混凝土微波養(yǎng)護試驗研究及硬化機理分析

河北大學 2010 屆本科生畢業(yè)論文 設計 1 緒論 1 1 混凝土材料的簡介 混凝土是當代最主要的 土木工程材料 之一 它是由膠結材料 集料 骨料和水按 一定比例配制 經(jīng)攪拌 振搗成型 在一定條件下養(yǎng)護而成的人造石材 混凝土具有原 料豐富 價格低廉 生產(chǎn)工藝簡單的特點 因而使其用量越來越大 同時混凝土還具 有抗壓強度高 耐久性好 強度等級范圍寬 使其使用范圍出十分廣泛 不僅在各種 土木工程中使用 就是造船業(yè) 機械工業(yè) 海洋的開發(fā) 地熱工程等 混凝土也是重 要的材料 混凝土澆搗后 之所以能逐漸凝結硬化 主要是因為水泥水化作用的結果 而水 化作用則需要適當?shù)臏囟群蜐穸葪l件 因此為了保證混凝土有適宜的硬化條件 使其 強度不斷增長 必須對混凝土進行養(yǎng)護 混凝土的養(yǎng)護目的 一是創(chuàng)造各種條件使水 泥充分水化 加速 其硬化 二是防止 混凝土成型后暴曬 風吹 寒冷等條件而出現(xiàn)的 不正常收縮 裂縫等破損現(xiàn)象 傳統(tǒng)的養(yǎng)護方法中 最常用的是覆蓋養(yǎng)護法 主要措施為 在初凝以后開始覆蓋 養(yǎng)護 在終凝后開始澆水 12 小時后 覆蓋物 麥桿 爛草席 竹簾 麻袋片 編制 布等片狀物 澆水工具可以采用水管 水桶等工具保證混凝土的濕潤度 養(yǎng)護時間 與構件項目 水泥品種和有無摻外加濟有關 常用的五種水泥正常溫度條件下應不少 與 7 天 摻有外加劑或有抗?jié)B 抗凍要求的項目 應不少與14 天 隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展 社會發(fā)展所需的基礎設施建設量不斷加大 對混凝土的 需求量與日俱增 我國已是世界混凝土使用大戶 居于世界首位 但混凝土對養(yǎng)護環(huán)境 及養(yǎng)護時間的要求極為嚴格 這在很大程度上延長了工期 強度的發(fā)展已不能滿足人類 的要求 造成了人力資源的浪費 因此 改善傳統(tǒng)養(yǎng)護方法 在達到工程要求的強度的 前提下盡可能的縮短養(yǎng)護時間 減少工期 對加快施工進度提高模板的利用率 改善混 凝土的硬化工藝都是有很巨大意義 微波它能在很短的時間內(nèi)將食物加熱到所需的溫度 而且熱能量是由內(nèi)向外傳遞的 其方便快捷的特點引起了我們的注意 由此 我們想到了 將微波技術應用到養(yǎng)護混凝 土上 可以利用微波的迅速加熱特點提高混凝土的水化速度 也可以改善混凝土的內(nèi)部 硬化情況 肯定能收到良好的效果 1 2 混凝土的技術性質(zhì) 工程上要求混凝土有良好的和易性 可塑性 耐久性以及強大的抗壓強度 其中 和易性是一項綜合的技術性質(zhì) 包括流動性 粘聚性和保水性三方面的含義 流動 性 是指新拌混凝土在自重或機械振搗作用下 能產(chǎn)生流動 并均勻密實地填充到模 板的各個角落的性能 粘聚性 是新拌混凝土在施工過程中其組成材料之間有一定的 粘聚力 使得混凝土不致發(fā)生分層和離析的性能 保水性 新拌混凝土在施工過程中 裝 訂 線 河北大學 2010 屆本科生畢業(yè)論文 設計 2 保持水分不易析出的能力 可塑性 指混凝土在施工中根據(jù)施工要求易于塑造成工程 所需形狀的能力 傳統(tǒng)的混凝土養(yǎng)護的特點 標準養(yǎng)護的概念 標準養(yǎng)護的不足 需要28 天才能 實現(xiàn) 現(xiàn)代社會節(jié)奏加快 社會發(fā)展迅速 對工期的要求越來越高 城市里一項工程 的實施往往要打亂人們的社會生活 人們希望越快越好 所以傳統(tǒng)的養(yǎng)護方法要有所 突破 創(chuàng)新出新的養(yǎng)護工藝 1 3 混凝土硬化原理 當水泥與適量的水調(diào)和時 開始形成的是一種可塑性的漿體 具有可加工性 隨著 時間的推移 漿體逐漸失去了可塑性 變成不能流動的緊密的狀態(tài) 此后漿體的強度逐 漸增加 直到最后能變成具有相當強度的石狀固體 如果原先還摻有集合料如砂 石子 等 水泥就會把它們膠結在一起 變成堅固的整體 即我們常說的混凝土 這整個過程 我們把它叫做水泥的凝結和硬化 從物理 化學觀點來看 凝結和硬化是連續(xù)進行的 不可截然分開的一個過程 凝結是硬化的基礎 硬化是凝結的繼續(xù) 但是在施工中為了 保證施工質(zhì)量 要求在水泥漿體失去其可塑性以前必須結束施工 因此人們根據(jù)需要以 及水泥漿體的這個特性 人為地將這整個過程劃分為凝結和硬化兩個過程 凝結是指水 泥漿體從可塑性變成非可塑性 并具有很低的強度的過程 硬化是指漿體強度逐漸提高 能抵抗外來作用力的過程 此外 對凝結過程還人為地進一步劃分為初凝和終凝 用加 水后開始計算的時間來表示 例如 國家標準規(guī)定 普通硅酸鹽水泥初凝不得早于 45min 終凝不得遲于 12h 使用時施工澆灌過程的時間 必須早于 45min 到終凝后 才能脫去模板開始下一個周期生產(chǎn) 水泥的凝結和硬化 是一個復雜的物理 化學過程 其根本原因在于構成水泥熟料 的礦物成分本身的特性 水泥熟料礦物遇水后會發(fā)生水解或水化反應而變成水化物 由 這些水化物按照一定的方式靠多種引力相互搭接和聯(lián)結形成水泥石的結構 導致產(chǎn)生強 度 普通硅酸鹽水泥熟料主要是由硅酸三鈣 3CaO SiO2 硅酸二鈣 2CaO SiO2 鋁酸三鈣 3CaO Al2O3 和鐵鋁酸四鈣 4CaO Al2O3 Fe2O3 四種礦物組成的 它們 的相對含量大致為 硅酸三鈣 37 60 硅酸二鈣 15 37 鋁酸三鈣 7 15 鐵鋁 酸四鈣 10 18 這四種礦物遇水后均能起水化反應 但由于它們本身礦物結構上的差 異以及相應水化產(chǎn)物性質(zhì)的不同 各礦物的水化速率和強度 也有很大的差異 按水化 速率可排列成 鋁酸三鈣 鐵鋁酸四鈣 硅酸三鈣 硅酸二鈣 