文档库 最新最全的文档下载
当前位置:文档库 › 混凝土的时效硬化

混凝土的时效硬化

混凝土的时效硬化
混凝土的时效硬化

浅析混凝土结构的时效硬化长期以来,混凝土作为土建工程中用途最广,用量最大的建筑材料之一,在近百年的发展中,其强度不断提高。但是,在提出强度的同时,混凝土结构的抗力随时间劣化的问题也愈来愈被人们所关注。

人们一直以为混凝土是非常耐久的材料,直到20世纪20年代末期,发达国家才逐渐发现原先建成的基础设施工程在一些环境下出现过早损坏。美国许多城市的混凝土基础设施工程和港口工程建成后20-30年,甚至在更短的时期内就出现劣化。

目前经济发达国家处于第三阶段,结构因承载力不足而失效,或为保证继续正常使用而付出巨大维修代价。

图1 Deterioration of. Reinforced Concrete Bridge due to Poor Durability

Highway Bridge in Service New York State, US

我国建设部的一项调查表明,国内大多数工业建筑物在使用25-30年后即需大修,处于严酷环境下的建筑物使用寿命仅15-20年。民用建筑和公共建筑的使用环境相对较好,一般可维持50年以上,但室外的阳台、雨罩等露天构件的使用寿命通常仅有30-40年。桥梁、港口等基础设施工程的耐久性问题更为严重,由于钢筋的混凝土保护层过薄且密实性差,许多工程建成后几年就出现钢筋锈蚀、混凝土开裂。海港码头一般使用10年左右就因混凝土顺筋开裂和剥落,需要大修。

当前,我国的基础设施建设工程规模宏大,投入资金每年高达2万亿元人民币以上,约30-50年后,这些工程将进入维修期,所需的维修费用将更为巨大。有专家估计,我国“大干”基础设施工程建设的高潮还可延续20年,由于忽视耐久性问题,迎接我们的还会有“大修”20年的高潮,这个高潮可能不用很久就将到来,其耗费将当初这些工程施工建设时的投资。因此,研究混凝土结构的时效硬化,改善混凝土结构的抗力劣化,延长工程的使用寿命。尽量减少维修重建的费用是建筑行业实施可持续发展战略的关键。

1 结构抗力的时变性和时变可靠度

在我国现行规范中,常用极限状态来衡量结构是否可靠,并将极限状态方程中的基本变量表达为结构抗力R 和荷载效应S 两个综合基本变量,这种极限状态常用建筑结构的功能函数来表达,即

G(S,R)=R-S ﹤0

式中:

S----结构的荷载效应

R----结构的抗力

在设计及评定建筑结构时,按可靠度来控制。在规定的条件下,完成预定功能的概率,称为结构的可靠度。若仍仅用结构抗力R 和荷载S 两个综合基本变量且均按正态分布时,结构构件的可靠指标可按下

式计算:

22S R s R Z Z σσμμσμβ+-==

式中:

β------结构构件的可靠指标

------结构构件作用效应的平均值和标准差

、-------结构构件抗力的平均值和标准差 可靠度指标与失效概率P f 之间的关系见右图,这样比较好地考虑了五种主要的随机因素,即荷载、荷载效应、材料强度、施工误差和抗力分析,在运用概率理论处理结构可靠度问题上已经到了水准II 的水平,即将荷载效应和抗力的有关基本变量均视为随机变量,并运用一次二阶矩的方法建立二者的联合分布

和可靠度的概率卷积,这本是一种严格的概率方法,但在分析中却忽略了基本变量随时间变化的关系,即忽视了基本变量的时变性,从而导致现行结构可靠度的评定方法是一种近似概率方法,据此求得的结构可靠度也是静态可靠度。单就钢筋混凝土结构而言,在使用早期,可靠度一般比设计值有所提高,这是因为在此期间混凝土强度有较大幅度的提高,但钢筋混凝土存在耐久性问题,即其性能会随时间发生退化,使结构的强度、刚度、可靠度降低。同时,由于结构刚度的变化对结构的动力性能产生直接的影响,从而使结构的动力荷载效应发生变化,并二次影响到结构可靠度。

为了更清楚地了解建筑结构在使用期间其可靠度随时间变化的规律,并据此为结构的耐久性设计提供依据,对建筑物的维修、维护和加固等防震减灾措施提供指导作用。避免因盲目性造成不必要的经济损失,下面将对各因素的影响机制和影响规律进行研究分析。

引起钢筋混凝土结构的抗力随时间退化的影响因素包括很多方面,一般可归纳为三类,即环境因素、自身因素和受荷因素。环境因素常见的有混凝土的碳化,钢筋的锈蚀,侵蚀性气体、液体的腐蚀以及温度变化的影响;自身因素主要是指混凝土及钢筋强度随时间的衰减、碱-集料反应、混凝土的收缩与徐变;受荷载因素主要指高应力幅度、疲劳损伤等。

2 结构抗力的衰减因素及影响机制

2.1 钢筋的锈蚀及其影响机制

钢筋锈蚀主要由于混凝土的碳化和氯离子引起的锈蚀作用产生的。钢筋锈蚀产生体积膨胀可达原体积的数倍,使钢筋位置处的混凝土受到内压力而产生裂缝,并随之剥落。这种裂缝沿钢筋方向发展,且随着锈蚀的发展混凝土剥离产生空隙。

(1)混凝土的碳化

◆混凝土碳化的过程:

碳化过程大致可分为三个阶段:第一阶段是CO

2

通过扩散到达混凝土中;第

二阶段是CO

2溶解到孔溶液中而形成了少量的碳酸:CO

2

+H

2

O=H

2

CO

3

;第三阶段是

碳酸与溶液到孔溶液中于氢氧化钙发生化学反应形成碳酸钙和水;

H 2CO

3

+Ca(OH)

2

= CaCO

3

+2H

2

O。此时溶液中的pH值下降,在低pH值环境中钢筋的

保护层受到破坏,从而导致钢筋锈蚀。

当混凝土保护层被碳化到钢筋表面时,将破坏钢筋表面的氧化膜,引起钢筋的锈蚀。此外,碳化还会加剧混凝土的收缩,可导致混凝土的开裂。因此,混凝土的碳化是混凝土结构耐久性的重要问题。

混凝土的碳化从构件表面开始向内发展,到保护层完全碳化,所需要的时间与碳化速度、混凝土保护层厚度、混凝土密实性以及覆盖层情况等因素有关

图2 钢筋因碳化锈蚀过程

◆影响混凝土碳化速度的主要因素:

①材料因素

◆ 水泥是混凝土中最活跃的成分,其品种和用量决定了单位体积中可碳化物质(CaO )的含量,因而对混凝土碳化有重要影响。单位体积中水泥的用量越多,会提高混凝土的强度,又会提高混凝土的抗碳化性能。

◆ 水灰比也是影响碳化的主要因素。在水泥用量不变的条件下,水灰比越大,混凝土孔隙中游离水越多,蒸发后混凝土内部的孔隙率也越大,密实性就越差,CO2的渗入速度越快,因而碳化的速度也越快。水灰比大会有利于碳化反应。

◆ 混凝土中外加掺合料和骨料品种对碳化也有一定的影响。

②施工养护质量的影响

混凝土搅拌、振捣和养护条件影响混凝土的密实性,因而对碳化有较大影响。此外,养护方法与龄期对水泥的水化程度有影响,也会影响混凝土的碳化。所以保证混凝土施工质量对提高混凝土的抗碳化性能十分重要。

③外部环境的影响

◆ 碳化速度主要取决于空气中的CO2浓度和向混凝土中的扩散速度。空气中的CO2浓度大,混凝土内外CO2浓度梯度也愈大,因而CO2向混凝土内的渗透速度快,碳化反应也快。

◆ 空气湿度和温度对碳化反应速度有较大影响。碳化反应要产生水份向外扩散,湿度越大,水份扩散越慢。当空气相对湿度很大,碳化反应的附加水份几乎无法向外扩散,使碳化反应大大降低。而在极干燥环境下,空气中的CO2无法溶于混凝土中的孔隙水中,碳化反应也无法进行。 试验表明,当混凝土周围(a) 混凝土开裂

(b) 水、CO 2侵入

(c) 开始锈蚀 (d) 钢筋体积膨胀

介质的相对湿度为70%~85%时,混凝土碳化速度最快。环境温度越高,碳化的化学反应速度越快,且CO2向混凝土内的扩散速度也越快。

④覆盖层

◆ 当混凝土未碳化时,钢筋表面有一层致密的氧化膜,阻止了钢筋锈蚀的电化学过程。 当混凝土被碳化,钝化膜被破坏后,在有水份和氧气的条件下,就会发生锈蚀的电化学反应。

