粉煤灰混凝土强度统计特性的试验研究_何淅淅.

第一篇：粉煤灰混凝土强度统计特性的试验研究_何淅淅.

第44卷增刊2011年 土木工程学报

CHINACIVILENGINEERINGJOURNAL Vol．442011 粉煤灰混凝土强度统计特性的试验研究 何淅淅 郑学成 林社勇

（北京建筑工程学院北京100044）

摘要：分3批共计24组统计试验考察粉煤灰掺量、试件尺寸以及纤维、骨料性质对混凝土强度统计特性的影响。100mm边长19组，150mm边长5组。试验龄期分别为其中包括立方抗压强度19组，立方体劈裂抗拉强度5组，28d、56d、90d、200d和365d；骨料类型包括页岩两组，普通碎石骨料22组；掺有聚丙烯纤维的共4组。分析表明，龄期增长可以明显降低混凝土强度的离散性；粉煤灰和试件尺寸对混凝土强度离散性的影响没有明显的趋向性。在3组中有2组表现为尺寸越大强度越高的特性；尺寸对劈裂抗拉强度尺寸对统计平均立方抗压强度影响的试验中，强度越低的特点。针对24组统计试验数据，进行正态概率分布以统计平均值影响的试验结果均表现出尺寸越大，Weibull分布与试验强度频率图的右尾端拟合较差。及Weibull概率分布假设检验。概率分布假设检验结果表明，关键词：粉煤灰混凝土；尺寸效应；强度；概率分布；离散系数中图分类号：TU528．2 文献标识码：A 131X（2011）S1-0059-07文章编号：1000-Theexperimentalstudiesonthestatisticalcharacteristicsofflyashconcretestrength HeXixi ZhengXuecheng LinSheyong（BeijingInstituteofCivilEngineeringandArchitecture，Beijing100044，China）Abstract：Inthispaper，24teamstatisticaltestswithdifferentconcretespecimensizes（100mm，150mm），differentages（28d，56d，90d，200dand365d），differentaggregates（shaleandordinarygravelaggregate）andvariableadmixtures（withandwithoutpolypropylenefiber）in3groupsweretestedtoanalyzetheinfluenceofflyashcontent，specimensizeandcharacteristicsoffiber，aggregateonstrengthoftheconcrete，includingcompressivestrengthandsplittensilestrength．Resultsshowedthat，longagecansignificantlyreducethegrowthofthediscretenatureofconcretestrengthwhileflyashvolumeandspecimensizehaslittleimpactonthediscretenatureofconcretestrength．Firstly，twosetsinthreeshowsthepositiveeffectsofsizeonthestatisticalaveragecubecompressivestrength．Secondly，theinfluenceofsizeonthestatisticalaveragesplittensilestrengthisnegative．Intheend，statisticaltestdataof24groupswereusedtoverifythenormalprobabilitydistributionassumptionandtheWeibullprobabilitydistributionofhypothesis．AnalysesonthefittingbetweenWeibulldistributioncurveandfrequencyplotsoftheconcretestrengthshowthat，thetailofrightsideisnotgood．Keywords：flyashconcrete；sizeeffect；strength；probabilitydistribution；dispersioncoefficientE-mail：hexixi@bucea．edu．cn 位，故混凝土强度的统计特性分析一直是分析混凝土

尺寸效应的重要手段之一。课题组历时多年，多批次对当代混凝土的强度统计特性进行了试验研究，本文为其中3个批次统计试验的结果。

考虑到正态概率分布对随机变量的通用性以及在分析混凝土尺寸效应中Weibull理论具有的普遍意义，本文采用这两种概率统计分布与混凝土强度试验值进行比较。正态分布概率密度函数为：（1）

σ式中：σ、μ分别取修正样本标准差（以下简称标准差）和样本试验平均值。Weibull概率密度函数采用双 f（x）= －1 x－2 σ 引言

混凝土是半脆性材料，其力学性质具有较大的随

机性，对其统计特性的认识关系到结构的安全度。脆在性材料的力学性质存在尺寸效应已得到大家公认，当今尺寸效应理论的两大流派中，虽然断裂能量型尺寸效应理论逐渐被大家确认，但就混凝土基本强度指 Weibull统计型尺寸效应理论仍然具有主导地标而言，基金项目：北京市自然科学基金（8052008）作者简介：何淅淅，硕士，教授01-30收稿日期：2011-·60·土木工程学报2011年 参数数学模型： f（x）=

mm－1－（emxβ

xmβ（2）

试验概况及主要结果见表2。各组实测概率与正

态分布和Weibull分布的比较见图2，图2表明累积概率（cdf）试验值与理论正态分布和Weibull分布曲线均拟合较好。表2 Table2 第一批fcu统计试验基本情况Overviewofthefirsttestsgroupforfcu 一10053 二1005339．601．920．05 三1005327．201．190．04 四1005338．452．360．06 五1005330．661．040．03 六1005042．672．000．

05 式中：m为形状参数，也是材料的Weibull模量，其值 在m的一般范围，可以近与样本离散系数Cov有关，似取 ［1］ ： m≈

1．23Cov（3）

组别立方体边长（mm）样本个数n 式（2）中β为尺度参数，也即材料特征应力，可根据样本平均值x由下式计算： β= x Γ（1+1/m）

（4）

实测fcu平均值（MPa）42．98fcu标准差（MPa）fcu离散系数Cov 2．060．05 式中：伽马函数Γ（1+1/m）随m的变化见图1。从图1可以看出，在m大于1时，Γ（1+1/m）随m加大趋近1；在m＜20时，计算参数β时若忽略Γ（1+1/m）而近似取样本平均值x会产生较大误差

。图1 Fig．1 伽马函数Γ（1+1/m）随m的变化

TherelationshipbetweenfunctionΓ（1+1/m）andm 1 1．1 统计试验概况及主要结果 第一批立方抗压强度统计试验

标准养护龄期28d。试立方试件边长取100mm，图2 第一批试验fcu的累积概率分布实测值与理论值比较

Comparisonofmeasuredvaluesofcumulative Fig．2 验共6组，混凝土配合比见表1。水泥采用PO42．5 级。其中，二、四组掺II级粉煤灰；

五、六组采用粒径为5～20mm的900级碎石型页岩骨料（表中标注*者），其他组均采用粒径为5～25mm的普通碎石骨料。

表1Table1 参数

组别水灰比水胶比 W/C一二三四五六

0．3170．4520．4430．4530．4680．320 W/B0．3170．3170．4430．3170．4680．320 水泥粉煤灰***540 145170 probabilityandcumulativeprobabilitydistributionfunction ofnormaldistributioninthefirstgroupforfcu 第一批统计试验的混凝土配合比Theconcretemixratioofthefirstgroup 配合比（kg/m3）砂***692 粗骨料***4658*647* 水***3178173 6．0减水剂

图3为fcu试验频率直方图与两种理论概率密度

曲线的比较。对比可以看出Weibull分布具有非对称性，其众值偏右，而试验实测直方图也没有全部表现出正态分布的对称性。图

2、图3均表现出，在累积概率cdf接近1时或概率密度函数pdf曲线的右端，Weibull曲线收敛较早。通过采用χ法对正态分布和Weibull分布假设进行检验，发现在混凝土强度数值大的区域（即概率密

度曲线pdf的右尾区域），由于累积概率cdf过快收敛

于1，而导致χ值迅速增大超过接收临界值。在置信6组数据中有4组不接受Weibull分布水平取0．01时，第44卷增刊何淅淅等·粉煤灰混凝土强度统计特性的试验研究·61

·

图3Fig．3 第一批试验fcu概率密度实测值与理论值比较Comparisonofmeasuredvaluesandtheoreticalvaluesofprobabilitydensitydistribution inthefirstgroupforfcu 6假设。正态分布曲线的对称性则避免了这一问题，组试验检验结果有5组得到正态分布假设成立的结论（见表3）。如取置信水平为0．05，6组数据中有5组不接受Weibull分布假设，而正态分布适用结论不变。

表3Table3 第一批试验fcu的概率分布假设检验（χ法）Hypothesistestingofprobabilitydistributioninthefirstgroupforfcu（χ2way）组别

分布检验置信水平χ2检验临界值正态分布检验Weibull分布检验 一0．0120．1接受拒绝

二0．0116．8接受拒绝 三0．0111．34接受接受 四0．0123．2接受拒绝 五0．019．2拒绝拒绝 六0．0126．2接受接收 0#1#配比编号

粉煤灰水胶比水灰比替代率0%10%25% W/B0．420．420．42 W/C0．420．470．56 水150150150 水泥粉煤灰砂子骨料减水剂357321268 03689 814814814 10793．5710793．5710793．57 2 表4第二批统计试验的混凝土理论配合比 Table4Theoreticalconcretemixratiosofthesecondgroup 特征参数

理论配合比（kg/m3）

图4为第一批试验6组fcu累积密度实测值及正态概率密度曲线的比较。图5为根据实测平均值和均方差得到的各组正态概率及概率密度曲线。很明显的结论是：①随着混凝土强度的提高，强度离散性有六组的强度是6组中加大的趋势；②水灰比最小的一、最高的；③轻骨料和普通骨料混凝土在统计特征方面没有系统区别。1．2第二批强度统计试验

