混凝土特性研究报告

1.简介

     混凝土，简称为“砼（tóng）”：是指由胶凝材料将集料胶结成整体的工程复合材料的统称。通常讲的混凝土一词是指用水泥作胶凝材料，砂、石作集料；与水（加或不加外加剂和掺合料）按一定比例配合，经搅拌、成型、养护而得的水泥混凝土，也称普通混凝土，它广泛应用于土木工程

     混凝土是指由胶结料(有机的、无机的或有机无机复合的)、颗粒状集料、水以及需要加入的化学外加剂和矿物掺合料按适当比例拌制而成的混合料，或经硬化后形成具有堆聚结构的复合材料(普通是以胶凝材料、水、细骨料、粗骨料，需要时掺入外加剂和矿物掺合料，按适当比例配合。混凝土是当代最主要的土木工程材料之一。

混凝土施工

混凝土具有原料丰富，价格低廉，生产工艺简单的特点，因而使其用量越来越大。同时混凝土还具有抗压强度高，耐久性好，强度等级范围宽等特点。这些特点使其使用范围十分广泛，不仅在各种土木工程中使用，就是造船业，机械工业，海洋的开发，地热工程等，混凝土也是重要的材料。

混凝土是一种充满生命力的建筑材料。随着混凝土组成材料的不断发展，人们对材料复合技术认识不断提高。对混凝土的性能要求不仅仅局限于抗压强度，而是在立足强度的基础上，更加注重混凝土的耐久性、变形性能等综合指标的平衡和协调。混凝土各项性能指标的要求比以前更明确、细化和具体。同时，建筑设备水平的提升，新型施工工艺的不断涌现和推广，使混凝土技术适应了不同的设计、施工和使用要求，发展很快。

混凝土并不是一种孤立存在的单一材料。它离不开混凝土用原材料的发展，离不开混凝土的工程应用对象的发展变化。应该从土木工程大学科的角度来认真对待混凝土。混凝土配合比设计也是这样，首先要分析工程项目的结构、构件特点、设计要求，预估可能出现的不利情况和风险，立足当地原材料.然后采用科学、合理、可行的技术线路、技术手段。配制出满足设计要求、施工工艺要求和使用要求的优质混凝土[1]。

2.历史

1900年，万国博览会上展示了钢筋混凝土在很多方面的使用，在建材领域引起了一场革命。法国工程师艾纳比克1867年在巴黎博览会上看到莫尼尔用铁丝网和混凝土制作的花盆、浴盆、和水箱后，受到启发，于是设法把这种材料应用于房屋建筑上。1879年，他开始制造钢筋混凝土楼板，以后发展为整套建筑使用由钢筋箍和纵向杆加固的混凝土结构梁。仅几年后，他在巴黎建造公寓大楼时采用了经过改善迄今仍普遍使用的钢筋混凝土主柱、横梁和楼板。1884年德国建筑公司购买了莫尼尔的专利，进行了第一批钢筋混凝土的科学实验，研究了钢筋混凝土的强度、耐火能力。钢筋与混凝土的粘结力。1887年德国工程师科伦首先发表了钢筋混凝土的计算方法；英国人威尔森申请了钢筋混凝土板专利；美国人海厄特对混凝土横梁进行了实验。1895年——1900年，法国用钢筋混凝土建成了第一批桥梁和人行道。1918年艾布拉姆发表了著名的计算混凝土强度的水灰比理论。钢筋混凝土开始成为改变这个世界景观的重要材料[1]。

混凝土可以追溯到古老的年代，其所用的胶凝材料为粘土、石灰、石膏、火山灰等。自19世纪20 年代出现了波特兰水泥后，由于用它配制成的混凝土具有工程所需要的强度和耐久性，而且原料易得，造价较低，特别是能耗较低，因而用途极为广泛（见无机胶凝材料）。

20世纪初，有人发表了水灰比等学说，初步奠定了混凝土强度的理论基础。以后，相继出现了轻集料混凝土、加气混凝土及其他混凝土，各种混凝土外加剂也开始使用。60年代以来，广泛应用减水剂，并出现了高效减水剂和相应的流态混凝土；高分子材料进入混凝土材料领域，出现了聚合物混凝土；多种纤维被用于分散配筋的纤维混凝土。现代测试技术也越来越多地应用于混凝土材料科学的研究。

3.分类

胶凝材料

1 )无机胶凝材料混凝土，无机胶凝材料混凝土包括石灰硅质胶凝材料混醛土 (如硅酸盐混凝土)、硅酸盐水泥系混凝土 (如硅酸盐水泥、普通水泥，矿渣水泥，粉煤灰水泥、火山灰质水泥、早强水泥混凝土等). 钙铝水泥系混凝土 (如高铝水泥、纯铝酸盐水泥、喷射水泥，超速硬水泥混凝土等)、石膏混凝土、镁质水泥混凝土、硫磺混凝土、水玻璃氟硅酸钠混凝土、金属混凝土 (用金属代替水泥作胶结材料> 等。

