿性，其 pH 值一般大于 12，這樣就在鋼筋表面形成一層鈍化膜，能夠阻止混凝土中鋼筋發(fā)生銹蝕。 (1) 混凝土 碳化機(jī)理 硅酸鹽水泥熟料的主要礦物成分是硅酸三鈣 (3CaOA12O3此時(shí)該層孔隙液的 pH 值降為 ～ ，即所謂 “ 已碳化 ” 。3H2O+3 H2CO3→ 3CaCO3+2 SiO2+6H2O 長(zhǎng)沙學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 8 CaCO3+ CO2+H2O→ Ca(HCO3)2 (2) 碳化對(duì) 混凝土 的影響 混凝土發(fā)生碳化最直接的影響就是導(dǎo)致混凝土堿度的降低， Taylor[22]指出已碳化混凝土的 pH 低于 ，低于鋼筋表面 鈍化膜穩(wěn)定存在的 pH=。由于空氣中的 CO2濃度較低，實(shí)際碳化速度很慢，碳化收縮本身引起混凝土收縮開裂的可能性不大，通常在一 年以后才會(huì)使混凝土表面產(chǎn)生很細(xì)微的裂縫。 基準(zhǔn) 混凝土 配合比設(shè)計(jì) 混凝土配合比設(shè)計(jì)的任務(wù)，就是根據(jù)原材料的技術(shù)性能及施工條件，合理選擇原材料 ，并確定出能滿足工程需要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的各項(xiàng)組成材料的用量。因此，提高高性能混凝土的耐久性，不僅可以延長(zhǎng)建筑物的使用壽命，提高經(jīng)濟(jì)效益；同時(shí)也是節(jié)約資源保護(hù)環(huán)境的有力舉措。本試驗(yàn)以 長(zhǎng)沙學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 9 抗壓強(qiáng)度 C40 作為設(shè)計(jì)值，通過(guò)全 計(jì)算方法進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)。本文以碳化深 度為其評(píng)價(jià)指標(biāo)。經(jīng)烘干處理后的試件，除留下相對(duì)的兩個(gè)側(cè)面外，其余表面用加熱的石臘予以密封。密封可采用機(jī)械辦法或油封，但不得采用水封以免影響箱內(nèi)的濕度調(diào)節(jié)。 5%的范圍內(nèi)。一般在第一、二天每隔兩小時(shí)測(cè)定一次，以后隔 4 小時(shí)測(cè)定一次。采用立方體試件 ,則在試件中部劈開。如果測(cè)點(diǎn)處的碳化分界線上剛好嵌有粗骨料顆粒，則可取該顆粒兩側(cè)處碳化深度的平均值作為該點(diǎn)的深度值。 表 31 每立 方米混凝土的材料用量 (Kg) 實(shí)驗(yàn)號(hào) 水泥 摻合料品種 取代量 (%) 摻合料用量 水 砂 石子 減水劑 F1 粉煤灰 5 F2 10 F3 15 H1 硅灰 5 H2 10 H3 15 K1 礦渣微粉 5 K2 10 K3 15 G1 磨細(xì)鋼渣粉 5 G2 10 G3 15 長(zhǎng)沙學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 11 試驗(yàn)結(jié)果及分析 (1) 摻合料品種和摻量對(duì)混凝土碳化的影響 本試驗(yàn)先將砂率為 ，水膠比為 的基準(zhǔn)混凝土 A2，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室分別養(yǎng)護(hù)28 天和 56 天后，碳化至規(guī)定時(shí)間 3d、 7d、 14d、 28d，測(cè)定碳化深度；然后將表 31 中各組混凝土在標(biāo) 準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下分別養(yǎng)護(hù) 28 天和 56 天后，碳化至規(guī)定時(shí)間 3d、