采用标准方法制作及养护，立方体试件边长分别 水泥采用为100mm和150mm。粉煤灰采用Ⅱ级，PO42．5级，碎石骨料最大粒径为25mm，粉煤灰替代 10%和25%，水泥率分别取0、混凝土配合比见表4。

2# 这批试验配合比的设计特点是在胶凝材料总量、水胶比以及其他配制材料用量不变的情况下，考察粉煤灰替代水泥率对混凝土强度统计特性的影响。考虑到粉煤灰混凝土强度硬化的特点，有5组的试验龄 1组采用365d。立方抗压强度fcu的统计期采用90d，参数试验结果以及概率分布检验结果见表5，概率分布试验结果见图6。试验结论有：

（1）正态分布和Weibull分布均可以较好地反映fcu的概率分布特征。·62· 表5 Table5 第二批fcu统计试验基本情况

0#901005657．14．290．080．9750．0120．1 1502858．63．670．061．00．0118．5 0．0115．11#901004364．23．200．05 1004352．53．920．070．9540．0113．327．8拒绝7．5接受 2#90 土木工程学报2011年

Overviewofthesecondstatisticaltestsgroupforfcu 2#365 1503354．24．350．081．00．0117．17．2接受251拒绝

0．0118．58．16接受9．0接受1003258．62．010．03（4）1年龄期（365d）时，强度试验统计离散性明显下降。90d龄期的试验数据中，粉煤灰替代率为10%的1#试验强度离散系数最小。

（5）对比表5和表2两批试验数据可以看出，本试验混凝土强度统计离散系数随强度提高而略有提高。

图7为第二批统计试验的立方抗压强度直方图与 图8为第二批统计试验的立方抗压强理论曲线比较，图9为根据度累积概率分布与正态概率分布的比较，各组统计平均值以及均方差得到的正态概率的密度

曲线以及累积概率曲线的比较。可以看出除部分试验反映出尺寸越大离散性越大的特点外，大部分试验结果没有反映出尺寸与试验离散型的确定关系。Weibull密度分布在右尾端与试验数据拟合不好，累积概率收敛快（图7）。1．3

第三批强度统计试验

第三批试验主要考察了粉煤灰掺量以及纤维对混凝土强度统计特性的影响。混凝土由北京瑞博商混站提供，骨料最大粒径为25mm，粉煤灰为I级灰。纤维为聚丙烯纤维，混凝土配合比见表6。配合比特

改变粉煤灰用量。征仍然是保持其他变量基本不变，为考察粉煤灰的影响，主要试验龄期选为56d，其中，一组的龄期为200d。构件制作于12月份，由于室内场

配合比编号试验龄期（d）截面边长（mm）每组试件数fcu实测平均值（MPa）

均方差（MPa）离散系数强度系数fcu100/fcu150分布检验置信水平χ2检验临界值

χ2统计量 正态假设检验

检验结果χ2统计量检验结果

14．0513．394．43接受6．9接受 接受7．7接受 接受3．1接受 Weibull检验 图6Fig．6 第二批试验fcu累积概率分布实测值与理论值比较Comparisonofmeasuredvaluesandtheoreticalvaluesofcumulativeprobabilitydistribution inthesecondgroupforfcu（2）χ2检验结果表明，正态分布假设和Weibull分各有1组被拒绝。布假设各有5组被接受，（3）90d龄期时，粉煤灰替代水泥率为10%的1#系列强度平均值最大；而替代率为25%的2#系列强度

分别低于不同尺寸无粉煤灰的普通混凝土（0#）。图7Fig．7 第二批试验fcu概率密度实测值与理论值比较Comparisonofmeasuredvaluesandtheoreticalvaluesofprobabilitydensitydistribution inthesecondgroupforfcu 第44卷增刊何淅淅等·粉煤灰混凝土强度统计特性的试验研究 表7 第三批统计试验fts的基本情况 Basicinformationofthe ·63

·

Table7 thirdstatisticaltestgroupforfts 配合比编号龄期（d）截面边长（mm）试件数量强度平均值（MPa）均方差（MPa）离散系数强度系数fts100/fts150分布检验置信水平χ2检验临界值正态分布检验Weibull分布检验 0．0123．2接受拒绝 0．0116．8接受拒绝

4#56100652．60．450．17 2#56150271．490．370．25 2#56100642．040．500．241．370．0118．5接受接受 0．0118．5接受拒绝2-F#56150291．320．380．29 2-F#56100632．280．760．331．730．0127．7接受接受 表8 Table8 第三批统计试验fcu的基本情况 4# 2#56 1503536．83．760．10 1006234．22．670．080．93 0．0118．5接受接受 0．0124．7接受拒绝

0．0120．1接受拒绝1502722．93．490．15 1006422．64．210．190．990．0121．7接受拒绝 0．0126．2接受接受1503030．35．230．17 1006433．85．270．161．120．0132．0接受接受

0．0126．2接受接受 2-F# 2#2001002830．64．400．14 Overviewofthethirdstatisticaltestgroupforfcu

配合比编号龄期（d）截面边长（mm）试件数量

地限制，试件均采用室外制作、振捣棒振捣、盖棉被养护。试验点值与理论曲线比较见图10～图13。试验得出的主要结论有：

（1）无论是劈裂抗拉强度还是立方抗压强度，概 率分布的χ检验结果均有正态分布假设成立的结论，而Weibull分布各有3组不接受。第三批试验也反映

强度平均值（MPa）均方差（MPa）离散系数强度系数fcui/fcu150分布检验置信水平χ2检验临界值正态分布检验Weibull分布检验

出Weibull概率密度曲线的右尾与试验数据拟合不好的结果。

（2）第三批试验数据离散系数明显高于第一和第二批。这主要与混凝土为商混站供应、冬季室外养护不确定性增加有关。其中粉煤灰替代率为20%的2#系列，强度离散系数最高；而粉煤灰替代水泥率为40%的4#，离散系数最低。表6 第三批统计试验的混凝土理论配合比 Theoreticalconcretemixratiosof Table6 thethirdgroupconcreteforstatisticaltests 重要参数

配合比编号0#2#4#2-F# 粉煤灰替代率0%20%40%20% W/BW/C水水泥砂子骨料40%40%16040040%50%16032040%67%16024032%40%170425 73511027351102 粉煤减水聚丙烯灰080 剂3333 0．9纤维

理论配合比（kg/m3）图10Fig．10 第三批试验fcu的累积概率实测值与正态分布理论值的比较

Comparisonofmeasuredvaluesofcumulative ***52106 probabilityandcumulativeprobabilitydistributionfunctionofnormaldistributioninthethirdgroupforfcu

·64·土木工程学报2011

年

2#配合比，均出现fcu的统计平均值随尺寸加大而提高 的现象。图14为强度统计平均值相对强度系数

。图14 Fig．14第二批试验fcu统计强度尺寸效应

Sizeeffectsofthestatisticalstrength fcuinthesecondgroup 第三批试验中，龄期56d的混凝土劈裂抗拉强度

随尺寸增加而降低；但立方抗压强度fcu则是一组随尺 寸增加而下降，另两组随尺寸增加呈现小幅上升（图 15）。也就是说，抗拉强度与抗压强度与尺寸的依赖 关系有所不同。

图15 Fig．15第三批试验统计强度尺寸效应

inthethirdgroupSizeeffectsofthestatisticalstrengthfcu 3结论

（1）当代混凝土强度尺寸效应

本文统计试验表明，在矿物细粉作为混凝土必要（3）和前面得出的结论一样，尺寸对立方抗压强 度离散性的影响不明显，离散系数总体趋势为随强度 提高而加大。

（4）劈裂抗拉强度随尺寸减小而提高，离散性加

大。这和立方抗压强度表现出的规律有所不同。组分的当代混凝土工程中，混凝土的力学性质与传统无矿物掺合料的混凝土相比发生一定变化。第二批和第三批不同尺寸的立方抗压强度以及劈裂强度统计试验表明，混凝土拉、压强度统计平均值与尺寸的依赖关系呈现不同变化规律。抗压强度中出现强度不随尺寸增加而降低的现象，而抗拉强度表现为随尺 寸增加而降低。

分析原因，笔者认为粉煤灰等矿物掺合料改善了 混凝土原有的粗骨料与基材的薄弱界面，因此原有的 基于混凝土界面开裂而诱发破坏的受压破坏机理值

得重新审视。而受拉破坏在破坏机理上与受压的不2统计强度平均值的尺寸效应第二批试验90d龄期的立方抗压强度试验结果表无论是无粉煤灰的0#还是粉煤灰替代率为25%的明，第44卷增刊何淅淅等·粉煤灰混凝土强度统计特性的试验研究·65·

同在于不存在与混凝土界面强度的直接依赖关系。事实上，粉煤灰等矿物掺合料改善了混凝土细观结构，混凝土的致密性增加，均匀性得到改善，骨料界面应力集中得到缓解，故而传统混凝土的脆性得到改善是必然的，因此与材料脆性关联 的强度尺寸效应可能呈现减弱的趋势。无粉煤灰的0#系列也出现与以往不同的尺寸效应（图14），这应该和当代水泥组分中矿