按最終強度可排列成 硅酸二鈣 硅酸三鈣 鐵鋁酸四鈣 鋁酸三鈣 而水泥的凝結時間 早期強度主要取決 于鋁酸三鈣和硅酸三鈣 現(xiàn)分別簡述它們的水化反應 上述鋁酸三鈣的水化反應如果進行得很快 會導致水泥的凝結過快而無法使用 因 此 一般在粉磨水泥時都摻有適量的二水石膏作為緩凝劑 由于這個反應就不會引起快 凝 當水泥中的石膏完全作用完后 還有多余 3CaO Al2O3 時將發(fā)生下列反應 如果還 河北大學 2010 屆本科生畢業(yè)論文 設計 3 有過量 3CaO Al2O3 時 就會生成 4CaO Al2O3 13H2O 在正常緩凝的硅酸鹽水泥中 石膏摻入量能保證在漿體結硬以前 不會發(fā)生后兩個反應 由于 CaO0 8 1 5SiO2 H2O0 25 與天然的托勃莫來石很相似 因而稱它為托勃莫來石 通常 用 CSH B 來表示 鐵鋁酸四鈣水化反應和鋁酸三鈣相似 而硅酸二鈣水化反應和硅酸三鈣相似 按結晶理論認為水泥熟料礦物水化以后生成的晶體物質(zhì)相互交錯 聚結在一起從而 使整個物料凝結并硬化 按膠體理論認為水化后生成大量的膠體物質(zhì) 這些膠體物質(zhì)由 于外部干燥失水 或由于內(nèi)部未水化顆粒的繼續(xù)水化 于是產(chǎn)生 內(nèi)吸作用 而失水 從而使膠體硬化 隨著科學技術的發(fā)展 特別是 X 射線和電子顯微技術的應用 將這兩 種理論統(tǒng)一起來 過去認為水化硅酸鈣 CSH B 是膠體無定形的 實際上它是纖維狀晶體 只不過這些晶體非常細小 處在膠體大小范圍內(nèi) 比面積很大罷了 所以現(xiàn)在比較統(tǒng)一 的認識是 水泥水化初期生成了許多膠體大小范圍的晶體如 CSH B 和一些大的晶體如 Ca OH 2 包裹在水泥顆粒表面 它們這些細小的固相質(zhì)點靠極弱的物理引力使彼此在接觸 點處粘結起來 而連成一空間網(wǎng)狀結構 叫做凝聚結構 由于這種結構是靠較弱的引力 在接觸點進行無秩序的連結在一起而形成的 所以結構的強度很低而有明顯的可塑性 以后隨著水化的繼續(xù)進行 水泥顆粒表面不大穩(wěn)定的包裹層開始破壞而水化反應加速 從飽和的溶液中就析出新的 更穩(wěn)定的水化物晶體 這些晶體不斷長大 依靠多種引力 使彼此粘結在一起形成緊密的結構 叫做結晶結構 這種結構比凝聚結構的強度大得多 水泥漿體就是這樣獲得強度而硬化的 隨后 水化繼續(xù)進行 從溶液中析出新的晶體和 水化硅酸鈣凝膠不斷充滿在結構的空間中 水泥漿體的強度也不斷得到增長 影響水泥凝結速率和硬化強度的因素很多 除了熟料礦物本身結構 它們相對含量 及水泥磨粉細度等這些內(nèi)因外 還與外界條件如溫度 加水量以及摻有不同量的不同種 類的外加劑等外因密切相關 1 4 1 4 國內(nèi)微波養(yǎng)護技術的研究現(xiàn)狀 微波養(yǎng)護技術作為一種新興的技術手段 到目前為止 已經(jīng)成功應用于公路瀝青的 維護上 并取得了可喜的成果 漯駐高速公路漯河至駐馬店段是國家和河南省 九五 期間重點建設項目之一 是河南省境內(nèi)交通最為繁忙的路段之一 該工程于 1999 年 3 月 28 日正式開工建設 2001 年 9 月 18 日建成通車 該段高速公路建成通車后 隨著近年 來社會經(jīng)濟的快速發(fā)展 交通流量日益增長 作為國家南北交通大動脈的重要組成部分 漯駐高速公路承擔著繁重的交通壓力 目前路面存在較嚴重的裂縫 車轍 翻漿等病害 影響了行車舒適和行車安全 微波熱再生技術應用到瀝青路面坑槽 擁包 裂縫 翻漿 沉陷 車轍 松散的及時修復 它具有加熱均勻 控制及時 無污染等優(yōu)越性 應用于 瀝青路面的現(xiàn)場熱再生 滿足高等級公路 快速進入 快速作業(yè) 快速撤離 的工作要 求 取得相當可觀的經(jīng)濟效益 2 國內(nèi)對于微波養(yǎng)護混凝土技術鮮有報道 我們認為 可以把微波技術應用于混凝土 河北大學 2010 屆本科生畢業(yè)論文 設計 4 上 它有極大優(yōu)勢 1 微波時間 強度可控 可根據(jù)具體情況實現(xiàn)人為調(diào)節(jié) 可以達到最佳養(yǎng)護效果 2 微波加熱功能可靠 可以保證混凝土的水泥順利硬化 使水泥石結構致密 從 而提高混凝土的抗壓強度和耐久性 3 微波可以實現(xiàn)現(xiàn)場化 使養(yǎng)護水平從預制走向工程現(xiàn)地 有利于提高混凝土的 強度等級 4 混凝土微波養(yǎng)護的生產(chǎn)工藝的創(chuàng)新是可行的 理論基礎是模擬現(xiàn)場蒸汽養(yǎng)護 工藝條件可以實現(xiàn) 5 可以制造大型微波設備 用于工程實際 成本較低 河北大學 2010 屆本科生畢業(yè)論文 設計 5 2 微波養(yǎng)護實驗用原材料與實驗方案設計 2 1 實驗原材料 標準砂 中國 ISO 標準砂 每袋 1350g 大袋凈重 20 25kg 夏門艾思歐標準砂有 限公司出品 符合交通部 JTJ059 95 JTG051 03 標準 中國標準砂廠出品 水泥 32 5R 普通硅酸鹽水泥 邯鄲太行山股份有限公司出品 包裝日期 2010 年 3 月 27 日 包裝選用溫度小于 90 石子 直徑為 10mm 20 的石子 水 飲用自來水 2 2 主要實驗設備 1 TYE 3000 微機控制壓力試驗機 最大荷載 3000KN 自動數(shù)據(jù)采集 圖像自動繪制 自動加壓 卸載 2 微機控制電液伺服萬能試驗機 型號 WAW 1000 最大載荷 1000KN 自動數(shù)據(jù) 采集 圖像自動繪制 自動加壓 卸載 3 實驗室專用 HJW 30 混凝土攪拌機 型號 HJW 30 最大 30 升 時間精確到秒 4 數(shù)控磁力震動臺 振動頻率 2860 次 分 振幅 0 3 0 6mm 5 工 業(yè)天平 燒杯 量筒 6 微波爐 型號為格蘭仕 P70D20TP C6 W0 微波輸出功率為 1180W 額定微波頻率 為 2450MHZ 7 非金屬超聲檢測儀 