无砂混凝土毕业论文正文

无砂混凝土毕业论文正文 华北水利水电学院毕业论文 第1章 前 言 1.1 项目研究的背景和意义 混凝土材料及其制品自19世纪中叶开始采用以来，发展极为迅速，在世界各国现代土木工程建设中占据主导地位。它在给人类带来文明和进步的同时，也给生态环境和人居环境带来了诸多负面影响。 长期以来，人们只注意到混凝土给人类带来方便和财富的一面，混凝土作为人类使用量最大的建筑材料，给人类带来文明与进步的同时，也给生态环境和人居环境带来诸多负面影响。在各种工程建设中，大量采用混凝土或混凝土板块，极大破坏了自然环境。水泥混凝土的大量使用侵占了绿地面积，损坏了原有的环境景观，资源能源消耗量巨大，环境问题日益突出。另外传统混凝土材料质地脆硬，表面粗糙且呈碱性，缺乏视觉效果。随着可持续发展战略的实施，国家进行大规模基础设施建设。施工开挖造成大量的裸露土坡与岩质边坡。铁路公路工程中的护坡工程以及水利工程进行江河堤防护砌广泛采用混凝土护砌。由于缺乏透水性和透气性，对温度湿度调节性差，造成寸草不生，一片荒芜。夏季太阳直接暴晒有形成热岛效应，造成气候恶化。水利工程进行江河堤防护砌的边坡忽略了河道与岸上生态系统的有机联系，使植物难以生长，鱼类与两栖类失去栖息繁殖条件，水体脱离生物群落，自净能力降低，使原有生态系统破坏，导致严重的水体流失和生态失衡。随着现代社会的进步，人们对环境要求越来越高，世界各国日益重视环境保护。我国也提出了人与自然环境和谐相处的科学发展观，坚持以人为本，把改善生态保护环境作为经济发展和提高人民生活质量的重要内容。新世纪的混凝土不仅要满足作为结构材料的要求，还要尽量减少给环境带来的不良影响。因此要突破传统混凝土的局限，发展可植被混凝土，成为当前混凝土科学发展方向之一。无砂大孔生态混凝土不仅拥有传统混凝土材料的性能，更赋予其新的特性，是一种能保护环境，使人类与自然和谐发展的新型混凝土。透水性能是无砂大孔生态混凝土的重要指标之一。 1.2 无砂大孔生态混凝土的特点 无砂大孔生态混凝土就是不加砂的混凝土，它与普通混凝土的最大区别就是不用细骨料，只用粗骨料。颗粒均匀的粗骨料被水泥浆包裹其表面，水泥浆不起填充作用，而是仅 第 1 页 共76 页 华北水利水电学院毕业论文 将粗骨料胶结在一起，使之成为一种多孔性材料。国内外无砂大孔混凝土中的粗骨料主要是碎石和卵石，也有用烧结碎砖块和陶粒的。如果用石子作粗骨料，除应满足强度和压碎指标的要求外，石子的粒径应大于5mm，小于40mm。考虑到均等粒径骨料的堆积空隙率大，一般用粒径5,15mm或10,20mm的石子做大孔混凝土的骨料。 无砂大孔混凝土与普通混凝土相比，具有以下优点。一是表观密度小，一般在1400 33kg/m,1900kg/m之间，属于轻混凝土的范畴;二是水泥用量比普通混凝土少1/4,1/3，工程造价低;三是浇筑时产生的混凝土侧压力小，可选用各种轻型模板;四是浇筑后混凝土的表面和内部存在大量连通的蜂窝状孔洞，便于培植植被，绿化混凝土表面;五是由于混凝土不用砂子，简化了材料运输、搅拌设备及现场管理，同时还降低混凝土成本;六是施工简单，靠自重落料即可密实成型，不需要机械振捣或人工插捣，对工人的技术水平要求不高，具有一般技术的工人即可胜任;七是骨料除可采用碎石、卵石、陶粒外，还可以直接利用炉渣等工业废料，或强度较高的建筑垃圾，便于环境保护;八是旧的无砂大孔混凝土构件破碎后，又是很好的混凝土粗骨料。这样可以重复利用，对节省地方天然河砂材料，对建筑垃圾的减量是有利的;九是无砂大孔混凝土的多孔决定它的透水性和透气性，从而可以为植被生长提供条件，植物根系可通过孔隙穿过混凝土扎根土壤，从而保持生态平衡。 1.3 无砂大孔生态混凝土的国内外发展现状 无砂大孔混凝土是为植被混凝土提供植物生长的一个载体，是构成植被混凝土的基本构件，因此无砂大孔混凝土的性质对加入养料后所形成的植被混凝土的性质影响非常大。无砂大孔混凝土的研究，始于50年代初，国外先于国内，但抗压强度较低。在19世纪中叶，国外就开始应用无砂大孔混凝土(二战期间，由于建材奇缺，无砂大孔混凝土得到了广泛的应用，后来欧美很多国家对无砂大孔混凝土进行了较深入的研究，并制定了一些相应的规程或 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 。无砂大孔混凝土的配合比设计及旌工工艺与普通混凝土不同，就其工程应用而言，要求既要有足够的强度，又要有良好的透水性。在美国的全国骨料协会和全国预制混凝土协会联合研究实验室中，已经进行了几项研究，借以开发无砂透水混凝土的强度和透水性的测定方法，以及配比方法的有关数据。 1994年日本混凝土工学协会设立了“生态混凝土研究委员会”，在生态材料概念的基础上，提出了生态混凝土概念。所谓生态混凝土即能够适应生物生长、对调节生态平衡、美化环境景观、实现人类与自然的协调具有积极作用的混凝土材料。目前，生态混凝土可 第 2 页 共76 页 华北水利水电学院毕业论文 分环境友好型生态混凝土和生物相容型生态混凝土两大类。环境友好型生态混凝土是指在混凝土的生产、使用直到解体全过程中，能够减轻给地球环境造成的负担与环境公害，这类混凝土类似于吴中伟院士提出的绿色混凝土。生物相容型生态混凝土是指能与动、植物等生物和谐共存的混凝土。根据用途，这类混凝土可分为植物相容型生态混凝土、海洋生物相容型生态混凝土、淡水生物相容型生态混凝土以及净化水质用混凝土等。 近年来国内相关研究机构对植被混凝土开展了系列研究，并且已经取得了一定的成果。吉林省水利科学研究院、水土保持研究院、水利实业公司等研究单位于1998年开始，根据水利防护工程的特点，提出了复合随机多孔型绿化混凝土结构。其特点是:周边采用高强度混凝土保护框并兼作模具、中间填筑无砂混凝土一体成型，解决了随机多孔型绿化混凝土生长基的实用构件化、边缘强度低、有效绿化面积小等问题。随着植被混凝土的出现，屋顶花园，绿色墙体，生态护坡这些新鲜的事物在日本、新加坡、荷兰等国也逐渐时兴起来。生态护坡通过植物与非生物的植生材料相结合，以减轻护坡面的不稳定性和侵蚀，同时可以美化环境。近年来我国在生态护坡的研究方面也取得了一定的成果。天津市水利科学研究所以植被生物学特性、生长发育规律为指导，以无砂大孔混凝土理论为基础，为解决河道整治中传统片面地追求河岸的硬化覆盖、忽略河流的资源功能和生态功能、破坏自然河流生态链的矛盾，推动传统水利向环境水利和大都市水利的转变，于2001年2月开始进行“环保型绿色植被无砂混凝士”的研究，通过对无砂大孔混凝土进行改性研究，在混凝土内部创造出适合植物生长的环境，解决混凝土色彩单调、污染环境的缺憾，并于2002年研制成功。 无砂大孔混凝土近年来又得到进一步改进。奥运重点工程——北京奥林匹克国家森林公园工程的设计部门要求在公园大门外的大广场、停车场等工程大面积铺装绿色环保透水混凝土，履盖面积约为11.7万平方米。通过使用绿色环保透水混凝土，可以确保在下雨天，雨水能迅速向下渗透到地下，从而大大减少地面积水，保持人员车辆出行方便，减少城市洪涝，减缓排水设施的压力，并且对于北京这个严重缺水的城市，在实现雨水资源化，修复北京市的水环境与生态环境方面有着很重要的示范效益。传统观念下我们使用的透水混凝土都是无砂大孔混凝土，由于强度低，现场施工质量波动大，无法大面积推广;而目前广泛使用的混凝土透水砖虽然是采用工厂化生产，质量稳定，但因其强度低，也无法满足停车场等区域所需要的强度指标。因此，根据公园广场、停车场等工程的设计和施工建设需求，研制和开发高强度绿色环保透水混凝土成为奥运工程建设的一项迫切任务。为了 第 3 页 共76 页 华北水利水电学院毕业论文 攻克这一技术难关，2004年3月北京城建混凝土有限公司进行了科研立项，并成立了以教授级高级工程师朱效荣为首的科研攻关小组。从2004年3月起，科研人员在四年多的时间里在经历了上百次试验失败后，成功地开发出一种高强度绿色环保透水混凝土，并制定出高强度绿色环保透水混凝土配合比设计、生产、施工的技术规程，形成了一套完整的高强度绿色环保透水混凝土生产与施工技术。该混凝土产品在实现高透水性的同时，显著提高了混凝土的强度和耐久性。该产品研制成功后大面积地应用于北京奥林匹克国家森林公园工程门区广场、停车场、行人通道等工程。北京市建设工程管理部门检测验收发现，这种高强度绿色环保透水混凝土的抗压强度、透水系数、孔隙率、抗冻融能力均达到工程设计部门的严格要求。此项科技成果有重大理论突破，并达到国际先进水平。 1.4 本课题研究的主要内容与技术路线 为了进一步完善和发展无砂混凝土的理论研究，为实际工程的应用提供配合比，试验就骨料种类与粒径、水泥品种与掺量、水灰比、成型方法、施工措施等进行了试验研究。实验对骨料种类与粒径、水泥品种与掺量、水灰比、成型方法、施工措施等进行了试验研 33究。试验选择了32.5与42.5两个强度等级的水泥品种，150kg/m、200 kg/m两种水泥用量，碎石、卵石两个骨料品种，5,15mm、10,20mm两种骨料级配，0.35、0.40、0.45三个水灰比，进行混凝土配合比设计。 在无砂大孔生态混凝土配合比技术试验研究的基础上，采用正交设计研究了组成材料配合比对其抗压强度、连通孔隙率和沉浆面积率的影响，为今后无砂大孔生态混凝土的应用积累了试验数据。利用正交试验设计结果表明;骨料级配和水泥用量是影响抗压强度、连通孔隙率和沉浆面积率这3个技术指标的重要因素。用骨料级配为10,20mm的碎石作粗骨料，水泥用量为150 kg 和水灰比为0(40进行配合比设计，可使无砂大孔生态混凝土获得良好的工程应用性能。无砂大孔生态混凝土透水性能实验参照日本《多孔混凝土性能试验方法草案》，对无砂大孔生态混凝土成型试件进行透水系数测试。通过对实验结果 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 水灰比对混凝土沉浆厚度和沉浆面积、混凝土强度的影响、混凝土孔隙率的影响，水泥用量和等级对混凝土沉浆厚度和沉浆面积、混凝土强度的影响、混凝土孔隙率的影响，骨料品种和粒径对混凝土沉浆厚度和沉浆面积的影响、混凝土强度的影响、混凝土孔隙率的影响，拌和比对混凝土性能的影响，得出既有良好工程性能又具有良好透水性能最优配合比，从而为深入研究无砂大孔生态混凝土积累数据。 第 4 页 共76 页 华北水利水电学院毕业论文 第2章 试验原材料和试验方法 2.1 水泥 本试验采用了两种普通硅酸盐水泥，强度等级分别是32.5MPa和42.5MPa，实验之前首先进行水泥胶砂实验，检测水泥性能指标。 水泥胶砂实验步骤: ?胶砂组成:每锅胶砂材料组成为水泥: 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 砂:水=450G:1350G:225ML ?胶砂制备:先将水 倒入搅拌锅内，再加入水泥，然后将搅拌锅固定在机座上，上升至固定位置。立即开动机器，先低速搅拌30S，在第二个30S开始的同时均匀的将砂子通过加砂漏斗加至到锅中， 再高速搅拌30S。停拌90S后，再高速搅拌60S。注意在最后一分钟搅拌时，要将锅壁上粘附的胶砂刮入锅内。 ?胶砂试件成型:先把试模和模套固定在振动台上，用小勺从搅拌锅中将胶砂分两层装入试模。装第一层时用大播料器垂直架在 模套顶部，将料层播平，随后振实60次。再装入第二层胶砂，用小播料器播平，再振实60次后，去掉套模，从振实台上卸下试模，用一金属直尺以近似垂直的角度在试模顶的一端，沿试模长度方向以割锯动作慢慢向另一端移动，一次将试模上多余的胶砂刮去，并用直尺将试件表面抹平。 ?试样养护:对试模做标记，带模放置在养护室或养护箱中养护，直到规定脱模时间(大多为24H)脱模。脱模时先在试件上进行编号，注意进行两个龄期以上的试验时，应将一个试模中的三根试件分别编在二个以上的龄期内。随后将试件水平5MM，需要时要及时补充水量，但不允许养护期间全部换水。 ?强度试验:养护至规定龄期时，从养护环境中取出待测试件，进行强度测定。首先进行抗折试验，然后进行抗压试验。胶砂试验工具如下图所示。 图2-1 胶砂实验试模 图2-2 水泥胶砂搅拌机 第 5 页 共76 页 华北水利水电学院毕业论文 32.5水泥的品质指标见表2-1，强度指标见表2-2。42.5水泥的品质指标见表2-3， 强度指标见表2-4。 -1 32.5普通硅酸盐水泥品质指标 表2 品质指标 标准值 检测值 品质指标 标准值 检测值 6.2 3.10 细 度 ?10.0 氧化镁 ?5.0 (%) (%) 2.00 初凝时间 ?45min 2:35 三氧化硫 ?3.5 (%) (h:min) 2.80 终凝时间 ?10h 3:42 烧失量 ?5.0 (%) (h:min) 安定性 合格 合格 混合材掺量 ?15.0 13(矿渣) (%) 表2-2 32.5普通硅酸盐水泥强度指标 强度(MPa) 抗折强度 抗压强度 3 28 3 28 龄期(d) 标准值 ?2.5 ?5.5 ?11.0 ?32.5 实测值 4.42 8.82 18.03 50.64 表2-3 42.5普通硅酸盐水泥品质指标 品质指标 标准值 检测值 品质指标 标准值 检测值 氧化镁 细 度 5.2 1.99 ?10.0 ?5.0 (%) (%) 初凝时间 三氧化硫 2.78 ?45min 2:10 ?3.5 (h:min) (%) 终凝时间 烧失量 2.78 ?10h 3:20 ?5.0 (%) (h:min) 混合材掺量 安定性 合格 合格 ?15.0 10(粉煤灰) (%) 表2-4 42.5普通硅酸盐水泥强度指标 强度(MPa) 抗折强度 抗压强度 龄期(d) 3 28 3 28 标准值 ?3.5 ?6.5 ?16.0 ?42.5 5.39 9.68 27.03 56.52 实测值 经过检测两种硅酸盐水泥品质与强度指标均符合试验规范要求。 2.2 粗骨料和水 第 6 页 共76 页 华北水利水电学院毕业论文 本试验采用卵石和碎石两种粗骨料。首先进行过筛分级。每种骨料人工筛分成5,16mm和10,20mm两种级配。由于卵石含泥量大，使用前要先用水冲洗晾干。混凝土拌和与养护用水为城市自来水。在实验之前，利用实验工具测得两种骨料的技术性能指标。先后测 -10。 得两种粗骨料的表观密度、压碎值、含泥量、堆积密度，骨料的实测技术性能指标见表2 (1)表观密度采用简易法测定，简易法测定运用以下仪器:烘箱，秤，广口瓶，实验筛，毛巾。 表2-5 表观密度所需的试样最少质量 最大公称10.0 16.0 20.0 31.5 40.0 63.0 80.0 25(0 粒径(mm) 试样最少2.0 2.0 2.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 质量(?) 简易法测定应按照以下步骤: ?