无论是否以粉煤灰替代部粉的添加有关。也就是说，分水泥，当代混凝土中均存在一定比例的矿物超细

粉，由此带来的混凝土力学机理方面的改变也正是高性能混凝土与传统混凝土在力学性质改善方面需要更多研究关注的方面。

随着近期对各类高性能混凝土尺寸效应的研究，越来越多的出现这种强度与尺寸不同关联性的报道。2］文献［研究了纤维、试件尺寸、骨料性质对高强混凝土圆柱劈裂强度的影响，试验结果表明，硅灰陶粒轻骨料（LTGP）混凝土在试件边长从100mm变到200mm时，以及硅灰石灰石骨料混凝土（LSP）圆柱在直径从76mm变到150mm时，尺寸越大劈裂强度越低，这与

3］本试验结果相同。文献［对硅灰高强轻骨料混凝土的研究表明，当硅灰替代水泥率在10%～15%时，抗

折强度与抗压强度尺寸效应出现背离的情况。文献［4］研究了ECC板和梁的弯曲性能。结果表明随尺寸ECC板和梁表现出随试件厚度增加，变化，抗折强度先提高后降低的特性。

（2）三个系列的试验在混凝土材料强度的变异性 而一般与尺寸变化的关联性方面并未得到明确结果，［5］

认为尺寸越大变异性越低。这可能与本文试验100mm边长试件的数量高于150mm边长试件的数量

好导致分布假设检验有部分不通过。这个结果可能

Weibull和需要剔除不合理试验点值有关。总体来看，累计概率cdf以及概率密度分布pdf与试验结果还是

有很好的拟合性。目前，鉴于在尺寸效应理论方面认识的局限性，对Weibull理论仍需加以大量试验验证。

（5）在随机性尺寸效应理论中，Weibull材料模量m是与尺寸效应直接关联的重要参数，该参数在数学因此需要通过强上与材料变异性近似成反比（式3），度统计试验加以分析。现有的研究普遍存在样本数 ［6］

量偏低的情况，根据ACI318的建议，当样本数量低于30时，得到的统计均方差须乘以相应的放大系数。

Weibull模量在尺寸效应解释中的重要意义，以及基于概率理论的当代混凝土结构设计方法，对混凝土强度

更具有混的统计分析不仅具有质量控制方面的意义，凝土力学以及结构安全性方面的重要意义。而这方

面的研究需要加大样本数量以降低试验的不确定性。（6）通过统计试验确定材料变异系数进而确定材料参数m是Weibull尺寸效应理论的基础，因而准确评测变异系数十分重要。样本数量、样本尺寸、样本强度级别、混凝土组分均对统计离散性有影响。同时在进行数据统计分析时如何剔除不合理数据也是需要考虑的问题。参考文献

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ACI318-05Buildingcoderequirementsforstructuralconcreteandcommentary［S］．ACICommittee，2005 有关，统计学原理证明，统计变异性随样本数量增加

而下降。而且，拉、压强度的变异系数变化规律有所试验结果表明随尺寸增加，劈裂强度的变异性不同，下降。

（3）粉煤灰对统计特征的影响不明显，鉴于篇幅粉煤灰对统计变异性的影响将另文讨论。限制，（4）正态概率分布可以较好的描述混凝土强度统计特性。Weibull分布在概率密度曲线右尾端拟合不），何淅淅（1961-女，硕士，教授。主要从事高性能混凝土力学性能、混凝土节能砌块砌体力学性能等研究。），郑学成（1983-男，硕士研究生。主要从事结构工程研究。），林社勇（1983-男，硕士研究生。主要从事结构工程研究。

第二篇：粉煤灰在混凝土中的研究综述

粉煤灰在混凝土中的研究综述

一、引言

早在2000多年前的古罗马时期，人类就用火山灰与石灰混合作为胶凝材料，建造了许多雄伟的建筑物，例如万神殿，其直径为44m的半球形穹顶就使用了12000吨这种胶凝材料和凝灰岩轻骨料拌合而成的混凝土；还有闻名于世的圆形剧场等，这些建筑现在仍然安然无恙，2000年还有报道意大利人正在翻修圆形剧场，准备在那里面举行盛大的演出。今天在混凝土中掺用的粉煤灰，也是一种火山灰材料，大量的实践证明：掺用粉煤灰的混凝土，其长期性能得到大幅度的改善，对延长结构物的使用寿命有重要意义。

二、粉煤灰的有关信息

粉煤灰是从煤粉炉排出的烟气中收集到的细颗粒粉末，是工业“三废”之一，目前，我国年排放粉煤灰约11000万吨，利用率为42%，主要应用在建材、建工、筑路、回填方面。随着工业的发展，粉煤灰排放量将逐年增加，合理地推广和应用粉煤灰不仅能节约土地和能源，而且能保护和治理环境。粉煤灰作为一种人工 火山灰质材料，在混凝土中作为掺和料，可以改善性能，节约水泥，提高工程质量和降低成本，为了更好地应用粉煤灰混凝土，现将粉煤灰混凝土的性能及应用试验研究成果综述如下。

三、粉煤灰在混凝土中产生的效应

（一）和易性效应。混凝土和易性主要受浆体的体积、水灰比、配合比设计、骨料的级配、形状、孔隙率等因素影响，其中粉煤灰是影响混凝土和易性的重要因素。由于粉煤灰在混凝土中特性之一是增大浆体的体积（相同质量粉煤灰的体积要比水泥约大30%）。如果我们在混凝土中较好的利用粉煤灰特性，用粉煤灰取代等重量的水泥（根据强度要求按重量比大于1：1用粉煤灰取代水泥时，又称超量取代），多加的粉煤灰增大了细屑含量，因此增大了浆体－-骨料比。大量的浆体填充了骨料间的孔隙，包裹并润滑了骨料颗粒，从而使混凝土拌和物具有更好的粘聚性和可塑性。粉煤灰的骨料颗粒可以减少浆体－-骨料间的界面磨擦，在骨料的接触点起滚珠轴承效果，从而改善了混凝土的和易性。

（二）泌水效应。粉煤灰的掺入可以补偿细骨料中的细屑不足，中断砂浆基体中泌水渠道的连续性。同时，粉煤灰作为水泥的取代材料在同样的稠度下，会使混凝土的用水量有不同程度的降低。因而，掺用粉煤灰对防止混凝土的泌水是有利的。

（三）拌和物引气作用效应。混凝土的空气含量一般在３％以内，与水泥的细度、骨料形状、级配以及震捣密实的程度等有关。当混凝土中掺入粉煤灰时，由于细屑组分的影响会使混凝土的空气含量减少１％左右。对烧失量超过６％的粉煤灰，由于碳颗粒在冷却过程中变成了封闭的玻璃态，因而防止了对引气剂的吸附，保持了混凝土拌和物的原有含气量。

（四）凝结时间效应。掺粉煤灰的混凝土虽然初凝、终凝一般都能满足规范要求，但由于受其掺量、细度、化学成分等因素影响，混凝土会出现凝结时间延长，导致出现缓凝现象。然而，与水泥性能、用水量、环境温度、湿度等因素相比，粉

煤灰对混凝土凝结时间的影响是极小的。

（五）抗压强度效应。混凝土的抗压强度主要取决于水灰比，对掺与不掺粉煤灰的混凝土，如果二者的早期强度相同，则粉煤灰混凝土的后期强度将高于不掺的，粉煤灰对混凝土有三重影响：减少用水量、增大胶结料含量和通过长期火山灰反应提高强度。

当原材料和环境条件一定时，掺粉煤灰混凝土的强度增长主要决定于粉煤灰的火山灰效应，即粉煤灰中玻璃态的活性氧化硅、氧化铝与混凝土的水泥浆体中的Ca(OH)2作用生成碱度较小的二次水化硅酸钙、水化铝酸钙。一些研究认为：粉煤灰在混凝土中，当Ca(OH)2薄膜覆盖在粉煤灰颗粒表面上时，就开始发生火山灰效应。但由于在Ca(OH)2薄膜与粉煤灰颗粒之间存在着水解层，钙离子要通过水解层与粉煤灰的活性成分反应，反应产物在层内逐渐聚集，水解层未被火山灰反应产物充满到某种程度时，不会使强度有较大增长。随着水解层被反应产物充满，粉煤灰颗粒和水泥水化产物之间逐步形成牢固联系，从而导致混凝土强度、不透水性和耐磨性的增长，这就是掺粉煤灰的混凝土早龄期强度较低，后龄期强度增长较多的主要原因。

（六）水化热效应。混凝土中水泥的水化反应是放热反应。在混凝土中掺入粉煤灰可以降低水化热，原因是减少了水泥的用量。水化放热的多少和速度取决于水泥的物理、化学性能和掺入粉煤灰的量。

由于近年来大型、超大型混凝土结构的建造，构件断面尺寸相应增大；混凝土设计强度等级提高，使所用水泥等级提高，单位用量增大；又由于实行水泥新标准后，使早强矿物硅酸三钙含量提高，粉磨细度加大，这些因素的叠加，导致混凝土硬化过程温升明显加剧，温峰升高。在达到温峰后的降温期间，混凝土产生温度收缩（也称热收缩）引起弹性拉应力；另一方面混凝土的水灰比（水胶比）降低，早期水化加快，混凝土的弹性模量随强度提高而增大，进一步加剧弹性拉应力增长。这是导致近些年来许多结构物在施工期间，模板刚拆除时就发现大量裂缝的原因。这种硬化混凝土早期出现的裂缝往往深而长，为了防止可见裂缝的出现，通常采取外包保温的方法，以减少内外温差，因而被认为是有效措施得到迅速推广。但却忽略了，由于外保温阻碍了混凝土水化热的散发，进一步加剧体内的温升，使混凝土体内温度继续升高，水泥水化加速，早期强度发展更加迅速，因此也更容易出现裂缝，只是由于钢筋的约束和对应力的分散作用，使少量宽而长的可见裂缝转化为大量分散的不可见裂缝，它们将为侵蚀性介质提供通道，影响结构的使用功能。