型號 ZBL U510 出廠編號 U10710006 北京智博聯(lián)科技有限公 司出品 探測厚度可達 10 米 2 3 微波使物體發(fā)熱的原理 微波是指波長為 0 001 1 米的無線電波 其對應的頻率為 30000 兆赫到 300 兆 赫 這種電磁波的能量比通常的 無線電波大 且 一碰到金屬就發(fā)生反射 金屬 不會 吸收或傳導它 微波可以穿過玻璃 陶瓷 塑料等絕緣材料 但不會消耗能量 而含 有水分的物體 微波不但不能透過 其能量反而會被吸收 通常 一些介質(zhì)材料由極性分子和非極性分子組成 在微波電磁場的作用下 介質(zhì) 中的極性分子從原來的熱運動狀態(tài)轉為跟隨微波電磁場的交變而排列取向 例如 采用 的微波頻率為 2450MHz 就會出現(xiàn)每秒 24 億 5 千萬次交變 分子間就會產(chǎn)生激烈的摩擦 在這一微觀過程中 微波能量轉化為介質(zhì)內(nèi)的熱量 使介質(zhì)溫度呈現(xiàn)為宏觀上的升高 由此可見微波加熱是介質(zhì)材料自身損耗電磁能量而加熱 微波加熱的基本條件是 物體 河北大學 2010 屆本科生畢業(yè)論文 設計 6 本身要吸收微波 水是吸收微波很好的介質(zhì) 所以凡是含水的物質(zhì)必定會吸收微波 對 于金屬材料 電磁場不能透入內(nèi)部而是被反射出來 所以金屬材料不能用微波加熱 因此 可以設計把混凝土試塊放到微波環(huán)境下 給混凝土包裹上一層水環(huán)境 利 用微波的方法把混凝土周圍和內(nèi)部的水加熱 使混凝土處于熱的環(huán)境來達到蒸氣養(yǎng)護 從而提高混凝土強度 縮短養(yǎng)護周期 使工程提前完工 達到經(jīng)濟效益和社會效益雙 豐收 3 1 為混凝土試塊 2 為微波發(fā)射器 圖 2 1 微波養(yǎng)護混凝土原理圖 2 4 探索微波養(yǎng)護法實驗設計方案 2 4 1 試塊的制作 采用的材料配比 即水泥 砂子 石子為 1 1 3 3 水灰比為 0 4 稱好各組分的質(zhì) 量后用實驗室專用 HJW 30 混凝土攪拌機拌合 先將砂子 水泥 石子 倒入攪拌機中 干攪 至攪拌均勻 再分 3 次倒入水 攪拌 5 分鐘 直至各材料分布均勻 將攪拌好的 混凝土放入事先準備好的模具中 模具大小為 70 7mm 70 7mm 70 7mm 每組方案先做 兩個試塊 然后將混凝土試塊放在高頻混凝土振動臺上振動成型 做好標記后將試塊連 模一起放入養(yǎng)護室中養(yǎng)護 一天后拆摸 2 4 2 實驗步驟 1 按實驗方案的質(zhì)量比澆筑混凝土試塊 共 10 塊 2 給各試塊標號 3 將混凝土試塊放入養(yǎng)護室中養(yǎng)護 4 混凝土在養(yǎng)護室養(yǎng)護一天后 拆模 5 拆模后 混凝土試塊根據(jù)標號 按備注中要求 進行不同條件下的養(yǎng)護 河北大學 2010 屆本科生畢業(yè)論文 設計 7 6 按原計劃養(yǎng)護后 將試塊分別在萬能試驗機下進行試壓 7 分析實驗數(shù)據(jù) 得出實驗結果 2 4 3 對混凝土試塊養(yǎng)護方案的設計及應用 試塊在標準養(yǎng)護室中養(yǎng)護 規(guī)范要求溫度為 20 2 相對濕度要求不低于 90 這是由混凝土硬化過程中各材料發(fā)生的化學變化所決定的 考慮到試塊在微波作用下的 養(yǎng)護過程中 水分子運動極為劇烈 水泥水化程度很快 這極有可能導致試塊中水分不 足 進而影響水泥等材料強度的建立 甚至導致試塊開裂 因此 在微波養(yǎng)護過程中 應為試塊創(chuàng)造一個相對濕度較大的環(huán)境 這里采用的解決辦法是 為試塊包裹上一塊濕 毛巾 這樣在微波養(yǎng)護過程中 既能保證試塊所處環(huán)境的相對濕度 又能在微波作用下 形成高溫蒸汽環(huán)境 這對于試塊強度的建立 是十分有利的 所以 在接下來的養(yǎng)護過 程中 應將每個試塊都用濕毛巾包裹住 河北大學 2010 屆本科生畢業(yè)論文 設計 8 3 實驗所得數(shù)據(jù)分析 3 1 抗壓強度數(shù)據(jù) 由于沒有實驗數(shù)據(jù)可參考 本實驗過程中先將未用濕毛巾包裹的試塊進行養(yǎng)護 進 行預實驗 以摸索規(guī)律 觀察微波效果 確定適當?shù)奈⒉B(yǎng)護時間和頻率 試塊養(yǎng)護過 程安排如下 表 3 1 說明 標號為 A1 A2 的試塊一直在養(yǎng)護室養(yǎng)護 標號為 B1 B2 的試塊脫模開始 每隔 1 小時用微波養(yǎng)護一次 每天養(yǎng)護 8 次 其他時間在養(yǎng)護室養(yǎng)護 每次養(yǎng)護 1 分鐘 用低火檔 標號為 C1 C2 的試塊從脫模開始 每隔 1 小時用微波養(yǎng)護一次 每天養(yǎng)護 8 次 其他時間在養(yǎng)護室養(yǎng)護 每次養(yǎng)護 1 5 分鐘 用低火檔 標號為 D1 D2 的試塊從脫模開始 每隔半小時用微波養(yǎng)護一次 每天養(yǎng)護 16 次 他時間在養(yǎng)護室養(yǎng)護 每次養(yǎng)護 1 分鐘 用低火檔 標號為 E1 E2 的試塊脫模開始每隔半小時用微波養(yǎng)護一次 每天養(yǎng)護 16 次 時間 在養(yǎng)護室養(yǎng)護 每次養(yǎng)護 1 5 分鐘 用低火檔 以上試塊均養(yǎng)護 3 天 試塊經(jīng)養(yǎng)護后 利用萬能試驗機對試塊進行試壓 試驗機施壓速度為 0 5mm min 得到以下數(shù)據(jù) 試塊編號養(yǎng)護條件 1 傳統(tǒng) 2 微波 3 養(yǎng)護環(huán)境不特別處理 A1 A2 傳統(tǒng) 養(yǎng)護環(huán)境標準 B1 B2 微波 養(yǎng)護環(huán)境不特別處理 C1 C2 微波 養(yǎng)護環(huán)境不特別處理 D1 D2 