毕 业 设 计（论文）
不增加水泥用量如何提高混凝土的强度
* 名： *** 学 号： ****** 性 别： 男 专 业: 土木工程 批 次： 专升本 学习中心： 昌平 指导教师： ***
2015年3月31日
i 中国石油大学（北京）现代远程教育毕业设计（论文）
不增加水泥用量如何提高混凝土强度
摘 要
研究不增加水泥用量提高混凝土强度，首先要了解混凝土的基本组成。混凝土是由
胶凝材料、水、粗细骨料，必要时掺入一定数量的化学外加剂和矿物质混合材料，按适当比例均匀搅拌，密实成型和养护硬化而成的人造石材。混凝土强度主要决定于水泥石的强度以及水泥石与骨料之间的粘结强度。水泥石的强度主要取决于其矿物成分及孔隙率，而孔隙率又决定于水灰比与水化程度。对于给定龄期，水泥石的强度主要取决于水泥标号与水灰比。水泥石与骨料的粘结力．也同样与水泥标号和水灰比有关。水泥标号越高，水灰比越小，则水泥浆硬化后与骨科的粘结力越强。此外．水泥石与骨料的粘结力还与骨料的表面状态有关。碎石多棱角，表面粗糙，与水泥石的粘结力比较强；而卵石则与水泥石的粘结力就小．因此在水泥标号和水灰比相同的条件下，碎石混凝土强度高于卵石混凝土强度。除此之外，影响混凝土强度的因素还有搅拌和捣实方法，龄期，养护条件，试验条件等。
关键词：混凝土强度；孔隙率；水化程度；粘结力
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目录
第一章 混凝土的概述 ..................................................... 1
第二章 混凝土的分类 ..................................................... 2
2.1混凝土按胶凝材料分类 .............................................. 2 2.2混凝土按表观密度分类 .............................................. 2 2.3混凝土按使用功能分类 .............................................. 2 2.4按施工工艺分类主要有 .............................................. 2 2.5按混凝土拌合物的和易性分类 ........................................ 2 第三章 提高混凝土强度的方法与措施 ....................................... 4
3.1加强对混凝土原材料的质量控制是提高混凝土强度的基础。 .............. 4
3.1.1对水泥强度等级、水泥品种的选择 ............................... 4 3.1.2细集料的质量控制 ............................................. 4 3.1.3粗骨料的质量控制 ............................................. 4 3.1.4混凝土用水的控制 ............................................. 4 3.2合理进行混凝土配合比设计是提高混凝土强度的前提 .................... 5
3.2.1选择较小的水灰比 ............................................. 5 3.2.2选择较小的用水量 ............................................. 5 3.2.3选用强度等级高的水泥 ......................................... 5 3.2.4掺用粉煤灰等掺合料 ........................................... 5 3.2.5选用合理的砂率 ............................................... 5 3.3选择适当的外加剂是提高混凝土强度的重要手段 ........................ 6 3.4施工过程中的质量控制是提高混凝土强度的重要保障 .................... 6
3.4.1施工前对混疑土质量控制的准备工作 ............................. 6 3.4.2加强模板工程的检查控制 ....................................... 6 3.4.3混凝土浇注过程的质量控制 ..................................... 8 3.4.4混凝土拆模的质量控制 ......................................... 8 3.4.5混凝土养护过程中的质量控制 ................................... 9