2)有机胶凝材料混凝土。有机臃龊材料混凝土主要有沥青混凝土和聚合物水泥混凝土、树脂混凝土、聚合物浸渍混凝土等。 此外，无机与有机复合的胶体材料混凝土，还可以分聚合物水泥混凝上和聚合物辑靛混凝土。

表观密度

混凝土按照表观密度的大小可分为：重混凝土、普通混凝土、轻质混凝土。这三种混凝土不同之处就是骨料的不同。

重混凝土是表观密度大于2500公斤/立方米，用特别密实和特别重的集料制成的。如重晶石混凝土、钢屑混凝土等，它们具有不透x射线和γ射线的性能；常由重晶石和铁矿石配制而成。

普通混凝土即是我们在建筑中常用的混凝土，表观密度为1950～2500Kg/立方米，主要以砂、石子为主要集料配制而成，是土木工程中最常用的混凝土品种。

轻质混凝土是表观密度小于1950公斤/立方米的混凝土。它又可以分为三类：

1．轻集料混凝土，其表观密度在800～1950公斤/立方米，轻集料包括浮石、火山渣、陶粒、膨胀珍珠岩、膨胀矿渣、矿渣等。

2．多空混凝土（泡沫混凝土、加气混凝土），其表观密度是300～1000公斤/立方米。泡沫混凝土是由水泥浆或水泥砂浆与稳定的泡沫制成的。加气混凝土是由水泥、水与发气剂制成的。

3．大孔混凝土（普通大孔混凝土、轻骨料大孔混凝土），其组成中无细集料。普通大孔混凝土的表观密度范围为1500～1900公斤/立方米，是用碎石、软石、重矿渣作集料配制的。轻骨料大孔混凝土的表观密度为500～1500公斤/立方米，是用陶粒、浮石、碎砖、矿渣等作为集料配制的。

按定额

1． 普通混凝土。普通混凝土分为：普通半干硬性混凝土，普通泵送混凝土和水下灌注混凝土，他们每个又分为：碎石混凝土和卵石混凝土；

2． 抗冻混凝土。抗冻混凝土分为：抗冻半干硬性混凝土，抗冻泵送混凝土,他们每个又分为：碎石混凝土和卵石混凝土。

使用功能

结构混凝土、保温混凝土、装饰混凝土、防水混凝土、耐火混凝土、水工混凝土、海工混凝土、道路混凝土、防辐射混凝土等。

施工工艺

离心混凝土、真空混凝土、灌浆混凝土、喷射混凝土、碾压混凝土、挤压混凝土、泵送混凝土等。按配筋方式分有：素(即无筋)混凝土、钢筋混凝土、钢丝网水泥、纤维混凝土、预应力混凝土等。

按拌合物

干硬性混凝土、 半干硬性混凝土、 塑性混凝土、流动性混凝土、高流动性混凝土、流态混凝土等。

按掺和料

粉煤灰混凝土、硅灰混凝土、矿渣混凝土、纤维混凝土等。

另外，混凝土还可按抗压强度分为：低强混凝土（抗压强度小于30MPa）、中强度混凝土（抗压强度30-60Mpa)和高强度混凝土（抗压强度大于等于60MPa）；按每立方米水泥用量又可分为：贫混凝土（水泥用量不超过170kg）和富混凝土（水泥用量不小于230kg）等。

4.护养：

养护的目的在于创造适当的温湿度条件，保证或加速混凝土的正常硬化[2]。不同的养护方法对混凝土性能有不同影响。常用的养护方法有自然养护、蒸汽养护、干湿热养护、蒸压养护、电热养护、红外线养护和太阳能养护等。养护经历的时间称养护周期。为了便于比较，规定测定混凝土性能的试件必须在标准条件下进行养护。中国采用的标准养护条件是：Ⅰ级水平控制温度为20±2°C，Ⅱ级水平控制温度为20±5°C，标准养护时间为28天；湿度不低于95%。

 