按照标准表2-5规定的数量称取试样。 ?将试样浸水饱和，然后装入广口瓶中。装试样时广口瓶应倾斜放置，注入饮用水，用玻璃片覆盖瓶口，以上下左右的方法排除气泡。 ?气泡排尽后，向瓶中加饮用水直至水面凸出瓶口边缘，然后用玻璃片沿瓶口迅速滑行，使其紧贴瓶口水面，擦干瓶外水分后，称取试样、水、玻璃片和瓶的质量。 m1 ?将瓶中试样倒入浅盘中，放入(105?5)?烘箱烘干至恒重，取出，放回带盖容器中冷却至室温称取质量。 m0 ?将瓶洗净，重新注入饮用水，用玻璃片紧贴瓶口水面，擦干瓶外水分，称取质量 。 m2 表观密度按下式计算: ,,m0 公式(1) ,,1000,,，,,tmmm，,021,, 3其中,——表观密度(kg/m); ——烘干后试样质量; m0 ——试样、水、瓶和玻璃片总质量; m1 ——水、瓶和玻璃片总质量; m2 第 7 页 共76 页 华北水利水电学院毕业论文 ——水温对表观密度影响修正系数; ,t (2)压碎值采用压碎值指标测定仪进行测定，实验数据见表2-7，主要运用以下实验设备:压力试验机、压碎值指标测定仪(图2-3)、秤、试验筛。 测定压碎值按照以下步骤:?置圆筒于底盘上，取每份3?的试样一份，分两层装入圆筒。每装完一层试样后，在底盘下面垫放一直径13?的圆钢筋，将其按住，左右交替颠击地面各25下，第二层颠实后，试样表面距底盘的高度为100?左右。 ?整平桶内试样表面，把加压头装好，放在试验机上，在160,300s内均匀加压至200kN，稳定5s，然后卸荷，取出测定筒，倒出筒中式样称其质量，用公称直径为2、m0 5mm方孔筛筛出被压碎的细粒，称取留在筛上的试样质量。 m 1 mm,01,100%压碎值按下式计算: 公式(2) ,，sm0 其中——压碎值指标; ,s ——试样质量; m0 ——压碎试验筛余试样质量; m1 (3)含泥量试验采用下列仪器设备:烘箱，秤，实验筛，容器，浅盘。 表2-6 含泥量试验所需的最小质量 最大公称10.0 16.0 20.0 31.5 40.0 63.0 80.0 25(0 粒径(mm) 试样最少2.0 2.0 6.0 6.0 10.0 10.0 20.0 20.0 质量(?) 含泥量试验按照以下实验步骤: ?取出试样一份装入容器中摊平，并注入饮用水，使水面高出石子表面150?，m0 浸泡两个小时，用手在水中淘洗颗粒，缓缓将浊液倒入公称直径为125?及80微米的方孔套筛，筛除小于80微米的颗粒。 ?再次加水与容器中，重复上述过程，直到洗出的水清澈为止。 ?用水冲洗留在筛中的细粒，并将公称直径为80微米的方孔套筛放入水中来回摇动，充分筛除小于80微米的颗粒。然后将留在两只筛上的颗粒与洗净的试样放入浅盘，置于 第 8 页 共76 页 华北水利水电学院毕业论文 (105?5)?烘箱烘干至恒重，取出冷却至室温，称取试样质量。 m1 含泥量按下式计算: mm,01,100% 公式(3) ,，m0 其中——含泥量指标(%); , ——试验前烘干试样的质量(g); m0 ——试验后烘干试样的质量(g); m1 (4)堆积密度试验采用秤、容量筒、平头铁锨、烘箱进行测定。含泥量利用秤、烘箱、试验筛、容器、浅盘等仪器进行测定。 堆积密度试验按照以下实验步骤:?取出试样一份置于平整干净的地板，用平头铁m1 锨铲起试样，使石子自由落入容量筒中，此时，铁锨齐口与容量筒上口距离保持为50?左右，装满容量筒除去凸出筒口表面的颗粒，并以适当的颗粒填入凹陷部分，使凸出与凹陷部分体积相当。称取试样与容量筒质量。 m2 堆积密度按下式计算: mm,21 公式(4) ,100%,，V 3其中——堆积密度(kg/m); , ——容量筒质量(kg); m1 ——容量筒与试样质量(kg); m2 表2-7 压碎值实验数据 压碎值 平均值 10~20mm卵石 M(g) M(g) 01 第一组 2990 2687 10.1% 第二组 10.0% 2994 2696 10.0% 第三组 2994 2705 9.7% 压碎值 平均值 10~20mm碎石 M(g) M(g) 01 第一组 2994 2754 8.0% 第二组 8.5% 2996 2718 9.3% 第三组 3000 2757 8.1% 第 9 页 共76 页 华北水利水电学院毕业论文 表2-8 粗骨料技术性能 级 配表观密度堆积密度空隙率 含泥量 压碎值 种 类 33(mm) (kg/m) (kg/m) (%) (%) (%) 5~16 2650 1500 43 1.1 10.6 卵石 10~20 2680 1515 43 0.65 10.0 5~16 2730 1490 45 0.9 6.4 碎石 10~20 2710 1455 46 0.6 8.5 2.3 试验方法 由于无砂大孔生态混凝土属于一种新型混凝土，国内还没有正式的试验规程和试验方法，因此参照日本混凝土协会1998年提出的“多孔混凝土性能试验方法草案”来进行试验。首先采用人工拌和的方法来拌和混凝土。试验前，先将骨料浸水成饱和面干状态。拌和时，先加水泥和水，拌和水泥浆。水泥浆拌和均匀后加入粗骨料，继续拌合混凝土拌合物。均匀后测试拌合物性能，成型混凝土试件，拆模，编号，养护到龄期测试混凝土试块力学性能。 无砂大孔生态混凝土透水性试验，国家还没有正式的标准规范，仍参照日本《多孔混凝土性能试验方法草案》，进行透水系数测试。首先将直径160PVC管材截取成每段平均长度32cm，将内表面洗净晾干。然后依照配合比拌合混凝土，将混凝土填入PVC管材中如a图所示。下部分层装填碎石与砂子，上部装填混凝土，捣实抹平。养护至龄期进行透水实验。透水实验示意图如b图所示。试验时先灌水到200mm刻度以上，待水位下降到160mm刻度时开表计时，水全部渗漏完毕时停表，记录时间t(单位:秒)。然后计算混凝土的透水系数:T=160?t (单位:毫米/秒)。 第 10 页 共76 页 华北水利水电学院毕业论文 a) 透水试块制作图 b) 透水试验示意图 图2-4 混凝土透水性测定装置 第3章 试验结果 3.1 混凝土配合比及拌合物性能 33试验选择了32.5、42.5两个强度等级的水泥品种，150kg/m、200 kg/m两种水泥用量，碎石、卵石两个骨料品种，5,16mm、10,20mm两种骨料级配，0.35、0.40、0.45三个水灰比，进行混凝土配合比设计，试验采用人工拌合，机械振实。 -1 人工拌合过程 图3-2 机械振实过程 图3 首先用碎石进行混凝土配合比设计，对32.5、42.5两个强度等级的水泥品种，混凝土的配合比(或者说原材料用量)是相同的，但混凝土拌合物性能是不同的，计算出的两个强度等级水泥混凝土配合比与实测的混凝土拌合物性能分别见表3-1和表-2。 表3-1 32.5水泥碎石混凝土配合比及拌合物性能 编号 骨料级配骨料用量水泥用量水灰比 水用量 堆积密度 3(mm) (kg) (kg) (kg) (kg/m) S3 0.35 0.63 1 S3 1490 0.40 0.72 217(88 1(8 0.45 0.81 S3 3 S3 0.35 0.84 4 5~16 S3 1490 0.40 0.96 517(88 2.4 0.45 1.08 S3 6 S3 0.35 0.63 7 S3 1435 0.40 0.72 8 第 11 页 共76 页 华北水利水电学院毕业论文 17(46 1(8 0.45 0.81 S3 9 10~20 S3 0.35 0.84 10 S3 1435 0.40 0.96 11 17(46 2.4 0.45 1.08 S3 12 表3-2 42.5水泥碎石混凝土配合比及拌合物性能 编号 骨料级配骨料用量水泥用量水灰比 水用量 堆积密度 3(mm) (kg) (kg) (kg) (kg/m) S4 0.35 0.63 1 S4 1490 0.40 0.72 217(88 1(8 0.45 0.81 S4 3 S4 0.35 0.84 4 5~16 S4 1490 0.40 0.96 517(88 2.4 0.45 1.08 S4 6 S4 0.35 0.63 7 S4 1435 0.40 0.72 817(46 1(8 0.45 0.81 S4 9 10~20 S4 0.35 0.84 10 S4 1435 0.40 0.96 11 17(46 2.4 0.45 1.08 S4 12 表3-3 42.5水泥卵石混凝土配合比及拌合物性能 编号 骨料级配骨料用量水泥用量水灰比 水用量 堆积密度 3(mm) (kg) (kg) (kg) (kg/m) L4 0.35 0.63 1 L4 1500 0.40 0.72 218 1(8 0.45 0.81 L 4 3 L 4 0.35 0.84 4 5~16 L 4 1500 0.40 0.96 518 2.4 0.45 1.08 L 4 6 L 4 0.35 0.63 7 L 4 1513 0.40 0.72 818(18 1(8 0.45 0.81 L 4 9 10~20 L 4 0.35 0.84 10 第 12 页 共76 页 华北水利水电学院毕业论文 L 4 18(18 2.4 0.40 0.96 1513 11 0.45 1.08 L 4 12 由于时间和材料有限，仅用42.5水泥拌合卵石。卵石混凝土的配合比与实测的混凝土拌合物性能见表3-3。 3.2 无砂大孔混凝土抗压强度 目前，无砂大孔生态混凝土材料的性能指标及其测定方法，还没有正式的标准规范。参照日本混凝土协会下属的“减轻混凝土负担型混凝土研究委员会”于1998年提出“多孔混凝土性能试验方法草案”，该试验方法草案规定，无砂大孔混凝土的强度测试，可参照普通混凝土的试验方法。 图 3-3 抗压试验过程 图3-4 抗劈裂试验过程 依据上述试验方法，测定的无砂大孔混凝土的强度见表3-4,表3-6。表3-4是用32.5水泥拌制的碎石骨料混凝土的强度，表3-5是用42.5水泥拌制的碎石骨料混凝土的强度，表3-6是用42.5水泥拌制的卵石骨料混凝土的强度。 表3-4 32.5水泥碎石混凝土强度 配 合 比 抗压强度(MPa) 抗劈裂强度(MPa) 配比 骨料级配水泥品水泥用量编号 水灰比 14天 28天 14天 28天 3(mm) 种 (kg/m) S3 0.35 3.5 4.3 0.92 0.61 1 S3 150 0.40 4.0 5.3 0.86 0.60 2 S3 0.45 3.7 4.8 0.69 0.60 35~16 S3 0.35 4.2 6.4 1.19 0.95 4 S3 32.5 200 0.40 5.0 8.0 0.96 0.56 5 S3 0.45 2.8 5.6 0.85 0.69 6 S3 0.35 2.4 4.3 0.71 0.90 7 S3 10~20 150 0.40 3.1 4.9 0.67 0.96 8 S3 0.45 2.7 5.2 0.66 0.68 9 第 13 页 共76 页 华北水利水电学院毕业论文 S3 0.35 4.9 6.5 1.19 0.97 10 S3 200 0.40 3.0 6.5 1.17 1.11 11 S3 0.45 2.8 6.1 0.74 1.03 12 表3-5 42.5水泥碎石混凝土强度 配 合 比 抗压强度(MPa) 抗劈裂强度(MPa) 配比 骨料级配水泥品水泥用量编号 水灰比 14天 28天 14天 28天 3(mm) 种 (kg/m) S4 0.35 1.5 2.8 0.54 0.57 1 S4 150 0.40 2.9 4.8 0.74 0.95 2 S4 0.45 3.0 5.3 1.05 1.03 35~16 S4 0.35 4.6 6.2 1.01 0.96 4 S4 200 0.40 7.3 9.0 1.12 1.21 5 S4 0.45 7.0 6.6 1.30 1.19 642.5 S4 0.35 2.0 4.0 0.66 0.47 7 S4 150 0.40 4.0 3.8 0.83 0.89 8 S4 0.45 4.4 6.2 0.90 0.58 910~20 S4 0.35 6.1 6.7 1.20 0.97 10 S4 200 0.40 2.9 6.3 1.15 1.09 11 S4 0.45 5.1 6.2 1.21 0.70 12 表3-6 42.5水泥卵石混凝土强度 配 合 比 抗压强度(MPa) 抗劈裂强度(MPa) 配比 骨料级配水泥用量编号 水泥品种 水灰比 14天 28天 14天 28天 3(mm) (kg/m) L4 0.35 0.6 0.6 0.11 0.16 1 L4 0.40 2.2 4.2 0.71 0.74 5~16 150 2 L4 0.45 4.8 7.1 0.86 0.76 342.5 L4 5~16 200 0.35 2.1 6.9 0.74 0.71 4 L4 10~20 150 0.40 4.2 5.5 0.72 0.77 5 L4 10~20 200 0.45 5.7 6.1 0.82 1.08 6 3.3 混凝土孔隙率 “多孔混凝土性能试验方法草案”规定，对大孔混凝土总孔隙率、连通孔隙率的测定，其试验步骤规定如下: (1)用卡尺测量并计算试件的外观体积V; 1 (2)将试件浸泡在水中使其饱和后，用静水天平称取试件在水中的重量W;1 (3)将试件从水中取出，控干内部吸入的水并擦干表面多余的水，待重量恒定后称取试件在空气中的重量W;2 (4)然后将试件在20??2?、相对湿度60%的条件下自然放置24小时，称取试件在空气中的重量W; 3 第 14 页 共76 页 华北水利水电学院毕业论文 (5)计算混凝土的总孔隙率:P=〔1-(W- W)/ V〕×100(%); 1311 (6)计算混凝土的连通孔隙率:P=〔1-(W- W)/ V〕×100(%)。 2211 依据上述试验方法，分别测定无砂大孔混凝土的各种配合比试块总孔隙率和连通孔隙 率。 图3-5 静水天平称取试块照片 混凝土孔隙率试验数据如表3-7所示 表3-7 混凝土孔隙率试验数据 编号 试块? 试块? 