与纯水泥混凝土一样，掺粉煤灰的混凝土由于水泥的水化随本体温度升高而加快，强度发展也因此加快。这使得粉煤灰混凝土，包括大掺量粉煤灰混凝土的强度发展在低水胶比的条件下，很快通过最初的缓慢凝结与硬化期，强度的发展迅速加快。有研究资料表明掺适当比例的粉煤灰后，不仅温升可以降低，使混凝土因温度收缩和开裂的危险减少，同时由于温升相同，其抗压强度在3d之前就超过了不掺粉煤灰类混凝土。

（七）冻融耐久性效应。当粉煤灰质量较差、粗颗粒多、含碳量高时，都会对混凝土抗冻融性有不利影响。质量差的粉煤灰随掺量的增加，其抗冻融耐久性剧烈降低。但当掺用质量较好的粉煤灰同时适当降低水灰比，则可以收到改善抗冻融耐久性的效果。试验资料表明，掺粉煤灰的混凝土水灰比在0.50以下，粉煤灰掺量在30%以内，混凝土抗冻融耐久性降低较少。此外，掺粉煤灰的混凝土只要抗压强度与含气量与不掺粉煤灰的混凝土相同，即在等强度、等含气量条件下，掺粉煤灰混凝土与不掺粉煤灰混凝土具有相等的抗冻融耐久性。关键在于混凝土引气后硬化混凝土中存在均匀分布的微气孔，这些微气孔在混凝土受冻时可容纳水结冰时所增大的部分体积。使混凝土免于因冰胀作用而破坏。

（八）炭化和钢筋阻锈效应。通过长期研究和工程实践，尤其是近年来的工程调研资料表明，防止掺粉煤灰混凝土炭化，首要因素是确保粉煤灰混凝土的密实度。密实度差的不掺粉煤灰的混凝土同样有碳化问题。研究和调查结果表明，当用矿渣水泥掺15%粉煤灰，普通水泥掺20%粉煤灰，硅酸盐水泥掺25%粉煤灰时，采用超量取代法设计混凝土配合比，满足等稠度和等强度的要求时，掺粉煤灰的混凝土抗碳化性能、钢筋锈蚀性能与不掺粉煤灰混凝土相比均明显增大。

过去曾有人提出，粉煤灰含硫是否会使粉煤灰混凝土中的钢筋锈蚀加重问题，国内外一些学者认为：

1、只要混凝土里面的石灰不被溶出，保持碱性环境，钢筋周围就能保持一层氢氧化铁保护膜，阻止与氧气渗入到钢筋表面，保护钢筋不致锈蚀。混凝土中掺用的粉煤灰实质上没有改变这种碱性环境。

2、混凝土中掺用的粉煤灰，因产生火山灰-石灰反应而提高了混凝土的抗渗性。火山灰凝胶还可以减少混凝土中的石灰溶出量。

（九）粉煤灰与碱-骨料反应产生的效应。碱-骨料反应是骨料中的活性氧化硅和水泥中的碱发生反应生水化硅酸钙凝胶体，体积增大，导致混凝土的膨胀和开裂。当向混凝土中掺入粉煤灰后，粉煤灰和水泥中的碱反应，能够防止这种过度的膨胀。可见，粉煤灰对抑制混凝土中的碱-骨料反应是有利的。

四、大掺量粉煤灰混凝土的概述

（一）大掺量粉煤灰混凝土定义 将粉煤灰看着一个独立组分，而不是水泥的替代品，以工程设计与施工及环境的要求为基准，而不是以不掺粉煤灰的混凝土为基准，进行混凝土设计、生产、浇筑和养护。

（二）、粉煤灰在混凝土中的适用环境和作用

1、水胶比：当采用合适的材料与良好的水胶比时。以水泥用量为300-350kg/m3，水灰比0.45-0.55范围，可以制备出28天抗压强度为35-40MPa(即目前最常用的C30

级)，在大多数环境条件下呈现足够低的渗透性和良好耐久性的混凝土。如果胶凝材料再少、W/C再大，则会出现孔隙率大、抗渗性不良等问题。

2、温度：掺有大量粉煤灰的混凝土，不仅温度收缩因温度升降可以明显减小，而且粉煤灰的初期水化缓慢，可以使低水胶比混凝土开始硬化时的实际水灰比增大，使水泥以及膨胀剂具有良好的水化环境。同时，与纯水泥混凝土一样，掺粉煤灰的混凝土由于水泥的水化随本体温度的升高而加快，因此强度发展也要加快。大掺量粉煤灰混凝土的强度发展在低水胶比的条件下，很快通过最初的缓慢凝结与硬化期，强度的发展迅速加快。试验表明：与实际结构物浇筑的硅酸盐水泥混凝土相比，掺30%粉煤灰后，不仅温升可以降低近10度，使温度收缩和开裂的危险减小，同时由于温升的作用，其抗压强度在3天前早已超过了硅酸盐水泥混凝土。

3、湿度：与普通水泥混凝土不同，掺粉煤灰混凝土，尤其是大掺量粉煤灰混凝土的水灰比足够大，即混凝土体内有充足的水分供水泥与粉煤灰水化，所以对这种混凝土的养护，需要有别于普通混凝土：不要湿养护，尤其不要早期浇水或浸水，否则会使表层混凝土的水灰比增大，对强度和抗渗透、耐磨耗等性能带来十分不利的影响。大掺量粉煤灰混凝土需要在浇捣后及时覆盖，避免其因水化较缓慢，向外界蒸发水分的时间较长、蒸发量也大，造成表面疏松、强度和抗渗透性下降。

4、稠度：粉煤灰混凝土，尤其是大掺量粉煤灰混凝土的外观十分粘稠，使其在运输和浇筑过程不易离析，对改善均匀性有明显好处。由于粉煤灰的滚珠效应，掺粉煤灰混凝土有较大的有效振捣半径，易于振捣密实。

通过以上分析得出：较低的水胶比、较高的温度，以及及时地覆盖而不是湿养护，是粉煤灰在混凝土中的适用环境。要获得这样的环境，必须采用大掺量粉煤灰混凝土。大掺量粉煤灰混凝土的抗裂性能优异无可怀疑，但现行规范的掺量限制不利于发挥粉煤灰的作用。

（三）、现行规范掺量的限制

一定范围里，是混凝土的水胶比，而不是粉煤灰的掺量决定使用效果。目前许多规范中规定的钢筋混凝土中粉煤灰掺量限制(例如25%以内)，对配制中低强度的混凝土来说，恰恰是最不利于发挥粉煤灰作用的粉煤灰范围。因为粉煤灰水化缓慢，生成物少，粉煤灰混凝土适宜的水胶比在0.4以下；普通混凝土常用的0.5左右水灰比条件下掺10-20%粉煤灰，即使同时掺有高效减水剂，一般水胶比仍需维持在0.4以上。但是如果继续增大粉煤灰掺量，由于粉煤灰表观密度约只有水泥的2/3，拌合物浆体含量的增大就可以产生降低水胶比的作用。

（四）、大掺量粉煤灰混凝土的局限性

1、煤灰-水泥-化学外加剂的相容性，表现为混凝土水胶比能否有效地降低，一般说来，当水胶比只能在0.4以上时，在中等强度混凝土中使用的效果就可能成问题；

2、大掺量粉煤灰混凝土的水泥用量少，由于起激发作用的氢氧化钙含量减少，使粉煤灰的水化条件劣化，所以在不同条件下存在一最佳粉煤灰掺量，并非越大越好；

3、掺粉煤灰混凝土比普通混凝土对温度更为敏感，在气温较低时制备的掺粉煤灰混凝土，强度发展较为缓慢。

（五）、使用大掺量粉煤灰混凝土注意问题

1、配制混凝土的骨料级配良好，以减小空隙率，利于水胶比降低，保证使用效果；

2、必须采用强制式搅拌机拌合大掺量粉煤灰混凝土；

3、混凝土浇筑后，要及时喷洒养护剂或覆盖外露表面，但无需喷雾或浇水养护；

4、气温过低时，要采用保温养护措施，使混凝土硬化和强度发展满足施工要求。

五、粉煤灰在混凝土中的可持续发展

混凝土材料是当今用量最大、用途最广泛的建筑材料，据统计，每年全世界的耗用量接近100亿吨。如此巨大的用量，伴随着生产、使用过程带来矿石资源、能源的消耗，以及对大气和环境造成的污染，引起全世界业内人士的关注。

我国的水泥产量多年来居世界首位，占三分之一以上。同时我国粉煤灰的年排量也是居世界首位。由于发展基础设施建设的需要，有关部门仍在计划投资建设更多的水泥厂。过去在混凝土里掺入粉煤灰，是为了节约水泥、降低工程材料费用，今天对混凝土掺入粉煤灰的认识、应该提高到保护环境、保护资源、使混凝土材料可长期的持续应用于基础设施建设中的高度上来认识。