第四章 结论 ............................................................ 10 参考文献 ................................................................ 11 致谢 .................................................................... 12
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第一章 混凝土的概述
混凝土是当代最主要的土木工程材料之一。它是由胶凝材料，颗粒状集料（也称为骨料），水，以及必要时加入的外加剂和掺合料按一定比例配制，经均匀搅拌，密实成型，养护硬化而成的一种人工石材。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。
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。
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。
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第二章 混凝土的分类
2.1混凝土按胶凝材料分类
①无机胶凝材料混凝土，如水泥混凝土、石膏混凝土、硅酸盐混凝土、水玻璃混凝土等； ②有机胶结料混凝土，如沥青混凝土、聚合物混凝土等。
2.2混凝土按表观密度分类
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。
1、重混凝土是表观密度大于2500Kg/m，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。 2、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/m3，集料为砂、石。
3、轻质混凝土是表观密度小于1950Kg/m3的混凝土。它由可以分为三类：
1轻集料混凝土，其表观密度在800～1950Kg/m，轻集料包括浮石、火山渣、○
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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300～1000Kg/m。○
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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1500～1900Kg/m3，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500～1500Kg/m3，是用陶粒、浮石、碎砖、矿渣等作为集料配制的。
2.3混凝土按使用功能分类
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。
2.4按施工工艺分类主要有
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。
2.5按混凝土拌合物的和易性分类
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
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混凝土、流态混凝土等。
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第三章 提高混凝土强度的方法与措施
3.1加强对混凝土原材料的质量控制是提高混凝土强度的基础。
混凝土中的主要材料为水泥、粗、细集料、水、外加剂和掺合料。各种组成材料在混凝土中起着不同的作用，考虑不增加水泥用量，可以从以下几个方面来通过对原材料的控制来提高混凝土的强度。
3.1.1对水泥强度等级、水泥品种的选择
水泥强度等级的选用，不仅要使所配的混凝土强度达到要求，而且和易性和耐久性也必须满足施工和规范的要求，提高混凝土强度但不增加水泥用量，应尽量考虑使用高强度等级的水泥，但应注意满足和易性的要求。水泥品种的选用时应注意各种水泥的特性对混凝土结构强度和使用条件是否有不利影响。
3.1.2细集料的质量控制
通常混凝土中的细集料为砂子，根据细度模数分为粗砂、中砂、细砂。应注意到，砂子过粗，容易使新拌混凝土产生泌水现象，影响混凝土的和易性。由此可知，当混凝土的和易性要求为一定时，为了节省水泥而又能提高混凝土强度，应选用级配良好的中粗砂，另外，砂中的含泥量及泥块含量应满足国家标准的要求，对重要工程使用的砂，还应采用化学法和砂浆长度法进行骨料的碱活性检验。