◆ 钢筋锈蚀产生的铁锈(氢氧化亚铁Fe(OH)2),体积比铁增加2~6倍,保

护层被挤裂,使空气中的水份更易进入,促使锈蚀加快发展。

◆ 氧气和水份是钢筋锈蚀必要条件,混凝土的碳化仅是为钢筋锈蚀提供了可能。 当构件使用环境很干燥(湿度<40%),或完全处于水中,钢筋的锈蚀极慢,几乎不发生锈蚀。而裂缝的发生为氧气和水份的浸入创造了条件,同时也使混凝土的碳化形成立体发展。 但近年来的研究发现,锈蚀程度与荷载产生的横向裂缝宽度无明显关系,在一般大气环境下,裂缝宽度即便达到0.3mm ,也只是在裂缝处产生锈点。 这是由于钢筋锈蚀是一个电化学过程,因此锈蚀主要取决于氧气通过混凝土保护层向钢筋表面的阴极的扩散速度,而这种扩散速度主要取决于混凝土的密实度。 裂缝的出现仅是使裂缝处钢筋局部脱钝,使锈蚀过程得以开始,但它对锈蚀速度不起控制作用。

◆ 因此,防止钢筋锈蚀最重要的措施是在增加混凝土的密实性和混凝土的保护层厚度。除此之外,也可采用涂面层、钢筋阻锈剂、涂层钢筋等措施来防止钢筋的锈蚀。

图3 钢筋阻锈剂形成保护膜

◆钢筋锈蚀引起混凝土结构损伤过程如下,

首先在裂缝宽度较大处发生个别

点的“坑蚀”,继而逐渐形成“环蚀”,同时向裂缝两边扩展,形成锈蚀面,使钢筋有效面积减小。严重锈蚀时,会导致沿钢筋长度出现纵向裂缝,甚至导致混凝土保护层脱落,习称“暴筋”,从而导致截面承载力下降,直至最终引起结构破坏。

图4 钢筋锈蚀情况

(2)氯离子引起的锈蚀

◆钢筋表面的混凝土孔隙溶液中氯离子浓度超过某一定值或不良环境中氯离子逐渐扩散和渗透进入混凝土内部时,也能破坏钢筋表面的氧化膜,在有水份和氧气的条件下,就会发生锈蚀的电化学反应。

(在阳极,保护膜阻止铁离子的流失;在阴极,保护膜形成对氧的屏障)

◆钢筋锈蚀产生的铁锈,体积比铁增加2~6倍,保护层被挤裂,使空气中的水份更易进入,促使锈蚀加快发展。

2.2 碱-集料反应及其影响机制

混凝土集料中的某些活性矿物质与混凝土中所含的碱性溶液(Na

2O+K

2

O)产

生化学反应称为碱-集料反应。碱-集料反应导致混凝土破坏特征均表现为混凝土膨胀开裂,大量微裂缝的产生不仅降低混凝土的力学性能,更重要的是加速了水、腐蚀离子渗入混凝土内部,从而诱发碱骨料反应、钢筋锈蚀、冻融破坏协调效应,严重影响了混凝土工程耐久性。再有碱-集料反应是在混凝土碱活性骨料周围缓慢、长期发生的,不仅无法阻止其破坏继续发展,且破坏后不宜修复,因此被称为混凝土的“癌症”。

图5 因碱-集料反应引起的混凝土破坏

(1)碱-集料反应发生条件

◆混凝土的凝胶中有碱性物质。这种碱性物质主要来自于水泥,若水泥中的含碱量(Na2O,K2O)大于0.6%以上时,则会很快析出到水溶液中,遇到

活性骨料则会产生反应;

◆骨料中有活性骨料,如蛋白石、黑硅石、燧石、玻璃质火山石、安山石等含SiO2的骨料;

◆水分。碱骨料反应的充分条件是有水分,在干燥环境下很难发生碱骨料反应。

(2)碱-集料反应分类级作用机理

按照活性材料及其产生破坏时的反应机理不同,一般将碱-集料反应分三种:

◆碱-硅酸反应(Alkali Silica Reaction),即最早的AAR或经典的碱集料

反应。具体是指混凝土中的碱与骨料中微晶或无定型硅酸发生反应,生成碱硅酸类

碱硅酸类会在混凝土表面形成凝胶(如图),干燥后为白色的沉淀物,具有强烈吸水膨胀的特性,此类反应一般发生在骨料与水泥石界处,致使混凝土产生不均匀膨胀引起开裂。

图6 混凝土碱凝胶微观放大图

◆碱-硅酸盐反应(Alkali-Silica Reaction,ASR),活性骨料是结晶

良好的硅酸盐岩石。碱-硅酸盐反应是指混凝土中的碱与骨料中的某些层状结构

的硅酸盐发生反应,使层状硅酸盐层间距增大,集料发生膨胀致使混凝土开裂。

◆碱-碳酸盐反应(Alkali-Carbonate Reaction,ACR)其活性骨料是指某些碳酸盐岩石。碱-碳酸盐反应是指混凝土中的碱与具有特定的黏土质细粒白云

质石灰岩或黏土质细粒白云岩集料发生下列反应,进行的所谓去(脱)白云化作用

这种反应持续进行,直至白云石被完全作用或碱浓度降到足够低为止,其特点是反应较快,而且反应少见凝胶产物,多呈龟裂或开裂。

(3)碱-集料反应的危害实例

混凝土碱-集料反应最早发现于1920年美国加利福尼亚州的玉成桥,该桥建成三年后,发现桥墩顶部开裂,并且裂缝向下发展。美国德鲁姆犹他坝运行20年后发现了混凝土发生碱-集料反应。加拿大的蒙特利尔桥梁于1953年发现第一例AAR破坏实例。在国内,北京的三元交叉桥于1984年建成,北京地区碱活性砾石、混凝土碱含量超高,发生碱反应。北京地区的钢筋混凝土铁路桥梁构件厂生产的轨枕于1988年铺设于铁路,1955年调查发现13618块轨枕中有9387根严重开裂,发生了碱反应,还有山东济南、吉林长春和北京通县的机场跑道等也有不同程度开裂。

2.3 混凝土的抗渗及抗冻性及其影响机制

混凝土由于其自身的特点,环境温度对工程质量的影响极大,常规施工,当气温降至零度以下时,如果混凝土自身还未达到临界抗冻强度,则混凝土发生冻伤,对混凝土的内在质量造成严重影响。

(1)混凝土受冻破坏的三种形式

◆受冻破坏的第一种形式:混凝土在早龄期一次受冻,就是在形成不可

逆构造前,微孔和毛细管里含有的游离水(在105摄氏度时蒸发)冻

结。破坏程度表现为强度和变形性降低,以及外形的变化。

◆受冻破坏的第二种形式:硬化混凝土在水饱和状态下多次冻融循环,

构造的坚固性受到破坏。

◆受冻破坏的第三种形式:在低负温作用下,由于线性缩短或压缩变形

在混凝土内部结构中形成裂缝直至整体性完全破坏。

(2)影响混凝土抗冻性的主要因素

◆含气量

含气量是影响混凝土抗冻性的主要因素,尤其是加入引气剂形成的微小气孔对提高混凝土抗冻性史为重要。为使混凝土具有较好的抗冻性,其最佳含气量

约为5%~6%。加气的混凝土不仅从耐久性的观点看是有益的,而且从改善和易性的观点看也是有利的。混凝土中加气与偶然截留的空气不同,加气的气泡直径的数量级为0. 05mm,而偶然截留的空气一般都形成大得多的气泡。加气在

水泥浆中形成彼此分离的孔隙,因此不会形成连通的透水孔道,这样就不会增加混凝土的渗透性。这些互不连通的微细气孔在混凝土受冻初期能使毛细孔中的静水压力减小,即起到减压作用。在混凝土受冻结冰过程中,这些孔隙可阻止或抑制水泥浆中微小冰体的生成。为使混凝土具有较好的抗冻性,还必须保证气孔在砂浆中分布均匀。

◆水灰比

水灰比大小是影响混凝土各种性能(强度、耐久性等)重要因素。在同样良

好成型条件下,水灰比不同,混凝土密实程度、孔隙结构也不同。由于多余的游离分子在混凝上硬化过程中逐渐蒸发掉,形成大量开口孔隙,毛细孔又不能完全被水泥水化生成物填满,直至相互连通,形成毛细孔连通体系,具有这种孔隙结构的混凝土渗透性、吸水性都很大,最容易使混凝土受冻破坏。因此我们在考虑引气剂同时,必须考虑水灰比,在含气量相同时,气泡的半径随水灰比的降低而减少,孔隙结构得到改善,提高了混凝上的抗冻性。

◆混凝土的饱水状态

混凝土的冻害与其饱水程度有关。一般认为含水量小于孔隙总体积的91. 7%就不会产生冻结膨胀压力,在混凝土完全保水状态下,其冻结膨胀压力最大。

混凝土的饱水状态主要与混凝上结构的部位及其所处的自然环境有关。在大气中使用的混凝上结构,其含水量均达不到该值的极限,而处于潮湿环境的混凝土,其含水量要明显增大。最不利的部位是水位变化区,此处的混凝土经常处于干湿交替变化的条件下,受冻时极易破坏。此外由于混凝土表层的含水率通常大于其内部的含水率,且受冻时表层的温度均低于其内部的温度,所以冻害往往是由

