毕业设计(论文)--骨料表面处理对水泥基材料性能的影响.doc
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1、石家庄铁道大学毕业论文毕业设计成绩单学生姓名孙少雄学号20102337班级材1001-1专业无机非金属材料工程毕业设计题目骨料表面处理对水泥基材料性能的影响指导教师姓名罗永会指导教师职称副 教 授评 定 成 绩指导教师得分评阅人得分答辩小组组长得分成绩: 院长签字: 年 月 日毕业设计(论文)任务书题目骨料表面处理对水泥基材料性能的影响学生姓名孙少雄学号20102337班级材1001-1专业无机非金属工程承担指导任务单位材料科学与工程学院导师姓名罗永会导师职称副教授 一、主要内容1界面过渡区理论。2. 骨料表面处理对水泥基材料性能的影响。 二、基本要求1按照规范标准进行试验,试验结果要真实可靠
2、。2将试验结果绘制成图表,进行合理的分析并得出正确的结论。 三、主要技术指标1砂浆的1d、3d、7d、28d抗压强度。 四、内容 1.论文:20000字2.外文翻译:3000字 五、进度安排第4周 - 第5周 检索文献资料,拟订试验方案,准备英文翻译;第6周 - 第10周 准备原材料,进行试验,中期报告;第11周 - 第14周 性能测试,分析整理实验数据;第15周 - 第17周 撰写论文,准备答辩。教研室主任签字时间 年 月 日毕业论文前期报告题目骨料表面处理对水泥基材料性能的影响专业无机非金属材料工程班 级材1001-1班姓名孙少雄一、研究背景人们很久以来就已认识到硬化水泥浆体与粗骨料的界面
3、是混凝土最薄弱的环节。1963年,Hsu等人系统地观察了混凝土的断裂过程,发现在加荷前一些界面已开裂, 在外荷达70%破坏应力之前,裂缝主要在界面发生,超过这一荷载, 裂缝开始向基相发展并相互连通。集料尺寸越大,其与硬化水泥浆的界面越易开裂。首先在细观级上对界面进行了研究,提出界面过渡区的概念。他们用显微硬度测试技术发现在靠近骨料表面处,硬度最小,向基体发展,硬度逐渐增加,呈梯度变化,到10拌m以后则为常数。此后,更多的学者开始利用现代测试技术对硬化浆体与集料界面的组成、结构及成因进行了进一步的研究从不同的角度证实界面过渡区内从骨料表面到水泥浆本体,孔隙率由大到小、晶体粒子由多到少及结晶取向择
4、优性逐渐变弱等梯度分布现象,其叠加则构成了界面弱区。同时,由于骨料与水泥浆体弹性模量和热膨胀系数的差异,又使界面成为应力最为集中的区域从而影响混凝土的强度和耐久性在研究界面区结构特征的同时,混凝土研究工作者都始终把研究的主要注意力放在如何改善界面区结构, 提高混凝土性能上通过用花岗岩碎石、石英质碎石、硅质河卵石和混合河卵石等四种不同表面特性的粗骨料混凝土作分析比较,表明骨料表面的粗糙度明显地影响着混凝土的强度,尤其是对低水灰比的高强度混凝土。通过增加界面粗糙度的方法,提高了界面结合力,改善了混凝土的耐久性。但研究人员也发现, 虽然通过骨料表面粗糙化,可以改善界面粘结状况,从而改善混凝土力学行为
5、,但其改进程度是很有限的,其主要原因是骨料表面粗糙化,必然存在凸起尖锐部分,这种尖端效应又易于引发砂浆的收缩裂纹及受力下的开裂。二、国内外发展现状从国内外的研究现状来看,关于水化水泥基相的研究比较全面深入,所形成的理论也比较成熟;分散粒子由于其自身性质单一稳定,对混凝土性能的影响相对较小;而界面过渡层因其组成成分和水泥水化物相同,故研究者常常忽略对其进行专门的研究。事实上,之所以把界面过渡区作为混凝土的一种独立要素,说明其结构和性能与非过渡区水泥水化物存在较大的差异,有必要对其进行单独的分析和研究。许多关于混凝土性能方面的现象难以从其他方面寻求解答,却能通过对界面过渡区的分析而得到解释。诸如在
6、相同水胶比、相同水化时间的前提下,水泥砂浆的强度比混凝土要高;随着粗骨料粒径的增大,混凝土的强度降低,在遭遇火灾时,混凝土弹性模量比抗压强度降低要快;混凝土的抗拉强度比抗压强度小一个数量级等等。三、预期达到的效果(l)骨料经不同的酸处理后, 混凝土的强度、界面区的显微硬度、线性变形区的大小和弹性模量均有所提高或扩大, 说明用酸处理骨料表面是有效的。但用Na0H处理则无效,甚至对混凝土的界面结构和力学行为产生负影响。(2)硅质骨料由于偏酸性, 酸对其腐蚀较慢,混凝土强度随着处理时间的增长而增强,因此处理时间应适当延长;而碱性骨料经酸处理后, 其混凝土的强度随处理时间的变化存在一峰值,故应控制最佳
7、时间。(3)骨料化学预处理可以明显改善混凝土的力学性能,值得进一步深人研究指导教师签字时 间年 月 日石家庄铁道大学毕业论文骨料表面处理对水泥基材料性能的影响Effect of the aggregate surface treatment on the properties of cement based material2014 届 材料科学与工程 学院(系)专 业 无机非金属材料工程 学 号 20102337 学生姓名 孙少雄 指导教师 罗永会 完成日期 2014年 6 月 日摘 要本文研究了使用酸碱对砂浆骨料表面预处理对砂浆强度的影响,化学预处理主要目的在于改变骨料表换粗糙度和活性,通
