摘 要

混凝土集料作为混凝土的重要组成部分之一，集料特性包括强度、形貌以及级配等，其各项特性将直接影响到新拌自密实混凝土的工作性能、硬化混凝土的力学性能、耐久性等。本课题采用普通及整形两种粗集料制备自密实混凝土，通过利用图像分析获取了整形碎石、普通碎石两种粗骨料的粒形参数量化指标，包括扁平度、针状度、形状因子和球度四个形状指标，结果表明整形碎石整形骨料的扁平度、针状度、形状因子和球度的参数量化指标都要比普通骨料的要好，粒形参数指标分布更集中，整体更优，所有参数指标中球度和骨料堆积密实度之间的相关性最好。

通过做T500实验、坍落扩展度实验、J形环扩展度实验等来测试自密实混凝土的工作性能；通过力学试验测试自密实混凝土的抗压强度、静压弹性模量；通过做干燥收缩实验、氯离子渗透实验来测试混凝土的耐久性能。结果表明，整形碎石相比于普通碎石能够改善自密实混凝土工作性能，提高强度并具有更低的干燥收缩率和更好的抗渗透性。随着骨料体积率的增加，自密实混凝土工作性能变差，抗压强度、静压弹性模量均表现为先增加后降低，但是干燥收缩减小，抗渗性增加。

关键词：自密实混凝土；整形骨料；粒形；参数量化

Abstract

Concrete aggregates are one of the important components of concrete. The characteristics of aggregates include strength, morphology, and gradation. Their properties will directly affect the performance of freshly-mixed self-compacting concrete, the mechanical properties of hardened concrete, and durability,Wait.In this project, self-compacting concrete is prepared by using ordinary and plastic coarse aggregates. Through the use of image analysis, quantitative parameters for the shape parameters of the two types of coarse aggregates, including flatness, acicularity, and shape, are obtained. Factor and sphericity of the four shape indicators, the results show that the plastic crushed aggregate aggregate flatness, needle shape, form factor and sphericity of the parameters of quantitative indicators than the average aggregate is better, the distribution of particle shape parameters are more concentrated Better overall, the correlation between sphericity and aggregate density in all parameter indicators is best.

The performance of self-compacting concrete was tested by T500 experiment, slump expansion test, J-ring expansion test, etc.; the compressive strength and static elastic modulus of self-compacting concrete were tested by mechanical test; , chloride ion penetration test to test the durability of concrete.The results show that compared to ordinary crushed stone, the plastic crushed stone can improve the work performance of self-compacting concrete, improve the strength and have lower drying shrinkage rate and better permeability resistance. With the increase of the volume fraction of aggregates, the work performance of self-compacting concrete deteriorates. The compressive strength and static modulus of elasticity all increase first and then decrease, but the drying shrinkage decreases and the impermeability increases.

Key Words：Self-compacting concrete; shaping aggregate; grain shape; parameter quantification

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 研究背景与意义 1

1.2国内外研究现状 2

1.2.1国外发展现状 2

1.2.2国内发展现状 2

1.3 粗骨料对自密实混凝土性能影响的研究 3

1.3.1粗骨料粒径和级配对自密实混凝土性能的影响 4

1.3.2粗骨料形状对自密实混凝土工作性能的影响 5

1.3.3 粗骨料形状量化的研究 6

1.4研究内容 6

第2章原材料及试验方法 7

2.1 原材料 7

2.1.1 水泥 7

2.1.2 粉煤灰 7

2.1.3 粗骨料 7

2.1.4 细集料 8

2.1.5硅灰 8

2.1.6矿粉 9

2.1.7 外加剂 9

2.1.8 拌合水 9

2.2 试验设备 9

2.3 试验方法 10

2.3.1 原材料试验方法 10

2.3.2 新拌自密实混凝土工作性能测试 11

2.3.3 混凝土力学性能测试 13

2.3.4混凝土耐久性能测试 13

2.4 自密实混凝土配合比 14

第三章 骨料颗粒形状参数研究 16

3.1. 骨料颗粒形状参数指标 16

3.2 骨料颗粒图像的采集处理与参数获取 17

3.3粗骨料粒形参数分析 18

3.4粒形参数与堆积密实度的相关性 21

第四章 骨料粒形对自密实混凝土性能的影响 24

4.1骨料粒形对自密实混凝土工作性能的影响 24

4.2普通骨料对自密实混凝土力学性能的影响 25

4.3整形骨料对自密实混凝土力学性能的影响 27

4.4自密实混凝土耐久性研究 29

第五章 结论 31

参考文献 32

致 谢 34

第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

在当今社会，人类的科学技术在不断地发展，混凝土作为我们日常生活中最常见的建筑材料，也在不断的发展与进步。自密实混凝土是混凝土的一种，作为一种新型的、免振捣的、高性能的混凝土，自密实混凝土凭借其良好的流动性和通过性，在房屋建、水利工程、道路桥梁等各大建筑领域得到了广泛的应并受到一致的认可^[1,2]。在可预见的未来里，凭借自身优异的工作性能，自密实混凝土一定会得到更为广泛的应用。