表层开始逐步深入发展的。

◆混凝土的受冻龄期

混凝土的抗冻性随龄期的增长而提高。以为龄期约长水泥水分越充分,混凝土强度越高,抵抗膨胀的能力越大,这一点对旱期受冻的混凝土尤为重要。

◆水泥品种及集料质量

混凝土的抗冻性随水泥活性增高而提高。普通硅酸盆水泥混凝土的抗冻性优于混合水泥混凝土的抗冻性。这是由于混合水泥需大量水所致。

集料对混凝上抗冻性影响主要体现在集料吸水量的影响及集料木身抗冻性的影响。一般在碎石及卵石都能满足混凝上抗冻性的要求,自山风化岩等坚固性差的集料才会影响混凝土的抗冻性。对在严寒地区或经常处于潮湿或干湿交替作用状态下的室外混凝土,则应注意优选集料。

◆外加剂的影响

引气剂、减水剂及引气型减水剂、纤维等外加剂均能提高混凝土的抗冻性。引气剂能增加混凝土的含气量且使气泡均匀分布,而减水剂则能降低混凝土的水灰比,从而减少孔隙率,纤维提高混凝上的抗拉伸能力,最终都能提高混凝土的抗冻性。

2.4 侵蚀性介质对混凝土的破坏及其影响机制

(1)硫酸盐腐蚀:硫酸盐溶液与水泥石中的氢氧化钙及水化铝酸钙发生化学反应,生成石膏和硫铝酸钙,产生体积膨胀,使混凝土破坏。硫酸盐除在一些化工

企业存在外,海水及一些土壤中也存在。当硫酸盐的浓度(以SO2的含量表示)达到2‰时,就会产生严重的腐蚀。

(2)酸腐蚀:混凝土是碱性材料,遇到酸性物质会产生化学反应,使混凝土产生裂缝、脱落,并导致破坏。酸不仅存在于化工企业,在地下水,特别是沼泽地

区或泥炭地区广泛存在碳酸及溶有CO2的水。此外有些油脂、腐植质也呈酸性,

对混凝土有腐蚀作用。

(3)海水腐蚀:在海港、近海结构中的混凝土构筑物,经常收到海水的侵蚀。海水中的NaCl、MgCl2、MgSO4、K2SO4等成分,尤其是Cl-和硫酸镁对混凝土有较强的腐蚀作用。在海岸飞溅区,受到干湿的物理作用,也有利于Cl-和SO4的渗入,极易造成钢筋锈蚀。

青海化工厂—桥柱

图7 混凝土结构被腐蚀情况

3 减缓混凝土结构抗力劣化的方法

3.1 原材料的选择

1)水泥。水泥的选择需注意水泥品种的具体性能,选择碱含量小,水化热低,干缩性效,耐热性,抗水性,抗腐蚀性,抗冻性能好的水泥,并结合具体情况进行选择。水泥强度并非是决定混凝土强度和性能的唯一指标,如用较低标号水泥同样可以配制高标号混凝土,因此,工程比强度更重要。

2)集料与掺和料。集料的选择应考虑其碱活性,防止碱集料反应造成危害,集料的耐腐蚀性和吸水性,同时选择合理的级配,改善混凝土拌合物的和易性,提高混凝土的密实度;大量研究表明了掺粉煤灰,矿渣,硅粉等混合材料能有效改善混凝土的性能,改善混凝土内孔结构,填充内部空隙,提高密实度,高掺量混凝土还能抑制碱-集料反应,因而掺混合材料混凝土,是提高混凝土耐久性的有效措施。

3.2混凝土的设计

混凝土配合比的设计。配合比设计在满足混凝土强度,工作性能的同

时应考虑尽量减少水泥用量和用水量,降低水化热,减少收缩裂缝,采用合理的减水剂和引气剂,改善混凝土内部结构,掺入足量的混合料提高混凝土的耐久性能。结构构件应按其使用环境设计相应的混凝土保护层厚度,预防外界介质渗入内部腐蚀钢筋。结构的节点构造设计也应考虑构件受局部损坏后的整体耐久能力。结构设计尚应控制混凝土的裂缝的开裂宽度。

3.3混凝土工程的施工

混凝土的搅拌尽量采用二次搅拌法,裹砂发,裹砂石法等工艺,提高

混凝土拌合料的和易性,保水性,提高混凝土强度,减少用水量;大体积混凝土的浇筑振捣应控制混凝土的温度裂缝,收缩裂缝,施工裂缝,建立混凝土的浇筑振捣制度,提高混凝土密实度和抗渗性,重视混凝土振捣后的表面工序,并加强养护,以减少混凝土的裂缝。混凝土的施工过程对对控制构件外观裂缝,施工裂缝至关重要,应加强施工质量管理,特殊季节施工的混凝土结构,尚应采取特殊措施。

3.4混凝土的内部结构

混凝土本身的一些物理化学因素,也可能引起混凝土结构的严重破坏,致使混凝土的提前达到承载能力而失效。例如,混凝土的化学收缩和干缩引起的开裂,水化热过高引起的温度裂缝,硫酸铝的延迟生成以及混凝土的碱-骨料反应等。

4 结语

从上述分析可知,混凝土的外部环境,内部结构,原料,密实度和抗渗性是混凝土耐久性能的主要因素。因此,工程中应根据具体情况,有针对性的采取相应措施,提高混凝土的耐久性。

参考文献

1 金伟良,赵羽习,混凝土结构耐久性【M】第1版,北京:科学出版社,200

2 2

钢筋和混凝土的力学性能.

《混凝土结构设计原理》习题集 第1章 钢筋和混凝土的力学性能 一、判断题 1~5错;对;对;错;对; 6~13错;对;对;错;对;对;对;对; 二、单选题 1~5 DABCC 6~10 BDA AC 11~14 BCAA 三 、填空题 1、答案:长期 时间 2、答案:摩擦力 机械咬合作用 3、答案:横向变形的约束条件 加荷速度 4、答案:越低 较差 5、答案:抗压 变形 四、简答题 1.答: 有物理屈服点的钢筋,称为软钢,如热轧钢筋和冷拉钢筋;无物理屈服点的钢筋,称为硬钢,如钢丝、钢绞线及热处理钢筋。 软钢的应力应变曲线如图2-1所示,曲线可分为四个阶段:弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和破坏阶段。 有明显流幅的钢筋有两个强度指标:一是屈服强度,这是钢筋混凝土构件设计时钢筋强度取值的依据,因为钢筋屈服后产生了较大的塑性变形,这将使构件变形和裂缝宽度大大增加以致无法使用,所以在设计中采用屈服强度y f 作为钢筋的强度极限。另一个强度指标是钢筋极限强度u f ,一般用作钢筋的实际破坏强度。 图2-1 软钢应力应变曲线 硬钢拉伸时的典型应力应变曲线如图2-2。钢筋应力达到比例极限点之前,应力应变按直线变化,钢筋具有明显的弹性性质,超过比例极限点以后,钢筋表现出越来越明显的塑性性质,但应力应变均持续增长,应力应变曲线上没有明显的屈服点。到达极限抗拉强度b 点后,同样由于钢筋的颈缩现象出现下降段,至钢筋被拉断。

设计中极限抗拉强度不能作为钢筋强度取值的依据,一般取残余应变为0.2%所对应的应力σ0.2作为无明显流幅钢筋的强度限值,通常称为条件屈服强度。对于高强钢丝,条件屈服强度相当于极限抗拉强度0.85倍。对于热处理钢筋,则为0.9倍。为了简化运算,《混凝土结构设计规范》统一取σ0.2=0.85σb ,其中σb 为无明显流幅钢筋的极限抗拉强度。 图2-2硬钢拉伸试验的应力应变曲线 2.答: 目前我国用于钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构的钢筋主要品种有钢筋、钢丝和钢绞线。根据轧制和加工工艺,钢筋可分为热轧钢筋、热处理钢筋和冷加工钢筋。 热轧钢筋分为热轧光面钢筋HPB235、热轧带肋钢筋HRB335、HRB400、余热处理钢筋RRB400(K 20MnSi ,符号,Ⅲ级)。热轧钢筋主要用于钢筋混凝土结构中的钢筋和预应力混凝土结构中的非预应力普通钢筋。 3.答: 钢筋混凝土结构及预应力混凝土结构的钢筋,应按下列规定采用:(1)普通钢筋宜采用HRB400级和HRB335级钢筋,也可采用HPB235级和RRB400级钢筋;(2)预应力钢筋宜采用预应力钢绞线、钢丝,也可采用热处理钢筋。 4.答: 混凝土标准立方体的抗压强度,我国《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T50081-2002)规定:边长为150mm 的标准立方体试件在标准条件(温度20±3℃,相对温度≥90%)下养护28天后,以标准试验方法(中心加载,加载速度为0.3~1.0N/mm 2/s),试件上、下表面不涂润滑剂,连续加载直至试件破坏,测得混凝土抗压强度为混凝土标准立方体的抗压强度f ck ,单位N/mm 2。 A F f ck f ck ——混凝土立方体试件抗压强度; F ——试件破坏荷载; A ——试件承压面积。 5. 答: 我国《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T50081-2002)采用150mm×150mm×300mm 棱

