砂率、用水量和坍落度对道路混凝土强度的影响毕业设计论文.doc
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1、 毕业论文砂率、用水量和坍落度对道路混凝土强度的影响 学 院: 交通与车辆工程学院 专 业: 交通工程 学生姓名: 学 号: 指导教师: 2012年 6月摘 要水泥混凝土路面具有耐久性好,耐高温性强等特点,近几年来它被广泛用于机场、厂矿等工业民用建筑。但随着汽车保有量逐年的大幅度提高,水泥混凝土路面在繁重的交通的运营状态下破坏极其严重。这样的问题近几年来明显地暴露出来,并产生很多经济损耗。如何提高水泥混凝土路面的强度已成为工程建设所关心的问题。在各国学者对各种因素影响路面水泥混凝土强度的研究基础上,本文着重讨论了砂率、用水量、坍落度这三个因素对路面水泥混凝土强度的影响规律,找出最佳强度下的砂率
2、、用水量、坍落度。关键词:水泥混凝土路面,强度,砂率,用水量,坍落度AbstractCement concrete pavement has good durability and high temperature resistant, in recent years it has been widely used in airports, factories, and other industrials and civil buildings. But with the substantial increasing in car ownership from year after year,
3、 under the heavy traffic operating condition, cement concrete pavement damages extremely. Such a problem in recent years exposed, and generate a lot of economic loss. How to improve the strength of cement concrete pavement has become the concern of the project construction.On the basis of studies ab
4、out a variety of influence factors of cement concrete pavement of scholars from various countries, this article focuses on the effect of the strength of pavement cement concrete on these three factors including sand ratio, water consumption and slump, then to find the optimal intensity of sand ratio
5、, water, slump.Key words: Cement concrete pavement;Strength, sand ratio;Water consumption;Slump目 录摘 要.IAbstractII目 录III第一章 绪 论11.1 研究背景及重要性11.2 国内外相关研究现状31.3 本论文的研究目的和研究内容6第二章 混凝土的强度及其影响因素72.1 混凝土的强度72.2 混凝土强度的影响因素分析10第三章 道路水泥混凝土的组成设计与配合比设计方法153.1 道路水泥混凝土的组成设计153.2 路面水泥混凝土的配合比设计18第四章 砂率、用水量和坍落度对路面混凝
6、土强度影响研究254.2 参数的确定274.3 试验方案的设计284.4 试验方案的实施294.5 试验结果的分析40第五章 结论与展望435.1 结 论435.2 有待进一步研究的问题43参考文献44致 谢.46第一章 绪 论1.1 研究背景及重要性1.1.1研究背景1第一阶段:摸索起步阶段(1977年以前)初期,1949年到1966年,这一阶段我国混凝土的总里程还没有达到1000公里,发展极其缓慢,其主要原因主要是我国国家经济的发展有限,汽车的保有量低,人民对汽车的客观需求小;其次在当时我国的水泥工业比较落后,水泥价格和沥青价格不相上下,水泥混凝土路面的工程造价比广泛采用的薄层沥青表处所需
7、的花费要大许多倍。所以,在当时,公路部门的研究所没有人研究水泥混凝土路面,主要研究的课题是泥结碎石路面和沥青表处路面。2第二阶段:技术开发阶段(1978年到1985年)在1978年到1985年,我国的科技规划安排了水泥混凝土路面技术这一重大研究项目。在这一阶段中我国的水泥混凝土道路的建设里程数已经有数千公里的成就。这时研究部门的研究重点偏向于理论和参数的设计,但是在施工方法上并没有改进而仍以手工操作为主,没有专用的配套大型机械设备。3第三阶段:迅猛发展阶段(1986年到1998年)在这一阶段我国公路水泥混凝土路面的总里程数已经上升到数万公里,每年年建成的水泥混凝土路面大约在1000020000