微波 養(yǎng)護環(huán)境不特別處理 E1 E2 微波 養(yǎng)護環(huán)境不特別處理 河北大學 2010 屆本科生畢業(yè)論文 設計 9 表 3 2 對以上數(shù)據(jù)求平均值 注意到第二組第 10 號試塊誤差較大 故舍棄數(shù)據(jù) 經(jīng)計算 A1 A2 組壓力均值為 104 49KN B1 B2 組壓力均值為 51 72KN C1 C2 組壓力均值為 47 95KN D1 D2 組壓力均值為 45 23KN E1 E2 組壓力均值為 38 77KN 微波養(yǎng)護總時間和抗壓強度之間的關系 如圖 試塊編號第一組 單位 KN 第二組 單位 KN 第三組 單位 KN A1105 00101 41109 32 A2103 66101 57105 98 B152 5550 6949 22 B255 3651 8950 66 C150 6349 6446 36 C248 4745 3747 23 D145 5344 3947 31 D244 1943 6846 29 E141 0139 1838 11 E236 5631 1039 00 河北大學 2010 屆本科生畢業(yè)論文 設計 10 圖 3 1 試塊承壓峰值與微波養(yǎng)護時間的關系 承壓峰值最接近承壓平均值的試塊 經(jīng)養(yǎng)護室養(yǎng)護成型后的照片 圖 3 2 試塊養(yǎng)護完成后照片 試塊破壞照片 河北大學 2010 屆本科生畢業(yè)論文 設計 11 圖 3 3 試塊承壓破壞后照片 經(jīng)分析 可得以下規(guī)律 用微波養(yǎng)護時 試塊失去大量水分 影響了試塊內(nèi)水泥正 常水化作用的進行 進而降低了抗壓強度 這種不利影響是由微波養(yǎng)護時間和養(yǎng)護頻率 決定的 鑒于以上所得的經(jīng)驗 設計了另一個實驗 共計 18 塊 實驗過程如下 將所有微波養(yǎng)護的試塊包裹上濕毛巾 其目的是為試塊創(chuàng)造一個高溫蒸汽蒸壓的環(huán) 境 保證試塊所處環(huán)境的相對濕度 將試塊按每隔一小時低火養(yǎng)護 10 分鐘的加熱時間進 行養(yǎng)護 每天加熱 8 次 即 編號為 1 2 3 4 5 6 7 8 9 的試塊 用養(yǎng)護室進行養(yǎng)護 編號為 10 11 12 13 14 15 16 17 18 的試塊 其中 1 2 3 和 10 11 12 4 5 6 和 13 14 15 7 8 9 和 16 17 18 分別為對比組 進行微波養(yǎng)護 養(yǎng)護 3 天后 各試塊承壓峰值為 表 3 3 試塊編號承壓峰值 單位 KN 1115 24 2117 99 3 116 80 10125 68 河北大學 2010 屆本科生畢業(yè)論文 設計 12 經(jīng)計算 編號為 1 2 3 的試塊壓力均值為 116 68KN 編號為 4 5 6 的試塊壓力均值為 124 29KN 將兩組試塊平均承壓峰值作比較 經(jīng)微波養(yǎng)護的石塊 承壓平均值較養(yǎng)護室養(yǎng)護的 試塊承壓值高出近 6 5 110 112 114 116 118 120 122 124 126 1號試塊2號試塊3號試塊4號試塊5號試塊6號試塊 圖 3 4 各試塊承壓峰值比較 承壓峰值最接近承壓平均值的試塊 經(jīng)微波養(yǎng)護成型后的照片 圖 3 5 試塊養(yǎng)護完成后照片 11 122 80 12 124 40 河北大學 2010 屆本科生畢業(yè)論文 設計 13 試塊受壓破壞時的照片 圖 3 6 試塊承壓破壞后照片 養(yǎng)護 7 天后 各試塊承壓峰值為 表 3 4 經(jīng)計算 編號為 4 5 6 的試塊壓力均值為 181 34KN 編號為 13 14 15 的試塊壓力均值為 210 61KN 將兩組試塊平均承壓峰值作比較 經(jīng)微波養(yǎng)護的石塊 承壓平均值較養(yǎng)護室養(yǎng)護的 試 塊承壓值高出近 16 1 試塊編號承壓峰值 單位 KN 4181 01 5184 22 6178 80 13209 84 14210 80 15211 20 河北大學 2010 屆本科生畢業(yè)論文 設計 14 160 170 180 190 200 210 220 4號試塊5號試塊6號試塊13號試塊14號試塊15號試塊 圖 3 3 各試塊承壓峰值比較 承壓峰值最接近承壓平均值的試塊 經(jīng)微波養(yǎng)護成型后的照片 圖 3 7 試塊養(yǎng)護完成后照片 試塊受壓破壞時的照片 河北大學 2010 屆本科生畢業(yè)論文 設計 15 圖 3 8 試塊承壓破壞后照片 養(yǎng)護 28 天后 各試塊承壓峰值為 表 3 5 經(jīng)計算 編號為 7 8 9 的試塊壓力均值為 319 40KN 編號為 16 17 18 的試塊壓力均值為 384 5KN 將兩組試塊平均承壓峰值作比較 經(jīng)微波養(yǎng)護的石塊 承壓平均值較養(yǎng)護室 養(yǎng)護的試塊承壓值高出近 20 4 0 50 100 150 200 250 300 350 400 7號試塊8號試塊9號試塊16號試塊17號試塊18號試塊 圖 3 4 各試塊承壓峰值比較 編號承壓峰值 單位 KN 7318 46 8319 28 9320 45 16386 90 17382 8 18383 80 河北大學 2010 屆本科生畢業(yè)論文 設計 16 承壓峰值最接近承壓平均值的試塊 經(jīng)微波養(yǎng)護成型后的照片 圖 3 9 試塊養(yǎng)護完成后照片 試塊受壓破壞時的照片 河北大學 2010 屆本科生畢業(yè)論文 設計 17 圖 3 10 試塊承壓破壞后照片 3 2 超聲分析數(shù)據(jù) 由于篇幅的限制 在此 只列出方案一 A1 號試塊與方案二 1 號試塊的超聲分析數(shù)據(jù) 因為這兩塊試塊養(yǎng)護時間相同 