8、过改变化学药品处理的时间的不同,通过对比不同药剂、时间处理后的砂浆试件的强度来观察并研究其中的机理,本文主要做了一下工作:(1)砂浆配合比的设计工作,根据实验所需要和实验性质,研究化学预处理对于砂浆强度的影响不宜与使用高强砂浆,所以本文设计了M2.5、M5和M7.5三种的强度,实验配合比严格按照国标设计,设计目的在于突出表现出化学药品处理过的砂浆骨料对于强度的影响。(2)使用质量分数为10%的氟化铵和氢氧化钠分别处理河砂,以处理15min和45min为两种控制方式,考察处理后的强度变化;处理时要特别注意时间的控制和处理结束后对于河砂的冲洗处理,要求不能存在残留的酸或碱,否则会对实验结果造成干扰
9、,影响实验的准确性。(3)研究发现经过氟化铵处理的骨料所制作的试件的强度对比空白试件来说,处理时间越短的分组强度降低程度越大,例如氟化铵处理15min的试件强度平均降低47.3%,而氟化铵处理45min的试件平均降低19%左右;氢氧化钠处理的骨料所制作的试件的强度对比空白试验试件来说,处理时间越长的分组强度降低越大,例如氢氧化钠处理15min的试件强度平均降低16%左右,而氢氧化钠处理45min的试件强度平均降低57.5%左右。关键词:配合比设计 化学预处理 强度变化AbstractThis paper studies the effect of the use of acid and alk
10、ali on mortar surface pre treatment of aggregate on strength of mortar,The main purpose of chemical pretreatment is to change the roughness and activity of the aggregate surface,We chang the chemical treatment of different duration to observe and study the mechanism of the different duration and dif
11、ferent agents by comparing of the specimen strength.This paper has done the following work:(1)The work of designing mix ratio of mortar.According to the need of the experiment and the experiment nature,we hnow that studys on chemical pretreatment effect on the strength of mortar should not use high
12、strength mortar,so I design three kinds of intensity:M2.5,M5 and M7.5.Than I design experiment according to the national standard strictly,The design aims to show the effect of chemical processing of the aggregate the on the strength of mortar.(2)We deal river sand with ammonium fluoride and sodium
13、hydroxide which quality scores is 10% ,In order to investigate the changs of the strength,we deal the aggregate with 15min and 45min.Treatment should be paid special attention processing time and the flushing of river sand when the experiment end,it request that there should not be remaining acid or
14、 alkali.Otherwise,it will cause interference to the experimental results and effect the accuracy of the experimental.(3)Comparing the test-piece treated by ammonium fluoride to the blank,we find that the strength of mortar decreasing more which packet processing time is short,for example, the streng
15、th of the test-piece treated by ammonium fluoride in 15min reduce by an average of 47.3%,but specimens treated by the ammonium fluorid in 45min reduce by an average of about 19%;the strength of mortar decreasing more which packet processing time is long,for example,the strength of the test-piece tre