试块? W(g) W(g) W(g) W(g) W(g) W(g) W(g) W(g) W(g) 1 (23123123S3 11070.8 1767 1750 1092.5 1805 1800 1093.1 1809 1750 S3 21105.5 1838 1832 1107.0 1843 1832 1123 1865 1856 S3 31090.3 1816 1802 1089.5 1823 1811 1116.8 1866 1854 S3 41123 1878 1870 1155.5 1938 1906 1147 1974 1931 S3 51114.7 1862 1855 1124.3 1871 1871 1090 1820 1813 S3 61044.2 1757 1749 1078 1820 1810 1098 1864 1860 S3 71050 1722 1715 1052.5 1730 1723 1103 1804 1798 第 15 页 共76 页 华北水利水电学院毕业论文 S3 81091.5 1797 1790 1068 1760 1753 1095 1803 1799 S3 91056 1743 1736 1041 1727 1720 1069 1770 1761 S3 101106 1849 1842 1098 1875 1807 1102.5 1828 1820 S3 111046.5 1741 1736 1069 1783 1775 1083 1806 1795 S3 121089.5 1945 1929 1111.5 1897 1885 1087 1850 1841 S4 11018.5 1675 1660 1029.38 1680 1673 1043.40 1706 1702 S4 21045.5 1723 1710 1084.23 1778 1770 1086.20 1785 1782 S4 31096.40 1809 1803 1094.80 1809 1804 11116.25 1852 1843 S4 41032.90 1714 1697 1095.80 1808 1802 1059.28 1743 1738 S4 51087.50 1806 1797 1084.52 1804 1800 1073.00 1775 1773 S4 61100.80 1856 1848 1120.30 1893 1884 1146.41 1920 1913 S4 71107.40 1835 1827 1093.50 1787 1781 961(60 1573 1568 S4 81040.5 1704 1686 1125.92 1849 1842 1042.45 1699 1696 S4 91108.50 1832 1827 1114.00 1828 1822 1117.80 1835 1830 S4 101129.95 1866 1862 1150.40 1896 1888 1252.00 1874 1870 S4 111148.40 1915 1907 1288.05 1893 1886 1122.10 1849 1840 S4 121175.65 1954 1945 1304.54 1893 1891 1153.91 1918 1911 L4 1958.79 1589 1576 964.60 1605 1583 975.91 1623 1606 L4 21054.90 1764 1751 1078.00 1791 1779 1099.9 1824 1806 L4 31087.00 1840 1831 11083.49 1814 1808 1101.50 1846 1835 L4 41072.20 1800 1789 1043.30 1746 1734 975.00 1785 1774 L4 51049.50 1761 1745 994.00 1801 1782 1119.50 1852 1829 第 16 页 共76 页 华北水利水电学院毕业论文 L4 61125.65 1886 1872 1062.00 1945 1928 1135.65 1911 1893 将所得数据代入总孔隙率:P=〔1-(W- W)/ V〕×100(%)，连通孔隙率:P=〔1-(W- 131122 W)/ V〕×100(%)，可测得大孔混凝土总孔隙率、连通孔隙率，如下表3-8至表3-10所11 示。 表3-8 32.5水泥碎石混凝土孔隙率 配 合 比 孔隙率(%) 配比 骨料级配水泥品水泥用量编号 水灰比 总孔隙 连通孔隙 3(mm) 种 (kg/m) S3 0.35 30.4 29.2 1 S3 150 0.40 27.5 26.3 2 S3 0.45 27.7 26.4 35~16 S3 0.35 24.0 21.2 4 S3 200 0.40 26.7 25.9 5 S3 0.45 26.7 26.0 632.5 S3 0.35 32.2 31.5 7 S3 150 0.40 30.4 29.8 8 S3 0.45 31.6 30.9 910~20 S3 0.35 27.9 25.2 10 S3 200 0.40 29.8 29.0 11 S3 0.45 27.8 19.9 12 表3-9 42.5水泥碎石混凝土孔隙率 配 合 比 孔隙率(%) 配比 骨料级配水泥品水泥用量编号 水灰比 总孔隙 连通孔隙 3(mm) 种 (kg/m) S4 0.35 35.2 34.3 1 S4 150 0.40 31.8 31.0 2 S4 0.45 28.6 27.9 35~16 S4 0.35 31.7 30.8 4 S4 200 0.40 29.2 28.6 5 S4 0.45 24.1 23.3 642.5 S4 0.35 32.9 32.3 7 S4 150 0.40 32.8 31.9 8 S4 0.45 38.8 28.2 910~20 S4 0.35 30.0 29.2 10 S4 200 0.40 31.6 30.8 11 S4 0.45 29.3 29.0 12 表3-10 42.5水泥卵石混凝土孔隙率 配 合 比 孔隙率(%) 配比 骨料级配水泥用量编号 水泥品种 水灰比 总孔隙 连通孔隙 3(mm) (kg/m) L4 5~16 42.5 150 0.35 37.8 36.1 1 第 17 页 共76 页 华北水利水电学院毕业论文 L4 0.40 29.9 28.5 2 L4 0.45 26.6 25.7 3 L4 5~16 200 0.35 26.5 25.3 4 L4 10~20 150 0.40 26.9 25.0 5 L4 10~20 200 0.45 21.0 19.4 6 3.4 混凝土沉浆厚度与面积 表3-11 32.5水泥碎石混凝土沉浆厚度与面积 配 合 比 配比 骨料级配水泥品水泥用量沉浆厚度沉浆面积编号 水灰比 32(mm) 种 (kg/m) (?) (mm) S3 0.35 0 0 1 S3 150 0.40 0 0 2 S3 0.45 0 800 35~16 S3 0.35 0 4300 4 S3 200 0.40 0 700 5 S3 0.45 0 1900 632.5 S3 0.35 0 1400 7 S3 150 0.40 0 2700 8 S3 0.45 0 3400 910~20 S3 0.35 0 5100 10 S3 200 0.40 0 7700 11 S3 0.45 6 10000 12 表3-12 42.5水泥碎石混凝土沉浆厚度与面积 配 合 比 配比 骨料级配水泥品水泥用量沉浆厚度沉浆面积编号 水灰比 32(mm) 种 (kg/m) (?) (mm) S4 0.35 0 0 1 S4 150 0.40 0 0 2 S4 0.45 0 8000 35~16 S4 0.35 0 0 4 S4 200 0.40 0 3200 542.5 S4 0.45 0 5300 6 S4 0.35 0 2000 7 S4 150 0.40 0 3900 810~20 S4 0.45 2 6400 9 S4 200 0.35 0 3900 10 第 18 页 共76 页 华北水利水电学院毕业论文 S4 0.40 2.7 10000 11 S4 0.45 8.7 10000 12 表3-13 42.5水泥卵石混凝土沉浆厚度与面积 配 合 比 配比 骨料级配水泥用量沉浆厚度沉浆面积编号 水泥品种 水灰比 32(mm) (kg/m) (?) (mm) L4 0.35 0 0 1 L4 0.40 0 1100 5~16 150 2 L4 0.45 0 5300 342.5 L4 5~16 200 0.35 0 0 4 L4 10~20 150 0.40 0 4800 5 L4 10~20 200 0.45 0 6200 6 表3-11至表3-13中沉浆是指混凝土试件成型时，水泥浆从骨料颗粒表面上淌下，沉积到试件底部的水泥浆层。沉浆厚度是指从试件侧面量取的水泥浆层的高度，见图3-6;沉浆面积是指从试件底面量取并计算的水泥浆层的面积，见图3-7。 图3-6 混凝土拌合物沉浆厚度 图3-7 混凝土拌合物沉浆面积 2 试件为边长为100mm的立方体，当其沉浆面积为10000mm时，就意味着混凝土底面全部被水泥浆填满，水分将无法通过缝隙透过，植被根系无法穿透混凝土。对此，从植物生长的角度考虑，沉浆面积越小，厚度越薄，无砂混凝土透水性能越好。 第 19 页 共76 页 华北水利水电学院毕业论文 第4章 试验结果分析 4.1 水灰比对混凝土性能的影响 4.1.1 水灰比对混凝土强度的影响 根据表3-4的试验数据，分别绘出32.5水泥拌制的碎石混凝土14天和28天抗压强度关系图见图4-1~图4-8。根据表3-5的试验数据，分别绘出42.5水泥拌制的碎石混凝土14天和28天抗压强度关系图见图4-9至图4-16。根据表3-6的试验数据，分别绘出42.5水泥拌制的卵石混凝土14天和28天抗压强度关系图。 Dm=5-16 C=150 4.1 4 3.9 3.8 3.7 3.6 3.5 抗压强度(MPa)3.4 3.3 3.2 0.350.40.45 水灰比(W/C) 图4-1 32.5水泥碎石混凝土14天抗压强度关系图 第 20 页 共76 页 华北水利水电学院毕业论文 Dm=5-16 C=1506 5 4 3 2 抗压强度(MPa) 1 0 0.350.40.45 水灰比(W/C) -2 32.5水泥碎石混凝土28天抗压强度关系图 图4 Dm=5-16 C=2006 5 4 3 2 抗压强度(MPa) 1 0 0.350.40.45 水灰比(W/C) 图4-3 32.5水泥碎石混凝土14天抗压强度关系图 第 21 页 共76 页 华北水利水电学院毕业论文 Dm=5-16 C=2009 8 7 6 5 4 3 抗压强度(MPa)2 1 0 0.350.40.45 水灰比(W/C) -4 32.5水泥碎石混凝土28天抗压强度关系图 图4 Dm=10-20 C=1503.5 3 2.5 2 1.5 1抗压强度(MPa) 0.5 0 0.350.40.45 水灰比(W/C) 图4-5 32.5水泥碎石混凝土14天抗压强度关系图 第 22 页 共76 页 华北水利水电学院毕业论文 Dm=10-20 C=1506 5 4 3 2 抗压强度(MPa) 1 0 0.350.40.45 水灰比(W/C) 图4-6 32.5水泥碎石混凝土28天抗压强度关系图 Dm=10-20 C=2006 5 4 3 2 抗压强度(MPa) 1 0 0.350.40.45 水灰比(W/C) 图4-7 32.5水泥碎石混凝土14天抗压强度关系图 第 23 页 共76 页 华北水利水电学院毕业论文 Dm=10-20 C=2006.6 6.5 6.4 6.3 6.2 6.1抗压强度(MPa) 6 5.9 0.350.40.45 水灰比(W/C) -8 32.5水泥碎石混凝土28天抗压强度关系图 图4 Dm=5-16 C=1503.5 3 2.5 2 1.5 1抗压强度(MPa) 0.5 0 0.350.40.45 水灰比(W/C) 图4-9 42.5水泥碎石混凝土14天抗压强度关系图 第 24 页 共76 页 华北水利水电学院毕业论文 Dm=5-16 C=1506 5 4 3 2 抗压强度(MPa) 1 0 0.350.40.45 水灰比(W/C) -10 42.5水泥碎石混凝土28天抗压强度关系图 图4 Dm=5-16 C=2008 7 6 5 4 3 2抗压强度(MPa) 1 0 0.350.40.45 水灰比(W/C) 图4-11 42.5水泥碎石混凝土14天抗压强度关系图 第 25 页 共76 页 华北水利水电学院毕业论文 Dm=5-16 C=20010 8 6 4 抗压强度(MPa)2 0 0.350.40.45 水灰比(W/C) -12 42.5水泥碎石混凝土28天抗压强度关系图 图4 Dm=10-20 C=1505 4 3 2 抗压强度(MPa)1 0 0.350.40.45 水灰比(W/C) 图4-13 42.5水泥碎石混凝土14天抗压强度关系图 第 26 页 共76 页 华北水利水电学院毕业论文 Dm=10-20 C=1507 6 5 4 3 2抗压强度(MPa) 1 0 0.350.40.45 水灰比(W/C) -14 42.5水泥碎石混凝土28天抗压强度关系图 图4 Dm=10-20 C=2007 6 5 4 3 2抗压强度(MPa) 1 0 0.350.40.45 水灰比(W/C) 图4-15 42.5水泥碎石混凝土14天抗压强度关系图 第 27 页 共76 页 华北水利水电学院毕业论文 Dm=10-20 C=2006.8 6.7 6.6 6.5 6.4 6.3 6.2 抗压强度(MPa)6.1 6 5.9 0.350.40.45 水灰比(W/C) 图4-16 42.5水泥碎石混凝土28天抗压强度关系图 Dm=5-16 C=1506 5 4 3 2 抗压强度(MPa) 1 0 0.350.40.45 水灰比(W/C) 图4-17 42.5水泥卵石混凝土14天抗压强度关系图 第 28 页 共76 页 华北水利水电学院毕业论文 Dm=5-16 C=150 8 7 6 5 4 3 2抗压强度(MPa) 1 0 0.350.40.45 水灰比(W/C) 图4-18 42.5水泥卵石混凝土28天抗压强度关系图 从以上折线图可以看出，总体趋势是随着水灰比的增大，无砂大孔混凝土的强度降低，符合普通混凝土的一般规律。但是，水灰比从0.4到0.35变化时，混凝土强度变化不大，甚至有些配合比0.4时强度比0.35时还高。因此，从保证强度和便于施工两方面来考虑，建议取0.4的水灰比。另外，个别曲线出现反常现象，原因可能是试件成型不 规则 编码规则下载淘宝规则下载天猫规则下载麻将竞赛规则pdf麻将竞赛规则pdf 造成的。 4.1.2 水灰比对混凝土孔隙率的影响 根据表3-8的试验数据，分别绘出32.5水泥拌制的碎石混凝土总空隙率和连通孔隙率关系图见图4-19至图4-26。根据表3-9的试验数据，图4-27至图4-34是42.5水泥拌制的碎石混凝土总孔隙率和连通孔隙率关系图。根据表3-10的试验数据，图4-35至图4-36是42.5水泥拌制的卵石混凝土总孔隙率和连通孔隙率关系图。 