大掺量粉煤灰混凝土不仅可以改善混凝土的各项性能、延长混凝土结构的使用寿命，同时可以大幅度减小耗费能源多、污染环境严重的硅酸盐水泥用量，因此也是一种绿色混凝土。从这个角度出发，推广大掺量粉煤灰混凝土在我国土木建筑工程中的应用，是一件利国利民有显著效益的事业，必定有着强大的生命力，有着广阔的发展前景。(完)

研究人：贺伦

韩云

颜可维

组数：五组

第三篇：转载脱硫粉煤灰制备混凝土掺合料及其作用机理的研究摘要

转载脱硫粉煤灰制备混凝土掺合料及其作用机理的研究摘要所属专业:物理化

学

脱硫粉煤灰是安装有脱硫装置的燃煤电厂用电收尘方法收集而得到的固体废弃物,它是一种火山灰质材料,自身不具有或仅具有微弱的胶凝性.本论文用脱硫粉煤灰制备混凝土掺合料,并研究其作用机理,主要可以分为以下三部分.第一部分通过一定的物理和化学方法对脱硫粉煤灰的性质进行了分析和评价,试验表明脱硫粉煤灰在细度、粒径分布、比表面积、含水率等物理性能方面都和普通粉煤灰相近,而用X-荧光进行化学成分分析表明脱硫粉煤灰中的SiO<,2>和Al<,2>O<,3>的总含量比普通粉煤灰要高,其它组分的含量和普通粉煤灰相近.第二部分主要通过单独掺加和复合掺加的方法进行了水泥胶砂和水泥混凝土试验,并测试了其力学性能,试验表明,单掺脱硫粉煤灰制作水泥胶砂和水泥混凝土时,胶砂和混凝土的强度随着脱硫粉煤灰掺量的增加而下降;当复合掺加制作水泥胶砂和水泥混凝土时,则体现了较好的复合效应;另外通过对掺复合掺合料的混凝土在镁盐和硫酸钠溶液中浸泡后测试其强度并观察微观形貌后表明.第三部分对部分水泥胶砂和水泥混凝土的微观结构极及其发展过程进行了分析探讨,通过SEM观察发现,掺脱硫粉煤灰的水泥胶砂其主要水化产物为C-S-H和C-H;掺复合掺合料的混凝土的主要水化产物为C-S-H和C-H,还有少量钙矾石;本论文还采用XRD和DTA对掺复合掺合料的混凝土进行了物相分析,探讨了脱硫粉煤灰对水泥混凝土性能的改善作用,并分析了复合掺合料的复合效应.另外为了找到最佳的试验配方和试验条件,本文还采用线性回归的方法和支持向量机的方法分别对脱硫粉煤灰胶砂和脱硫粉煤灰混凝土的28天力学性能数据进行了处理和分析,最后得到较为合理的试验配方和矿物之间的复合方式,简化了人为分析的繁琐,并对以后的试验方案的设计有一定指导意义.本论文的单掺和复合掺加脱硫粉煤灰的水泥胶砂和水泥混凝土试验,在技术上有创新性,同时为以后脱硫粉煤灰高附加值的综合利用提供了很好的技术参数,具有应用价值;另外本论文的研究为燃煤电厂的脱硫粉煤灰找到了很好的出路,具有很高的社会效益、环境效益及经济效益.关键字:脱硫粉煤灰,活性激发,品质,微观分析,支持向量机

第四篇：溪洛渡水电站抗冲耐磨水泥混凝土性能试验研究

溪洛渡水电站抗冲耐磨水泥混凝土性能试验研究

来源：国家电力公司成都勘测设计研究院

2009年07月08日

前言

溪洛渡水电站装机12600MW，位于四川省雷波县和云南省永善县接壤的金沙江溪洛渡峡谷，是一座以发电为主，兼有防洪、拦沙和改善下游航运等综合利用效益的特大型水利水电枢纽工程。溪洛渡水电站具有“高水头、大泄量、窄河谷”特点，泄洪洞最大流速接近50m/s，泄洪功率约为9500MW，为二滩水电站的2.5倍。多年平均含沙量1.72 kg/m3，为二滩水电站的3倍多。坝址处多年平均推移质输沙量180万t，多年平均悬移质输沙量2.47万t。这样大的挟沙水流通过电站泄洪排沙建筑物，对建筑物表面材料的磨损破坏是一个急待解决的技术问题。为此，本文结合溪洛渡水电站工程，对各种抗冲耐磨混凝土的特性进行研究，从而优选出抗冲耐磨性能优良的材料供电站施工采用。2 影响混凝土抗冲耐磨性能的主要因素

混凝土是由胶凝材料和沙石骨料组成的多相复合材料。在悬移质和推移质泥沙的冲磨作用下，组成材料中抗冲耐磨性能较差的部分将首先被磨掉，抗冲耐磨性能较强的部分则凸现出来，并承受较多的冲磨作用。显然，提高混凝土内各组分的抗冲耐磨性能，提高耐磨性较高的组分在混凝土内所占比例及改善各组分之间的界面结合状况，都有利于混凝土抗冲耐磨性能的提高，其中水泥品种与骨料品种是影响混凝土抗冲耐磨性能的主要因素。2.1 水泥品种对混凝土抗冲耐磨性能的影响

水泥的各项力学性能，主要决定于组成它的矿物成分及其含量。对合成单矿物熟料的水泥进行的相同稠度浆体的单矿物水泥石及沙浆的磨损试验结果表明，C3S抗冲磨强度最高，C2S的抗冲磨强度最低，C3A及C4AF的抗冲磨强度较接近。结合溪洛渡水电站的实际情况进行的不同品种水泥的抗冲耐磨性能试验研究结果表明：在相同条件下，采用江津中热525号水泥的混凝土抗冲耐磨性能优于采用水城普硅525号水泥的混凝土。用单位强度的混凝土抗冲耐磨强度指标来衡量，也可以得出这个结论。这是由于江津中热525号水泥与水城普硅525号水泥相比，其C3S的含量较高、C2S含量较低的缘故。水泥的基本性能及不同品种水泥混凝土抗冲耐磨性能见表

1、表2。

2.2 骨料品种对混凝土抗冲耐磨性能的影响

一般情况下，挟沙石的水流首先将混凝土表面水泥石的分子与母体分离，使水泥石逐渐成凹坑，而骨料逐渐凸出来。在挟沙石水流的继续冲击下，凸出的骨料所承受的冲磨作用力大于凹陷下去的水泥石，因而骨料的品种以及骨料的自身耐磨性能对混凝土的抗冲耐磨性能的影响是不容忽视的。

溪洛渡水电站工程区域内天然沙砾石质次、量少，大坝混凝土需采用当地的灰岩和玄武岩加工人工骨料。鉴于溪洛渡水电站的实际情况，对玄武岩和灰岩人工骨料进行了耐磨性能试验，并对不同品种人工骨料混凝土的抗冲耐磨性能进行了试验研究。

2.2.1 人工骨料的耐磨性能

采用ASTM标准中C131和C535方法对灰岩和玄武岩人工骨料分别进行耐磨性能试验。试验结果表明（见表3）：灰岩和玄武岩的磨损率均未超过ASTM标准中C131和C535的规定，不同粒径的玄武岩耐磨性能都优于相应的灰岩。在对ASTM标准中C131和C535方法进行修改和补充的基础上，进行了不同组合人工骨料的耐磨性能试验。试验结果表明（见表4）：玄武岩人工骨料的耐磨性能最好，灰岩人工骨料的耐磨性能最差，玄武岩粗骨料与灰岩细骨料组合的耐磨性能介于两者之间。

2.2.2 不同品种人工骨料对混凝土抗冲耐磨性能的影响

在水泥品种及混凝土配合比相同的情况下，玄武岩混凝土的抗冲磨强度比灰岩混凝土的提高1倍多。当保持混凝土粗骨料品种（玄武岩）不变时，仅改变细骨料品种（将玄武岩人工砂代替灰岩人工砂），混凝土抗冲磨强度提高73%；在保持细骨料品种（灰岩）不变情况下，仅改变粗骨料品种（将玄武为岩代替灰岩作粗骨料），混凝土的抗冲磨强度可提高28%。由此可见，骨料的品种对混凝土的抗冲耐磨性能具有显著的影响，其中细骨料品种的影响要大于粗骨料品种的影响。由试验结果可以看出（见表5），不同一试验条件下，骨料的耐磨性能与混凝土的抗冲磨强度有明显的关系，耐磨性能好（骨料磨耗率小）的骨料，其混凝土的抗冲磨能力就强。对溪洛渡水电站有抗冲耐磨要求的部位，其混凝土应选用玄武岩人工骨料。武岩人工骨料。

溪洛渡水电站抗冲耐磨混凝土的性能试验研究

减轻或防止推移质及悬移质破坏水工建筑物的途径，可以从两个方面着手：一是设计时，在工程布置和工程结构上尽可能使水流顺直，消能工应避免采用使水流紊乱的结构形式，以减轻推移质的撞击；二是在水工建筑物过流部位采用抗冲耐磨性能优良的材料加以保护。针对溪洛渡水电站的实际情况分别进行了玄武岩人工骨料混凝土、硅粉混凝土、聚丙烯纤维混凝土、铁矿石混凝土和矿渣微粉混凝土抗冲耐磨性能的试验研究。通过试验研究，推荐适合溪洛渡水电站的抗冲耐磨混凝土，以减轻和防止溪洛渡水电站水工建筑物发生冲磨破坏。