自密实混凝土, 又称自流平混凝土 (self-leveling concrete ) 或免振捣混凝土 (vibration freeconcrete)，英文名为Self-Compacting-Concrete或Self-Consolidating-Concrete，我们可以把自密实混凝土简称为 SCC，它在重力的作用之下，可以独立地流动，在没有其他帮助下自己密实， 可以克服配筋密实、结构形状复杂、施工空间狭小的限制，加快施工进度，提高生产效率，保证混凝土的施工质量而且可以获得很好的均质性， 不需要附加振动搅拌的混凝土。一般混凝土都需要机械振捣，但机械振捣这种方式在施工时仍然存在能量消耗大、工作效率低、作业噪音大、难以应用于钢筋密集、复杂结构施工中等多方面的缺陷^[3,4]，自密实混凝土则不需要振捣。我们可以通过选择性能优异的水泥、骨料、外加剂来优化自密实混凝土的配合比，这样一来我们可以让自密实混凝土拌合物的屈服值减小，同时不会对自密实混凝土的塑性和粘度有很大的影响，能够满足我们的要求，粗骨料和细骨料在自密实混凝土新拌合物中以悬浮状态存在，不会发生离析和泌水的现象，不需要振捣，自身能够流动到缝隙当中进行填充， 形成密实、均匀的混凝土结构。

自密实混凝土作为一种不需要振捣、流动性优良的混凝土，在施工时有如下几个优点： 1）提高生产效率。自密实混凝土在施工的时候，直接将它浇筑到浇筑体中，不需要振捣就缩短了浇筑时间，同时也可以解放劳动力，降低现场施工工人的工作强度，减少工作量。 2）改善混凝土的表面质量。自密实混凝土的表面是密实的，不会出现很多的表面缺陷，不需要去修补。 3 )改善工作环境和安全性。在施工过程当中，不会产生噪音，减少了噪音污染，改善了工人的工作环境。 4)增加了结构设计的自由度。由于不需要振捣，自密实混凝土可以在复杂的环境中进行作业，克服了很多施工难题。 5)减少混凝土对搅拌机的磨损。 6)避免了振捣对模板产生的磨损。 7)保证混凝土良好地密实。8)降低成本。

集料是自密实混凝土的重要组成部分，它起到支撑骨架的作用，所以集料的好坏直接影响到自密实混凝土的好坏。集料特性包括强度、形貌以及级配等，这些特性的优劣将直接影响到新拌自密实混凝土的工作性能、硬化的力学性能、稳定性等的优劣。通过研究集料特性对自密实混凝土性能的影响，得出它们之间存在的关系，可以帮我们在制备自密实混凝土时选择对性能有良好影响的集料，得到性能更为优良的自密实混凝土。

1.2国内外研究现状

1.2.1国外发展现状

自密实混凝土的萌芽产生于1970s早期的欧洲，而真正提出并实现继而得以发展却是在80年代后期的日本^[5]。当时的日本由于施工管理人员的高龄化和技术人员的紧缺，从而导致混凝土品质得不到保证，这一现象引起了人们广泛的关注。日本教授H.Okamura ^[6]在首次提出自密实棍凝土的概念以后，世界各国掀起了研究自密实混凝土的热潮。之后自密实混凝土在日本不断地发展，它的原材料的选用、配合比的设计、施工技术、各方面的性能都有了很大的改良，获得了一定的进步，日本还制定了众多诸如《高流动性混凝土材料、配比、制造、施工方针》等标准，这对推动自密实混凝土在实际工程的应用起到了巨大的作用^[7]。