第 29 页 共76 页 华北水利水电学院毕业论文 Dm=5-16 C=15031 30 29 28 总孔隙率(%)27 26 0.350.40.45 水灰比(W/C) 图4-19 32.5水泥碎石混凝土总孔隙率关系图 Dm=5-16 C=15030 29 28 27 26 连通孔隙率(%) 25 24 0.350.40.45 水灰比(W/C) 图4-20 32.5水泥碎石混凝土连通孔隙率关系图 第 30 页 共76 页 华北水利水电学院毕业论文 Dm=5-16 C=20027 26.5 26 25.5 25 24.5 24 总孔隙率(%)23.5 23 22.5 0.350.40.45 水灰比(W/C) 图4-21 32.5水泥碎石混凝土总孔隙率关系图 Dm=5-16 C=20030 25 20 15 10 连通孔隙率(%) 5 0 0.350.40.45 水灰比(W/C) 图4-22 32.5水泥碎石混凝土连通孔隙率关系图 第 31 页 共76 页 华北水利水电学院毕业论文 Dm=10-20 C=15032.5 32 31.5 31 30.5 总孔隙率(%) 30 29.5 0.350.40.45 水灰比(W/C) 图4-23 32.5水泥碎石混凝土总孔隙率关系图 Dm=10-20 C=15032 31.5 31 30.5 30 29.5连通孔隙率(%) 29 28.5 0.350.40.45 水灰比(W/C) 图4-24 32.5水泥碎石混凝土连通孔隙率关系图 第 32 页 共76 页 华北水利水电学院毕业论文 Dm=10-20 C=20030 29.5 29 28.5 28 27.5总孔隙率(%) 27 26.5 0.350.40.45 水灰比(W/C) 图4-25 32.5水泥碎石混凝土总孔隙率关系图 Dm=10-20 C=20035 30 25 20 15 10连通孔隙率(%) 5 0 0.350.40.45 水灰比(W/C) 图4-26 32.5水泥碎石混凝土连通孔隙率关系图 第 33 页 共76 页 华北水利水电学院毕业论文 Dm=5-16 C=15040 35 30 25 20 15 10总孔隙率(%) 5 0 0.350.40.45 水灰比(W/C) 图4-27 42.5水泥碎石混凝土总孔隙率关系图 Dm=5-16 C=15040 35 30 25 20 15 10连通孔隙率(%) 5 0 0.350.40.45 水灰比(W/C) 图4-28 42.5水泥碎石混凝土连通孔隙率关系图 第 34 页 共76 页 华北水利水电学院毕业论文 Dm=5-16 C=20035 30 25 20 15 10总孔隙率(%) 5 0 0.350.40.45 水灰比(W/C) 图4-29 42.5水泥碎石混凝土总孔隙率关系图 Dm=5-16 C=20035 30 25 20 15 10连通孔隙率(%) 5 0 0.350.40.45 水灰比(W/C) 图4-30 42.5水泥碎石混凝土连通孔隙率关系图 第 35 页 共76 页 华北水利水电学院毕业论文 Dm=10-20 C=15040 38 36 34 32 总孔隙率(%) 30 28 0.350.40.45 水灰比(W/C) 图4-31 42.5水泥碎石混凝土总孔隙率关系图 Dm=10-20 C=15033 32 31 30 29 28连通孔隙率(%) 27 26 0.350.40.45 水灰比(W/C) 图4-32 42.5水泥碎石混凝土连通孔隙率关系图 第 36 页 共76 页 华北水利水电学院毕业论文 Dm=10-20 C=20032 31.5 31 30.5 30 29.5 29总孔隙率(%) 28.5 28 0.350.40.45 水灰比(W/C) 图4-33 42.5水泥碎石混凝土总孔隙率关系图 Dm=10-20 C=20031 30.5 30 29.5 29 连通孔隙率(%) 28.5 28 0.350.40.45 水灰比(W/C) 图4-34 42.5水泥碎石混凝土连通孔隙率关系图 第 37 页 共76 页 华北水利水电学院毕业论文 Dm=5-16 C=15040 35 30 25 20 15 10总孔隙率(%) 5 0 0.350.40.45 水灰比(W/C) 图4-35 42.5水泥卵石混凝土总孔隙率关系图 Dm=5-16 C=15040 35 30 25 20 15 10连通孔隙率(%) 5 0 0.350.40.45 水灰比(W/C) 图4-36 42.5水泥卵石混凝土连通孔隙率关系图 从以上图中可以看出，水灰比对无砂大孔混凝土孔隙率的影响没有一定的规律性，这 部分内容有待进一步研究。 4.1.3 水灰比对混凝土沉浆厚度和面积的影响 第 38 页 共76 页 华北水利水电学院毕业论文 7 6 Dm=10-20 C=2005 Dm=10-204C=150 Dm=5-163 C=200沉浆厚度(mm)2 Dm=5-16 C=1501 0 0.350.40.45 水灰比(W/C) 图4-37 32.5水泥碎石混凝土沉浆厚度关系图 12000 Dm=10-2010000 C=2008000 Dm=10-20 C=1506000 Dm=10-20 C=1504000沉浆面积(mm2) Dm=5-162000C=150 0 0.350.40.45 水灰比(W/C) 图4-38 32.5水泥碎石混凝土沉浆面积关系图 第 39 页 共76 页 华北水利水电学院毕业论文 10 9 Dm=10-208C=2007 Dm=10-206C=1505 Dm=10-204C=1503沉浆厚度(mm) Dm=5-162C=1501 0 0.350.40.45 水灰比(W/C) 图4-39 42.5水泥碎石混凝土沉浆厚度关系图 12000 Dm=10-2010000 C=200 8000 Dm=10-20 C=1506000 Dm=5-16 C=2004000沉浆面积(mm2) Dm=5-16 2000C=150 0 0.350.40.45 水灰比(W/C) 图4-40 42.5水泥碎石混凝土沉浆面积关系图 因为沉浆厚度和面积直接影响到植被根系的生长，从以上几个图中可以看出，只有当水灰比取0.40或0.35时，沉浆层的厚度较小，不影响作物的生长，因此水灰比只能取0.4以下。建议人工拌合时取0.40的水灰比，机械拌和时取0.35的水灰比 4.2 水泥用量和强度等级对混凝土性能的影响 4.2.1 水泥用量和强度等级对混凝土强度的影响 第 40 页 共76 页 华北水利水电学院毕业论文 从表3-4至表3-6中试验数据可以看出，在水泥强度等级相同的条件下，水泥用量大 3的混凝土抗压强度高。水泥用量增加50kg/m,混凝土28天抗压强度平均增加大约2.1MPa。在水泥用量相同的条件下，水泥强度等级越高，混凝土的强度也越高。水泥强度等级增加一级(由32.5增加到42.5)，混凝土28天抗压强度平均增加大约1.1MPa。 4.2.2 水泥用量和强度等级对混凝土孔隙率的影响 从表3-8至表3-10中试验数据可以看出，总的趋势是在水泥强度等级相同的条件下，水泥用量大的混凝土总孔隙率和连通孔隙率较水泥用量小的混凝土小。水泥用量增加 350kg/m,混凝土总孔隙率减少3.9%，连通孔隙率减少3.6%，所示由图4-41和图4-48。在水泥用量相同的条件下，水泥强度等级对混凝土孔隙率的影响没有规律性。 35 30 25 Dm=5-16 20C=200 Dm=5-1615 C=15010总孔隙率(%) 5 0 0.350.40.45 水灰比(W/C) 图4-41 水泥用量对混凝土总孔隙率的影响 第 41 页 共76 页 华北水利水电学院毕业论文 35 30 25 Dm=5-1620C=200 Dm=5-1615 C=15010连通孔隙率(%) 5 0 0.350.40.45 水灰比(W/C) 图4-42 水泥用量对混凝土连通孔隙率的影响 33 32 31 Dm=10-2030 C=20029Dm=10-2028C=150总孔隙率(%)27 26 25 0.350.40.45 水灰比(W/C) 图4-43 水泥用量对混凝土总孔隙率的影响 第 42 页 共76 页 华北水利水电学院毕业论文 35 30 25 Dm=10-2020C=200 Dm=10-2015 C=15010连通孔隙率(%) 5 0 0.350.40.45 水灰比(W/C) 图4-44 水泥用量对混凝土连通孔隙率的影响 40 35 30 Dm=5-1625 C=20020Dm=5-1615C=150总孔隙率(%)10 5 0 0.350.40.45 水灰比(W/C) 图4-45 水泥用量对混凝土总孔隙率的影响 第 43 页 共76 页 华北水利水电学院毕业论文 40 35 30 Dm=5-1625 C=20020Dm=5-1615C=15010连通孔隙率(%) 5 0 0.350.40.45 水灰比(W/C) 图4-46 水泥用量对混凝土连通孔隙率的影响 45 40 35 30Dm=10-2025C=200 Dm=10-2020 C=15015总孔隙率(%)10 5 0 0.350.40.45 水灰比(W/C) 图4-47 水泥用量对混凝土总孔隙率的影响 第 44 页 共76 页 华北水利水电学院毕业论文 33 32 31 Dm=10-20 30C=200 Dm=10-2029 C=15028连通孔隙率(%) 27 26 0.350.40.45 水灰比(W/C) 图4-48 水泥用量对混凝土连通孔隙率的影响 4.2.3 水泥用量和强度等级对混凝土沉浆厚度和沉浆面积的影响 从表3-11与表3-13中试验数据可以看出，在其他条件相同的条件下，水泥用量大的 3混凝土的沉浆面积较大。水泥用量增加50kg/m,混凝土拌合物沉浆厚度增加2.6mm，面积 2增加3000mm。而水泥强度等级对混凝土沉浆厚度和沉浆面积的影响没有规律性，待进一 步研究。水泥用量对混凝土沉浆面积的影响如图4-49和图4-52所示。 5000 4500 4000 3500 Dm=5-163000C=2002500 Dm=5-162000C=1501500沉浆面积(mm2) 1000 500 0 0.350.40.45 水灰比(W/C) 图4-49 水泥用量对32.5水泥碎石混凝土沉浆面积的影响 第 45 页 共76 页 华北水利水电学院毕业论文 12000 10000 8000 Dm=10-20 C=2006000 Dm=10-20 C=1504000沉浆面积(mm2) 2000 0 0.350.40.45 水灰比(W/C) 图4-50 水泥用量对32.5水泥碎石混凝土沉浆面积的影响 9000 8000 7000 6000 Dm=5-165000C=200 Dm=5-164000 C=1503000沉浆面积(mm2)2000 1000 0 0.350.40.45 水灰比(W/C) 图4-51 水泥用量对42.5水泥碎石混凝土沉浆面积的影响 第 46 页 共76 页 华北水利水电学院毕业论文 12000 10000 8000 Dm=10-20 C=2006000 Dm=10-20 C=1504000沉浆面积(mm2) 2000 0 0.350.40.45 水灰比(W/C) 图4-52 水泥用量对42.5水泥碎石混凝土沉浆面积的影响 4.3 骨料品种和粒径对混凝土性能的影响 4.3.1 骨料品种和粒径对混凝土强度的影响 根据表3-4至表3-5中试验数据，绘制骨料粒径对混凝土14天抗压强度的影响折线 图如图4-53和图4-56所示。从图中可以看出，在水泥用量相同的条件下，骨料粒径越大， 混凝土强度越小。 4.5 4 3.5 3Dm=10-20 2.5C=150 Dm=5-162 C=1501.5 抗压强度(MPa)1 0.5 0 0.350.40.45 水灰比(W/C) 图4-53 150水泥用量条件下骨料粒径对混凝土强度的影响 第 47 页 共76 页 华北水利水电学院毕业论文 6 5 4Dm=10-20 C=2003Dm=5-16 C=2002 抗压强度(MPa)1 0 0.350.40.45 水灰比(W/C) 图4-54 200水泥用量条件下骨料粒径对混凝土强度的影响 5 4.5 4 3.5Dm=10-203C=1502.5Dm=5-162C=1501.5抗压强度(MPa)1 0.5 0 0.350.40.45 水灰比(W/C) 图4-55 150水泥用量条件下骨料粒径对混凝土强度的影响 第 48 页 共76 页 华北水利水电学院毕业论文 8 7 6 Dm=10-205 C=2004Dm=5-16 3C=200 2抗压强度(MPa) 1 0 0.350.40.45 水灰比(W/C) 图4-56 200水泥用量条件下骨料粒径对混凝土强度的影响 再用表3-6中的试验数据，绘制骨料品种对混凝土强度的影响见图4-57和图4-58。 从图中可以看出，在配合比相同、骨料粒径相同的条件下，卵石混凝土的抗压强度比碎石 混凝土的抗压强度高大约1.4MPa。 从试验结果看，用卵石作粗骨料拌制无砂大孔生态混凝土，对提高混凝土强度有利。 因此，建议工程施工时，用卵石作无砂大孔生态混凝土的粗骨料。 6 5 4Dm=5-16 C=150 卵石3Dm=5-16 C=150 碎石2 抗压强度(MPa)1 0 0.350.40.45 水灰比(W/C) 图4-57 150水泥用量条件下骨料品种对混凝土强度的影响 第 49 页 共76 页 华北水利水电学院毕业论文 7.0 6.0 5.0Dm=10-20,卵石4.0 Dm=10-20,碎石抗压强度(MPa)3.0 2.0 0.350.400.450.50 水灰比(W/C) 图4-58 200水泥用量条件下骨料品种对混凝土强度的影响 4.3.2 骨料品种和粒径对混凝土孔隙率的影响 根据表3-8表3-9和表3-10中的试验数据绘制骨料品种对混凝土连通孔隙率的影响， 如下图4-59至图4-62所示。 32 31 30 29Dm=10-20 28C=150 Dm=5-1627 C=150 26 连通孔隙率(%)25 24 23 0.350.40.45 水灰比(W/C) 图4-59 150水泥用量条件下骨料粒径对混凝土连通孔隙率的影响 第 50 页 共76 页 华北水利水电学院毕业论文 35 30 25 Dm=10-2020C=200 Dm=5-1615 C=20010连通孔隙率(%) 5 0 0.350.40.45 水灰比(W/C) 图4-60 200水泥用量条件下骨料粒径对混凝土连通孔隙率的影响 40 35 30 Dm=10-2025 C=150 20Dm=5-1615C=150 10连通孔隙率(%) 5 0 0.350.40.45 水灰比(W/C) 图4-61 150水泥用量条件下骨料粒径对混凝土连通孔隙率的影响 第 51 页 共76 页 华北水利水电学院毕业论文 35 30 25 Dm=10-20 20C=200 Dm=5-1615 C=20010连通孔隙率(%) 5 0 0.350.40.45 水灰比(W/C) 图4-62 200水泥用量条件下骨料粒径对混凝土连通孔隙率的影响 从以上图中可以看出，骨料粒径大的混凝土连通孔隙大些;碎石混凝土的连通孔隙比 卵石混凝土大些，水泥用量较大的混凝土连通孔隙小些。 