不同骨料对混凝土弹性模量影响.docx
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不同骨料对混凝土弹性模量影响
石家庄铁道大学毕业论文
不同骨料对混凝土
弹性模量影响的研究
TheResearchoftheeffectsaboutdifferent
aggregatestotheconcreteelasticmodulus
2015届材料科学与工程学院
业无机非金属材料工程
学号2011XXXX
学生姓名XX
指导教师XXXXX
完成日期2015年6月20日
毕业设计（论文）成绩单
学生姓名
XX
学号201[XX班级
X
XXX
七业无机非金属材料工程
丰业设计（论文）题口
不同骨料对混凝土弹性模量影响的研究
指导教师姓名
XXXX
指导教师职称
XX
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
毕业论文任务书
题目
不同骨料对混凝土弹性模量影响的研究
学生姓名
XX
学号
2011XXXX
班级
XXXXXXX
专业
无机非金属材料工程
承担指导任务单位
材料科学与工程学院
导师姓名
XXX
导师职称
讲师
（主要包括课題的主要内容、基本要求、主要技术指标或研究方法，应收集的资料、参考丈献以及课题进度计划等）
一、主要研究内容
本研究通过改变件料的种类、掺量以及粒型，配制齐种强度等级水泥混凝上，并检测其弹性模量，以研究上述各因素对混凝土弹性模量的影响规律及其显著程度，并初步探讨混凝上弹性模量的细观理论模型，从而指导实际生产过程中混凝上竹料的选材以及配合比的设计，以满足工程设计要求。
二、主要研究方法
1.选择几种常用种类岩石（如花岗岩、玄武岩、石灰岩等），分别测立母岩硬度、弹性模疑以及件料的压碎值、紧密密度、密度等基本参数：
2.分别用以上各种骨料配制不同强度等级的混凝土，制作混凝上弹性模疑试件、养护并测定其弹性模量;
3.在同一强度等级同一粗计料的配合比中变化砂率（即变换粗骨料体积比例），制作混凝上弹性模量试件、养护并测泄其弹性模量。
4.选择一至两种竹料及用量，采用不同的针片状颗粒含虽制作弹模试件，测苴弹性模量；
5.研究混凝丄弹性模量随以上各参数变化而变化的规律，找出这些因素中的显著因素；
三、基本要求
1.论文正文字数1万字以上：
论文应表达准确，条理淸晰，分析透彻，无字面错误：
2.论文文中引用的外文文献翻译3000字以上，中英文摘要300字以上，关于本专题的外文自述3〜5分种；
3.应用计算机数据处理、图表绘制及论文打印，并用powerpoint制作答辩演示文稿。
四、应收集资料及文献
1.《混凝土材料学》、《上木工程材料》等教材；
2.GB/T50081-2002《混凝上力学性能试验方法》：
3.关于混凝土弹性模量影响因素的文献°
五、课题进度
1~3周：
收集资料、文献提岀实验计划：
4~12周：
混凝土成型、弹性模量测试：
13~14周：
混凝上弹性模量影响机理的理论研究：
15-16周：
撰写论文、毕业答辩。
2015年3月23日
毕业论文开题报告
题U不同骨料对混凝土弹性模量影响的研究
学生姓名
XX
学号
2011XXXX
班级
XXXXXXX
专业
无机非金属材料工程
一、研究背景:
混凝土的弹性模量是混凝土指标中一个非常重要的力学性能能指标，它反映了混凝土试块所受到的应力和受压所产生的应变之间的关系，弹性模量是计算钢筋混凝土结构变形情况、裂缝开展情况以及大体积混凝土的温度应力所必须的参数血。
对于均匀质的材料而言，混凝土的密度和他的弹性模量之间存在着直接而密切的关系；但是对于混凝土这种非均匀质的多箱材料，它的主要组分的密度和所占的体积的白分比以及界面过渡区的特性会决定混凝土试块的弹性模量⑼。
因为混凝土的密度和空隙率成反比关系，所以混凝土的骨料、水泥、界面过度区各部分的空隙率是影响混凝土弹性模量的重要因素。
二、研究现状以及实验的进行：
研究现状：
在建国后很长的一段时间内，因为受当时技术条件和一些工程特点的限制，所以对混凝土弹性模量的检验批次以及检验方法并没有做出明确的要求，仅是在混凝土规范中提供了一个设计计算的建议值和一种利用混凝土试块的微变形测量仪的测定方法。
目前,这种测定方法扔在使用，但是这种方法存在数据易离散、安装非常复杂、受人为因素影响较大等诸多问题，因此这种方法已经不能很好的适应工程发展的需要了。