而且方案一 A1 號試塊是標準養(yǎng)護室養(yǎng)護 方案二 1 號試 塊是微波養(yǎng)護 具有可比性 表 3 6 對方案一第一組 A1 號試塊進行無損探傷檢測數(shù)據(jù)表 方案一 A1 號試塊做抗壓強度測試過程中 測點序 號 聲時 us 波速 km s 幅度 dB 測點序號聲時 us 波速 km s 幅度 dB 001 0142 803 50572 70002 0143 603 44072 78 001 0242 403 53872 47002 0242 403 53872 55 001 0342 403 53872 47002 0341 603 60672 78 001 0443 203 47272 62002 0442 403 53872 70 001 0542 803 50572 55002 0543 203 47272 85 001 0642 403 53872 47002 0642 803 50572 62 001 0742 003 57172 47002 0742 403 53872 70 001 0842 403 53872 85002 0843 203 47272 62 河北大學 2010 屆本科生畢業(yè)論文 設計 18 001 0942 803 50572 70002 0945 203 31972 70 001 1042 403 53872 62002 1043 203 47272 55 001 1141 603 60672 85002 1144 003 40972 70 001 1242 803 50572 70002 1244 003 40972 78 001 1342 803 50572 78002 1344 803 34872 78 001 1442 003 57172 55002 1444 803 34872 55 001 1542 003 57172 70002 1544 403 37872 70 001 1643 203 47272 70002 1643 203 47272 85 聲速平均值 3 524 聲速標準差 0 0408 波幅平均值 72 70 波幅標準差 0 230 數(shù)據(jù)顯示 方案一 A1 號試塊完好 沒有異常測點 其中 002 02 測點的聲速最大 其波形圖為 圖 3 11 002 02 測點波形圖 其中 002 15 測點的聲速最小 其波形圖為 圖 3 12 002 15 測點波形圖 河北大學 2010 屆本科生畢業(yè)論文 設計 19 方案一 A1 號試塊一測區(qū)波列視圖為 圖 3 13 方案一 A1 號試塊一測區(qū)波列視圖 表 3 7 對方案二養(yǎng)護 3 天后 1 號試塊進行無損探傷檢測數(shù)據(jù)表 方案二 1 號試塊 測點序 號 聲時 us 波速 km s 幅度 dB 測點序號聲時 us 波速 km s 幅度 dB 001 0143 60 3 44084 23002 0141 603 606 84 31 001 0242 803 50584 46002 0242 40 3 53884 38 001 0342 40 3 53884 31002 0343 20 3 47284 61 001 0444 00 3 40984 84 002 0444 403 378 84 54 001 0541 60 3 60684 46002 0541 603 60684 61 001 0642 003 571 84 46 002 0643 203 47284 31 001 0741 203 64184 31 002 0741 603 60684 61 001 0841 203 64184 46002 08 40 803 676 84 76 001 0941 60 3 60684 61002 0942 003 57184 31 001 1042 003 57184 31002 1041 603 606 84 31 001 1141 603 606 84 46 002 1142 003 57184 46 001 1241 203 64184 91 002 1241 203 64184 54 001 1340 403 713 84 46002 1341 203 64184 38 001 1440 80 3 67684 61002 1440 803 67684 38 河北大學 2010 屆本科生畢業(yè)論文 設計 20 001 1541 203 64184 61 002 1540 803 67684 69 001 1640 40 3 71384 46002 1642 00 3 57184 31 聲速平均值 3 621 聲速標準差 0 0487 波幅平均值 84 48 波幅標準差 0 169 數(shù)據(jù)顯示 方案二 1 號試塊完好 沒有異常測點 其中 002 16 測點的聲速最大 其波形圖為 圖 3 14 002 16 測點波形圖 其中 002 16 測點的聲速最小 其波形圖為 圖 3 15 002 16 測點波形圖 方案二 1 號試塊一測區(qū)波列視圖 河北大學 2010 屆本科生畢業(yè)論文 設計 21 圖 3 16 方案二 1 號試塊一測區(qū)波列視圖 經(jīng)過超聲波無損探傷的實驗 可以經(jīng)分析得到 微波養(yǎng)護對混凝土試塊的密實性 均勻性沒有影響 河北大學 2010 屆本科生畢業(yè)論文 設計 22 4 數(shù)據(jù) SPSS 回歸分析及硬化機理分析 4 1 SPSS 簡介 SPSS Statistical Product and Service Solutions 統(tǒng)計產(chǎn)品與服務解決方案 軟件 SPSS 是世界上最早采用圖形菜單驅動界面的統(tǒng)計軟件 它最突出的特點就是操作 界面極為友好 輸出結果美觀漂亮 它將幾乎所有的功能都以統(tǒng)一 規(guī)范的界面展現(xiàn)出 來 使用 Windows 的窗口方式展示各種管理和分析數(shù)據(jù)方法的功能 