4.3.3 骨料品种和粒径对混凝土沉浆厚度和面积的影响 从表3-11至表3-13中试验数据可以看出，在其他条件相同的条件下，骨料粒径大的 2混凝土沉浆厚度大些，沉浆面积也大。最大粒径增加5mm，沉浆面积增加3300mm，见图 4-63和图4-66。 4000 3500 3000 Dm=10-202500 C=1502000Dm=5-16 1500C=150 1000沉浆面积(mm2) 500 0 0.350.40.45 水灰比(W/C) 图4-63 骨料粒径对混凝土沉浆面积的影响 第 52 页 共76 页 华北水利水电学院毕业论文 12000 10000 8000Dm=10-20 C=2006000Dm=5-16 C=2004000 沉浆面积(mm2)2000 0 0.350.40.45 水灰比(W/C) 图4-64 骨料粒径对混凝土沉浆面积的影响 9000 8000 7000 6000Dm=10-205000C=150 Dm=5-164000 C=1503000 沉浆面积(mm2)2000 1000 0 0.350.40.45 水灰比(W/C) 图4-65 骨料粒径对混凝土沉浆面积的影响 第 53 页 共76 页 华北水利水电学院毕业论文 12000 10000 8000Dm=10-20 C=2006000Dm=5-16 C=2004000 沉浆面积(mm2)2000 0 0.350.40.45 水灰比(W/C) 图4-66 骨料粒径对混凝土沉浆面积的影响 对比表3-11表3-12和表3-13会发现，水泥用量相同和骨料粒径相同的条件下，碎 石混凝土的沉浆厚度与沉浆面积都比卵石混凝土大，说明骨料品种对混凝土的沉浆是有影 响的。从试验结果看，用卵石拌制无砂大孔生态混凝土，对植被的生长有利。 第 54 页 共76 页 华北水利水电学院毕业论文 第5章 混凝土配合比优化设计 5.1 试验结果分析的初步成果 5.1.1 无砂大孔生态混凝土的强度 无砂大孔生态混凝土的强度，随着水灰比的减少而增加，当水灰比减小到0.4时，强度最高。水灰比再减少到0.35时，部分混凝土的强度开始降低，或者是不增加。可见，无砂大孔生态混凝土有一个0.4的最优水灰比。因此，建议取0.4作为无砂大孔生态混凝土的水灰比。 在水泥强度等级相同的条件下，水泥用量大的混凝土抗压强度高。水泥用量增加 350kg/m,混凝土28天抗压强度平均增加大约2.1MPa。 在水泥用量相同的条件下，水泥强度等级越高，混凝土的强度也越高。水泥强度等级增加一级(由32.5增加到42.5)，混凝土28天抗压强度平均增加大约1.1MPa。 在水泥用量相同的条件下，骨料粒径越小，混凝土强度越高。在配合比相同、骨料粒径相同的条件下，卵石混凝土的抗压强度比碎石混凝土的抗压强度高大约1.1MPa。从试验结果看，用卵石拌制无砂大孔生态混凝土，对提高无砂大孔混凝土的强度更有利。因此，建议用卵石作无砂大孔生态混凝土的粗骨料。 5.1.2 无砂大孔生态混凝土的孔隙率 水灰比对无砂大孔混凝土孔隙率的影响规律性不好，这部分内容有待进一步研究。但总的来看，当水灰比取0.4的时候，混凝土的孔隙率，尤其是连通孔隙率最大。因此，从增大孔隙率的角度考虑，也建议采用0.4的水灰比。 3水泥用量越大，无砂大孔混凝土的总孔隙率和连通孔隙率越小。水泥用量增加50kg/m, ，连通孔隙率减少3.3%。水泥强度等级对混凝土孔隙率的影响混凝土总孔隙率减少3.4% 规律性不明显。 骨料粒径大的混凝土连通孔隙率大些，尤其是表面孔隙尺度大些;碎石混凝土的连通孔隙比卵石混凝土大些。 5.1.3 无砂大孔生态混凝土拌合物沉浆厚度和沉浆面积 无砂大孔生态混凝土拌合物沉浆厚度和沉浆面积，直接影响到将来植被根系的生长 第 55 页 共76 页 华北水利水电学院毕业论文 发育。因此，在进行无砂大孔生态混凝土配合比设计时，沉浆厚度和沉浆面积是主要的考虑因素之一。本次试验结果表明，无砂大孔生态混凝土拌合物沉浆厚度和沉浆面积，与水灰比、水泥用量、骨料级配(或者说粒径大小)和骨料品种都有关系。 在水泥用量和骨料粒径相同的条件下，水灰比越大，沉浆厚度越大，沉浆面积也越大。只有当水灰比取0.40或0.35时，沉浆层的厚度为0，不影响生态植被根系的生长。因此建议施工时，人工拌和取0.40的水灰比，机械拌和取0.35的水灰比。 在水灰比和骨料粒径相同的条件下，水泥用量越大，沉浆厚度越大，沉浆面积也越 32大。水泥用量增加50kg/m,混凝土拌合物沉浆厚度增加2.6mm，面积增加300mm。水泥强度等级对混凝土沉浆厚度和沉浆面积的影响没有规律性。 在水灰比和水泥用量相同的条件下，骨料粒径越大，沉浆厚度越大，沉浆面积也越大。 在骨料粒径相同、水泥用量相同的条件下，碎石混凝土的沉浆厚度与沉浆面积比卵石混凝土大，说明骨料品种对混凝土的沉浆是有影响的。从试验结果看，用卵石拌制无砂大孔生态混凝土，对植被的生长更有利。 5.2 优化配合比设计 根据第4章的试验结果优化分析后，建议无砂大孔生态混凝土的配合比参数为: (1)水灰比0.4; (2)粗骨料用河卵石，最大粒径20mm，本次试验骨料级配为5,16mm与10,20mm; (3)骨料用量为其堆积密度值，即通过堆积密度试验来确定，一般为1400,1700 33kg/m，本次试验所用骨料堆积密度为1549 kg/m; 33(4)水泥用强度等级为42.5或32.5的水泥，相应的水泥用量取150 kg/m和200kg/m; 所推荐的无砂大孔生态混凝土配合比及技术性能见表5-1。 表5-1 无砂大孔生态混凝土推荐配合比及其技术性质,人工拌和, 配合比 抗压强度 孔隙率 3配比 水泥 (kg/m) (MPa) (%) 编号 品种 水泥 水 卵石 14天 28天 总孔隙 连通孔隙 T 42.5 150 60 1549 4.2 5.5 35 26 1 T 32.5 200 80 1549 4.5 6.4 28 19 2 第 56 页 共76 页 华北水利水电学院毕业论文 第6章 透水性能试验 6.1 透水性试验 无砂大孔生态混凝土透水性试验，国家还没有正式的标准规范，参照日本《多孔混凝土性能试验方法草案》，对本次试验成型的试件进行透水系数测试。首先将直径160PVC管材截取成每段平均长度32cm，将内表面洗净晾干。然后依照表6-1配合比拌合混凝土，将混凝土填入PVC管材中如a图所示。下部分层装填碎石与砂子，上部装填混凝土，捣实抹平。养护至龄期进行透水实验。 图6-1b图是透水性试验装置示意图，试验时先灌水到200mm刻度以上，待水位下降到160mm刻度时开表计时，水全部渗漏完毕时停表，记录时间t(单位:秒)。然后计算混凝土的透水系数: T=160?t (单位:毫米/秒) a) 透水试块制作图 b) 透水试验示意图 图6-1 混凝土透水性测定装置 第 57 页 共76 页 华北水利水电学院毕业论文 图6-2混凝土透水性测定装置制作过程 图6-3混凝土透水性测定装置实物照片 表6-1 无砂大孔生态混凝土透水性测定装置配合比 配比编号 骨料种类 粒径(?) 配合比 试件数目 水泥水灰比 骨料 33(kg/m) (kg/m) 150 碎石 05—16 .4 1549 2 T 1 碎石 5—16 200 0.4 1549 2 T 2 碎石 10—20 150 0.4 1680 2 T 3 碎石 10—20 200 0.4 1680 2 T 4 碎石 5—16 150 0.4 1549 1 T 5 卵石 10—20 150 0.4 1680 2 T 6 利用该级配数据制得混凝土透水性测定装置，制作过程如图6-2所示，实物如图6-3 所示。 第 58 页 共76 页 华北水利水电学院毕业论文 6.2 透水性试验结果分析 -2 无砂大孔生态混凝土透水试验结果 表6 编号 时间t(s) 平均时间t(s) 透水系数(mm/s) 2.7 3.5 3.1 51.61 T 1 4.5 3.9 4.2 38.10 T 2 2.4 2.4 2.4 66.67 T 3 2.9 2.6 2.75 58.18 T 4 3.1 3.1 51.61 T 5 2.7 2.3 2.5 64 T 6 由表6-2中数据可以看出，在相同的条件下，水泥用量越大，透水系数越小。骨料粒径越大，透水系数越大。在其它相同的条件下，卵石混凝土的透水系数大于碎石混凝土的透水系数。综合考虑混凝土强度，孔隙率和沉浆面积厚度等其他因素，水灰比为0.4是比较合适的。 第 59 页 共76 页 华北水利水电学院毕业论文 第7章 结论与展望 本报告试验研究了骨料种类与粒径、水泥品种与掺量、水灰比等对无砂大孔生态混凝土抗压强度、孔隙率和沉浆厚度与面积的影响，进行配合比优化设计，推荐了2组最优配合比，并对其进行了透水性能试验。 试验研究结果表明，这2组混凝土，水泥用量少，便于降低混凝土成本;冲刷性试验。没有出现沉浆，不会堵塞混凝土底面，不影响将来植被根系的生长;抗压强度在5MPa以上，可以硬化水利工程岸坡，还可以在其表面上种植作业;孔隙率大，尤其是连通孔隙率 ，有利于雨水下渗，大，有利于种植草木植被，绿化混凝土表面，保护生态环境;透水性强 补充地下水，缓解强降雨地面径流造成的河道洪峰压力;有一定的抗冲刷能力，可以固化防冲刷，护堤护岸，使混凝土的硬化与绿化完美地结合起来，达到与自然生态环境的和谐相处。 此项研究，进一步完善了无砂大孔生态混凝土理论;此项研究成果，为无砂大孔生态混凝土在实际工程的应用提供了配合比和指导性建议。 无砂大孔生态混凝土的透水性能不仅仅可以种植草木植被，它还可以用于城市排水。结合前一段时间南方大面积暴雨所造成的城市内涝，中国城市的排水问题面临严峻考验。城市地表混凝土的大量使用学术上称作城市“硬质化”，使降水将全部进入城市的排水系统，导致排水系统不堪重负。现在中国城市排水管道水平太低，以广州为例，广州老城区排水管道设计标准多为一至两年一遇，即便是新城区的排水管道也是按三年一遇的标准建设。无砂大孔生态混凝土研究成果的应用，如北京城建混凝土有限公司开发的一种高强度绿色环保透水混凝土，在实现高透水性的同时，显著提高了混凝土的强度和耐久性。该产品研制成功后大面积地应用于北京奥林匹克国家森林公园工程门区广场、停车场、行人通道等工程，一方面增加城市露天地面透水透气面积， 减轻集中降雨季节道路排水系统的负担;一方面充分利用雨雪下渗，发挥透水性路基的蓄水功能，补充城区日益枯竭的地下水资源，增大地表相对湿度，保持土壤湿度，降低地表温度，调节城市气候，改善城市地表植物和土壤微生物的生存条件，缓解城市热岛效应，调整生态平衡，带来了比较明显的经济效益、生态效益和社会效益。大力推广无砂大孔生态混凝土，将在未来为改善环境发挥出更大的作用。 第 60 页 共76 页 华北水利水电学院毕业论文 参考文献 [1] 李红彦.无砂大孔生态混凝土配合比及力学性能研究，广东省水利水电科学研究院. [2] 王立华.无砂大孔绿化混凝土在河涌整治护岸工程中的应用研究，广东省水利水电科学研究院. [3] 付贵海，张林洪，王苏达，赵江.无砂大孔混凝土实验研究. [4] 赵雁，钟志远，韦延年.无砂大孔生态混凝土在环保技术中的运用，四川省建筑科学研究院. [6] 易国梁.无砂大孔生态混凝土在公路隧道路面基层中的应用，中铁隧道集团有限公司. [7] 周勇.无砂透水再生混凝土试验研究，长沙理工大学. [8] 何蘅，陈德春，魏文白.生态护坡及其在城市河道整治中的应用，河海大学. [9] 姜健,金怡, 陈元元.无砂透水混凝土透水性能影响因素分析研究. [10] 魏越强，王锐佳，申爱琴，岳鹏飞.无砂混凝土在桥头跳车病害防止技术中的应用 ， [期刊论文] -建筑材料学报2004(03). [11] 方卉，曲维峰，李路明，金海军，王军，陈喜旺，史忠.奥林匹克下沉花园中无砂混凝土的研究及应用，北京建工集团商砼中心北京. [12] 王武祥.透水性混凝土路面砖的种类和性能， [期刊论文] -建筑砌块与砌块建筑2003(01). [13] 张振秋，吴小泉，陈智丰.透水性混凝土路面砖的研究， [期刊论文] -建筑砌块与砌块建筑2003(01). [14] 孙道胜，胡普华，段加超，何波发.关于透水混凝土的孔隙率与透水系数关系的探讨，[期刊论文] -安徽建筑工业学院学报(自然科学版)2004(01). 第 61 页 共76 页 华北水利水电学院毕业论文 致 谢 经过半年的不懈努力，我的毕业论文已经接近尾声。作为一名本科生，由于经验的匮 毕业论文难免有许多考虑不周的地方，指导老师的督促指导，研究生师姐的细心辅导，乏， 以及同学的热情帮助，给了我很大的信心。在整个毕业论文过程中，我积极查阅了不少相关资料，对所做项目有了更为深刻的认识，通过试验我锻炼了动手实践能力。看到即将完成的论文，我体会到了收获的喜悦。 在这里首先要感谢我的指导老师邢振贤教授。邢教授平日里工作繁忙，但不辞辛苦在我做毕业论文的每个阶段，从外出实习到查阅资料，题目确定和修改，中期检查，后期论 ，装订论文等整个过程中都给予了我们悉心的指导。除了敬佩邢老师高超的专业水文整理 平外，他严谨治学的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。 其次还要感谢大学四年来所有的老师，为我们打下专业课知识、试验知识、计算机知识的基础，这些知识让我克服紧张期限得以顺利地完成论文。 我在实验过程中还得柴琰琰和张燕鸽两位研究生的热心帮助，也得到了杨洪武同学的努力配合。