16、ated by sodium hydroxide in 15min reduce by an average of 16%,but specimens treated by the sodium hydroxide in 45min reduce by an average of about 57.5%.Key word: design of mix proportion Chemical pretreatment change of strength目 录第1章 绪论11.1 界面过渡区对水泥基材料的影响11.2 国内外界面过渡区的研究现状和前景21.2.1 国内外现状21.2.2 界面过渡
17、区研究的发展前景21.3 本论文的研究内容4第2章 砂浆界面过渡区对水泥基材料影响的研究分析52.1 界面过渡区的形成机理52.2 骨料表面的处理方法举例5第3章 实验材料及实验方法73.1 砂的含水率试验(标准法)73.2 砂的含泥量的检测试验73.2.1 含泥量试验73.2.2 泥块含量试验83.3 水泥的检测指标93.3.1 水泥凝结时间的测定93.4 砂浆配合比的设计93.4.1 确定M2.5砂浆的试配强度93.4.2 确定M5砂浆的试配强度103.4.3 确定M7.5砂浆的试配强度103.5 砂浆稠度试验103.6 实验材料及方法123.6.1 原材料123.6.2 实验方法12第4
18、章 实验结果及分析18第5章 总结与展望195.1 总结195.2 展望19参考文献20致谢22附录23第1章 绪论1.1 界面过渡区对水泥基材料的影响过渡区的粘结强度较低,成为了水泥基材料中的一个薄弱环节,可视为水泥基材料的强度极限相。过渡区结构中存在的孔隙体积和微裂缝,对水泥基材料的刚性和弹性也有很大的影响,过渡区在水泥基材料中起着搭接的作用,由于该搭接作用的薄弱,不能较好的传递应力,所以水泥基材料刚性较小,特别是暴露在货或者高温环境下,由于微裂缝的扩展更激烈,是水泥基材料的弹性模量比抗压强度低的更快,更多。过渡区结构的特性也影响到水泥基材料的耐久性,由于存在于其中的微裂缝的贯通性,因此水
19、泥基材料的抗渗性很差1-3。水泥基材料界面过渡层微观结构十分复杂,这意味着影响其强度的因素也很复杂,且各个因素并非独立作用,使得研究非常困难,难以系统化。根据目前的研究现状,在众多影响因素中,以下2点是最主要的:(1)毛细孔隙的存在:界面过渡区中水化产物与界面处骨料粒系之间的黏结是依靠分子间的范德华引力(VanderWaals force of attraction)。因此,界面过渡区的强度取决于其中所存在孔隙的体积和孔径,孔隙的体积和孔径越大,其强度越低。即使对低水灰比的水泥基材料而言强度也很低。然而随龄期增长,界面过渡区的强度会逐渐增强。这是因为水泥和骨料之间发生缓慢化学反应而生成新的结晶
20、产物,这些产物既能起到进一步填充界面过渡层中孔隙的作用,从而减弱其对过渡层强度的不利影响4、6。(2)微裂纹的出现和存在:微裂纹的出现和存在是导致界面过渡区强度不高的又一重要因素。微裂纹的数量决定于各种不同的参数,其中包括骨料的粒径和级配、水泥用量、水灰比、新拌水泥基材料的密实程度、养护条件、环境湿度和水泥基材料的放热过程。例如,以级配差的骨料制作的水泥基材料拌合物在振捣过程中更倾向于泌水离析,从而在粗骨料周边形成较厚的水膜或水囊。在相同的条件下,骨料的粒径越大,可能形成的水膜的厚度也越大。在这种条件下形成的界面过渡区在承受拉应力时由于骨料和水化水泥的微应变更容易开裂7。1.2 国内外界面过渡
21、区的研究现状和前景1.2.1 国内外现状从国内外的研究现状来看,关于水化水泥基相的研究比较全面深入,所形成的理论也比较成熟;分散粒子由于其自身性质单一稳定,对水泥基材料性能的影响相对较小;而界面过渡层因其组成成分和水泥水化物相同,故研究者常常忽略对其进行专门的研究。事实上,之所以把界面过渡区作为水泥基材料的一种独立要素,说明其结构和性能与非过渡区水泥水化物存在较大的差异,有必要对其进行单独的分析和研究。许多关于水泥基材料性能方面的现象难以从其他方面寻求解答,却能通过对界面过渡区的分析而得到解释。诸如随着粗骨料粒径的增大,水泥基材料的强度降低,在遭遇火灾时,水泥基材料弹性模量比抗压强度降低要快;
22、水泥基材料的抗拉强度比抗压强度小一个数量级等等8。1.2.2 界面过渡区研究的发展前景从复合材料的观点11-13,普通水泥基材料可被视为三相材料,即含有水泥浆体、骨料、浆体与骨料之间的界面过渡区这三相。从SEM微观图像分析可得到,浆体与骨料之间的界面过渡区,孔隙率随着离骨料表面的距离增大而降低,新拌水泥基材料的骨料周围填充了水分,致使该界面区成为薄弱界面区。硅灰的掺加显著改善了界面过渡区的微结构,因为它能减少内泌水、密实堆积在骨料表面,与不掺硅灰的水泥基材料相比,界面区晶体量和孔隙率均减少,孔隙率梯度几乎消失,界面过渡区厚度也变小。通过对界面过渡区的改善可以达到许多水泥基材料性能方面的提升效果
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