看到日本在自密实混凝土领域取得了不错的成果，世界各国都看到了自密实混凝土的远大前景，开始竞相对自密实混凝土展开了研究与应用。1993年，瑞典的水泥混凝土研究院等相关机构成立专门的研究小组，进行对自密实混凝土在实际工程的应用研究。随后成立了国际于结构实验研究联合会（RILEM）。1995年，法国路桥试验中心（LCPC）开发了一套自密实高性能混凝土配合比设计方法。1999年在瑞典的首都斯德哥尔摩，在RILEM的牵头下，举行了首届自密实混凝土国际会议，这次会议共吸引了来自35个不同的国家和地区的相关研究学者340余名人，共收录论文67篇，该会议的成功召开，极大地推动了自密实混凝土在欧洲的发展。在此之后，新加坡、德国、荷兰等国家也相继成功研制了自密实混凝土，并将其应用到了实际工程中。

1.2.2国内发展现状

在我国，冯乃谦教授于1987年就提出了流态混凝土的概念，奠定了我国在这一领域研究的基础^[8]。进入20世纪90年代后，我国开始展开对自密实混凝土的研究，相关的研究学者对它开展了深入的系统性的理论分析、试验研究和推广应用工作，并制定了关于自密实混凝土从选材到设计，从配制到施工，从养护到检测的一系列的相关标准。针对SCC配合比设计方法，陈建奎、王栋民^[9]等针对高性能混凝土HPC提出全计算法。针对SCC的性能，杜文库、路来军^[10]通过对各原料的优选和配比优化解决关于SCC的抗离析性与流动性这一主要矛盾点。刘宝举^[11]研究了胶材用量和砂率对于SCC工作性能的影响。杨静^[12]在探究SCC原材料对其性能的影响，分析了水灰比与流动性之间的关系。针对SCC掺合料与外加剂的运用，韩春雨^[13]研究了粉煤灰、微硅灰掺量以及砂率等诸多因素对SCC坍落扩展度的影响，并得出了适宜的矿物掺量及砂率区间；阎培渝^[14]等通过优选粗集料，选用优质砂、高效减水剂、新型黏度改性剂等制备出胶材含量不大于380kg/m³的C30自密实混凝土。我国的第一个自密实混凝土标准—《自密实混凝土应用技术规程》以及其他相关标准的出台，说明了我国在自密实混凝土领域取得了一定的成果，标志着我国的自密实混凝土技术走向了成熟。

虽然日本与欧美国家比我国早开展对自密实混凝土的研究与应用，但我们却没有落后很多，自密实混凝土在国内的发展是非常迅猛的。我国的许多地方都运用上了自密实混凝土，比如北京、深圳、武汉等地方，实例有北京西单北大街东南商业区热力通道工程、长江三峡左岸左厂坝引水工程等。自密实混凝土的应用领域也得到了很大的拓展，原先自密实混凝土只应用在房屋建筑上面，现在，在水利工程、桥梁工程等很多的领域也应用到了自密实混凝土。

1.3 粗骨料对自密实混凝土性能影响的研究

骨料是自密实混凝土的重要组成部分，在自密实混凝土中占了很大的体积，粗骨料的形貌、粒径、强度、体积率以及级配等特性，对新拌自密实混凝土的工作性能、硬化混凝土的力学性能以及耐久性能等有着很重要的影响；颗粒整形后，粗骨料特征对混凝土性能也有很大的影响^[15]。要保证自密实混凝土拌合物的质量均匀稳定，工作性能、力学性能、稳定性好，我们需要处理好粗骨科颗粒的大小、分布、骨料颗粒的形状等问题。同时，在砂浆基材性能良好的前提下，自密实混凝土的流变性能和工作性能，会受粗骨料的形状、尺寸和级配的影响，因此，想要配制出的自密实混凝土的性能良好，我们需要选择性能良好的砂浆基材，同时要保证我们使用的粗骨料的尺寸是优良的，粗骨料的级配必须是合理的，形状指数是越优良越好。