他们的帮助让我在论文完成的过程中学到了很多东西，在此谨向他们表示衷心的感谢～ 最后感谢母校—华北水利水电学院土木与交通学院大学四年来对我的大力栽培～ 第 62 页 共76 页 华北水利水电学院毕业论文 附录: 附录一:英文原文 Crossing Continents and Centuries The idea of crossing the Bosporus by rail has been an engineering dream since the late 1800s, when Germany and the Ottoman Empire proposed a Berlin-to-Baghdad train line. The plan involved providing rail service between the European and Asian sides of the city then known as Constantinople. Although the original project was never fully developed, the idea itself survived even as the Ottoman world crumbled in the aftermath of World War I as a portion of the empire became the Republic of Turkey and Constantinople was renamed Istanbul .By 2013 the engineering dream should become reality when modern intercity and commuter trains are expected to be able cross the Bosporus underwater via a 1.4km long immersed tunnel .Constructed at a depth of 58 m. the tunnel was recently completed and is currently the deepest of its kind in the world. The tunnel under the Bosporus is the centerpiece of 3.5-billion Marmaray Project, which will include the construction or upgrading of 76 km railway that will start at the city of Halkah, on the European shore of strait ,pass through the heart of Istanbul ,and end at the city of Gebze , on the Asian shore .The project name comes from the Sea of Marmaray, which is at the southern end of the strait and ray the Turkish word for rail. With an estimated four-minute transit time ,the rail link at the bottom of the 第 63 页 共76 页 华北水利水电学院毕业论文 Bosporus promises to be a considerable improvement for commuters and other travelers in the region .At present the only ways to cross the strait involve taking a ferry on the often choppy waters of the Bosporus or spending as much as an hour stuck in traffic on one of the waterways two highway bridges ,one dating from the 1970s and the other from the 1980s.In addition to cutting travel time ,the project is expected to increase rail usage in Istanbul from 4 percent to 28 percent of all motorized trips within the city ,helping to alleviate the severe traffic congestion in this metropolls of 10 million. The completed Marmaray rail system is expected to serve 65000 passengers per hour, compared with the 10000 per hour served by Istanbul’s current rail system. By 2025 an estimated 1.7 million passengers per day will use some portion of the Marmaray system , each day as many as 150000 will use the new, multimodal station planned for Istanbul’s Yenikapt district, which will provide connections to the Istanbul metro and the city’s light-rail line. Traveling the length of the Marmaray line，from Halkah to Gebze，will take 104 minutes, compared with the 185 minutes for sush a trip today. The Marmaray Project began to take shape when the idea for a Bosporus rail crossing was revived in the early 1980s .It made further progress in 1985, when the General Directorate of Railway, Harbour, and Airport Construction，part of the Turkish Ministry of Transport and Commuication –commissioned a feasibility study from the international engineering consulting firm Parsons Brinckerhoff .Completed by the New York City office of Parsons Brinckerhoff in 第 64 页 共76 页 华北水利水电学院毕业论文 1987, the study concluded that a rail crossing would be both feasible and cost effective. The study also proposed the current alignments of tunnels. The Marmaray Project rail system will follow a route shaped roughly like an inverted V.Starting at Halkah , the line will feature 19.3 km of surface railway that will follow an undulating southwest –northeast route. The track will then move underground for 13.6 km starting at the new Yedikule surface station. The route will continue in the same northeastern direction for slightly more than 7 km on the European side and as it passes through the immersed tunnel on the bed of the Bosporus. Once across that waterway, the underground alignment will swing to the southeast for approximately another 5 km before returning to the surface Ayrilikcesme, which is approximately 2 km from the Sogutlucesme station. The route will continue in a southeastern direction for approximately another 43 km of surface line before terminating at Gebze. After additional studies were carried out in the 1990s， a funding agreement for the Marmaray Project was signed in 1999 by Turkey and the Japan Bank for International Cooperation. To engineer the project , the General Direction of Railway , Harbours , and Airport Construction in 2002 appointed Avrasyaconsult, an international joint venture of four consultants led by Pacific Consulatants International, of Tokyo. The other partners are Yuksel Proje Uluslarrasi A.S., of Ankara, Turkey, the Japan Railway Technical Service, of Tokyo, and Oriental Consultants Company, Lrd.， also of Tokyo . Assisting Avrasyaconsult are Parsons Brinkerhoff and two Turkish engineering firms –Terzibasioglu Musavir 第 65 页 共76 页 华北水利水电学院毕业论文 Muhendislik Ltd. Sti and Yerbilimleri Etudve Musavirlik Ltd. Sti . , both of Ankara. The project is being financed by loans from the Japan Bank for International Cooperation, the European Investment Bank, and the Council of Europe Development Bank. In addition to the immersed tunnel, the project will feature the following: Board tunnels with a total length of 9.8 km that will connect to the immersed tunnel at each end; Cut-and-cover tunnels and U-shaped opencut sections extending a total of 2.4 km, the latter forming the transitions between the surface and the cut-and-cover tunnels; Three new underground stations: one each in the Yenikapi and Sirkeci districts, on the European side of Istanbul, and one in the Uskudar district, on the Asian side; A total length of 76.3 km, which includes the surface rail on the Asian and Europeansides， the lengths of the board tunnels, the cut-and-cover and opencut portion, and the immersed tunnels; New track extending 250km, the combined physical length of the various multitrack section ; The construction of 37 new surface station and the refurbishment or replacement of existing station; A modern operations control center in Istanbul’s Maltepe district and new rail 第 66 页 共76 页 华北水利水电学院毕业论文 yards, workshops, and maintenance facilities in Halkah,Gebze, and Maltepe; New electrical and mechanical systems; New rolling stock, including 440 new railway cars. The foundations beneath each immersed tunnel element include a layer of gravel and a thixotropic grout that was injected from within each element to fill the gap between the underside of the element and the gravel. Once the foundations were completed , each element could be covered with sufficient backfill in carefully planned stages to return the bottom of