混凝土的养护包括自然养护和蒸汽养护。
　　混凝土养护期间，应重点加强混凝土的湿度和温度控制，尽量减少表面混凝土的暴露时间，及时对混凝土暴露面进行紧密覆盖（可采用蓬布、塑料布等进行覆盖），防止表面水分蒸发。暴露面保护层混凝土初凝前，应卷起覆盖物，用抹子搓压表面至少二遍，使之平整后再次覆盖，此时应注意覆盖物不要直接接触混凝土表面，直至混凝土终凝为止。
　　混凝土的蒸汽养护可分静停、升温、恒温、降温四个阶段，混凝土的蒸汽养护应分别符合下列规定：
　　（1）静停期间应保持环境温度不低于5℃，灌筑结束4～6h且混凝土终凝后方可升温。
　　（2）升温速度不宜大于10℃/h。
　　（3）恒温期间混凝土内部温度不宜超过60℃，最大不得超过65℃，恒温养护时间应根据构件脱模强度要求、混凝土配合比情况以及环境条件等通过试验确定。
　　（4）降温速度不宜大于10℃/h。

5.与钢筋的结合

     与钢筋的结合，完美地解决了混凝土不抗拉的特点，使很多高层防震建筑的出现成为可能。

 

6.混凝土的杰作

 

光之教堂

 

朴素的现代清水混凝土建筑

 

第二篇：波纹翅片的传热与流动特性研究-调研报告

课题:波纹翅片的传热与流动特性研究

白玉广 热能C082

课题简介：高效、紧凑式换热器由于在节省能源与材料方面的优越性受到广泛关注。板翅式换热器作为其中的一种，已广泛应用于石油化工、能源动力、冶金、制冷等工业领域。板翅式换热器性能主要取决于翅片表面的传热与流动特性。波纹翅片是板翅式换热器中常用的一种翅片型式，研究其传热与流动特性是一项十分重要而有意义的研究工作。 课题要求：采用数值模拟的方法研究波纹翅片不同结构参数和操作参数对翅片表面传热与流动特性的影响，获得翅片表面性能关联式。

板翅式换热器是在20世纪问世的, 由于其在节省能源与材料方面的优越性，如今在石油化工、能源动力、冶金、制冷、航天等各领域已经获得了广泛的应用。波纹翅片是这种紧凑换热器中的一种, 它增加了传热面积和扰流的程度。

波纹翅片对传热的强化机理具体如下：

平直翅片的流道是一个连续流道, 其传热性能和流体流动特性与流体在圆管内的传热和流动特性相似。翅片除了扩大传热面积和支撑作用外, 对于促进流体湍动的效果不大。而波纹翅片是将平直翅片压制成一定的波形, 当流体流过波形表面的凹面时会形成漩涡。这种漩涡称为 Goertler漩涡。当流体流过凹进的波纹形表面时这些漩涡成反方向旋转, 产生一种类似于螺旋形流动的流型。此外, 在下游壁面的凸面会形成局部的流体脱离现象。这些现象都能使传热得到强化。

而这个强化程度与那些因素有关，是这篇论文重点要探究的。根据前期的一些调研和分析已经初步找到了思路和方向。现做如下阐述：

王先超 , 水黎明[1]等人，通过对波纹翅片试验数据的分析, 得出了影响波纹翅片 传热因子 和 摩擦因子 的因素, 同时把同雷诺数Re下的波纹翅片与矩形翅片、矩形开缝翅片进行了分析比较, 发现：翅片厚度对波纹翅片的 j和 f值影响较小, 但翅片间距即当量直径对波纹翅片 f值影响较大；雷诺数在 400~ 2000范围内, 波纹翅片的传热因子 j是同雷诺数下矩形翅片的 2~ 28倍之间, 阻力因子 f是同雷诺数下矩形翅片的 28~ 4倍；雷诺数在 2000~ 10000范围内, 波纹翅片的传热因子 j是同雷诺数下矩形翅片的 2~ 28倍之间, 阻力因子 f是同雷诺数下矩形翅片的 35~ 4倍；波纹翅片与矩形开缝 翅片的 j值随雷诺数的变化很小, 两者非常接近。

李媛[2]等人是采用计算流体动力学 ( CFD) 方法对板翅式换热器单通道流场下三种常见翅片的表面性能进行了数值模拟，并将不同实验参数下的数据制作成曲线图表, 然后进一步分析了平直翅片的翅片高度和翅片间距、锯齿翅片的切开长度、波纹翅片的波幅与波距对翅片表面流动与传热性能影响规律。但作者对波纹翅片进行处理时，采用了简化的模型，即将正弦波纹翅片看作“人”字形來处理，这样以来其中必会有偏差。但对结论应该不会有致命性的影响。

王维斌 傅宪辉 吴茂刚[3]等人以两种典型的波纹翅片单元为研究对象,在合理简化条件下给出了物理模型和数学模型,通过流固界面的传热耦合,对不同进口风速下波纹翅片单元的流动及传热和阻力特性进行了数值研究。通过对传热系数, Nu数、压降以及涡量分布的对比分析,结果表明:波纹翅片可以改变气流的来流方向,大大增加了空气换热面积,增强了流体扰动,由于漩涡的形成与分离,减薄或者破坏了热边界层的连续发展,使其换热特性得到有效强化,同时也带来了较大的阻力损失,但是换热增加的幅度要大于阻力增加的幅度。随着风速的增加,翅片表面的传热系数、Nu 数以及压降值也随之增加,基本为线性关系。在相同的模拟条件下,人字形翅片的换热性能高于波浪形翅片,但是阻力损失却相差不大,波浪

