实验报告书 - 汕头大学

工程材料实验报告书

学院：汕头大学工学院班级：2003级土木工程系

指导老师：李庚英实验者：张文基

合作者：吴泽林吴志雄范瑞源刘亘

实验名称：高速公路混凝土设计（混凝土等级C60）

一、前言

首先，自己感觉很幸运的是赶上了材料实验教学改革，让我们可以自由选择自己喜欢的课外实验课题，这对我们的课外知识的扩充和动手能力的培养都是一个极大的挑战和锻炼。经过首次讨论，我们组确定了实验的课题就是“高速公路混凝土设计”。因为目前对这方面的研究也比较多，我们也想在这方面做点探讨。

二、任务分工

经过第一次的讨论，我们对组员的任务进行了分配。我们的分工形式是这样的：我们每个人先自己设计出一个高速公路混凝土的配合比，具体来讲就是按照高速公路的要求，设计出相应的性能。当然，我们的侧重点也不一样，比如对粉煤灰的掺量、外加剂的种类、是否加钢纤维等。然后，我们就把这些方案进行汇总，咨询老师，最后确定一个最优方案来进行实验。

三、讨论过程进展概况

实验前我们共进行了几次讨论，主要是根据老师的意见对实验方案进

行不断的修改。整个过程真是曲曲折折，历尽艰辛啊。第一次我们把我们的方案汇总给组长然后给老师发过去后，老师说我们第二个和第三个方案不错。这些方案中都掺入了比较多的其他材料，像粉煤灰、减水剂、钢纤维等。但是后来考虑到掺钢纤维比较麻烦，感觉加钢纤维成本好像太高了点。我们就取消了钢纤维。第二次发给老师，老师的意思是要让我们重新加钢纤维。我们想了下也是，本来高速公路成本就比较高的，而且加钢纤维后性能应该会改善很多。于是我们第三次把方案发给老师。但是，后来，后来老师又说没有高标号水泥！（真是致命打击啊！我们幼嫩的心灵已经不能承受太多的打击。。。。。。）于是，我们从水泥开始，把所有的材料用量又改了一遍。当时还担心425的水泥做不了C60的混凝土，后来跟组员交流了一下，认为可以，至少是个尝试。只是水灰比低了点，但是考虑到掺了减水剂，应该可以。最后我本人确定的方案为：

水泥用掺20％的粉煤灰425硅酸盐水泥（粉煤灰密度2.0）

细集料：中砂，级配合格。 （表观密度 2.65）

粗集料：碎石，5～25mm 连续级配。 （表观密度 2.70）

钢纤维：切断弓型BF 掺体积率为 1％

聚合物：环氧树脂 （P/C＝5％，占水泥质量5％）

减水剂：FDN-5高效减水剂 0.5％ （减水泥5％，减水8％）

一立方米混凝土中各材料用量：水泥554.8kg，粉煤灰146kg，水184k,砂347kg，石1099kg，

减水剂2.77kg，钢纤维78kg 环氧树脂27.74kg 计算配合比：

水泥：粉煤灰：砂：石：钢纤维：环氧树脂＝1：0.26：0.63：1.98：0.14：0.05

水灰比 w/c=0.263 砂率24％

抗压强度试件尺寸为： 15×15×15cm(三块)

抗折强度试件尺寸为：10×10×30cm(三块)

抗弯试件（冻融循环）尺寸为：10×10×40cm(三块)

实际体积用量：0.031125立方米（按0.035计算）

所需材料实际用量：水泥19.4kg ， 粉煤灰5.1kg，水6.4kg ， 砂12.2kg，石38.5kg，

FDN减水剂0.097kg 钢纤维2.73kg， 环氧树脂 0.97kg

四、方案分析和对材料的理解

之所以确定这个方案，主要是针对高速公路的特点而设计的。高速公路首先要求混凝土的强度要高，要有良好的耐磨性，同时弹性性能要好，所以要减小弹性模量，这点主要是考虑到高速公路的抗冲击性。首先，我按照课本上的设计混凝土配合比的一般步骤，确定水、水泥、粗细骨料的用量。然后，掺入20％的粉煤灰主要是减小水泥用量，减少反应水化热。同时使粉煤灰和混凝土拌和物中的氢氧化钙充分反应，提高混凝土的密实性。减水剂也是必须的，因为要减小水灰比，同时又要提高拌和物的流动性，所以加入了FDN-5高效减水剂。而且为了提高流动性，我对骨料的级配也作了相应的处理。加入钢纤维的目的是为了提高耐磨性。一般的公路过不了几年就坑坑洼洼，路面只剩下一些石头子，但是机场的就不会了，原因是机场的路面混凝土掺入了钢纤维。钢纤维可以约束裂缝的开展，使混凝土始终连成整体一起工作，从而提高耐磨性。这点很多文献都有提到。最后，我觉得自己的设计独特之处是在混凝土中掺入了环氧树脂。我们知道，加入钢纤维的目的是为了提高混凝土强度和限制裂缝发展。但是，我们可不可以一开始就尽量让路面不要出现裂缝呢？基于这样的考虑，我在设计中加入了环氧树脂。环氧树脂是高分子聚合物，从微观角度讲，它的分子链能够很好的把混凝土中胶体分子紧密的“捆绑”在一起，胶体再把骨料“捆绑”在一起，整体性大大提高，很难出现裂缝。同时，加入环氧树脂后，混凝土的弹性模量能够降低，感觉变“软”，变形能力和抗车轮冲击的韧性大大提高。

五、实验情况

由于各种各样的原因，到目前为止，我们只完成了模块的浇筑和养护，还没有进行模块性能测试。我们需要测试的内容包括：抗压强度、抗折强度、抗弯试验、耐磨性、弹性模量、微观结构。浇模时，我们组准备了两个方案。当时由于实际实验操作困难等各方面的原因，我们没有掺入环氧树脂，同时，把减水剂该为液态减水剂（即质量改为粉末型的两倍）。这样，就是采用了我们组长的那套配合比。搅拌结果很好，流动性很好，效果很理想，用量也算得很准确。具体的如下：

水泥：掺30%粉煤灰的425硅酸盐水泥 （水泥密度3.0， 粉煤灰密度2.85）

细集料：中砂，级配合格。 （表观密度 2.65）

粗集料：碎石，5～20mm 连续级配。 （表观密度 2.70）

外加剂：FDN减水剂 0.8％ （减水泥5％，减水8％）

钢纤维：切断弓型BF 掺体积率为1.5％

一立方米混凝土中各材料用量：水泥454k，粉煤灰205kg，水189kg ，砂446kg，

石1041kg， FDN减水剂3.63kg 钢纤维118kg

配合比 水泥：粉煤灰：砂：石：钢纤维＝1：0.45：0.98：2.29：0.26

水灰比 w/c＝0.30（考虑富余系数1.1） 砂率30％

抗压强度试件尺寸为： 15×15×15cm(三块)

抗折强度试件尺寸为：10×10×30cm(三块)

抗弯试件（冻融循环）尺寸为：10×10×40cm(三块)

实际体积用量：0.031125立方米（按0.035计算）

所需材料实际用量：水泥15.9kg ， 粉煤灰7.2kg，水6.6kg ， 砂15.6kg，石36.4kg，

FDN减水剂0.13kg 钢纤维4.2kg

六、实验总结和个人心得

这次材料实验，从实验分组到实验设计、准备、修改，到最后的浇模，前后持续了好长时间。我们也在其中学到了好多东西。无论是动手能力还