高性能膨胀混凝土配合比设计系统开发研究

摘要

钢管混凝土拱桥因其自身的优越性，成功的解决了拱桥发展中的施工吊装和跨径两大难题，近年来得到了快速的发展。但是，由于混凝土收缩等原因，管内混凝土和钢管间极易形成脱空，从而严重影响结构的受力和承载能力。钢管混凝土拱桥脱空问题已成为其发展过程中亟待解决的问题。在钢管内灌注高性能膨胀混凝土(HPEC)来解决脱空问题是近年来许多桥梁建设者所关注的，但是，要得到满足施工要求的配合比往往需要通过大量的实验，既不经济也浪费时间。研究一种简单实用，且切实可行的配合比设计方法是很必要的。
　　 本文以西部交通建设科技项目(合同编号：200631881422)——《自预应力钢管混凝土开发应用试验研究》为依托，采用科学的配合比设计方法——“全计算”法，利用Microsoft Excel VBA开发了钢管混凝土拱桥管内高性能膨胀混凝土配合比设计系统。旨在减少配合比设计过程的工作量，为实际生产提供一定参考和指导。该系统在给定设计强度、水泥强度等参数后，可准确计算出一组配合比，并绘出各组成材料的重量百分比图；亦可查看与计算水胶比相差一定误差范围的国内已建钢管混凝土拱桥配合比数据；系统推荐配合比与50座已建桥梁配合比数据较为吻合，说明该系统的正确性；另外，通过对50座已建桥梁配合比数据的分析，提出了钢管混凝土拱桥合理配合比参数；最后，就本文的不足之处和混凝土配合比设计提出了几点设想。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1 混凝土的发展历史

1.1.1膨胀混凝土

1.1.2高性能混凝土

1.1.3高性能膨胀混凝土

1.1.4钢管混凝土拱桥高性能微膨胀混凝土

1.2 配合比设计发展历史

1.2.1 传统配合比设计方法面临的问题

1.2.2从基于经验的设计方法向解析计算方法发展

1.2.3配合比设计的计算机程序化

1.2.4最优化方法在混凝土配合比设计方面的应用

1.2.5专家系统的应用

1.2.6人工神经网络的应用和神经专家系统的提出

1.2.7人工神经网络和优化算法的混合算法应用

1.3 钢管混凝土脱空问题与研究现状

1.3.1 脱空问题的提出与成因

1.3.2脱空问题的研究现状

1.4 CFST拱桥HPEC配合比研究现状

1.5 本课题来源

1.6 本文主要研究内容

第二章 混凝土配合比设计方法

2.1 膨胀剂及其膨胀机理

2.1.1膨胀剂种类

2.1.2膨胀剂膨胀机理

2.2 使用膨胀剂应注意的问题

2.2.1现代补偿收缩混凝土性能的变化

2.2.2大体积高强度补偿收缩混凝土内部的膨胀剂效能的发挥程度

2.2.3钙矾石的分解温度与膨胀剂的适用范围

2.2.4大体积补偿收缩混凝土结构内部延迟生成钙矾石的可能性

2.3 传统的混凝土配合比设计方法

2.3.1初步确定水灰比

2.3.2初步估算单位用水量

2.3.3初步估计砂率

2.3.4计算初步配合比

2.3.5通过试拌调整

2.3.6校核水灰比

2.4 HPC配合比设计方法

2.4.1 HPC配制的技术途径

2.4.2 HPC配合比设计原则

2.4.3 HPC配合比设计方法

2.5 HPEC配合比设计方法

2.6 CFST拱桥HPEC材料组成及设计原理

2.6.1 CFST拱桥HPEC材料组成

2.6.2 CFST拱桥HPEC配合比设计原理分析

2.7 CFST拱桥HPEC配合比设计若干问题

2.7.1试配强度

2.7.2砂率的确定

2.7.3凝结时间的确定

2.7.4膨胀剂的要求

2.7.5膨胀剂掺量

2.7.6膨胀值的确定

2.8 本章小结

第三章 CFST拱桥HPEC配合比设计系统

3.1 配合比设计

3.1.1配合比设计方法

3.1.2配合比设计步骤

3.1.3配合比设计举例

3.2 设计系统实现

3.2.1编制工具的选择

3.2.2 Excel功能特点

3.2.3 VBA的功能特点

3.2.4设计系统界面

3.3 设计系统介绍

3.3.1 系统功能及特点

3.3.2设计参数的输入

3.3.3计算结果的输出

3.3.4已建桥梁数据的查看

3.4 配合比参数影响分析

3.4.1配制强度与水胶比的关系

3.4.2配制强度与用水量的关系

3.4.3配制强度与水泥用量的关系

3.4.4配制强度与砂掺量的关系

3.4.5配制强度与石料掺量的关系

3.4.6配制强度与细粉掺量的关系

3.4.7配制强度与砂率的关系

3.4.8配制强度与CSP掺量的关系

3.4.9配制强度与容重的关系

3.4.10 用水量与砂率的关系

3.4.11 水胶比与水泥强度等级关系

3.4.12 砂率与水泥强度等级关系

3.5 与实际工程比较

3.6 对CFST拱桥HPEC合理配合比的建议

3.6.1合理水胶比

3.6.2合理砂率

3.6.3合理胶凝材料总量

3.6.4合理膨胀剂掺量

3.6.5合理减水剂掺量

3.7 本章小结

第四章 结论与展望

4.1 本文主要结论

4.2 展望

致谢

参考文献

附录A国内部分钢管混凝土拱桥配合比数据调查表

在校期间发表的论著及取得的科研成果