形翅片在减少流动损失方面没有很大的优势。两者流动与传热特性的差别,主要是因为翅片流场中漩涡的形成与脱落存在差异。

黄小辉，毕小平[4]等人通过建立一个板翅式机油散热器冷却空气侧波纹翅片通道的稳态湍流数学模型, 应用CFD(计算流体力学)方法对车用板翅式机油散热器空气冷却侧阻力性能进行数值分析,作者以波纹形翅片表面为研究对象, 利用商业CFD软件Fluent，采用 SIMPLE 算法和标准 k -ε湍流模型求解三维 Navier-Stokes方程, 模拟和分析了板翅式散热器双通道不同参数对翅片表面传热与流动阻力的影响， 发现随着单位面积冷却空气质量流量的增大, 机油散热器的压力降逐渐增大。阻力系数随着空气流速的增大而减小, 减小的幅度随着速度的增大而减小。通过分析得到了阻力系数与平均流速的拟合函数， 计算结果与台架试验数据基本吻合。

刘宝玉,丁文斌[5]等人对新开发的空气冷却器倾斜式波纹翅片管与传统的国产平直翅片管的传热性能及流动阻力性能进行了对比试验,给出了相应的传热系数曲线和流动阻力系数曲线,并分析了产生该试验结果的原因及理论依据。当空气流经该新型倾斜式波纹翅片管时,由于该翅片管能使气流产生强烈的扰流,破坏气流的边界层,导致掠过翅片管束的气流紊流程度加剧,从而提高了翅片管外空气膜传热系数。由试验结果可知,该新型倾斜式波纹翅片管与平直翅片管的j/f值相比（传热因子与阻力因子）,有较大的提高,表明新型倾斜式波纹翅片管的传热及流动性能优于国产平直翅片管,具有较高的工程应用价值,因此新型倾斜式波纹翅片管具有较好的推广应用前景.

高飞 ， 陈莹[6]等人建立了翅片管式换热器空气侧性能评价试验装置,通过试验对采用波纹翅片的 1-5 列换热器在迎面风速为 0.2-8m/s的范围内的传热与阻力性能进行了分析,考察了列数对其性能的影响。通过对于实验结果的无量纲化,获得空气侧传热与阻力特性的关联式,关联式中的各项的系数只与换热器的管列数有关。从结果可以看出,在 0.2-8m/s 的迎面风速范围内,波纹翅片换热器的性能可以用以上形式的关联式来进行拟合,并且关联式中的系数与管列数的关系除 1 列换热器外都呈线性分布。

根据以上论述和自我思考，笔者会就板翅式正弦波纹翅片换热器的一个换热单元，结合前人研究成果和方法，采用计算流体动力学分析（CFD）的方法，分别建立平直翅片通道和波纹翅片通道的物理模型，进行数值求解,分别计算波纹翅片的翅片高度、翅片间距、翅片波长及波幅变化时的翅片通道的流场和温度场。通过平直翅片和波纹翅片的流动换热特性的比较,分析波纹翅片强化换热的物理机理,并得出波纹翅片的翅片高度、翅片间距、翅片波长及波幅对翅片通道流动换热特性的影响规律。

参考文献

[1] 王先超 , 水黎明 , 刘继华. 板翅式换热器波纹翅片传热特性与流阻分析[M]. 河南机电高等专科学校学报,20xx年03月第 18卷 第 2期,6～10

[2] 李媛, 凌祥. 板翅式换热器翅片表面性能的三维数值模拟[M]. 石油机械, 20xx年第34卷第7期, 10～14

[3] 王维斌 ,傅宪辉, 吴茂刚, 冯茺蔚, 牛洪成. 典型波纹翅片单元流动与传热特性的数值研究[M]. 机械设计与制造, 20xx年12月第12期, 198～200

[4] 黄小辉,毕小平,李贺佳. 板翅式机油散热器空气冷却侧阻力性能数值模拟. 装 甲 兵 工 程 学 院 学 报,2008 年10月第 22卷第 5 期,24～27

[5] 刘宝玉,丁文斌,陈保东,庞铭. 倾斜式波纹翅片管传热及流动阻力性能比较试验[M]. 辽宁石油化工大学学报,20xx年02期,85～88

[6] 高飞, 陈莹,左建国,李维仲. 波纹翅片管式换热器空气侧传热与阻力性能. 中国制冷学会20xx年学术年会论文集.