由于混凝土试件的试验研究是以高昂的人力和物力为代价，所得结果常常受到试验条件的限制，实验结果存在一定的局限性。
实验的操作：
主要是依靠实验人员按混凝土配合比准备相应质量的骨料、胶材与外加剂，然后是用搅拌机进行搅拌，在搅拌之询进行预先的搅拌，使原料尽可能的均匀化，然后是加入水与外加剂，进行搅拌，搅拌机搅拌一次的工作时间为180S,搅拌完成之后是测量混凝土的坍落度与含气量，当二者达到要求以后，再装入150X150X300的塑料试模内，并在振动台上震动至密实，同时处理好混凝土试块的表面，一天之后拆模，随之，放入养护室，标准养护，在混凝土试块达到7D和28D龄期是进行混凝土弹性模量的试验。
试验要进行c30、c40、c50混凝土的拌制，研究对象分别是四中粗骨料，每个强度等级在进行40%、37%、34%、31%四种砂率的变化，拌制混凝土过程中要进行混凝土坍落度和含气量的测定，达到龄期之后进行混凝土弹性模量的试验；分别做每个试块的轴心抗压强度、与试块受圧而导致的两侧变形的数值，通过1/3的轴心抗压强度、与两侧变形值计算出混凝土试块的弹性模量。
三、预期达到的结果：
在进行完全部试验之后，根据之前国内外的试验经验，期望得出以下结论：
（1）、基于C40、C50三种强的等级混凝土的轴心抗压强度、弹性模量与龄期之间的相互关系得出的模能较准确的反应混凝土弹性模量的规律。
（2）、相同配合比下，混凝土的弹性模量受骨料的影响，随骨料弹性模量的增大而增大。
（3）、不同配合比下，混凝土的弹性模量随砂率的变化出现相应的变化。
2015年3月30日
弹性模量反映的是混凝土试块受压后的应变与应力之间的关系。
骨料、水泥石、砂率、水胶比、矿物掺合料、界面过渡区以及混凝土试块的养护条件和养护时间等因素都会对混凝土试块的弹性模量产生一定的影响，但是其中骨料对混凝土的弹性模量的影响在众多的影响因素中作用是最大的，因此本研究主要是侧重不同种类、不同用量、不同等级的骨料对混凝土弹性模量的影响，从而达到测定骨料的种类、用量对混凝土弹性模量会出现什么样的影响。
本研究分别用石灰岩、大理石、玄武岩1、玄武岩2拌制不同的混凝土通过实验和一定的计算得出混凝土试块的弹性模量，并通过四组混凝土的弹性模量对比得出一定的规律。
本次研究主要工作拌制混凝土，养护，待到达龄期之后测定混凝土的轴心抗压强度值和应力一一应变测试，根据汁算公式可以算出混凝土试块的弹性模量，最后通过对比C50、C40三种强度等级的混凝土的弹性模量测定值得出结论：
C50混凝土中玄武岩2混凝土的弹性模量最大，其次是大理石混凝土，第三是石灰石混凝土，玄武岩1混凝土弹性模量最小；C40混凝土中石灰石混凝土、大理石混凝土、玄武岩1混凝土的弹性模量相差不多，玄武岩2混凝土弹性模量最小；C30混凝土中大理石混凝土弹性模量最大，接下来的是石灰石混凝土、玄武岩1混凝土和玄武岩2混凝土;C50混凝土中骨料用量越大，弹性模量就会越高,C40混凝土的弹性模量则是与其他因素有较大关系。
关键字：
轴心抗压强度；凝土弹性模量；混凝土拌合步骤
Abstract
Aggregateelasticmodulusofbonereflectstherelationshipbetweenthestrainandstressofconcreteaftertheconcreteisblocked・Aggregate,cement,sandratio,water/cementratio,mineraladmixturesandcuringofconcreteblock,interfacialtransitionzoneconditionsandfactors,suchascuringtimewillproducedcertaineffectontheelasticmodulusofconcrete,butthemostimportantinfluenceontheelasticmodulusofconcreteinthenumerousfactorsinfluencingroleisaggregate,sothisresearchismainlyfocusonimpacttodifferenttypes,differentdosage,differentgradesofaggregates,theinfluenceofelasticmodulusofconcrete,todeterminethetypesofaggregate