《混凝土结构设计原理》 模拟试题3

《混凝土结构设计原理》 模拟试题3 一.选择题(1分×10=10分) 1.混凝土的弹性模量是指( )。 A .原点弹性模量; B .切线模量; C .割线模量; D .变形模量; 2.属于有明显屈服点的钢筋有( )。 A .冷拉钢筋; B .钢丝 ; C .热处理钢筋; D .钢绞线; 3.对于高度、截面尺寸、配筋完全相同的柱,以支承条件为( )时,其轴心受压承载力最大。 A .两端嵌固; B .一端嵌固,一端不动铰支; C .两端不动铰支; D .一端嵌固,一端自由; 4.( )作为受弯构件抗裂计算的依据。 A .Ⅰa 状态; B .Ⅱa 状态; C .Ⅲa 状态; D .第Ⅱ阶段; 5.对于无腹筋梁,当1<λ时,常发生什么破坏( )。 A . 斜压破坏; B . 剪压破坏; C . 斜拉破坏; D . 弯曲破坏; 6.判别大偏心受压破坏的本质条件是:( )。 A .03.0h e i >η; B .03.0h e i <η; C .B ξξ<; D .B ξξ>; 7.对于钢筋混凝土偏心受拉构件,下面说法错误的是( )。 A .如果b ξξ>,说明是小偏心受拉破坏; B .小偏心受拉构件破坏时,混凝土完全退出工作,全部拉力由钢筋承担; C .大偏心构件存在混凝土受压区;

D .大、小偏心受拉构件的判断是依据纵向拉力N 的作用点的位置; 8.钢筋混凝土受扭构件,受扭纵筋和箍筋的配筋强度比7.16.0<<ζ说明,当构件破坏时,( )。 A .纵筋和箍筋都能达到屈服; B .仅箍筋达到屈服; C .仅纵筋达到屈服; D .纵筋和箍筋都不能达到屈服; 9.钢筋混凝土构件变形和裂缝验算中关于荷载、材料强度取值说法正确的是( )。 A .荷载、材料强度都取设计值; B .荷载、材料强度都取标准值; C .荷载取设计值,材料强度都取标准值; D .荷载取标准值,材料强度都取设计值; 10.预应力混凝土先张法构件中,混凝土预压前第一批预应力损失I l σ应为( )。 A .21l l σσ+; B .321l l l σσσ++ ; C .4321l l l l σσσσ+++ ; D .54321l l l l l σσσσσ++++; 二.判断题(1分×10=10分) 1.混凝土在三向压力作用下的强度可以提高。( ) 2.冷拉钢筋不宜用作受压钢筋。( ) 3.轴心受压构件的长细比越大,稳定系数值越高。( ) 4.对于'f h x ≤的T 形截面梁,因为其正截面受弯承载力相当于宽度为'f b 的矩形截面梁,所以其配筋率应按0 'h b A f s =ρ来计算。( ) 5.梁剪弯段区段内,如果剪力的作用比较明显,将会出现弯剪斜裂缝。( ) 6.轴向压力的存在对于偏心受压构件的斜截面抗剪能力是有提高的,但是不是无限制的。( ) 7.小偏心受拉构件破坏时,混凝土完全退出工作,全部拉力由钢筋承担。( ) 8.在钢筋混凝土受扭构件设计时,《混凝土结构设计规范》要求,受扭纵筋和箍筋的配筋强度比应不受限制。( ) 9.钢筋混凝土受弯构件两条裂缝之间的平均裂缝间距为1.0倍的粘结应力传递长度。( ) 10.预应力混凝土结构可以避免构件裂缝的过早出现。( )

混凝土的技术性能

混凝土的技术性能 1)混凝土拌合物的和易性 2)混凝土的强度 3)混凝土的变形性能 4)混凝土的耐久性 影响混凝土强度的因素主要有原材料及生产工艺方面的因素。 原材料方面的因素包括: 1)水泥强度与水灰比 2)骨料的种类、质量和数量 3)外加剂 4)掺合料 生产工艺方面的因素包括: 1)搅拌与振捣 2)养护的温度和湿度 3)龄期 混凝土的耐久性 1)抗渗性 2)抗冻性 3)抗侵蚀性 4)混凝土的碳化(中性化) 5)碱骨料反应 混凝土外加剂的主要功能包括: 1)改善混凝土或砂浆拌合物施工时的和易性; 2)提高混凝土或砂浆的强度及其他物理力学性能; 3)节约水泥或代替特种水泥; 4)加速混凝土或砂浆的早期强度发展; 5)调节混凝土或砂浆的凝结硬化速度; 6)调节混凝土或砂浆的含气量; 7)降低水泥初期水化热或延缓水化放热; 8)改善拌合物的泌水性; 9)提高混凝土或砂浆耐各种侵蚀性盐类的腐蚀性; 10)减弱碱骨料反应; 11)改善混凝土或砂浆的毛细孔结构; 12)改善混凝土的泵送性; 13)提高钢筋的抗锈蚀能力; 14)提高骨料与砂浆界面的粘结力,提高钢筋与混凝土的 握裹力; 15)提高新老混凝土界面的粘结力等。 按外加剂的主要使用功能分为以下四类: 1)改善混凝土拌合物流变性能的外加剂。包括各种减 水剂、引气剂和泵送剂等。 2)调节混凝土凝结时间、硬化性能的外加剂。包括混凝 剂、早强剂和速凝剂等 3)改善混凝土耐久性的外加剂。包括引气剂、防水剂和 阻锈剂等。 4)改善混凝土其他性能的外加剂。包括膨胀剂、防冻剂、 着色剂等。 外加剂的适用范围 1)混凝土中掺入减水剂,若不减少拌合用水量,能显 著提高拌合物的流动性;当减少水而不减少水泥时,可提高混凝土强度;若减水的同时适当减少水泥用 量,则可节约水泥。同时,混凝土的耐久性也能得到显著改善。 2)早强剂可加速混凝土硬化和早期强度发展,缩短养 护周期,加快施工进度,提高模板周转率。多用于冬 期施工或紧急抢修工程。 3)缓凝剂主要用于高温季节混凝土、大体积混凝土、 泵送与滑模方法施工以及远距离运输的商品混凝土 等,不宜用于日最低气温5℃以下施工的混凝土,也 不宜用于有早强要求的混凝土和蒸汽养护的混凝 土。缓凝剂的水泥品种适应性十分明显,不同品种水 泥的缓凝效果不相同,甚至会出现相反的效果。因此,使用前必须进行试验,检测其混凝效果。 4)引气剂是在搅拌混凝土过程中能引入大量均匀分 布、稳定而封闭的微小气泡的外加剂。引气剂可改善 混凝土拌合物的和易性,减少泌水离析,并能提高混 凝土的抗渗性和抗冻性。同时,含气量的增加,混凝 土弹性模量降低,对提高混凝土的抗裂性有利。由于 大量微气泡的存在,混凝土的抗压强度会有所降低。 引气剂适用于抗冻、防渗、抗硫酸盐、泌水严重的混 凝土等。 5)膨胀剂能使混凝土在硬化过程中产生微量体积膨 胀。膨胀剂主要有硫铝酸钙类、氧化钙类、金属类等。 膨胀剂适用于补偿收缩混凝土、填充用膨胀混凝土、灌浆用膨胀砂浆、自应力混凝土等。含硫铝酸钙类、硫铝酸钙──氧化钙类膨胀剂的混凝土(砂浆)不得用于长期环境温度为80℃以上的工程;含氧化钙类 膨胀剂配制的混凝土(砂浆)不得用于海水或有侵蚀 性水的工程。 6)防冻剂在规定的温度下,能显著降低混凝土的冰点, 使混凝土液相不冻结或仅部分冻结,从而保证水泥的水化作用,并在一定时间内获得预期强度。含亚硝酸 盐、碳酸盐的防冻剂严禁用于预应力混凝土结构;含 有六价铬盐、亚硝酸盐等有害成分的防冻剂,严禁用 于饮水工程及与食品相接触的工程,严禁食用;含有硝铵、尿素等产生刺激性气味的防冻剂,严禁用于办 公、居住等建筑工程。 7)泵送剂是用于改善混凝土泵送性能的外加剂。它由 减水剂、调凝剂、引气剂、润滑剂等多种组分复合而成。泵送剂适用于工业与民用建筑及其他构筑物的泵送施工的混凝土;特别适用于大体积混凝土、高层建 筑和超高层建筑;适用于滑模施工等;也适用于水下 灌注桩混凝土。

混凝土思考题及习题

第一章绪论 思考题 1, 素混凝土梁和钢筋混凝土梁破坏时各有哪些特点?钢筋和混凝土是如何共同工作的? 2, 钢筋混凝土有哪些优点和缺点? 3, 了解钢筋混凝土结构的应用和发展,了解本课程的特点、内容和学习方法。 第二章混凝土结构材料的物理力学性能 思考题 1,软钢和硬钢的应力—应变曲线有何不同?二者的强度取值有何不同?我国《混凝土结构设计规范》 (GB50010-2002) 中将建筑结构用钢按强度分为哪些类型?钢筋的应力—应变曲线有何特征?了解钢筋的应力—应变曲线的数学模型。 2,解释钢筋的物理力学性能术语:比例极限、屈服点、流幅、强化阶段、时效硬化、极限强度、残余变形、延伸率。 3,什么是钢筋的冷加工性能?钢筋冷加工的方法有哪两种?冷加工后钢筋的力学性能有何变化? 4,钢筋混凝土结构对钢筋的性能有哪些要求? 5,混凝土的立方抗压强度,轴心抗压强度和抗拉强度是如何确定的?为什么混 凝土的轴心抗压强度低于混凝土的立方抗压强度?混凝土的抗拉强度与立方 抗压强度比有何关系?轴心抗压强度与立方抗压强度有何关系? 6,《混凝土结构设计规范》 (GB50010-2002) 规定的混凝土的强度等级是根据什么确定的?混凝土强度等级有哪些级?