8、公里。截止到2000年底,我国建成水泥混凝土路面里程数已逾118576公里。截止2002年,我国建成水泥混凝土路面里程数已达到16.75万公里以上。到2001年底,我国在高速公路水泥混凝土路面建设中已经推广滑膜技术,建成了高速公路2400 km、高等级公路3500多公里。根据我国重载交通的运营和路面的早期破损等情况,设计规范与施工规范提出了“更强更厚”的方针。设计规范解决了“更厚”的问题,规范规定我国普通公路设计厚度最小值为200 mm,高速公路水泥混凝土路面设计厚度最小值为260 mm;施工规范解决了“更强”的问题,明确说明水泥混凝土路面施工配制弯拉强度要按可靠度理论进一步提高。为能够有效遏
9、制特重交通量与超重轴载下的早期快速破损问题,目前,我国高速公路滑膜摊铺水泥混凝土路面上的平均弯拉强度已经达到6.57.3 MPa的水平。 1.1.2研究重要性20世纪90年代以来,我国水泥混凝土路面得到空前的发展。截止到1990年,我国建成的水泥混凝土路面仅为11373 km。到2002年底,我国建成水泥混凝土路面为167 517 km,水泥路面净增了156 144 km。截止2002年底,我国水泥路面和沥青路面的总里程为288 644 km,其中水泥路面占58%。近几年的水泥路面每年的建设规模超过25 000 km,中国在水泥混凝土路面里程数上已经与世界上其他发达国家不相上下。之所以水泥混凝
10、土路面所占比例这么大,是因为水泥混凝土路面的有很多主要的优点:1刚度大、承载能力强水泥混凝土路面板弹性模量在(30 000100 000)MPa之间,而板底分布荷载非常小。所以水泥混凝土路面对基层的承载力要求相对较低,根据这一特性它广泛地适应在稳定基层上的重载交通的道路,比如高速公路、机场厂矿道路上和有重载交通的工业园区使用。而在土基承载力小的轻交通量的道路则可直接将水泥混凝土路面铺筑于土基上。2平整度持续时间长水泥混凝土路面的平整度较好而且平整度持续时间要比沥青路面长很多,但是要满足的必要条件是施工平整度好,基层抗冲刷性高。3使用寿命长水泥混凝土路面的设计基准期为30年,而沥青路面的设计基准
11、期为15年,设计年限比柔性路面长一倍,所以竣工通车后所需的维修费用很低。在实际运营过程中水泥混凝土路面从竣工到大修大约为10年时间,而沥青路面仅5年。所以在实际运营中水泥混凝土使用年限依然比沥青路面高一倍。4耐候性、耐久性好水泥混凝土是刚性路面,它拥有较好的耐候性和耐久性。水泥混凝土路面使用的是无机材料,它只存在风化,不会老化,而由于风化是老化的时间的100倍,所以水泥混凝土路面的耐久性较其它柔性路面要高很多。5耐水性好、耐高温性强耐水性好是说水泥混凝土路面能够较好地防止降水进入板中,所以它常应用于降水量大的地区,在短期进水的过水路面上交通可照常进行。耐高温性强指水泥混凝土路面在持续的高温条件
12、下产生的变形非常小不会影响平整度和行车质量。6组成材料容易得到。水泥混凝土路面对粗集料的磨光值和磨耗值的要求相对较低,可使用的粗集料岩石种类广泛,集料易得。7弯拉强度高、疲劳寿命长弯拉强度不小于5.5 MPa,抗压强度不小于35 MPa的合格水泥混凝土路面板,在标准轴载的应力强度比下,疲劳寿命长,可达到5001000万次弯曲疲劳循环。8色度低、色差小、隔热性好水泥混凝土路面为白色路面,它的的色度低、色差小,具有很高的阳光反射、热量反射和隔热性能,在冰雪季节中,虽然路面上的冰雪融化的时间长,但对于冻土路段保证路基的冻土不融化而造成失稳具有重要意义。1.2 国内外相关研究现状1.2.1国外对混凝土
13、强度增长的相关研究概况 国外研究人员曾经通过大量试验并分析,认为混凝土的早期强度S与成熟度M成正比。在此之上还有许多学者认为除了可以用混凝土的成熟度来描述混凝土的早期强度增长规律外,还可以设法将强度增长与混凝土的水泥水化程度联系起来,在大量试验后,这些学者的研究认为混凝土的抗压强度与水化产物的数量成正比。Regourd和Gauthier还研究了抗压强度与水化反应关系间的动力学问题。另外许多实验数据还证明,混凝土强度的增长不仅与混凝土的水化程度有关,而且还与混凝土达到这个水化程度的水化动力学密切相关。研究人员在电子扫描镜下发现水化产物的微观结构的变化是由养护时环境的温度的差异性引起的,而这种差异
14、性将会导致混凝土最后的强度不同。而Cervera等人将混凝土的成熟度和水化程度联系了起来,这个试验是在混凝土强度随龄期增长的试验中突然想到的,接着他引人了“龄期系数”这个概念,从而在混凝土的强度增长模型中体现了水化程度和养护温度这两方面的因素。1.2.2国内对混凝土强度影响因素的相关研究概况由于混凝土路面发挥的主要作用都是承受各种荷载的作用,所以近几年来,我国在工程建设中,混凝土广泛地应用于机场、停车场、道路桥梁及水利工程中,成为各类建筑的首选类型。混凝土强度直接影响这些建筑的耐久性,因此,混凝土的强度成为了衡量其性能的重要指标。混凝土的强度有抗压强度、抗拉强度和抗折强度。混凝土是一种脆性材料