,dosageofelasticmodulusofconcrete.Thisstudyusedlimestone,granite,basalt,basalt12whichmixingdifferentconcretebyexperimentandsomecalculatedelasticmodulusofconcreteblock,andwithfourgroupsoftheelasticmodulusofconcretecertainregularityareobtainedbycomparison.Thisresearchhasfourtoeightkindsofcoarseaggregateparticlesizedeterminationofstonecrushingindexandtheapparentdensityandtheanalysisofthescreen,andthenuseasinglehorizontalmixermixingconcrete,aftermixingofconcreteslumpandthedeterminationoftheaircontent,concreteforming,qualifiedaftercuring,afterreachtheagedeterminationoftheaxialcompressivestrengthofconcretevalueandthestress-straintest,accordingtotheformulatocalculatetheelasticmodulusofconcreteblock,finallybycomparingtheC50,C40,threekindsofstrengthgradeofconcreteelasticmodulusmeasurementofworthconclusion:
basaltintheC50concrete2concreteelasticmodulusmaximum,thesecondisconcrete,granite,thethirdistheconcreteoflimestone,basalt1concreteelasticmodulusniinimum;C40concreteintheconcrete,granite,limestone,basalt1concreteelasticmodulusofconcrete,basalt2concreteelasticmodulusminimum;GraniteintheC30concreteconcreteelasticmodulusmaximum,thenextisconcreteandbasalt,basalt,limestoneconcrete12concrete;InC50concreteaggregatedosage,thegreatertheelasticmodulusishigher,C40,C30concreteelasticmodulushavegreatrelationshiponotherfactors・
Keywords:
axialcompressivestrength；theconcreteelasticmodulus；concretemixingprocess
第1章绪论0
1・1混凝土弹性模量0
1.1.1普通材料弹性模量定义0
1.1.2混凝土弹性模量定义0
1.13弹性模量的重要意义1
1.2国内外研究成果1
1.2.1Glucklich的研究以及总结1
1・2.2陈光华和许将的研究以及总结1
1.3背景资料4
1.3.1i驢背景4
1.3.2弹性模量的测定现状5
1.3.3课题研究意义及目的5
1・4研究方案6
第2章实验部分7
2.1原材料7
2.1.1P.0.42.5水泥技术指标7
2.1.2粉煤灰技术指标7
2.1.3四种粗骨料技术指标7
2.2实验设备8
2.3实验方案9
2.3.1方案9
2.3.2配合比9
2.3.3测定混凝土坍落度和含气量10
2.3.4实验过程10
第三章结果与讨论12
3」不同骨料对弹性模量的影响12
3.2讨论17
第四章实验结论与展望18
4.1实验结论18
4.2展望18
致谢19
参考文献20
附录21
1.1混凝土弹性模量
1.1.1普通材料弹性模■定义
普通材料弹性模量是指材料在弹性范圉内的应力和应变的比值。