7,某方形钢筋混凝土短柱浇筑后发现混凝土强度不足,根据约束混凝土原理如何加固该柱? 8,单向受力状态下,混凝土的强度与哪些因素有关?一次短期加载时混凝土的受压应力—应变曲线有何特征?常用的表示混凝土应力—应变关系的数学模型有哪几种? 9,混凝土的变形模量和弹性模量是怎样确定的? 10,什么是混凝土的疲劳破坏?疲劳破坏时应力—应变曲线有何特点? 11,什么是混凝土的徐变?徐变对混凝土构件有何影响?影响徐变的主要因素有哪些?如何减少徐变? 12,混凝土收缩对钢筋混凝土构件有何影响?收缩与哪些因素有关?如何减少收缩? 13,什么是钢筋与混凝土之间的粘结力?钢筋与混凝土粘结力有哪几部分组成?哪一种作用为主要作用? 14,影响钢筋和混凝土粘结力的主要因素有哪些?为保证钢筋和混凝土之间有足够的粘结力要采取哪些措施 ? 第三章按近似概率理论的极限状态设计法 思考题 1,结构可靠性的含义是什么?结构的功能要求有哪些?结构超过极限状态会产生什么后果?建筑结构安全等级是按什么原则划分的?安全等级如何体现在极限状态设计表达式中? 2,“作用”和“荷载”有什么区别?影响结构可靠性的因素有哪些?结构构件的抗力与哪些因素有关?为什么说构件的抗力是一个随机变量? 3,什么是结构的极限状态?结构的极限状态分为哪两类,其含义各是什么? 4,建筑结构应该满足哪些功能要求?结构的设计使用年限如何确定?结构超过其设计使用年限是否意味着不能再使用?为什么? 5,正态分布概率密度曲线有哪些数字特征?这些数字特征各表示什么意义?正态分布概率

1高强度钢中马氏体时效钢的综述

上海大学2010~2011学年冬季学期研究生课程考试 小论文 课程名称:汽车刚强度钢板研究课程编号:101101909 论文题目: 高强度钢中马氏体时效钢的综述 研究生姓名: 尹学号: 10721 论文评语: 成绩: 任课教师: 评阅日期:

高强度钢中马氏体时效钢的综述 摘要马氏体时效钢是以无碳( 或超低碳) 铁镍马氏体为基体的经时效生产金属间化合物沉淀硬化的。超高强度钢。该钢在高强度时效处理前具有良好的成形性,时效处理几乎不变形,时效处理后有高强韧性。文中论述了典型Ni2Co2Mo2Ti2Al 马氏体时效钢和Ni2Mo2Ti(2Cr2Al) 无钴马氏体时效钢的化学成分和力 学性能,阐述了马氏体时效钢在400~500 ℃时效时马氏体基体内产生大量强化效果极高、韧性损失极小的金属间化合物沉淀相的时效结构和强化机制,以及Ni、Co、Mo、Cr、Mn、Ti 等元素在马氏体时效钢中的合金化作用。概述了马氏体时效钢的生产工艺,应用和发展趋向。 关键词马氏体时效钢;沉淀析出;强化机制;力学性能 The description of ultrahigh strength steel -Maraging steel Abstract Maraging steel is a kind of ultrahigh strength steel strengthened by ageing precipitation hardening of intermetallics in carbon2free or extra2low carbon ferronickel martensite matrix. It has excellent formability before ageing treatment and almost non2deforming during ageing , after ageing the steel has high strength and toughness. The chemical compositions and mechanical properties of typical Ni2Co2Mo2Ti2Al maraging steel and Ni-Mo-Ti (-Cr-Al) cobalt-free maraging steel are reviewed,and the ageing structure and strengthening mechanism of mass intermetallics precipitation phases produced in martensite matrix of maraging steel ageing at 400-500℃ which has high strengthening effect and minimal toughness loss and the alloying effect of alloy elements such as Ni ,Co ,Mo ,Cr ,Mn and Ti in maraging steel are presented in this article.The production process, application and developing trend of maraging steel are also summarized. Keyword:Maraging Steel; Precipitation; Strengthening Mechanism;Mechanical Properties 一、引言 1.1超高强度钢的背景 超高强度钢一般是指屈服强度大于1380MPa的高强度结构钢。20世纪40年代中期,美国用AISI4340结构钢通过降低回火温度,使钢的抗拉强度达到1600-1900MPa。马氏体时效钢强化作用是通过马氏体相变和等温时效析出金属间化合物Ni3Mo来达到的。马氏体时效钢的基本化学成分是18%Ni-8%Co-5%Mo。随着钛含量从0.20%提高到1.4%,屈服强度可以在1375-2410MPa之间变化。为了获得高韧性,应尽量降低钢中的磷、硫、碳和氮含量。 除了广泛应用的AF1410等二次硬化超高强度钢之外,为了获得更高的强度和韧性配合,美国SRG在二次硬化钢的物理冶金学研究基础上,开发了高洁净度的AerMet钢。高洁净度保证Aer-Metl00钢(0.23%C-3%Cr-11.1%Ni-13.4%Co-1.2%Mo)具备目前最佳的强度和韧性配合。AerMet310(0.25%C-2.4%Cr-11%Ni-15%Co-1.4%Mo)是最近Carpenter公司在AerMetl00的基础上开发的高强高韧钢。与AerMetl00相同,AerMet310也是双真空冶炼的含镍钴钢,它具有良好的韧性和塑性。AerMet310的抗拉强度是2172MPa,比AerMetl00高出200MPa。与Marage300相比,AerMet310的屈强比较小,因而可在断裂前吸收较多的塑

混凝土结构设计原理 课后习题答案

第一章绪论 问答题 1.什么是混凝土结构? 2.以简支梁为例,说明素混凝土与钢筋混凝土受力性能的差异。 3.钢筋与混凝土共同工作的基础条件是什么? 4.混凝土结构有什么优缺点? 5.房屋混凝土结构中各个构件的受力特点是什么? 6.简述混凝土结构设计方法的主要阶段。 7.简述性能设计的主要步骤。 8.简述学习《混凝土结构设计原理》课程的应当注意的问题。 第一章绪论 问答题参考答案 1.什么是混凝土结构? 答:混凝土结构是以混凝土材料为主,并根据需要配置和添加钢筋、钢骨、钢管、预应力钢筋和各种纤维,形成的结构,有素混凝土结构、钢筋混凝土结构、钢骨混凝土结构、钢管混凝土结构、预应力混凝土结构及纤维混凝土结构。混凝土结构充分利用了混凝土抗压强度高和钢筋抗拉强度高的优点。 2.以简支梁为例,说明素混凝土与钢筋混凝土受力性能的差异。 答:素混凝土简支梁,跨中有集中荷载作用。梁跨中截面受拉,拉应力在荷载较小的情况下就达到混凝土的抗拉强度,梁被拉断而破坏,是无明显预兆的脆性破坏。 钢筋混凝土梁,受拉区配置受拉钢筋梁的受拉区还会开裂,但开裂后,出现裂缝,拉力由钢筋承担,直至钢筋屈服以后,受压区混凝土受压破坏而达到极限荷载,构件破坏。 素混凝土简支梁的受力特点是承受荷载较小,并且是脆性破坏。钢筋混凝土简支梁的极限荷载明显提高,变形能力明显改善,并且是延性破坏。 3.钢筋与混凝土共同工作的基础条件是什么? 答:混凝土和钢筋协同工作的条件是: (1)钢筋与混凝土之间产生良好的粘结力,使两者结合为整体; (2)钢筋与混凝土两者之间线膨胀系数几乎相同,两者之间不会发生相对的温度变形使粘结力遭到破坏; (3)设置一定厚度混凝土保护层; (4)钢筋在混凝土中有可靠的锚固。