3.1.3粗骨料的质量控制
通常混凝土中的粗骨料为石子。使用人工碎石比使用天然卵石可以增加混凝土强度，除此以外，在使用中应注意石子的最大粒径、颗粒级配、强度与坚固性等指标。粗骨料颗粒级配分为连续级配和间断级配，由于连续级配含有各种大小颗粒，互相搭配合理，拌制成的混凝土和易性较好，但由于石子总表面积比较大，所用水泥比较多。用间断级配来拌制混凝土，可以节约水泥，但和易性不好，容量产生泌水等离析现象。但对于低流动性和干硬性混凝土来说，如果采用强力振捣来施工时，则采用间断级配是较为适宜的。
3.1.4混凝土用水的控制
水是混凝土的主要组成材料之一。拌合用水不纯，可能产生多种有害作用。为了保证混凝土的质量，必须使用合格的水来拌制混凝土，凡符合国家标准的生活用水，均可用于拌制混凝土，地表水或地下水首次使用应进行适用性试验，合格才能使用，混凝土拌制用水应符合JGJ63-1989《混凝土拌合用水标准》的规定。
混凝土中的原材料的质量控制是提高混凝土强度的基础，在混凝土材料的选用上更应该确保质量，科学合理地选取，从而达到提高混凝土强度的目的。
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3.2合理进行混凝土配合比设计是提高混凝土强度的前提
混凝土配合比设计对混凝土强度起到了至关重要的作用，如何合理地进行混凝土的配合比设计，是一项严谨、科学的工作，不增加水泥用量，通过配合比设计来提高混凝土的强度，有以下几种方法。
3.2.1选择较小的水灰比
通过保罗米公式
fcu，（C/Wb）0afce我们可知，混凝土的试配强度与灰水
比成正比，即与水灰比成反比，所以，要想达到提高混凝土强度的目的，首要的是选择较小的水灰比，才能保证混凝土强度获得提高。
3.2.2选择较小的用水量
分析可知，当水灰比固定时，如果保证水泥用量不得到增加，想要水灰比较小，只能是减少用水量，减少用水量的前提是保证混凝土具有满足施工要求的流动性以及保证水泥水化用水。可以通过以下途径来解决。
1在满足施工要求的和易性的前提下，坍落度越小越好，坍落度越小，用水量就可○
以越少，从而达到减少用水量的目的。
2由于砂子越细，其用水量就越多，所以粗中砂比细砂的用水量要少，可以考虑尽○
量使用中粗砂，但是在试配时，注意不能出现泌水等保水性和粘聚性差的情况，从而确保混凝土的性能不得到损失。
3由于间断级配比连续级配的用水量少，而且，石子粒径大的比粒径小的用水量少，○
在选择石子时，可以适当考虑通过选取合格的石子级配来减少用水量。 4掺加高效减水剂。 ○
3.2.3选用强度等级高的水泥
由保罗米公式可知，水泥实际强度越高，试配强度就越高，在不增加水泥用量的前提下，如果能有效地提高水泥的实际强度，也可以达到提高混凝土强度的作用。
3.2.4掺用粉煤灰等掺合料
在进行配合比设计时，可以选取粉煤灰等掺合料，来对混凝土性能进行优化。掺粉煤灰的同时可以减少水泥的用量，降低由于水泥用量过多产生的大水化热。在选用粉煤灰进行配合比设计时，可以选用内掺的方法来等效替代水泥用量，从而达到不增加，甚至降低水泥用量的作用。
3.2.5选用合理的砂率
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砂率过大，用于包裹砂粒的水泥就多，水泥的用量就会增加，所以在满足和易性的前提下，砂率的选择一定要合理，可以通过试配的方法来确定合理砂率，从而保证提高混凝土的强度。
综上所述，经过合理的混凝土配合比设计，可以有效地达到不增加水泥用量提高混凝土强度的目的。
3.3选择适当的外加剂是提高混凝土强度的重要手段
混凝土外加剂是混凝土中掺入的一种组分，外加剂在混凝土中的主要作用有以下几个方面：
1改善新拌混凝土的工作性能。 ○
2提高硬化混凝土的物理力学性能。提高混凝土的强度，包括早期强度及后期强度。○
增加混凝土的耐久性。控制碱与活性骨料间的碱骨料反应。
3应用混凝土外加剂具有显著的技术经济效益。主要包括为节约水泥，在保持相同强○
度时，可减少10%-20%的水泥用量。
由于混凝土外加剂技术的出现，改变了过去靠调整水泥品种来改变混凝土性能的落后状态。合理选用外加剂品种，在混凝土中适当加入外加剂，可以有效地不增加水泥用量而提高混凝土强度。
3.4施工过程中的质量控制是提高混凝土强度的重要保障
在施工过程中对混凝土的质量进行控制，以确保提高混凝土强度的目的得以实现。主要表现在以下几个方面：
3.4.1施工前对混疑土质量控制的准备工作
1、混凝土施工现场的布置