15、,它的抗压能力远远高于其他性能,因此,在许多机构中混凝土承受的是压力作用,需要体现抗压能力;混凝土的抗拉强度很小,所以不要求混凝土直接承受拉力作用。 在混凝土路面中,混凝土还主要承受弯曲荷载,所以抗折强度也是是混凝土路面结构的一项重要指标。混凝土的强度是由水泥石强度、集料强度和水泥石与集料界面强度决定。一般集料本身的强度是比较可靠的,所以混凝土强度损坏主要是由水泥石强度损坏或水泥石与集料截面损坏引起,这两项起决定性作用。1水泥在水灰比一定的条件下,矿渣水泥、火山灰水泥的早期强度比较低,硅酸盐水泥与普通硅酸盐水泥的早期强度较高,但是他们28 d 后强度会趋于基本相同。当水泥的品种相同时,在水灰比
16、一定的情况下,水泥混凝土强度标号越高强度将会越低,当水泥的标号相同时,早强型水泥比其他品种的水泥的早期强度高。2集料混凝土的强度还受集料的级配所影响。细、粗集料的级配如果合理,所形成的混凝土的内部孔隙就会减少,混凝土的强度就会显著提高。混凝土的强度也受集料的集料的种类所影响。比如碎石类混凝土的强度明显高于卵石类。水泥石与粗集料截面的强度,受集料表面状况的影响很大,粗糙的集料的表面比光滑的表面更容易与水泥石相粘接,在其他条件相同的情况下,碎石混凝土强度明显地高于卵石混凝土的强度。混凝土的强度还受含泥量所影响。粗集料表面的含泥量也是影响粘结强度的主要因素,含泥量小的集料与水泥石相粘结的效果要明显地
17、好于不清洁的集料与水泥石的粘结效果。3外加剂通过国内外大量学者的早期研究发现,使用外加剂可以大幅度改变混凝土的强度。比如提高混凝土的早期强度可以使用早强剂,但是早强剂的效果在28 d强度以及之后形成的强度将会降低。而降低混凝土的早期强度可以使用缓凝剂,但是使用缓凝剂后期强度就可能会增加。如果想要减少用水量或增加流动性,那么减水剂与高效减水剂可以实现这种功能,并且使用减水剂还可以增加混凝土各龄期的强度。4水灰比通过许多大量的试验,许多学者发现,在常温下,水灰比越大,养护相同的龄期的混凝土强度就会越小。5振捣混凝土的强度也与振捣成型过程有关,如果振捣混凝土时,振捣不充分,在混凝土的内部还存在很多气
18、泡,由于这些气泡不能完全排除,它们会在混凝土中形成许多孔隙,这些气孔将会使混凝土的强度降低,而过分的振捣则使混凝土产生离析或者发生泌水现象,从而导致混凝土内部集料分布不均匀,所以过分的振捣也会降低混凝土的强度。6温度浇筑时的温度和养护室的温度对混凝土的强度也会有影响。浇注时,混凝土的温度与早期强度的发展成正比,与混凝土的后期强度成反比。养护时,温度与混凝土的早期强度成正比,但是后期强度不一定就高,这还要看其他因素。7龄期所有混凝土在28 d 内强度增长较快,在后期,混凝土的强度增长就会变得缓慢。8养护在浇注完混凝土后,充分养护可以使混凝土进行充分的水化作用,混凝土的强度增长便会顺利进行。所以,
19、是否能够对混凝土结构充分养护对混凝土能否形成足够的强度影响较大。此外,光照及湿度均会对混凝土的强度产生较大影响。1.3 本论文的研究目的和研究内容本文在对国内外混凝土强度研究现状进行总结分析的基础上探讨影响混凝土强度的因素,并推荐适用于路面混凝土设计的砂率,坍落度和单位用水量。主要研究内容如下:1国内外相关研究的调研分析;2砂率对新拌路面混凝土强度的影响研究;3坍落度对新拌路面混凝土强度的影响研究;4单位用水量对新拌路面混凝土强度的影响研究。第二章 混凝土的强度及其影响因素2.1 混凝土的强度1立方体抗压强度按照标准制成边长150 mm的立方体时间,在标准条件下养护至28d龄期,用标准方法测定
20、其受压极限破坏荷载,以式(2-1)计算混凝土的抗压强度,以MPa计,混凝土立方体抗压强度通常被用于建筑工程的有关规范和质量控制。 (2-1)式中,立方体抗压强度,MPa; 试件破坏载荷,N; 试件承压面积,mm2。(1)立方体抗压强度标准值按照现行国标(GBJ 10787)的定义,混凝土的“立方体抗压强度标准值”是指按标准方法制作和养护的边长150 mm的立方体时间,在28 d龄期,用标准试验方法测得的抗压强度总体分布的平均值减去1.645倍的标准差。强度标准值的保证率系数不低于95%,即在混凝土强度总体分布中强度低于的百分率不超过5%,立方体抗压强度标准值由式(2-2)计算,以MPa计。 (
21、2-2)式中:强度总体分布的平均值,MPa; 强度总体分布的标准差,MPa; 1.645与保证率95%对应的保证率系数值,由表2-1查得。表2-1 保证率系数0.00-0.524-0.842-1.00-1.04-1.28-1.40-1.600.500.700.800.8410.850.900.9190.945-1.645-1.80-2.00-2.06-2.33-2.58-2.88-3.000.9500.9640.9770.9800.9900.9950.9980.999(2)强度等级混凝土的“强度等级”是根据“立方体抗压强度标准值”确定的。“强度等级”采用符号“C”与“立方体抗压强度标准值”两项
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