不同的材料对应着有不同的弹性模量，钢的应力一一应变关系就十分接近线性和弹性的应力应变关系；大多数的岩石的应力一一应变关系就是线性和非弹性的。
1.1.2混凝土弹性模量定义
混凝土在受到一定的外力时，都会产生或大或小的变形，在特定的环境条件下，外力作用下的变形大小程度取决于外力荷载的大小、加荷速度还有外力荷载的持续时间，加荷时发生的变形被我们称作是弹性变形，荷载持续时间，随着时间的延长而增加的变形被叫做徐变变形。
因为结构混凝土的设计主要是用于承受压应力，所以对于混凝上弹性的研究主要集中在混凝土的抗压弹性性能方面上。
一个实体，在移开施加在之上的外力后，恢复到原来尺寸大小的性能叫做弹性，弹性的量度是应力和应变的比值，R.虎克在17世纪70年代发现的许多材料在相当大的应力范围内应力和应变的比值是恒定不变的，这个比值就是弹性模量。
不同的建筑材料存在着应力一一应变关系，比如钢的应力——应变就非常的接近线性和弹性的应力一一应变关系，再者，大部分的岩石的变形性质是非线性且非弹性的，并且移除荷载后存在一部分永久变形，但是当作用在混凝土上的作用力比较小的时候，上面的现象是不明显的。
应力——应变曲线的斜率表示弹性模量，在加荷初始的部分可以确定是杨氏弹性模量,当曲线直线部分消失时可以汁算应力——应变曲线原点的正切值，这个值被称作初始切线弹性模量，也可以计算曲线上面的任何一点的切线弹性模量，但是有一个限制，这样的切线弹性模量仅能适用在这一点附近的荷载范围内，同时，通过实验得到的应变的大小与应力变化曲线的斜率K也取决于加荷的速度，半速度很快时应变减少很多并且曲线的斜率也会很小，荷载作用时间从0.5s增加到加in时应变增加15%,加荷的速度为普通实验所需的时间时应变增加，此时非线性的部分很小。
从曲线上的原点至应力——应变曲线上的相应的轴心抗压强度三分之一处应力的连线，它的斜率叫做割线弹性模量叫
1.13弹性模量的重要意义
弹性模量混凝土的一个重要的力学性能指标，它反映了混凝土受力与所产生的应变之间的关系。
混凝土弹性模量是计算混凝土结构应力、变形、裂缝控制和大体积混凝土的温度应力所必需的参数之一。
随着预应力混凝土和大体积混凝土技术的不断发展，准确并且快速的获取混凝土的弹性模量值成为了一个重要课题，本研究从不同骨料、不同骨料掺量、不同强度等级混凝土着手进行研究各种因素对混凝土弹性模量的影响。
1.2国内外研究成果
1.2.1Glucklich的研究以及总结
Glucklich认为在荷载作用以前，水泥石和集料的界面区就已经存在微裂缝，微裂缝的宽度的大小和数量的多少取决于混凝土的泌水性、界面过渡区的强度和混凝土养护的情况，在一般普通的养护条件下，混凝土会受到干缩和冷缩的影响，山于水泥石和粗骨料的弹性模量存在着差异，会引起不同程度的应变，从而使界面过渡区产生裂缝，在小于30%极限荷载的作用下，界面过度区裂缝能保持相对的稳定，所以应力一应变曲线能保持线性的关系。
当应力增加的程度超过30%的极限荷载时，界面过渡区的裂缝的长度。
宽度和数量都会增加，所以随着应力的增加，应力一一应变曲线会明显的偏离直线，但是在达到50%极限荷载之前，可以认为混凝土的界面过渡区仍然存在稳定的裂缝体系，同样的在这个阶段内的水泥石的裂缝是可以忽略不计的，在50%-60%极限载荷时，水泥石里开始形成裂缝，随着应力的增加至75%的极限载荷时，不仅是界面过渡区的裂缝开始变的不稳定，水泥石中的裂缝也逐渐的增加并且扩大，使得应力一应变曲线明显的弯向水平方向，在极限载荷的75%至80%时，此时应变大幅增加，裂缝快速的扩展连通3
总结：
Glucklich的研究处是微观的裂缝推理，然后山混凝土受圧的应力——应变实验佐证裂缝的变化，从30%至80%的变化导致的混凝土内部的裂缝的变化，Glucklich的研究的长处在于从根本上解决了混凝土应力一应变曲线变化的原因，但是这个研究明显是不能直接用于我们大多数的现场施工的。
1.2.2陈光华和许将的研究以及总
陈光华和许将也在混凝上弹性模量方面做了许多的研究，他们的研究成果如下：
他们的实验方案是正交试验方案，主要观点是：
混凝土的弹性模量是混凝土材料本身所具有的特性，所以影响混凝土弹性模量的主要因素是混凝土的原材料及其各组分之间的比例，也就是说实验所选用的原材料和配合比的参数是影响混凝土弹性模量的最为主要的因素⑵。