高速挟沙水流及推移质沙石对混凝土材料的冲磨试验方法及抗冲磨性能的评定标准，至今未统一。为了客观地评定各种抗冲耐磨材料的性能，采用了圆环法（以抗冲磨强度表示）、水下钢球法（以抗磨损强度表示）、圆盘耐磨仪法（以耐磨硬度表示）和冲击法（以抗冲击韧性表示）等多种试验方法对混凝土抗冲耐磨性能进行试验研究。

3.1玄武岩人工骨料混凝土的抗冲耐磨性能

玄武岩人工骨料自身坚硬致密（密度为2.96g/cm3，吸水率为0.52％），耐久性能好，其混凝土基本性能及抗冲耐磨特性见表6。试验表明，随着混凝土水灰比的减小，玄武岩人工骨料混凝土的密实性提高，抗冲磨强度增大。但抗冲磨强度随着水灰比减小逐渐增大的规律是有一定区限的。当水灰比过小时，水泥浆过于黏稠，致使在相同坍落度条件下，混凝土内水泥浆量过多，骨料含量相对较少，混凝土抗压强度虽然有所增加，但抗冲磨强度反而可能下降。因此在抗冲耐磨混凝土配合比设计时，不能无限制地减小水灰比，否则不仅不能达到提高混凝土抗冲磨强度的目的，反而会产生浪费水泥、增大混凝土发热量及干缩率等一系列弊病。

3.2 硅粉混凝土的抗冲耐磨特性

硅粉的主要成分为无定形氧化硅，其颗粒为极细小的球形微粒，比表面积达20m2/g，具有很高的活性。试验研究表明：硅粉掺入混凝土中，可显著改善水泥石的孔隙结构，使大于320A的有害孔显著减少，可使水泥石中力学性能较弱的Ca（OH）2晶体减少、C－S－H凝胶体增多；同时也可改善水泥石与骨料的界面结构，增强了水泥石与骨料的界面黏结力，从而提高混凝土的各项力学性能。本次试验研究采用昆明铁合金厂生产的硅粉，其SiO2含量为88.9%，密度为2.28g/cm。硅粉掺入混凝土的方法为内掺法（取代同重量水泥），掺量分别为8%、10%和12%。与普通混凝土相比，掺8%硅粉时，抗压强度增加4%左右；掺10%硅粉时，抗压强度增加9%左右；掺12%硅粉时，抗压强度增加18%左右。

由硅粉混凝土抗冲耐磨特性试验结果可以看出（见表7），硅粉混凝土与普通混凝土相比,抗冲磨强度明显提高。掺8%硅粉时提高22%，掺10%硅粉时提高28%，掺12%硅粉时提高69%。加入硅粉能改善混凝土的抗冲耐磨性能是由于改善了浆体自身的抗磨性和硬度，以及水泥浆与骨料界面的黏结，从而使粗骨料在受到磨损作用时难以被冲蚀。由硅粉混凝土冲磨失重率与冲磨时间的关系曲线可见（见图1），普通混凝土各时段的冲磨失重率明显高于硅粉混凝土，在冲磨早期阶段（水泥石磨蚀阶段，见图2），硅粉混凝土的抗冲磨强度较普通混凝土提高了78.0%－94.5%，掺入硅粉对混凝土水泥石抗冲磨强度的改善可见一斑。

3在冲击荷载作用下，硅粉混凝土的能力比普通混凝土增加53.8%－200.0%，并随着硅粉掺量的增加而增大。在模拟高速水流下推移质对混凝土表面的冲磨情况下，硅粉混凝土的抗磨损强度较普通混凝土提高了78％～92％。由圆盘耐磨仪法试验结果来看，在同等条件下，硅粉混凝土的耐磨硬度比普通混凝土提高174％～246％。从硅粉混凝土的抗冲耐磨特性来看，掺入硅粉对混凝土整体抗冲击能力的提高幅度要大于对混凝土表面抗冲磨能力的提高幅度，说明掺入硅粉有利于混凝土整体增强。

3.3 聚丙烯纤维混凝土的抗冲耐磨特性 在混凝土中掺入一定量的聚丙烯纤维具有防止或减少混凝土裂缝、改善混凝土长期工作性能、提高变形能力和耐久性等优点，因而在工程上得到广泛的应用。本次试验研究采用四川华神建材有限公司研制开发的“好亦特”聚丙烯纤维，试验中聚丙烯纤维采用的三种掺量分别为0.6kg/m3、0.9kg/m3和1.2kg/m3。由聚丙烯纤维混凝土的基本性能可以看出（见表8），同不含纤维的普通混凝土相比，聚丙烯纤维混凝土的脆性指数有所降低，弹性模量降低，极限拉伸变形增大。聚丙烯纤维所具有的这些特征，有利于提高混凝土的延性，改善混凝土变形性能，这对约束混凝土裂缝的扩展以及提高混凝土裂后的承载能力都起很大的作用。混凝土的收缩试验结果表明，掺入一定量的聚丙烯纤维可以明显地减少混凝土的收缩变形，随着纤维掺量的增加，其收缩变形减少的幅度加大。

从混凝土在高速挟砂水流下所测试验结果来看（见表

9、图3），在混凝土中掺入一定量的聚丙烯纤维可以提高混凝土的抗冲磨强度（24％～45％），其抗冲磨强度随着聚丙烯纤维掺量的增加而增大。由聚丙烯纤维混凝土抗冲磨强度时段曲线可以看出（见图4），在冲磨的初期，由于聚丙烯纤维的掺入，水泥石的整体性能增强，抗冲磨强度提高了38．8％～69.4％。随着磨蚀的不断增加，混凝土中的骨料不断裸露，骨料开始承担着大部分的冲磨作用。由于两种混凝土的骨料相同，此时聚丙烯纤维混凝土和普通混凝土两者抗冲磨强度的差异逐渐减小，仅相差18.6%－31.4%。对聚丙烯纤维砂浆表面进行的耐磨硬度测定结果表明，在同等条件下，聚丙烯纤维可使砂浆表面耐磨硬度提高37%。在冲击荷载的作用下，掺入一定量的聚丙烯纤维可以明显提高混凝土的抗冲击韧性（提高26.9%－57.7%），并随着掺量的增加而增大。

第五篇：采用盆栽试验对不同土壤干旱条件下冬小麦幼苗生理特性进行了研究

采用盆栽试验对不同土壤干旱条件下冬小麦幼苗生理特性进行了研究。结果表明,幼苗叶片叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总量、光合速率、蒸腾速率、气孔导度、株高、叶面积、叶干重、茎干重、根干重、总生物量,均随土壤水分的减少而呈降低趋势;叶片水分利用效率和根冠比均呈增加趋势。通过回归分析发现,冬小麦幼苗叶片光合速率、蒸腾速率、气孔导度和WUE与土壤水分之间,均存在极显著线性关系。以上研究结果说明,土壤干旱对冬小麦幼苗光合特性、蒸腾特性、气孔导度、WUE及生长特征具有重要影响。中文名称： 干旱

英文名称： drought 定义1：

长期无雨或少雨导致土壤和空气干燥的现象。

应用学科：

大气科学（一级学科）；应用气象学（二级学科）

定义2：

长期无雨或少雨导致空气干燥的现象。

应用学科：

地理学（一级学科）；气候学（二级学科）

定义3：

长期无雨或少雨导致土壤和河流缺水及空气干燥的现象。

应用学科：

资源科技（一级学科）；气候资源学（二级学科）

本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布

百科名片

干旱通常指淡水总量少，不足以满足人的生存和经济发展的气候现象，一般是长期的现象，干旱从古至今都是人类面临的主要自然灾害。即使在科学技术如此发达的今天，它造成的灾难性后果仍然比比皆是。尤其值得注意的是，随着人类的经济发展和人口膨胀，水资源短缺现象日趋严重，这也直接导致了干旱地区的扩大与干旱化程度的加重，干旱化趋势已成为全球关注的问题。目录 干旱

干旱类型

干旱的分类

小旱

中旱

大旱

特大旱

干旱预警信号

干旱的原因

干旱的危害

历年旱情

公元989年

1637～1643年

1585～1590年

1877年 1785年

2000年

2003年

2004年

2005年

2006年

2008年

2009年

2010年

2011年

中国南方水稻干旱的解决途径

现有的抗旱措施和技术

寻找水源的方法 图书《干旱》

基本信息

内容提要

本书目录 干旱 干旱类型 干旱的分类

小旱

中旱

大旱

特大旱

干旱预警信号 干旱的原因 干旱的危害 历年旱情

公元989年

1637～1643年

1585～1590年

1877年

1785年

2000年

2003年

2004年

2005年

2006年

2008年

2009年

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中国南方水稻干旱的解决途径

现有的抗旱措施和技术 寻找水源的方法 图书《干旱》

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干旱

编辑本段干旱

仅仅从自然的角度来看，干旱和旱灾是两个不同的科学概念。干旱通常指淡水总量少，不足以满足人的生存和经济发展的气候现象。干旱一般是长期的现象，而旱灾却不同，它只是属于偶发性的自然灾害，甚至在通常水量丰富的地区也会因一时的气候异常而导致旱灾。干旱和旱灾从古至今都是人类面临的主要自然灾害。即使在科学技术如此发达的今天，它们造成的灾难性后果仍然比比皆是。尤其值得注意的是，随着人类的经济发展和人口膨胀，水资源短缺现象日趋严重，这也直接导致了干旱地区的扩大与干旱化程度的加重，干旱化趋势已成为全球关注的问题。