the Bosporus to its original contour . A rock dike also was installed on each side of the immersed tunnel for its full length .Referred to as anchor release bands, the dikes are designed to prevent dragged anchors from striking the top of the immersed tunnel. The connecting tunnel at the European and Asian ends were bored through rock and through the transition zones by tunnel-boring machines, including earth pressure balance and slurry pressure balance type. A TBM designed for soft ground was used to excavate a portion of the bored tunnels on the western side of the project . Four rock TBMs, two on each side of the Bosporus, also were used . The board tunnels feature cut diameters of up to 7.79 m and have a finished internal diameter of 7.04 m. To form the final tunnel structure , one-pass concrete segmental liners were installed from a location directly behind the TBM cutterheads. These lines were designed to resist anticipated rock and hydraulic pressures. Much of the rock beneath the board tunnels is fissured and features zones of 第 67 页 共76 页 华北水利水电学院毕业论文 water-bearing crushed rock. To guard against flooding during the tunneling process, probes were used ahead of the cutterhead to determine whether , depending on the quality of the material , it would be necessary to grout any of the rock . Although the TBMs were laser guided, precise surveys also were conducted to ensure that the machines followed the correct track. The cut-and-cover construction method was used at two underground crossover connection at a shallow depth in soft ground that trains will use to move from one tunnel to another. The method was also employed at the Yenikapt and Uskudar stations and for the shallow tunnels on the western side of the project that are located between the opencut section and the tunnels board by the TBM that was used in soft ground .All of these cut-and-cover constructions were constructed by excavating a braced trench and using bottom-up construction . In addition to the complexity of the Bosporus crossing , the design and construction teams faced challenges arising from the location of the construction sites and its unique environmental conditions. While the Bosporus is relatively narrow-only about 0.8 km at its midpoint –it accommodates approximately 52000 ships per year ,or roughly 6 per hour .Given this volume of traffic ,the shipping lanes were temporarily relocated during the laying of the immersed tunnel ,which was carried out with the aid of a catamaran . The Bosporus is also an unpredictable waterway ,its constantly changing currents teaching speeds of 3 m/s at the surface .Driven by the variation in the hydraulic gradient between the Black Sea and the Sea of Marmaray , these 第 68 页 共76 页 华北水利水电学院毕业论文 current created one of the project’s greatest challenges: determining when to initiate the placement of each immersed element. Another challenge for the design and construction teams came from the fact that the Bosporus is situated in earthquake –prone territory. Indeed， the tunnel alignment is only 14 to 20 km from the North Anatolian Fault. Because of this ,the design specifications had to meet the highest international earthquake standards to ensure that all tunnels and stations would remain operational after an earthquake of magnitude 7.5 on the Richter scale. For example , when the potential for seismically for included liquefaction was discovered during an early site investigation for the immersed tunnel’s fourth element , a 3m thick expanse of the seabed had to be dredged and then replaced with a material that would resist liquefaction 。Moreover, the geotechnical studies for the seabed between the 8th and 11th elements indicated that the risk of liquefaction extended far deeper beneath that portion of the tunnel than at the 4th element. In fact , the risk between the 8th and 11th elements was so substantial that the subgrade in that area had to be treated by compaction grouting to depth of as much as 8m beneath the tunnel. This procedure took 18 months to complete and involved injecting approximately 2800 cement grout columns into the seabed on a 1.7m grid . The compaction grouting was a signification challenge because it primarily took place in water depths exceeding 25m and with surface currents of up to 3 m/s .To mitigate deflections of the drill string that were used to install the grout 第 69 页 共76 页 华北水利水电学院毕业论文 columns , one end of a large barge was fitted with four stiffened circular shafts that extended approximately 20m into the water to reduce the drag that the current placed on the drill strings .Above each shaft was a drill rig capable of of drilling to about 50m below sea level in strong currents ,deviating no more than a few centimeters from the specified locations. Because each rig had four drilling positions within each shaft, a total of 16 compaction grout columns could be completed for each barge had to be moved and accelerating the process. After the drill had reached the required depth , metered quantities of cement grout were injected at 0.3 m intervals as the drill string was extracted .The injection continued until the grout had reached the proposed location at the underside of the tunnel foundations. Preserving the environmental equilibrium of the strait’s undersea habits was another concern for the design and construction teams. The Bosporus features a bidirectional flow system –southward in the upper layer and north at depth – that is created by the differences in density and water levels between the Black Sea and the Sea of Marmara. This flow variation supports a diverse variety of marine life, including species acclimated to environments of both high and low salinity. Furthermore , schools of fish regularly migrate through the strait. An ecological survey for the Marmaray projects examined such issues as salinity, temperature , and dissolved oxygen levels, as well as the short-term effects of dredging. To mitigate potential problems, the dredging and disposal operations were designed to accommodate the needs of migrating fish and could 第 70 页 共76 页 华北水利水电学院毕业论文 be curtailed during critical migration periods. The construction teams also took precautions to prevent any adverse effects on the