對話框展示出各種 功能選擇項 用戶只要掌握一定的 Windows 操作技能 粗通統(tǒng)計分析原理 就可以使用 該軟件為特定的科研工作服務 SPSS 采用類似 EXCEL 表格的方式輸入與管理數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 接口較為通用 能方便的從其他數(shù)據(jù)庫中讀入數(shù)據(jù) 其統(tǒng)計過程包括了常用的 較為成 熟的統(tǒng)計過程 完全可以滿足非統(tǒng)計專業(yè)人士的工作需要 輸出結果十分美觀 存儲時 則是專用的 SPO 格式 可以轉存為 HTML 格式和文本格式 對于熟悉老版本編程運行方式 的用戶 SPSS 還特別設計了語法生成窗口 用戶只需在菜單中選好各個選項 然后按 粘貼 按鈕就可以自動生成標準的 SPSS 程序 極大的方便了中 高級用戶 SPSS 是一個組合式軟件包 它集數(shù)據(jù)整理 分析功能于一身 用戶可以根據(jù)實際需 要和計算機的功能選擇模塊 以降低對系統(tǒng)硬盤容量的要求 有利于該軟件的推廣應用 SPSS 的基本功能包括數(shù)據(jù)管理 統(tǒng)計分析 圖表分析 輸出管理等等 SPSS 統(tǒng)計分析過 程包括描述性統(tǒng)計 均值比較 一般線性模型 相關分析 回歸分析 對數(shù)線性模型 聚類分析 數(shù)據(jù)簡化 生存分析 時間序列分析 多重響應等幾大類 每類中又分好幾 個統(tǒng)計過程 比如回歸分析中又分線性回歸分析 曲線估計 Logistic 回歸 Probit 回 歸 加權估計 兩階段最小二乘法 非線性回歸等多個統(tǒng)計過程 而且每個過程中又允 許用戶選擇不同的方法及參數(shù) SPSS 也有專門的繪圖系統(tǒng) 可以根據(jù)數(shù)據(jù)繪制各種圖形 在國際學術界有條不成文的規(guī)定 即在國際學術交流中 凡是用 SPSS 軟件完成的計 算和統(tǒng)計分析 可以不必說明算法 由此可見其影響之大和信譽之高 4 2 數(shù)據(jù) SPSS 回歸分析 在大多數(shù)的實際問題中 影響因變量的因素不是一個而是多個 我們稱這類回問題 為多元回歸分析 可以建立因變量y與各自變量xj j 1 2 3 n 之間的多元線性回歸 模型 e 01 12211 nnnn ybb xb xbxb x 其中 b0 是回歸常數(shù) bk k 1 2 3 n 是回歸參數(shù) e 是隨機誤差 應用多元回歸分析法對試驗中所得的數(shù)據(jù)進行分析 在 SPSS 工作區(qū)內(nèi)建立如下表格 表 4 1 河北大學 2010 屆本科生畢業(yè)論文 設計 23 利用 SPSS 中的回歸分析功能 得到如下表格 表4 2 Model Summary b ModelRR Square Adjusted R Square Std Error of the Estimate 1 994 a 988 9536 97067 a Predictors Constant 微波養(yǎng)護總時間 單次微波養(yǎng)護時間 微波養(yǎng)護次數(shù) b Dependent Variable 承壓峰值 表3 2 是回歸模型統(tǒng)計量 R 是相關系數(shù) R Square 相關系數(shù)的平方 又稱判定系 數(shù) 判定線性回歸的擬合程度 用來說明用自變量解釋因變量變異的程度 所占比例 Adjusted R Square 調(diào)整后的判定系數(shù) Std Error of the Estimate 估計標準誤差 表 4 3 ANOVA b Model Sum of SquaresdfMean SquareFSig 1Regression4082 94731360 98228 009 138 a Residual48 590148 590 Total4131 5374 a Predictors Constant 微波養(yǎng)護總時間 單次微波養(yǎng)護時間 微波養(yǎng)護次數(shù) b Dependent Variable 承壓峰值 表 3 3 回歸模型的方差分析表 F 值為 28 009 顯著性概率是 0 138 表明回歸極 顯著 河北大學 2010 屆本科生畢業(yè)論文 設計 24 表 4 4 分析 建立模型 根據(jù)多元回歸模型 01 12211 nnnn ybb xb xbxb x 把表 3 4 非標準化回歸系數(shù) 欄目中的 B 列系數(shù)代入上式得預報方程 得到有 的多元回歸模型 123 116 1422 54545 0624 322yxbxx 回歸方程的顯著性檢驗 從表 3 3 方差分析表中得知 F 統(tǒng)計量為 28 009 系統(tǒng)自 動檢驗的顯著性水平為 0 138 因此回歸方程相關非常顯著 5 4 3 硬化機理分析 微波是一種高頻率的電磁波 其頻率范圍約在 300 300 000MHz 相應的波長為 100 0 1cm 在 300MHz 至 300GHz 之間 它具有波動性 高頻性 熱特性和非熱特性四 大基本特性 微波作為一種電磁波也具有波粒二象性 微波量子的能量為 1 99 l0 25 1 99 10 22j 物質(zhì)吸收微波的能力 主要由其介質(zhì)分子損耗因數(shù)來決定 介質(zhì)分子損耗因數(shù)大的 物質(zhì)對微波的吸收能力就強 相反 介質(zhì)分子損耗因數(shù)小的物質(zhì)吸收微波的能力也弱 由于各物質(zhì)分子的損耗因數(shù)存在差異 微波加熱就表現(xiàn)出選擇性加熱的特點 物質(zhì)不同 產(chǎn)生的熱效果也不同 水分子屬極性分子 介電常數(shù)較大 其介質(zhì)損耗因數(shù)也很大 對 微波具有強吸收能力 而水泥 砂 石等的介電常數(shù)相對較小 其對微波的吸收能力比 水小得多 因此 對于脫模后微波養(yǎng)護的混凝土來說 