干旱是因长期少雨而空气干燥、土壤缺水的气候现象。

编辑本段干旱类型

世界气象组织承认以下六种干旱类型:

干旱橙色预警

1.气象干旱:根据不足降水量, 以特定历时降水的绝对值表示。

2.气候干旱:根据不足降水量, 不是以特定数量, 是以与平均值或正常值的比率表示。

3.大气干旱:不仅涉及降水量, 而且涉及温度、湿度、风速、气压等气候因素。

4.农业干旱:主要涉及土壤含水量和植物生态, 或许是某种特定作物的性态。

5.水文干旱:主要考虑河道流量的减少, 湖泊或水库库容的减少和地下水位的下降。

干旱红色预警

6.用水管理干旱:其特性是由于用水管理的实际操作或设施的破坏引起的缺水。

我国比较通用的定义是:

1.气象干旱:不正常的干燥天气时期, 持续缺水足以影响区域引起严重水文不平衡。

2.农业干旱:降水量不足的气候变化, 对作物产量或牧场产量足以产生不利影响。

3.水文干旱:在河流、水库、地下水含水层、湖泊和土壤中低于平均含水量的时期。

编辑本段干旱的分类 小旱

连续无降雨天数，春季达16～30天、夏季16～25天、秋冬季31～50天。

损失小。

特点：特点为降水较常年偏少，地表空气干燥，土壤出现水分轻度不足，对农作物有轻微影响； 中旱

连续无降雨天数，夏季26～35天、秋冬季51～70天。

损失小。

大旱

连续无降雨天数，春季达46～60天、夏季36～45天、秋冬季71～90天。

损失较大。

特大旱

连续无降雨天数，春季在61天以上、夏季在46天以上、秋冬季在91天以上。

编辑本段干旱预警信号

干旱预警信号分二级，分别以橙色、红色表示。干旱指标等级划分，以国家标准《气象干旱等级》（GB/T20481-2006）中的综合气象干旱指数为标准。

编辑本段干旱的原因

干旱与人类活动所造成的植物系统分布，温度平衡分布，大气循环状态改变，化学元素分布改变等等与人类活动相关的系统改变有直接的关系：

地表开裂

1、与地理位置和海拔高度有直接关联；

2、与各大水系距离远近有直接关联；

3、与地球地壳板块滑移漂移有直接关联；

4、与天文潮汛有直接关联；

5、与地方植被覆盖水平有直接关联；

6、其他

2010年干旱的黄果树瀑布与丰水期的对比 与温室效应有关系

中国2010年云贵川旱情即这类温室气泡团相对稳态造成的，要解决这个问题，得象撕开气球一样打开封锁，起动开放大气循环，为商变创造条件。

编辑本段干旱的危害

（一）干旱导致人体免疫力下降

（二）干旱是危害农牧业生产的第一灾害

气象条件影响作物的分布、生长发育、产量及品质的形成，而水分条件是决定农业发展类型的主要条件。干旱由于其发生频率高、持续时间长，影响范围广、后延影响大，成为影响我国农业生产最严重的气象灾害；干旱是我国主要畜牧气象灾害，主要表现在影响牧草、畜产品和加剧草场退化和沙漠化。

水库干涸

（三）干旱促使生态环境进一步恶化

1、气候暖干化造成湖泊、河流水位下降，部分干涸和断流。由于干旱缺水造成地表水源补给不足，只能依靠大量超采地下水来维持居民生活和工农业发展，然而超采地下水又导致了地下水位下降、漏斗区面积扩大、地面沉降、海水入侵等一系列的生态环境问题。

2、干旱导致草场植被退化。我国大部分地区处于干旱半干旱和亚湿润的生态脆弱地带，气候特点为夏季盛行东南季风，雨热同季，降水主要发生在每年的4-9月。北方地区雨季虽然也是每年的4-9月，但存在着很大的空间异质性，有十年九旱的特点。由于气候环境的变迁和不合理的人为干扰活动，导致了植被严重退化，进入21世纪以后，连续几年，干旱有加重的趋势，而且是春夏秋连旱，对脆弱生态系统非常不利。

3、气候干旱加剧土地荒漠化进程

（四）气候暖干化引发其他自然灾害发生

冬春季的干旱易引发森林火灾和草原火灾。自2000年以来，由于全球气温的不断升高，导致北方地区气候偏旱，林地地温偏高，草地枯草期长，森林地下火和草原火灾有增长的趋势。

编辑本段历年旱情

根据中国民政部提供的历史文献，查得最近1000年来发生在中国的重大干旱事件有14例，其中出现于宋、元、明、清等不同的朝代和不同的冷暖气候背景下的有代表性的事例分别是：公元989～991年（北宋）；1209～1211（南宋）；1370～1372年（元朝）；1483～1485年（明朝）；1585～1590（明朝）；1637～1643年（明朝）；1784～1787年（清朝）和1875～1877年（清朝）。

这14个干旱事例中，以1637～1643年的干旱事件持续时间最长；1585～1590年干旱地域最广，且地域分布变化最大，前期北旱南涝转变为后期的北涝南旱；1877年为北方大旱的典型；1785年则为江淮、长江中下游干旱之典型；而公元989年为中原地区干旱之典型。以下分述之：

公元989年

中原地区干旱之典型，该年开封的年降水量推算为191毫米，为最近的50年所未见；公元990年的年降水量为357毫米。旱区中心地带这2年的年降水量平均减少近6成，连续2年平均降水量不足300毫米，这也低于最近50年的最低气象记录。

值得注意的是，这些极端干旱个例发生在不同的冷暖气候背景下。其中1585～1590年（明万历十四至十八年）持续6年大范围干旱，出现在小冰期最寒冷阶段到来之前的相对温和时段；1637～1643年（明崇桢十至十六年）南北方连续7年大范围干旱，出现在小冰期寒冷气候背景下；1784～1787年的大范围持续干旱事件则出现在小冰期中的相对温暖阶段；1876～1878年（清光绪二至四年）持续3年大范围干旱，出现在全球大范围气候转暖的背景下等等。

根据最近1000年间有过多次大范围持续3年以上的重大干旱事件的事实，尤其是有的干旱严重程度为最近50年所未见的事实来看，可以认为，在过去1000年的气候变化历程中，最近的50年尚属于气候条件较好的时段。因此，对于未来出现重大气候干旱灾异的可能性应予重视。另外，当前尽管十分强调人类活动对气候变化的影响，但也应当看到，即使在人类活动影响并不显著的历史时期，重大的气候灾害仍多有发生，其严重程度多有超过现代记录的。因此，在预估未来的气候情景，和讨论未来的干旱和水资源匮乏问题时，应当充分考虑古气候记录的研究结果。

1637～1643年

干旱（通常又称崇祯大旱）其持续时间之长、受旱范围之大，为近百年所未见。中国南、北方23个省（区）相继遭受严重旱灾。干旱少雨的主要区域在华北，河北、河南、山西、陕西、山东，这些地区都连旱5年以上，旱区中心所在的河南省，连旱7年之久，以1640年干旱最为猖獗。干旱事件前期呈北旱南涝的格局，且旱区逐年向东、南扩大；1640年以后北方降雨增多，转变为北涝南旱。在这期间瘟疫流行、蝗虫灾害猖獗。

1585～1590年

干旱地域广、变化大，大范围干旱持续6年。干旱事件可分为前后两段，前段呈北旱南涝的旱涝分布格局，后段旱涝分布格局有改变，北方开始多雨，干旱区扩大并南移至长江流域及江南。由各省逐年受旱成灾的县数统计可见，前段受旱最重的是河北、山西，后段受旱最重的是江苏、安徽和湖南，旱灾持续最久的则是河南。1589年达到极旱，1585～1590年间各地河湖井泉干涸记录可旁证干旱程度，其中1589年的许多干涸记录为最近50年所未见。例如，安徽“淮河竭、井泉涸、野无青草”；浙江“运河龟坼赤地千里，河中无勺水”等。这次干旱事件尚伴有大范围饥荒和瘟疫，疫区随大旱地区而转移。

1877年

北方大旱的典型，在旱区中心的山西省南部二百余日无透雨，陕西华阴县1877年无降雨日数达290天以上，这样的持久干旱情形也是最近50年所未见的；汉水、汾水、浍水、汶河、渠河水涸。疫疾伴随旱灾和饥馑迅速发生并蔓延，这期间蝗虫大面积发生。