1.3.1粗骨料粒径和级配对自密实混凝土性能的影响

当粗骨料中粗颗粒比较多的时候，新拌自密实混凝土的坍落度、坍落扩展度会有一定程度地减小，自密实混凝土的工作性能就会相对比较差，但是它的后期强度却会较高。当粗骨料中的细颗粒越多，则自密实混凝土的坍落度就会越大，坍落扩展度也会变得越大，表明自密实混凝土的流动性能比较优良，但会影响早期强度。自密实混凝土之所以出现这种现象，主要是因为以下两方面原因：一方面，在混凝土中，砂浆与粗骨料构成过度区域，过度区域的稳定程度会影响自密实混凝土的强度，过渡区域发生破坏，就会反过来作用在自密实混凝土上，导致自密实混凝土被破坏，粗骨料的整体比表面积受到粗骨料中颗粒大小的影响，当粗颗粒越多，比重越大，那么粗骨料整体的比表面积就会越小，这就减小了过度区域的范围，从而提高自密实混凝土抗压强度。另外一方面，在砂浆体积不变的情况下，砂浆基体包裹细颗粒的能力比包裹粗颗粒的能力要强，更有利于包裹这些颗粒较小的粗骨料，如果细颗粒较多时，那么骨料之间存在的砂浆就会越多，颗粒与颗粒之间就会越润滑，流动起来的时候相互之间的阻力就会越小，这样一来，新拌自密实混凝土的流动性能就会得到很大的提高，同时，自密实混凝土的间隙穿透能力也得到了提高。

骨料尺寸对自密实混凝土的流动性能有很大的影响，要是想要获得良好的流动性能，那在制备自密实混凝土的时候，需要选择有合适尺寸的骨料。如果骨料的粒径比较大，那么自密实混凝土的流动性就比较好，同时自密实混凝土的塌落度也比较大。但当到达一定值之后，如果粗骨料粒径还在增大，就会增大颗粒内部缺陷存在的机率，同时由于颗粒质量的增大，导致下沉速度变快，可能会使颗粒分布不均匀的情况出现在自密实混凝土内部，严重的话有可能会出现沉降离析的情况，从而影响了自密实混凝土的流动性能和耐久性能。如果颗粒的粒径比较小，那么在加工的时候，颗粒表面粘附的粉尘就会很多，这样就会导致自密实混凝土的和易性变差，会提高工程的成本，还会直接影响到自密实混凝土的强度、抗渗性能、耐久性能等等；如果粗骨料的颗粒粒径太小，那么就会让骨料的的比表面积增大，这样一来，空隙率就会增大，就会需要更多的其他的材料来填充到这些空隙中来，才能够达到我们需要的自密实混凝土的标准， 这不止会提高成本，还会影响强度与耐久性。 所以想要制备得到性能优良的自密实混凝土，必须要有比较合理的骨料级配，而合理的骨料级配应当是这样的：它的空隙率要小，不能太大，以减少水泥的用量，保证我们制备出来的自密实混凝土有达到要求的密实度；同时，它的总表面积要小，不能太大，不然会增加用水量，用来湿润骨料的表面。

1.3.2粗骨料形状对自密实混凝土工作性能的影响

梅世龙、蒋正武^[16]等选用了最大粒径分别为31.5mm、25mm的两个等级的粗骨料和不同级配的粗骨料，研究对掺不同矿物掺合料的自密实混凝土性能的影响，实验结果同样表明骨料最大粒径以及小粒径骨料的含量对于混凝土的流动性有较大的影响。在自密实混凝土新拌合物流动的过程当中，粗骨料处于连续的砂浆包围中，颗粒之间一般不会直接接触，或者接触不是很多，随着有粘塑性的砂浆体的流动，骨料颗粒也跟着流动，所以粗骨料是处于相对滞后的状态；粗骨料由于其自身的阻碍作用，在随着砂浆体一起流动时，流动性会受到影响，而这阻碍作用的大小是由粗骨料颗粒的大小和形状所决定的。

就粗骨料的颗粒形态来说，在自密实混凝土拌合物的流动中，针状、片状的颗粒结构一般呈现的状态是平置(见图1a )，由图我们可以看出来，砂浆体对垂直流向的颗粒表面的推力，是针状、片状颗粒的流动动力。而由于针、片状骨料的垂直于流向的截面是很小的，所以砂浆体提供的推动力是不足的，这就会导致砂浆体与骨料分离开来，如果严重的话还会影响到临近的骨料的流动性能，造成自密实混凝土新拌混合物的流动性不佳，稳定性变差。当针、片状颗粒较多时，会造成骨料的空隙率变高，比表面积增大，与砂浆体的接触面积增加，摩擦阻力增大，自密实混凝土的和易性会降低 。相反的，粗骨料的形状如果是规则的话，那么它在自密实混凝土拌合物流动过程中，就会受到比较均匀的推动力，这样就能够较好地保持拌合物整体的稳定性（见图1b )。

以上是毕业论文大纲或资料介绍，该课题完整毕业论文、开题报告、任务书、程序设计、图纸设计等资料请添加微信获取，微信号：bysjorg。

相关图片展示：