含水量的多少對微波加熱效果影 響很大 微波比其它用于輻射加熱的電磁波 如紅外線 遠紅外線等波長更長 因此具有更 好的穿透性 微波透入介質(zhì)時 由于介質(zhì)損耗引起的介質(zhì)溫度的升高 使介質(zhì)材料內(nèi)部 外部幾乎同時加熱升溫 形成體熱源狀態(tài) 大大縮短了常規(guī)加熱中的熱傳導時間 且在 條件為介質(zhì)損耗因數(shù)與介質(zhì)溫度呈負相關關系時 物料內(nèi)外加熱均勻一致 河北大學 2010 屆本科生畢業(yè)論文 設計 25 微波對介質(zhì)材料是瞬時加熱升溫 能耗也很低 另一方面 微波的輸出功率隨時可 調(diào) 介質(zhì)溫升可無惰性的隨之改變 不存在 余熱 現(xiàn)象 極有利于自動控制和連續(xù)化 生產(chǎn)的需要 而且 微波的量子能量還不夠大 不足以改變物質(zhì)分子的內(nèi)部結構或破壞 分子之間的鍵 這對于保持物質(zhì)的固有特性 是十分重要的 鑒于微波的以上特性 在養(yǎng)護混凝土過程中 微波養(yǎng)護法能表現(xiàn)出來的有點有如下 1 加熱迅速 均勻 不需熱傳導過程 且具有自動熱平穩(wěn)性能 避免過熱 2 節(jié)能高效 由于含有水分的物質(zhì)極易直接吸收微波而發(fā)熱 沒有經(jīng)過其他中間轉換 環(huán)節(jié) 因此除少量的傳輸損耗外幾乎無其他損耗 比一般常規(guī)加熱省電約 30 50 河北大學 2010 屆本科生畢業(yè)論文 設計 26 5 實驗結論 通過以上實驗和數(shù)據(jù)的分析 此次探索實驗還是取得了比較理想的結果的 在開始 的探索實驗階段 由于沒有任何類似經(jīng)驗 導致了實驗中用微波養(yǎng)護法制成的試塊抗壓 強度有所降低 在該次試驗后 我們進行了反思與總結 努力將微波養(yǎng)護下影響試塊強 度的因素全部考慮到 盡管試驗中 采取微波養(yǎng)護法的試塊所表現(xiàn)出來的技術數(shù)據(jù)不能 令人滿意 但這次失敗為我們提供了很多寶貴的經(jīng)驗和教訓 使我們在接下來的試驗中 針對性更強 對實驗過程中各階段的控制 也更加合理 在第二次試驗中 鑒于第一階段探索實驗的經(jīng)驗 我們在進行此次實驗時 改變了 處于微波中的混凝土試塊的養(yǎng)護環(huán)境 所采取措施為為其包裹上一塊濕毛巾 以創(chuàng)造出 相對濕度較高 并使試塊長期處于高溫蒸壓的環(huán)境中 其原理是 微波使混凝土試塊失 去水分較劇烈 這影響了水泥的水化作用的正常進行 而當混凝土石塊處于相對濕度較 大的環(huán)境中時 其失水速度會得到控制 這對于強度的建立 是非常有利的 本次試驗 較第二次實驗來說 是非常成功的 養(yǎng)護到第 3 天時 處于微波養(yǎng)護下的試塊平均承壓 峰值為 124 29KN 比在標準養(yǎng)護室中的試塊平均承壓峰值 116 68KN 提高了 6 5 第 7 天 時 處于微波養(yǎng)護下的試塊平均承壓峰值 210 61KN 比在標準養(yǎng)護室中的試塊平均承壓峰 值 181 34KN 提高了 16 1 而當?shù)搅说?28 天 強度提高達到了 20 4 而且 微波養(yǎng)護下第 7 天承壓峰值 210 61KN 與根據(jù)規(guī)范公式 7 3 ln7 ln3 f f 計算得到的第七天的理論承壓峰值 221 21KN 誤差僅為 5 不超過規(guī)范規(guī)定的 15 第 28 天承壓峰值 384 5KN 與根據(jù)規(guī)范公式 28 3 ln28 ln3 f f 計算得到的第 28 天的理論承壓峰值 379 96KN 甚至略有提高 以上分析 很容易發(fā)現(xiàn) 經(jīng)過微波養(yǎng)護法養(yǎng)護的試塊 其強度建立和時間的線性關 系與規(guī)范所規(guī)定的的 幾乎是同步的 這就再一次證明了 微波養(yǎng)護法并沒有改變混凝 土結硬機理 考慮到實驗條件和時間關系等問題 該實驗還沒做到盡善盡美的程度 比如 微波 養(yǎng)護后 混凝土的耐久性 抗腐蝕性 抗機械磨損等性能還有待進一步進行考證 綜上 采用微波法養(yǎng)護混凝土 只要把過程控制好 創(chuàng)造出混凝土結硬的良好環(huán)境 就能在早期為混凝土建立起工程所需的強度 并在養(yǎng)護結束后 將同等配比的混凝土構 河北大學 2010 屆本科生畢業(yè)論文 設計 27 件強度提高至少 20 這在工程上 是有非常積極的意義的 參考文獻 1 范立礎 結構設計原理 人民交通出版社 2005 年版 6 17 頁 2 李紅群 微波應用于瀝青路面養(yǎng)護的實驗研究 中國公路 2007 年 第 27 卷 第 一期 229332 頁 3 單片機教程網(wǎng) 微波爐原理 網(wǎng)絡地址 年 04 月 24 日 4 水泥工藝網(wǎng) 水泥及其凝固原理 網(wǎng)絡地址 structural steel and precast concrete contractors and masonry contractors COMPETITIVE LANDSCAPE Demand is driven by residential and commercial construction The profitability of individual companies depends on cost 河北大學 2010 屆本科生畢業(yè)論文 設計 30 estimation and project management Large companies have economies of scale in marketing and purchasing Small companies can compete effectively by specializing The industry is labor intensive