natural water flow, thus keeping the water clean, minimizing turbidity, and conforming to Turkish environmental regulations. In a zone near the European side of the strait , for example , approximately 136000m of contaminated soil had to be dredged and transported in barges to the nearby port of Kartal. From there the material was trucked to a specially constructed confined disposal facility , a procedure unprecedented in Turkey. Once in operation, the immersed tunnel especially those below the water table –will be vulnerable to fear and flooding. Because freight trains that are up to 1 km long will be permitted to use the tunnel, the potential exists for an extreme heat release in the event of an accident. To counter that potential hazard , Parsons Brinckerhoff designed the safety system for a 100 MW fire event, which the U.S. federal Highway Administration defines as the equivalent of a flammable fuel spill covering an area of approximately 44.6 m. The air supply system was designed with what are called Saccardo nozzles, which can provide a directed jet of air into the tunnel when needed. Parsons Brinckerhoff also worked closely with the contractor to optimize the design and layout of the station structures in order to provide adequate space for the necessary ventilation equipment to support the fire rating. The components of the ventilation system also include exhaust systems over the track and under the station platforms, tunnel ventilation fans at both ends of 第 71 页 共76 页 华北水利水电学院毕业论文 each station, and jet fans at selected locations. It was required that two of the tunnel ventilation fans operate using Saccado nozzles to provide directionality to the airflow. Unidirectional jet fans were required at the west portal and at a crossover between the Yenikapt and Sirkeci stations; fully reversible jet fans were required at a crossover between the Uskusar station and the east portal. 第 72 页 共76 页 华北水利水电学院毕业论文 附录二:英文翻译 穿越洲际,跨越世纪 通过铁路穿越博斯普鲁斯海峡的设想自十九世纪末德意志与奥斯曼王朝提议修筑一条柏林至巴格达的铁路已经成为一个工程梦想。这项计划需要在当时以君士坦丁堡而闻名 尽管这项创新计划计划从未充分实施,即使奥的欧洲部分与亚洲部分之间提供铁路服务。 斯曼王朝在一战后分裂由一个封建王朝的一部分转变为土耳其共和国, 君士坦丁堡也被重新命名为伊斯坦布尔,这种设想依然存在.这个梦想将在2013年之前成为现实.现代化的城际和通勤铁路将能够以1.4公里长的海底隧道穿越博斯普鲁斯海峡。建于地下58米深处的这条隧道即将完工,并成为当前世界同类隧道中最深的一条。 博斯普鲁斯海峡隧道是耗资35亿美元马尔马拉项目的核心部分，该项目将包括兴建长达76公里铁路。它始于位于欧洲的海峡之滨城市哈卡(Halkah)，穿过伊斯坦布尔市中心，终止于亚洲海岸城市盖布泽市。项目名称来自马尔马拉海，位于海峡和土耳其铁路线的南端。 据估计穿越博斯普鲁斯海峡底部需四分钟时间，这条铁路对乘客及该地区其他旅客将是一种相当大的改进。目前越过海峡的唯一途径需要在博斯普鲁斯海峡往往波涛汹涌的水域乘坐渡轮或困于水道公路桥上的交通堵塞长达一个小时，公路桥一个始建于二十世纪70年代，另一座始建于二十世纪80年代。除了减少行车时间，该项目预计将使伊斯坦布尔铁路使用在市内所有用车中由4个百分点增加至28个百分点，有助纾缓这个拥有1000万人口大城市的交通严重挤塞。 完成的马尔马拉铁路系统，预计将为每小时6.5万人次服务，与之相比，由伊斯坦布 次。到2025年估计有每天170万乘客将使用马尔尔目前的铁路系统每小时服务10000人 马拉系统的一部分，每天多达150000乘客的将使用伊斯坦布尔的耶尼卡(Yenikapt)区规划的新多式联运站，它将提供连接到伊斯坦布尔地铁和城市轻轨线。沿马尔马拉旅游从哈卡(Halkah)到盖布泽将仅花费104分钟，与今天相比这种旅行要花费185分钟。 马尔马拉项目开始时采取的博斯普鲁斯海底铁路通道的想法是在80年代初形成雏形。当铁路港口机场建设理事会作为土耳其运输部的一部分委托柏诚国际工程咨询公司可行性研究，这个项目取得进一步发展。1987年由纽约柏诚公司完成的这项研究结论是:铁路隧道是可行的，且具有符合成本效益。这项研究还提出当前的隧道路线。 第 73 页 共76 页 华北水利水电学院毕业论文 马尔马拉项目的铁路系统将沿大致一个倒转V型延伸。始于哈卡(Halkah)，路线中有长达19.3公里的地表铁路，将沿一个起伏的西南至东北走向。这条线路将在新耶迪库莱地表车站开始为长达13.6公里的地下线路。在欧洲部分这条路线将继续沿东北方向稍长于7公里，因为它将从博斯普鲁斯海峡的海底隧道通过。一旦遇上航道，地下的路线沿东南方回旋约5公里，然后在阿瑞丽克茨密(Ayrilikcesme)再返回地面，这大约是距离斯古鲁茨密(Sogutlucesme)火车站2公里。这条路线将继续沿东南方向延伸大约43公里的地表线路，终止在盖布泽。 在20世纪90年代经过进一步研究，土耳其和日本国际合作银行在1999年签署了马尔马雷项目的经费 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 。为了实施该项目，铁路，港口和机场建设理事会于2002年获委任企业阿瑞雅堪苏特(Avrasyaconsult)，这家国际合资企业由东京太平洋坎苏拉坦(Consulatants)国际带领四家合作伙伴。其他合作伙伴分别是土耳其安卡拉于克塞尔优鲁斯拉瑞工程(Proje Uluslarrasi)公司、日本东京铁路技术服务、和东京的东方顾问公司。还有协助阿瑞雅堪苏特(Avrasyaconsult)公司的是帕森斯布林克霍夫和两家名叫(Terzibasioglu Musavir Muhendislik)有限公司STI及(Yerbilimleri Etudve Musavirlik)有限公司的土耳其工程公司，两家公司均位于安卡拉。 该项目目前由日本国际合作银行，欧洲投资银行和欧洲开发银行理事会贷款实施。 除了沉管隧道，该项目将包括以下内容:总长9.8公里的将连接到各端的海底隧道;剪切和覆盖隧道和U形延长2.4公里，后者的形式之间不断的表面和减少总露天矿过渡段和覆盖隧道; 三个新车站:在伊斯坦布尔欧洲部分分别位于耶尼卡帕和西尔凯吉区的两个地下车站，最后一个位于伊斯坦布尔亚洲部分斯屈达尔地区;包括对亚洲及欧洲部分的表面铁路隧道长度，裁剪及覆盖物和露天部分，以及水下隧道总长76.3公里的线路; 合并后各多轨部分的物理长度，长达250公里新轨道;37个新地表车站以及现有车站翻新或更替建设; 一个现代化的项目，包括在伊斯坦布尔马尔泰佩地区建设控制中心和在哈卡(Halkah)，盖布泽和马尔泰佩建设新的铁路码，讲习班和的维修设施; 全新的电气和机械系统;440台新铁路车辆。 沉管隧道下方每个元素的基础包括碎石和触变泥浆，这是从每个元素注入填补元素和砾石层底部的差距。一旦基础完成，每个元素在精心策划阶段充分回填至博斯普鲁斯海峡底部恢复原来的轮廓。岩石堤防也被安装在全长海底隧道的每一面。被称为锚释放带，堤防的目的是防止沉管隧道上方明显拖锚。 在欧洲和亚洲的两端连接隧道的贯通并通过岩石隧道的过渡区采用掘进机，包括土压 第 74 页 共76 页 华北水利水电学院毕业论文 平衡和泥浆压力平衡式。针对柔软地面设计的阿平巷掘进机用于挖掘了该项目的西侧钻孔隧道部分。四台岩石隧道掘进机也被使用，博斯普鲁斯隧道每端分布两台，董事会隧道功能削减长达七点七九米的直径并完成有7.04米的内径。 为形成最终的隧道结构，一次性混凝土段线直接从后面的隧道掘进机安装。这些混凝土衬垫作用是抵御预期岩石和液压压力。 板岩下的隧道岩大部分隧道和功能区裂隙含水碎石。为在施工过程中防止洪水，探测器被置于刀盘之前，根据材料的品质而定，决定是否有必要灌浆岩石。虽然隧道掘进机由激光制导，仍然引入精确的调查以确保机器运行遵循正确的轨道。 剪切和覆盖施工方法是在将列车从一个移动到另一个隧道的两个交叉浅埋地下软接地使用的。该法还在耶尼卡(Yenikapt)和斯屈达尔站建设中使用，就认为是与和隧道局位于的是，该法也适用在位于露天开挖之间的工程项目西侧的浅埋隧道，也适用在软土地使用隧道掘进机掘出的部分。这些开挖和回填部分由支撑沟槽开挖和使用自下而上的建设构建。 除了复杂的博斯普鲁斯海峡隧道，设计和施工队伍面临从建筑地盘和其独特的地理位置所产生的环境条件的挑战。虽然相对狭窄的博斯普鲁斯海峡，只有约0.8公里的中点，但它每年可通行约52000艘船只，大致约每小时6艘船。鉴于这种流量，在进行同体船援助铺设海底隧道时，航道暂时进行迁移。 博斯普鲁斯海峡也是一个不可预知的水道，其不断变化的流速在表面达到3米/S。在黑海和马尔马拉海水力坡度的变化带动下，目前产生了该项目的最大挑战:确定何时开始放置在每个沉井隧道。 另一个设计和施工队伍的挑战来自认为，博斯普鲁斯海峡是位于地震多发地区。事实上，隧道线距离北安纳托利亚断层只有14到20公里。正因为如此，在设计规格必须达到最高的国际地震标准，以确保所有隧道及车站将在里氏7.5级地震后持续工作。 例如，当地震的可能性包括液化由对沉井隧道的第四部分早期调查发现的,3米厚的广袤的海底要进行挖掘,然后用另一种材料更换来抵制液化。此外，在海底地质研究的第8和第11部分之间表示，液化风险远远往下延伸，而不是在第4部分元素隧道深。事实上，与第8和第11部分之间的风险表明，液化风险随下方的深入如此增大，以至于在这方面要在隧道的下方深达8米处灌浆压缩处理地基。这个过程耗时18个月才能完成，涉及灌注约2800水泥灌浆列到海底170万网格上。 压密注浆是一个重要挑战，因为它主要发生在水深处超过25米的地方，表层流速达 第 75 页 共76 页 华北水利水电学院毕业论文 到3米/秒。为了减轻那些用于安装灌浆钻柱变形挠度，一端大驳船是装有4僵硬的延伸入水中约20米，以减少目前在钻柱拖放置的圆形槽。上述每个轴是钻机的钻探能力以强电流约低于海平面50米工作，比指定地点偏离不超过几厘米。因为每个钻机在每个钻井位置有4个轴，总共16列压实灌浆可以完成，并减少驳船移动次数,加快这一进程。演练结束后已经达到所要求的深度后，水泥灌浆在咪表量分别为0.3米的钻柱间隔注射提取。在注射一直持续到灌浆已达到隧道基础底面拟议地点。 维护海峡的海底习惯环境平衡是另一个设计和施工队伍的关注点。博斯普鲁斯海峡南端的特点，在上层和深度北部的双向流动制度 -这是密度和黑海和马尔马拉海水位的差异造成的。这个流量变化支撑起海洋生物的多样化，包括适应高，低矿化度的环境中的各种物种。此外，鱼群迁移定期通过该海峡。 一项马尔马拉海生态调查研究针对马尔马拉海的盐度，温度等问题，溶解氧水平，以及短期疏浚的长期影响。为了减少潜在的问题，挖掘和处置行动满足鱼类迁移的需要，可以在关键时期减少施工行动。施工队伍也采取了预防措施，以防止对天然水流量有任何不良影响，从而保持水的清洁，减少浑浊度，并符合土耳其环境法规。在靠近海峡欧洲方面区域，例如，大约有污染的十三点六万立方米土壤必须疏浚和由驳船运送到附近的卡尔塔尔港口。来自那里的材料是用卡车运到一个特制的密闭处理设施，这在土耳其是前所未有的。 一旦施工中，海底隧道特别是水位以下的部分很容易受到火灾和洪水。由于货物列车必须达到1公里长才被允许使用隧道，可能发生一个释放高温的事故。为了应对这种潜在的危险，柏诚针对100兆瓦火事件设计一个安全系统。美国联邦公路管理局作为燃料泄漏的易燃相当于定义了安全系统涵盖面积约44.6平方米。空气供给系统的设计使用所谓的白绢喷嘴，可在需要时提供直接喷射的空气进入隧道。柏诚还与承建商紧密合作，优化设计和车站结构布局，以便为必要的通风设备提供足够的空间，以支持防火等级。 通风系统的组成部分还包括在轨道车站月台下的排气系统，在各站的两端隧道安装通风风扇，射流风机在选定的地点。要求2部隧道通风风扇采用萨卡达(Saccado)喷嘴提供方向性的气流。单向射流球迷需要安装在西端的门户和耶尼卡(Yenikapt)和西尔凯吉站之间的交叉口;完全可逆的球迷需要安装在优素萨(Uskusar)站和东端交叉口。 第 76 页 共76 页