1785年

江淮和长江中下游干旱之典型，据史料记载：“太湖水涸百余里，湖底掘得独木舟”。黄河中下游和江淮地区严重旱灾持续4年，并伴随严重的蝗灾和瘟疫，其持续少雨时间和酷旱记述为近50年所未见。江淮及太湖地区1785年夏季降水量低于现代记录的极小值。如苏州1785年夏季6～8月雨日数仅28天，夏季降水量的推算值为174毫米，为18世纪夏季（6～8月）雨量的次低值，也低于1951～2000年的最低降水量记录，其距平百分率低达－57.4%，即夏季雨量的减少近6成。在持续旱灾期间，黄河下游及黄淮、江淮飞蝗大爆发，还出现疫病大流行。

2000年

多省干旱，干旱面积大，达4054万公顷，受灾面积6.09亿亩，成灾面积4.02亿亩。建国以来可能是最为严重的干旱。

2003年

江南和华南、西南部分地区发生严重伏秋连旱，其中湖南、江西、浙江、福建、广东等省部分地区发生了伏秋冬连旱，旱情严重。

2004年

我国南方遭受53年来罕见干旱，造成经济损失40多亿元，720多万人出现了饮水困难。

2005年

华南南部现严重秋冬春连旱，云南发生近50年来少见严重初春旱。

2006年

重庆发生百年一遇旱灾，全市伏旱日数普遍在53天以上，12区县超过58天。直接经济损失71.55亿元，农作物受旱面积1979.34万亩，815万人饮水困难。2007年 22个省发生旱情。全国耕地受旱面积2.24亿亩，897万人、752万头牲畜发生临时性饮水困难。中央财政先后下达特大抗旱补助费2.23亿元。

2008年

云南连续近三个月干旱，据统计，云南省农作物受灾面积现已达1500多万亩。仅昆明山区就有近1.9万公顷农作物受旱，13多万人饮水困难。

2009年

我国多省遭遇严重干旱，连续3个多月，华北、黄淮、西北、江淮等地15个省、市未见有效降水。冬小麦告急，大小牲畜告急，农民生产生活告急。不仅工业生产用水告急，城市用水告急，生态也在告急。

2010年

2010年我国的西南旱情严重

2009年秋季以来一直到2010年初，中国西南地区遭受严重旱情。特别是云南发生自有气象记录以来最严重的秋、冬、春连旱，全省综合气象干旱重现期为80年以上一遇；贵州秋冬连旱总体为80年一遇严重干旱,省中部以西以南地区旱情达百年一遇。目前云南全省、贵州大部、广西局部持续受旱时间超过5个月，损失十分严重。截至3月23日，旱灾致使广西、重庆、四川、贵州、云南5省(区)受灾人口6130.6万人，饮水困难人口1807.1万人，饮水困难大牲畜1172.4万头，农作物受灾面积503.4万公顷，绝收面积111.5万公顷，直接经济损失达236.6亿元。

2011年

一艘大渔船搁浅在鄱阳湖湖底草坪上

今年以来，尤其是4月份以后，长江中下游地区降水严重偏少，江河来水不足，水位持续偏低，致使部分省份遭受不同程度旱灾，当地群众生产生活受到影响。

从民政部救灾司获悉，据江苏、安徽、江西、湖北、湖南5省民政厅报告，截至5月27日，共有3483.3万人遭受旱灾，423.6万人发生饮水困难，506.5万人需救助；饮水困难大小牲畜107万头(只)；农作物受灾面积3705.1千公顷，其中绝收面积166.8千公顷；直接经济损失149.4亿元。其中，湖北、湖南两省受灾较为严重。

编辑本段中国南方水稻干旱的解决途径 现有的抗旱措施和技术

1.灌溉设施的改善和灌溉机械的使用。中国南方大部分地区水量充沛，所出现的干旱是工程性缺水，而不是资源性缺水，水利灌溉设施的修建对于解决水稻干旱是很有帮助的，而且有助于高产优质新品种在当地的采用。在修建灌溉设施的基础上使用一些大型或小型的灌溉设备能有效地解决水源相对丰富地区的水稻干旱问题。

2.推广水稻旱作技术。水稻旱作是采用常规的水稻品种旱育秧、旱移栽、旱管理，全生育期以雨水利用为主，辅以人工灌溉，灌溉不建立水层，渗漏少，需水量很小，整个生育期需水量仅为水种条件下的1/4，对水源不足的高地易旱地区发展水稻生产具有重要意义。

3.水稻节水栽培技术。在中国广阔的水稻栽培地区有一系列的水稻栽培节水技术，主要包括下面几种：①旱育稀植技术。旱育稀植技术是采用旱育秧的方法培育秧苗，扩行减苗栽植，配套高产栽培的一项耕作技术。这种方法比传统的栽培方式可节水1/2～1/3，省种60%～80%，而且能提高秧苗的抗病耐旱能力。②薄膜覆盖技术。试验表明，在覆膜湿润栽培条件下，与常规淹水栽培相比，其节水率达78.3%，单产增加33.9%。该技术还处在试验阶段。③节水灌溉技术。根据水稻的需水规律来进行灌溉，能大大提高灌溉用水的利用效率，减少水的浪费。比较成熟的节水灌溉模式是“薄、浅、湿、晒”水稻种植模式。④保水剂或抗旱剂的使用。

4.用旱稻替代水稻。旱稻种植管理方式与小麦相似，耗水量仅水稻的1/5～1/3，灌水量仅是水稻的1/5甚至更少，推广旱稻的种植是解决水稻干旱的一个可能的途径。培育本土旱稻品种和引进国外优良旱稻品种来替代部分地区水稻品种，有助于解决粮食短缺和水源缺乏的问题。

5.通过培育具有耐旱性的水稻品种。利用传统育种和基因改良方法来培育新的耐旱水稻品种。被广泛种植的“威优35”和“汕优63”，在土壤条件相对较好的“望天田”，平均产量可以达到6000㎏/hm2。国际水稻研究所已经将分子基因工程技术应用于水稻耐旱品种的培育。历史上也曾经有过通过引进相对耐旱品种来缓解干旱影响的情况，北宋时期福建引进越南品种占城稻(Champa)，因该品种耐旱耐瘠的特性，极大地减少了江淮两浙地区的高旱农田因干旱而导致的欠收。

中国现在还缺乏具有普遍适用的耐旱水稻品种。由于缺乏对中国干旱环境复杂性的全面认识和缺乏适当的水稻抗旱性标准评价体系，抗旱性育种进程相对较慢。[1] 寻找水源的方法

1.在干枯的河床外弯最低点、沙丘的最低点处挖掘，可能寻找地下水。可以采用冷凝法获得淡水。具体方法是地上挖一个直径90厘米左右，深45厘米的坑。在坑里的空气和土壤迅速升温，产生蒸汽。当水蒸气达到饱和时，会在塑料布内面凝结成水滴，滴入下面的容器，使我们得到宝贵的水的这种方法，在昼夜温差较大的沙漠地区，一昼夜至少可以得到500毫升以上的水。用这种方法还可以蒸馏过滤无法直接饮用的脏水。

2.还可以根据动植物来寻找水源。大部分的动物都要定时饮水。食草动物不会远离水源，它们通常在清晨和黄昏到固定的地方饮水，一般只要找到它们经常路过踏出的小径，向地势较低的地方寻找，就可以发现水源。发现昆虫是一个很好的水源标志。尤其是蜜蜂，它们离开蜂巢不会超过6．5公里，但它们没有固定的活动时间规律。大部分种类的苍蝇活动范围都不会超过离水源100米的范围，如果发现苍蝇，有水的地方就在你附近。

编辑本段图书《干旱》 基本信息

书 名 干旱

作 者 张强

出 版 社 气象出版社

书 号 5029-4704-0

丛 书 气象灾害丛书

开 本 16

出版时间 2009年5月

定 价 ￥31.0 内容提要

《干旱》主要介绍了干旱的定义、分类和国内外研究概况；分析了干旱的时空分布与变化特征，干旱形成机理，干旱对国民经济的影响。另外，还介绍了干旱应急管理和防御，历史重大干旱事件，以及当前干旱监测指标、方法和干旱监测、评估和预警业务系统等内容。

《干旱》比较全面地介绍了有关干旱的最新研究和业务成果，是气象浓业、水利、环境等领域科研、教学人员的重要参考用书，也可供防灾减灾、防御规划部门决策参阅。

本书目录

第1章 绪论

1．1 干旱的定义和分类

1．2 干旱的危害

第2章 干旱的时空分布与变化特征

2．1 全球

2．2 中国

第3章 干旱形成机理

3．1 我国典型干旱区气候的形成3．2 季节性干旱的形成

3．3 中国干旱化特征与气候变化背景的关系

3．4 干旱形成的水文气象条件

3．5 本章小结

第4章 干旱监测、评价和预测

4．1 干旱监测与评价指标

4．2 干旱监测、评价方法和业务系统

4．3 干旱的卫星遥感监测与评估

4．4 干旱预测、预警方法和业务系统

第5章 干旱对国民经济的影响

5．1 干旱对水资源的影响

5．2 干旱对农业的影响

5．3 干旱对城市发展的影响

5．4 干旱对生态环境的影响

5．5 干旱对经济可持续发展的影响

第6章 干旱应急管理与防御

6．1 干旱灾害应急

6．2 干旱灾害防御

6．3 干旱灾害救济

第7章 历史重大干旱事件

7．1 1470—1948年重大干旱灾例

7．2 1949—2006年重大干旱灾例

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参考资料

中国南方水稻干旱的解决途径

http:// 4

图书《干旱》http://www.xiexiebang.com