annual revenue per employee is less than 150 000 The federal economic stimulus package approved in 2009 which included billions of dollars for infrastructure projects should prove to be a boon for concrete and masonry contractors PRODUCTS OPERATIONS sand gravel or other kinds of crushed rock all called aggregate and water Some concretes also contain coloring agents sealants and other additives to provide special properties On construction projects the type of concrete needed is usually specified precisely and may be tested periodically for quality Contractors usually mix ingredients at a central yard just before delivery to a construction site where the concrete must be poured within a few hours before it begins to harden or set Concrete contractors primarily pour concrete into prepared forms and molds which often contain reinforcing steel bars rebar Most concrete contractors erect their own forms or molds and place patterns of rebar before pouring Both form and rebar work are sometimes subcontracted to specialists especially on complicated projects Various devices used during the pouring process ensure that air pockets do not form and that the concrete is well compacted In addition to the familiar mixing trucks with rotating barrels contractors may use lift buckets and concrete pumps Structural steel contractors erect and assemble structural parts made from steel or precast concrete such as steel beams structural steel components and similar products of precast concrete They also assemble and install other steel construction products including steel rods bars and rebar to reinforce poured in place concrete Masonry contractors use concrete blocks bricks and other pre formed elements to build walls Most masonry projects specify a particular type of concrete block brick or stone which the contractor usually 河北大學 2010 屆本科生畢業(yè)論文 設計 31 buys from wholesalers Masonry walls may contain reinforcing elements The mortar that binds the blocks or bricks is typically mixed at the construction site To increase margins some contractors have expanded into fields such as tilt up construction work in which walls are poured flat then tilted into position when hardened or have added engineering and design capabilities to do design build projects To ensure timely execution of work sometimes on simultaneous projects companies use project management systems SALES average hourly industry wages are slightly higher than the national average Because the work often involves heavy equipment and potentially dangerous job sites injury rates for the industry are moderately high