实验结论是粗骨料的种类是影响混凝土的弹性模量的主要因素，当W/B在0.30至0.34之间时矿物掺合料的掺量在20430%之间,砂率在37%-43%之间变化时，选用大理石或者玄武岩,掺加粉煤灰或矿粉其中之一的情况下，影响C50混凝土抗压强度的主要因素是水胶比。
当W/B在0.3-0.34、矿物掺合料的掺量在20%-30%、砂率在37%-43%之间变化时选用大理石或者玄武岩，掺粉煤灰或者矿粉以及两者混掺的情况下，C50泵送混凝土的10天的弹性模量的影响因素的顺序是粗骨料种类，其次是水胶比，笫三是掺合料掺量，第四是掺合料品种,第五是砂率，28天混凝土弹性模量的影响因素的顺序是粗骨料种类，其次是掺合料掺量，第三的影响因素是水胶比，接下来是掺合料种类与砂率。
相对于C50混凝土而言，不同种类的粗集料配置的不同混凝土的弹性模量是不相同的，其中的大理石混凝土的结果会相对较低。
有相关资料表明：
混凝土的弹性模量与混凝土的轴心抗氧强度成正比关系，111于混凝土中的水能够限制混凝土的受圧变形，所以混凝土中含水越多混凝土的弹性模量就会越大,同等强度的混凝土的龄期越大弹性模量也就会越大，同等强度的混凝土养护湿度低的混凝土弹性模量打戏。
基于以上儿点刘数华等人做了研究。
他们采用U.J.康拓模型来解析混凝土的弹性模量叫
因为混凝土的配合比、强度以及骨料都会对混凝土的弹性模量造成一定的影响，所以刘数华等人把混凝土看做是一个两相复合材料，是山基体相和分散相所构成，基体相是均质的各向同性的部分，分散相则是分散在其中的骨料颗粒。
若Ec是混凝土或者砂浆的弹性模量，Eg是骨料的弹性模量，Em是基体相的弹性模量，Vg是颗粒相的体积率，Vm是基体相的体积率，那么Vc+VufI叫对于普通混凝土，Eg>Em,那就被称为软基复合材料，此时假设分散相和基体相手里相同的是正确的。
U.J.康脱把混凝土设想成为基体相和周用的颗粒相组成的复合体，模型中取边长为单位长度1的立方体位基体相的中心埋放一边长为d的颗粒作为研究的最小单位叭
刘数华等人还提出了降低混凝土弹性模量的办法：
为了达到较高的混凝土抗裂能力，通常的做法是将混凝土的抗拉强度和混凝土的极限拉伸值提高一部分，从而达到降低混凝土弹性模量的LI的。
在通常的情况下，把混凝土的抗乐强度提高同时也会将混凝土的弹性模量增大。
增加单位水泥用量可以增大混凝土的极限拉伸值，可是增大了单位水泥用量可能会导致混凝土的干缩变形增大，与此同时混凝土的热变形值也会有相应的增大，所以改善混凝土抗裂性能的大体上的思路是：
混凝土的强度基本不变的前提下，应尽可能的做到把混凝上的弹性模量降低，把混凝土的极限拉伸变形能力提高叭众所周知的降低混凝上的弹性模量是有助于提高混凝土的抗裂性能，降低混凝土的弹性模量主要措施主要是骨料方面,
选择低弹性模量的骨料有助于降低混凝土的弹性模量。
水泥石、引气剂、各种纤维、掺合料等都对混凝土的弹性模量有一定的影响，降低混凝土的弹性模量可以从多个方面进行改善，从而达到目的。
顾章川采用的方法是采用儿种等效弹性模量的讣算方法第一个是Voigt提出的并联模型，这个模型的意思是假设混凝土各个组成部分的变形都是相同的、"们的变形值都等于复合体的平均应变即铲E（E，1,…,几）。
复合体的平均应力咋“这个时候的复合体的弹性模量的平均值就是所有组成这个复合体的各个部分的弹性模量的平均值如图1・2・4一1、1.2.4-2
C-
tr
图1.2.4-lWigt并联模型
图1.2.4-lWigt串联模型
总结：
以上的研究严谨而且科学，其成果都有很大的贡献，许光华和许将的研究，采用了正交实验方案，该方案严谨认真，研究了骨料及其他混凝土组分对混凝上弹性模量的影响：
刘数华等人采用U.J.康拓模型，该研究科学严谨，把混凝土看成是一个复合体来解析混凝土的弹性模量，但是把混凝土作为一个复合体来研究，不可避免的有一个问题，就是一些物质之间的反应并不是1+1=2的单纯的组合，各组分之间的相互影响也需要进一步的探讨。
1.3背景资料
仁3.1课题背景
混凝土的历史可以从1824年一个叫约瑟夫的工人发明水泥说起，水泥是从锻烧一些磨细的石灰石，然后掺入磨细的粘土，再将混合物在窑内燃烧到二氧化碳被分解逸出，最后将磨细物混合制成水泥，这是最初的波特兰水泥。
最初的时候水泥都是山立窑生产，1886年回转窑开始投入使用。
在1990年，水泥的基本实验绝大部分都已经保标准化。
我国是从1889年开始发展水泥工业。
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