铝合金时效过程

铝合金时效过程85-3 顾景诚 一、前言 铝合金时效现象是在1906年由德国的Wilm发现的。他在九月一个星期六的上午将Al-4%Cu-0.5%Mg合金于水中淬火后,下午进行硬度测定,过了星期天,星期一上午继续测定硬度,发现硬度显著增加,原以为硬度计失灵,但是,反复验证结果总是一样。Wilm将此结果于1911年以《含镁铝合金的物理冶金学研究》为题发表出来。从此以后,人们对铝合金时效现象做了大量研究工作。时效处理已成为铝合金强化的重要手段。今天,铝合金材料应用这样广泛,成为仅次于钢铁,而且正以它无与伦比的优点来代替木材、铜材、钢铁等,都应当归功于时效现象的应用。 经过半个多世纪,各国学者共同努力,对各种铝合金系的析出行为、析出理论、析出与合金性能的关系,做了大量研究工作。尤其是随着现代科学技术的发展、电子显微技术、电子微区分析、热差分析、X射线衍射技术的应用,对析出相的形核、成长、长大做出了定量研究,使我们对时效现象的本质有了进一步认识。最近,日本高桥恒夫等用高能电子显微镜对铝铜合金的时效过程的晶格直接摄影,摄取了G P(1)区和G P(2)区的结构。但是,从各国开发新结构铝合金材料来看,利用时效现象来提高时效硬化型铝合金的性能也并非顺利,这说明对铝合金时效现象本质应做进一步探讨。 作者于1983年7月在沈阳听了日本高桥恒夫教授关于铝合金时效析出问题的讲座。高桥先生介绍了他们试验室的最新研究成果和有关铝合金时效析出的现代理论。结合其他一些文献现将讲座主要内容介绍如下。 二、过饱和固溶体的结构

在变形铝合金范围内,合金成分基本上处在α-Al的固溶体范围内。对于时效型变形铝合金,它们的成分在室温和略高温度下都稍微超过它的固溶极限,而在高于某一温度却小于固溶极限,也就是说在这一温度之上呈固溶状态。将高温的固溶状态通过强制冷却,在常温下仍保持固溶状态,这种做法称之为固溶处理。所得到的固溶体称为过饱和固溶体。 过饱和固溶体是一种不稳定的组织,不仅溶质原子呈过饱和状态,而空位也呈过饱和状态。这些过饱和空位,有的同溶质原子结合形成科垂耳气团,有的向晶界逃逸,有的互相结合,塌陷后形成位错环。 以过饱和形式存在于铝基体中的溶质原子更容易发生偏聚。例如,在Al-Cu 合金中,Cu原子容易发生“Knot”偏聚,其形式有各种各样,同时,在热力学上也是不稳定的,时而形成,时而解散。但是,将在有利于形成CuAl 的位置上 2 出现“Knot”的几率高。 时效处理之前,由于溶质原子扩散,将在最易析出的晶面上沿某一晶体方向生成所谓“Knot”的原子集团,而在“Knot”周围发生晶格畸变,这就引起固溶硬化,也使电阻增加。这个“Knot”有时也称为原子群(group)或原子链(cluster),目前也有称之为集合体(complex)的[1]。浓度起伏所引起的这些溶质原子的集合体可能成为时效时GP区和析出粒子的核心。 过饱和固溶溶质原子的偏聚与空位浓度有关,而过饱和空位在铝基体中的分布也是遵循数理统计规律的。空位浓度也存在起伏。一般说来,在溶质原子周围的空位浓度高于其他地方,同时,在空位浓度大的地方也易于富集溶质原子,因为溶质原子的富集是通过扩散来实现的,扩散就是原子位移,而位移是通过同铝原子或空位交换位置来实现的,与空位交换位置是容易的。因此,淬火固定的过饱和空位的浓度以及它的分布状态对过饱和固溶体的稳定性和时效处理时GP区和析出相粒子的大小、弥散性和分布状态影响很大。 总之,过饱和固溶体的组织存在溶质原子的过饱和及空位的过饱和,由于溶

马氏体不锈钢性能介绍

马氏体不锈钢 马氏体不锈钢、马氏体和半奥氏体(或半马氏体)沉淀硬化不锈钢以及马氏体时效不锈钢等。 马氏体不锈钢是一类可以通过热处理(淬火、回火)对其性能进行调整的不锈钢,通俗地讲,是一类可硬化的不锈钢。这种特性决定了这类钢必须具备两个基本条件:一是在平衡相图中必须有奥氏体相区存在,在该区域温度范围内进行长时间加热,使碳化物固溶到钢中之后,进行淬火形成马氏体,也就是化学成分必须控制在γ或γ+α相区,二是要使合金形成耐腐蚀和氧化的钝化膜,铬含量必须在10.5%以上。按合金元素的差别,可分为马氏体铬不锈钢和马氏体铬镍不锈钢。 马氏体铬不锈钢的主要合金元素是铁、铬和碳。图1-4是Fe-Cr系相图富铁部分,如Cr大于13%时,不存在γ相,此类合金为单相铁素体合金,在任何热处理制度下也不能产生马氏体,为此必须在内Fe-Cr二元合金中加入奥氏体形成元素,以扩大γ相区,对于马氏体铬不锈钢来说,C、N是有效元素,C、N元素添加使得合金允许更高的铬含量。在马氏体铬不锈钢中,除铬外,C是另一个最重要的必备元素,事实上,马氏体铬不锈耐热钢是一类铁、铬、碳三元合金。当然,还有其他元素,利用这些元素,可根据Schaeffler图确定大致的组织。 铬是马氏体铬不锈钢最重要的合金元素。铬是铁素体形成元素,足够的铬可使钢变成单一的铁素体不锈钢,铬和碳的相互作用使钢在高温时具有稳定的γ 或γ+α相区,铬可以降低奥氏体向铁素体和碳化物的转变速度,从而提高淬透性;在大气H2S及氧化性酸介质中。它能提高钢的耐蚀性能,这与铬能促使生成一层铬的氧化物保护膜有关,但在还原介质中,随着铬含量的提高,钢的耐蚀性下降;铬含量的提高,钢的抗氧化性能也明显提高。 碳是马氏体铬不锈钢另一重要的合金元素。为了产生马氏体相变,碳含量要视钢中的铬含量而定,一般充分考虑碳、铬两者相互关系及碳的溶解极限(见图1-5)。在给定的铬量下,碳含理提高,强度、硬度提高,塑性降低,耐蚀性下降。

马氏体不锈钢简介

马氏体不锈钢 1、什么是不锈钢 不锈钢(Stainless Steel)是不锈耐酸钢的简称,耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质或具有不锈性的钢种称为不锈钢;而将耐化学介质腐蚀(酸、碱、盐等化学浸蚀)的钢种称为耐酸钢。由于两者在化学成分上的差异而使他们的耐蚀性不同,普通不锈钢一般不耐化学介质腐蚀,而耐酸钢则一般均具有不锈性。 2、分类 不锈钢常按组织状态分为:马氏体钢、铁素体钢、奥氏体钢、奥氏体-铁素体(双相)不锈钢及沉淀硬化不锈钢等。另外,可按成分分为:铬不锈钢、铬镍不锈钢和铬锰氮不锈钢等。 1、铁素体不锈钢:含铬12%~30%。其耐蚀性、韧性和可焊性随含铬量的增加而提高,耐氯化物应力腐蚀性能优于其他种类不锈钢。属于这一类的有Crl7、Cr17Mo2Ti、Cr25,Cr25Mo3Ti、Cr28等。铁素体不锈钢因为含铬量高,耐腐蚀性能与抗氧化性能均比较好,但机械性能与工艺性能较差,多用于受力不大的耐酸结构及作抗氧化钢使用。这类钢能抵抗大气、硝酸及盐水溶液的腐蚀,并具有高温抗氧化性能好、热膨胀系数小等特点,用于硝酸及食品工厂设备,也可制作在高温下工作的零件,如燃气轮机零件等。 2、奥氏体不锈钢:含铬大于18%,还含有8%左右的镍及少量钼、钛、氮等元素。综合性能好,可耐多种介质腐蚀。奥氏体不锈钢的常用牌号有1Cr18Ni9、0Cr19Ni9等。0Cr19Ni9钢的Wc<0.08%,

钢号中标记为“0”。这类钢中含有大量的Ni和Cr,使钢在室温下呈奥氏体状态。这类钢具有良好的塑性、韧性、焊接性和耐蚀性能,在氧化性和还原性介质中耐蚀性均较好,用来制作耐酸设备,如耐蚀容器及设备衬里、输送管道、耐硝酸的设备零件等。奥氏体不锈钢一般采用固溶处理,即将钢加热至1050~1150℃,然后水冷,以获得单相奥氏体组织。 3、奥氏体- 铁素体双相不锈钢:兼有奥氏体和铁素体不锈钢的优点,并具有超塑性。奥氏体和铁素体组织各约占一半的不锈钢。在含C较低的情况下,Cr含量在18%~28%,Ni含量在3%~10%。有些钢还含有Mo、Cu、Si、Nb、Ti,N等合金元素。该类钢兼有奥氏体和铁素体不锈钢的特点,与铁素体相比,塑性、韧性更高,无室温脆性,耐晶间腐蚀性能和焊接性能均显著提高,同时还保持有铁素体不锈钢的475℃脆性以及导热系数高,具有超塑性等特点。与奥氏体不锈钢相比,强度高且耐晶间腐蚀和耐氯化物应力腐蚀有明显提高。双相不锈钢具有优良的耐孔蚀性能,也是一种节镍不锈钢。 4、马氏体不锈钢:强度高,但塑性和可焊性较差。马氏体不锈钢的常用牌号有1Cr13、3Cr13等,因含碳较高,故具有较高的强度、硬度和耐磨性,但耐蚀性稍差,用于力学性能要求较高、耐蚀性能要求一般的一些零件上,如弹簧、汽轮机叶片、水压机阀等。这类钢是在淬火、回火处理后使用的。 5、沉淀硬化不锈钢:基体为奥氏体或马氏体组织,沉淀硬化不锈钢的常用牌号有04Cr13Ni8Mo2Al等。其能通过沉淀硬化(又称

自密实混凝土的配合比特征与硬化后的性能优缺点-朋-批注

自密实混凝土的配合比特征与硬化后的性能优缺点 摘要:首先论述了自密实混凝土的配制原理,然后讲述了自密实混凝土的配合比设计原则与其特征,最后论述了自密实混凝土硬化后的性能优缺点。 关键词:自密实混凝土;配合比;硬化。 0 引言 20世纪80年代初,混凝土结构的耐久性问题在日本引起了广泛的关注。为了减少混凝土施工质量下降的问题,而衍生了自密实混凝土,这一概念首先是Okamura在1986年提出的。自密实混凝土(Self—Compacting Concrete,简称SCC)是高性能混凝(Higll Performance Concrete,简称HPC)的一种,是指具有不离析、不泌水,能够不经振捣或少振捣而自动流平,并能够通过钢筋间隙充满模板的混凝土,即无需振捣,仅依靠自重作用就能仿混凝土密实填充模板的各个角落【1】。其与相同强度等级的普通混凝土相比,具有较大的浆骨比、砂率较大、细掺料总量大的特点,有很高的施工性能[1]。但至今为止,国内在自密实混凝土的配制技术上,仍未形成一种统一的配合比方法,因为对其配合比特征是很有意义的。混凝土硬化后,在力学性能和耐久性方面与普通混凝土相比具有很大优势。 1 国内外应用研究现状 自密实混凝土自80年代后半期由日本东京大学的岗村甫提出来

而问世以来,它的应用越来越广泛,其研究也越来越受到重视。此后,北京建工集团二公司开始研制并试用。中南大学等单位于2005年5月26~28日在湖南长沙主办了我国第一次自密实混凝土技术方面 的国际研讨会(1st International Symposium Design,Performance and Use of Self-Consolidating Concrete,SCC,2005—China)。特别是近几年,国内免振捣自密实混凝土的研究有了很大起色,到目前为止,已经将自密实混凝土应用于各类工业与民用建筑、道路、桥梁、隧道及水下工程【3】。但是由于各地原材料和施工条件的差别,具体实施时不能照搬国内外同行的技术经验。为保证自密实混凝土具有良好的工作性,且完全符合自密实混凝土的工作性要求,可通过采用优化配合比的方式来改善其工作性能,以达到自密实性。所以,对自密实混凝土的配合比特征与硬化后的性能优研究是很有必要的。 2 自密实混凝土的制备原理 与普通混凝土相比,自密实混凝土的关键是在新拌阶段能够依靠自重作用充模、密实, 而不需额外的人工振捣, 也就是所谓的“自密实性 (self- compactability)”,它 包括流动性或填充性、间

混凝土结构基本原理习题解答

第2章混凝土结构材料的物理力学性能 §2.1 混凝土的物理力学性能 习题1 题型:填空题 题目:立方体抗压强度(f cu,f c u,k):以边长为的立方体在的温度和相对湿度以上的潮湿空气中养护天,依照标准试验方法测得的强度作为混凝土的立方体抗压强度,单位为。 分析与提示:本题主要考察学生对立方体抗压强度概念中关键因素是否掌握,通过此题的评讲可加深学生对混凝土强度影响因素的理解。 答案:以边长为150mm的立方体在(20+3)°C的温度和相对湿度90%以上的潮湿空气中养护28天,依照标准试验方法测得的抗压强度作为混凝土的立方体抗压强度,单位为N/mm2。 习题2 题型:绘图简述题 题目:绘制混凝土棱柱体受压应力-应变全曲线,标注曲线上的特征点,并简要分段叙述曲线的特征及意义。 分析与提示:通过本题帮助学生理解混凝土受压的强度和变形性能。 答案:混凝土棱柱体实测受压应力-应变全曲线见下图。由图可见,曲线分为上升段和下降段,其中OA段为线弹性变形阶段,应力-应变关系接近直线;AB段为裂缝稳定扩展阶段,应变的增长速度较弹性阶段略有增加,应力-应变关系呈略为弯曲的曲线;BC段为裂缝不稳定扩展阶段,应变快速增长,应力-应变呈明显的曲线关系;CD段为初始下降段,应变增长不太大的情况下应力迅速下降,曲线呈下凹形状,试件平均应力强度下降显著;DE段,当应力下降到一定程度,应变增长率明显增大,曲线呈下凹形状,试件应变增长显著;EF 段,试件残余平均应力强度较低,应变较大,已无结构意义。 §2.2 钢筋的物理力学性能 习题1 题型:绘图简述题 题目:绘制有明显流幅钢材的受拉应力-应变全曲线,标注曲线上的特征点,并简要叙述曲线的特征及意义。 分析与提示:通过本题帮助学生理解有明显流幅钢材受拉的强度和变形性能。 答案:钢筋受拉应力-应变全曲线见下图。由图可见,曲线分为上升段、平台段、强化段和颈缩段。其中OA段(原点→比例极限点)为线性阶段,AB'段(比例极限点→屈服上限)应变较应力增长稍快,应变中包含少量塑性成分;B'(B)C段(屈服上(下)限→屈服台阶终点)应力基本不变,应变急速增长;CD段(屈服台阶终点→极限应力点)应变增长较快,应力有一定幅度的增长;DE段(极限应力点→材料强度破坏)即使应力下降,钢材的应变仍然增长,试件出现明显的“颈缩”现象。

沉淀硬化不锈钢

沉淀硬化不锈钢 沉淀硬化不锈钢(也有称析出强化不锈钢)常用于核电宇航等工业,主要特点是一类具有超高强度的不锈钢。一般按其组织形态可分为三类:沉淀硬化马氏体不锈钢,沉淀硬化半奥氏体不锈钢,沉淀硬化奥氏体不锈钢,也有的把第一类归到马氏体不锈钢,第二类、第三类归到奥氏体不锈钢。 马氏体时效不锈钢是固溶处理后,冷至室温时总是以马氏体组织存在,由固溶态再进行时效处理产生析了相而强化。也有资料把这类钢分为马氏体沉淀硬化不锈钢和马氏体时效不锈钢,在固溶态下,前者在马氏体基体中含少量的铁素体(10%左右)和少量残余奥氏体,后者为马氏体基体中只有少量的残余奥氏体,后者的韧性相对较高。沉淀硬化半奥氏体不锈钢是固溶热处理后,冷至室温时,以奥氏体组织存在,而且含有5%-20铁素体组织,但奥氏体组织不是十分稳定,通过一系列热冷处理或机械变形处理后,奥氏体转变成马氏体,再通过时效而强化。 奥氏体沉淀硬化不锈钢,其组织为稳定奥氏体组织,热处

理是不能改变组织,为此,只能通过加入析出强化元素,通过时效处理而强化。沉淀硬化不锈钢力学性能除对化学成分敏感外,对热处理制度也很敏感,因而在实际生产中这类钢必须严格按照热处理工艺规程操作。常用的热处理工艺有如下几种。 均匀化处理:一般指铸、锻件,在1150OC左右进行加热,促使合金元素和组织均匀化。 高温固溶处理:通常在10000C以上析出相分解,使钢进行再结晶软化。 调整处理:处理温度为760-10000C,调整钢中合金元素的分布,控制马氏体的相变温度。 时效处理:处理温度为460-6200C。处理温度与时间对组织和力学性能影响较大,若希望获得较好的韧性,可采用较高的时效温度处理。 冰变冷却处理:在一定时间内却到某一温度并保持一段时间的处理,以确定下一步进行强化或时效处理。

高性能混凝土的研究与发展现状

高性能混凝土的研究与发展现状 学生姓名: 指导教师: 专业年级: 完稿时间: XX大学

高性能混凝土的研究与发展现状 摘要 随着科学技术的进步,现代建筑不断向高层、大跨、地下、海洋方向发展。高强混凝土由于具有耐久性好、强度高、变形小等优点,能适应现代工程结构向大 跨、重载、高耸发展和承受恶劣环境条件的需要,同时还能减小构件截面、增大使用 面积、降低工程造价,因此得到了越来越广泛的应用,并取得了明显的技术经济效益。 关键词:高性能混凝土性能发展应用前景 装 订 线

目录 一高性能混凝土的发展方向 (1) 1.1轻混凝土 (1) 1.2绿色高性能混凝土 (1) 1.3超高性能混凝土 (1) 1.4智能混凝土 (1) 二高性能混凝土的性能 (1) 2.1耐久性 (1) 2.2工作性 (1) 2.3力学性能 (1) 2.4体积稳定性 (1) 2.5经济性 (2) 三高性能混凝土质量与施工控制 (2) 3.1高性能混凝土原材料及其选用 (2) 3.2配合比设计控制要点 (3) 四高强高性能混凝土的应用与施工控制 (3) 4.1高强高性能混凝土的应用 (3) 4.2高性能混凝土的施工控制 (4) 五高性能混凝土的特点 (4)

5.1高耐久性能 (4) 5.2高工作性能 (5) 5.3高稳定性能 (5) 六高性能混凝土的发展前景 (5) 参考文献 (6)

一高性能混凝土的发展方向 1.1轻混凝土是指表观密度小于1950kg/m3的混凝土。可分为轻集料混凝土、多孔混凝土和无砂大孔混凝土三类。 1.2绿色高性能混凝土水泥混凝土是当代最大宗的人造材料,对资源、能源的消耗和对环境的破坏十分巨大,与可持续发展的要求背道而驰。绿色高性能混凝土研究和应用较多的是粉煤灰混凝土,粉煤灰混凝土与基准混凝土相比,大大提高了新拌混凝土的工作性能,明显降低混凝土硬化阶段的水化热,提高混凝土强度特别是后期强度而且,节约水泥,减少环境污染,成为绿色高性能混凝土的代表性材料。 1.3超高性能混凝土如活性粉末混凝土,其特点是高强度,抗压强度高达300MPa,且具有高密实性,已在军事、核电站等特殊工程中成功应用。 1.4智能混凝土是在混凝土原有的组分基础上复合智能型组分,使混凝土材料具有自感知、自适应、自修复特性的多功能材料,对环境变化具有感知和控制的功能。随着损伤自诊断混凝土、温度自调节混凝土、仿生自愈合混凝土等一系列机敏混凝土的出现,为智能混凝土的研究、发展和智能混凝土结构的研究应用奠定了基础。 二高性能混凝土的性能 2.1耐久性。高效减水剂和矿物质超细粉的配合使用,能够有效的减少用水量,减少混凝土内部的空隙,能够使混凝土结构安全可靠地工作50~100年以上,是高性能混凝土应用的主要目的。 2.2工作性。坍落度是评价混凝土工作性的主要指标,HPC的坍落度控制功能好,在振捣的过程中,高性能混凝土粘性大,粗骨料的下沉速度慢,在相同振动时间内,下沉距离短,稳定性和均匀性好。同时,由于高性能混凝土的水灰比低,自由水少,且掺入超细粉,基本上无泌水,其水泥浆的粘性大,很少产生离析的现象。 2.3力学性能。由于混凝土是一种非均质材料,强度受诸多因素的影响,水灰比是影响混凝土强度的主要因素,对于普通混凝土,随着水灰比的降低,混凝土的抗压强度增大,高性能混凝土中的高效减水剂对水泥的分散能力强、减水率高,可大幅度降低混凝土单方用水量。在高性能混凝土中掺入矿物超细粉可以填充水泥颗粒之间的空隙,改善界面结构,提高混凝土的密实度,提高强度。 2.4体积稳定性。高性能混凝土具有较高的体积稳定性,即混凝土在硬化早期应具有较低的水化热,硬化后期具有较小的收缩变形。

混凝土考试简答题

1.钢筋与混凝土共同工作的基础是什么? 2.钢筋混凝土受弯构件正截面的有效高度是指什么? 3.根据配筋率不同,简述钢筋混凝土梁的三种破坏形式及其破坏特点? 4.什么是结构上的作用?结构上的作用分为哪两种?荷载属于哪种作用? 5.公路桥涵按承载力极限状态和正常使用极限状态进行结构设计,在设计中应考虑哪三种设计状况?分别 需做哪种设计? 1.钢筋和混凝土两种材料能够有效的结合在一起而共同工作,主要基于三个条件:钢筋与混凝土之间存在 粘结力;两种材料的温度线膨胀系数很接近;混凝土对钢筋起保护作用。这也是钢筋混凝土结构得以实现 并获得广泛应用的根本原因。 2计算梁、板承载力时,因为混凝土开裂后,拉力完全由钢筋承担,力偶力臂的形成只与受压混凝土边缘 至受拉钢筋截面重心的距离有关,这一距离称为截面有效高度。 3.答:1)适筋破坏;适筋梁的破坏特点是:受拉钢筋首先达到屈服强度,经过一定的塑性变形,受压区 混凝土被压碎,属延性破坏。2)超筋破坏;超筋梁的破坏特点是:受拉钢筋屈服前,受压区混凝土已先被 压碎,致使结构破坏,属脆性破坏。3)少筋破坏;少筋梁的破坏特点是:一裂即坏,即混凝土一旦开裂受 拉钢筋马上屈服,形成临界斜裂缝,属脆性破坏。 4.:结构上的作用是指施加在结构或构件上的力,以及引起结构变形和产生内力的原因。分为直接作用和 间接作用。荷载属于直接作用。 5.答:在公路桥涵的设计中应考虑以下三种设计状况:1、持久状况:桥涵建成后承受自重、车辆荷载等 持续时间很长的状况。该状况需要作承载力极限状态和正常使用极限状态设计。 2、短暂状况:桥涵施工过程中承受临时作用的状况。该状况主要作承载力极限状态设计,必要时才做正常 使用极限状态设计。3、偶然状态:在桥涵使用过程中偶然出现的状况。该状况仅作承载力极限状态设计 1. 请简述变形钢筋与混凝土粘结机理? 答:变形钢筋与混凝土粘结作用主要有三部分组成: (1) 钢筋与混凝土接触面上的化学吸附力(胶结力); (2) 混凝土收缩握裹钢筋而产生摩阻力; (3) 钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的机械咬合力; 2. 什么是结构的极限状态?极限状态可分为那两类? 答:整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求,这个特定 状态就称为该功能的极限状态; 极限状态分为:承载能力极限状态和正常使用极限状态。 3. 应用“平均应变符合平截面假定”推导受弯构件适筋梁与超筋梁的界限相对受压区高度计算公式 cu s y b E f εβξ?+= 11 解:平均应变符合平截面假定得到:y cu cu cb h x εεε+=0将cb b x x ?=1β带入上式:y cu cu b h x εεεβ+=01于是:cu s y b E f εβξ?+=11 4. 如何保证受弯构件斜截面承载力? 答:斜截面受剪承载力通过计算配箍筋或弯起钢筋来满足; 斜截面受弯承载力通过构造措施来保证;

混凝土的时效硬化

浅析混凝土结构的时效硬化长期以来,混凝土作为土建工程中用途最广,用量最大的建筑材料之一,在近百年的发展中,其强度不断提高。但是,在提出强度的同时,混凝土结构的抗力随时间劣化的问题也愈来愈被人们所关注。 人们一直以为混凝土是非常耐久的材料,直到20世纪20年代末期,发达国家才逐渐发现原先建成的基础设施工程在一些环境下出现过早损坏。美国许多城市的混凝土基础设施工程和港口工程建成后20-30年,甚至在更短的时期内就出现劣化。 目前经济发达国家处于第三阶段,结构因承载力不足而失效,或为保证继续正常使用而付出巨大维修代价。 图1 Deterioration of. Reinforced Concrete Bridge due to Poor Durability Highway Bridge in Service New York State, US

我国建设部的一项调查表明,国内大多数工业建筑物在使用25-30年后即需大修,处于严酷环境下的建筑物使用寿命仅15-20年。民用建筑和公共建筑的使用环境相对较好,一般可维持50年以上,但室外的阳台、雨罩等露天构件的使用寿命通常仅有30-40年。桥梁、港口等基础设施工程的耐久性问题更为严重,由于钢筋的混凝土保护层过薄且密实性差,许多工程建成后几年就出现钢筋锈蚀、混凝土开裂。海港码头一般使用10年左右就因混凝土顺筋开裂和剥落,需要大修。 当前,我国的基础设施建设工程规模宏大,投入资金每年高达2万亿元人民币以上,约30-50年后,这些工程将进入维修期,所需的维修费用将更为巨大。有专家估计,我国“大干”基础设施工程建设的高潮还可延续20年,由于忽视耐久性问题,迎接我们的还会有“大修”20年的高潮,这个高潮可能不用很久就将到来,其耗费将当初这些工程施工建设时的投资。因此,研究混凝土结构的时效硬化,改善混凝土结构的抗力劣化,延长工程的使用寿命。尽量减少维修重建的费用是建筑行业实施可持续发展战略的关键。 1 结构抗力的时变性和时变可靠度 在我国现行规范中,常用极限状态来衡量结构是否可靠,并将极限状态方程中的基本变量表达为结构抗力R 和荷载效应S 两个综合基本变量,这种极限状态常用建筑结构的功能函数来表达,即 G(S,R)=R-S ﹤0 式中: S----结构的荷载效应 R----结构的抗力 在设计及评定建筑结构时,按可靠度来控制。在规定的条件下,完成预定功能的概率,称为结构的可靠度。若仍仅用结构抗力R 和荷载S 两个综合基本变量且均按正态分布时,结构构件的可靠指标可按下 式计算: 22S R s R Z Z σσμμσμβ+-== 式中: β------结构构件的可靠指标 、 ------结构构件作用效应的平均值和标准差 、-------结构构件抗力的平均值和标准差 可靠度指标与失效概率P f 之间的关系见右图,这样比较好地考虑了五种主要的随机因素,即荷载、荷载效应、材料强度、施工误差和抗力分析,在运用概率理论处理结构可靠度问题上已经到了水准II 的水平,即将荷载效应和抗力的有关基本变量均视为随机变量,并运用一次二阶矩的方法建立二者的联合分布

相关文档
相关文档 最新文档