俗话说，只有好的原料才能作出好的工程，首先在施工过程中，对原材料的要求要严格。要严格控制试验室提供的各类混凝土配合比中原材料和数量等。施工时所用的水泥达如果不到配合比设计的等级，就会导致混凝土强度等级降低。如果水泥量用的太多，在用于大面机混凝土中，水泥会发生水化反映放出的热量会使混凝土内外温差过大而导致裂缝，所以严格按照配合比施工是非常重要的。在施工现场的拌和站要在明显的地方挂出小黑板，小黑板上写出当日当次混凝土施工使用的配合比、水泥标号、产地和坍落度的控制范围等。
2、混凝土原材料的质量控制
施工中拌和所用的砂、石、材料等要经过试验室检测满足施工规范要求，水泥的的试验检测更是重要，严禁使用标号不够或失效的水泥和添加剂。外加剂掺入量过多或者是过少都会影响混凝土的质量，为了改善混凝土的性能，可加入提高混凝土的早强性，
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抗冻性、抗渗性等。必须按试验后确定外加剂的品种和掺量来拌制混凝土。并将试验报告提前送报监理工程师，以便监理工程师随时抽检进场的材料。拌制混凝土施工配料时，各种量器要保证准确。每次施工前，都应该有试验人员对装砂、石的容器进行标定，标定一定要认真准确，若需要加入减水剂、早凝剂等添加剂，也要提前进行标定。砂石按照配合比在小桶或小车上进行标定以后，要按照比例放入拌和机的料斗内，也要用红线标定，防止施工过程中，工人放入原材料出现差错，造成拌制出不合格的混凝土。 3、混凝土出料数量的计算
混凝土施工开始之前，应该对原材料投入量分类进行过秤计量或电脑控制确认，不经过监理或实验人员的认可，不得将材料投入拌和机中，现场施工员应该熟读图纸，能熟练计算施工中混凝土的使用量，在施工开始前，要准确计算出要出多少方料，并且报到拌和站的施工员，以免施工过程中出现出料过多的浪费和料不够的现象。现场施工员和拌和站施工员要随时保持联系，严格控制出料的时间和质量。 4、混凝土的拌制前的准备工作
拌和机在每次拌和之前，应该严格按照规范，先加水湿润拌和机的拌和仓，然后才能投料进行拌和。施工过程中混凝土的运送调度工作一定要做好，如果拌和站和施工现场距离较远，应该对运送时间、路程都了解，有的结构物施工中混凝土的需要量比较大，需要运送多次，浇注时候要对时间严格控制，混凝土的运输工序及运输的技术，是保证混凝土施工质量的重要原界。在运输的全过程中，应保持混凝土的匀质性，确保混凝土浇注时规定的坍落度。运输中、装料的容器严禁有漏浆及吸水现象，使用前必须用水湿润，施工过程中应经常清除壁内附着的结硬的混凝土残渣，装料要适当。因为混凝土施结构物工为连续性施工，中途不得以任何原因中断。所以不能出料过早或过晚，如果出料时间不当，过长时间的放置会使混凝土失效，如果第一罐料和第二罐料相隔时间过长，有可能会出现先前的有凝固现象，无法很好的衔接，所以拌和时间要控制的好。 5、混凝土拌和时的要求
在拌和过程中要严格中指混凝土的拌和时间和加水量。水灰比的大小不仅影响混凝土的强度等级和密实性，而且也影响混凝土的抗渗性、抗冻性、抗蚀性和抗炭化性。所以水灰比例也是很重要的。现在工地大多使用的是强制式拌和机。强制式拌和和即拌和时间为90S，自动落式拌和机为120S，在冬季和雨季施工时，有时会加入防冻剂和早凝剂等添加剂，如果混凝土中加入添加剂，拌和时间则加长为150S到180S。以确保添加剂拌和充分。施工现场严禁出现手动拌和。混凝土在拌和时，应该先加入适量的水（这第一次次加水量不得大于配合比用水量），拌制60S，观察混凝土的稠度情况以后，如果混凝土过稠，增加少量水继续拌和，使混凝土坍落度满足在坍落度控制范围之内。在搅拌过程中要即使检查混凝土拌和物的和易性，不得有离析和泌水现象，比随即进行试验检测。搅拌完毕后，按频率检测拌和物的坍落度，坍落度测试，一般在第二车料进行，用测试数据来指导加入水量的增减。每次施工过程中试验测试不的少于6次，而且做好
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记录。拌和过程中并观察混凝土拌和物的粘聚性和保水性，确定混凝土成品料的合格。 6、混凝土拌和站工作人员的职责
拌和站的工作人员应固定，每次施工过程中必需固定两个操作人员，任何情况下，不可以更换。对施工员要求能熟练操作拌和机，熟悉混凝土拌和的施工规范要求等，在混凝土开始拌和之前，要对此次施工的结构物有所了解，能看懂图纸，对出料是的出料量严格把握，一定不能因为搞错出料量而耽误施工、或是造成浪费。严格控制混凝土质量，施工员要严格按照配合比施工，作为拌和站的施工员，还要对拌和机进行保养和维修，如果在冬季或雨季施工，要对拌和时使用的材料砂、石等用塑料布进行覆盖，保持砂、石等用料的干燥和洁净。在混凝土拌和过程中，拌和站的施工员一定要全程监督，中途不得离开，还要随时和前场的施工人员保持联系，为混凝土运送和时间和出料量做好准备。不打无准备之仗，在混凝土拌和这重要环节，一定不可以马虎大意，混凝土质量的好坏，直接影响了结构物质量，如果不严格按照配合比来配料，会造成混凝土强度无法达标，质量无法合格。如果拌和出的料不合格，一定要进行补救措施，不得把不合格的混凝土运送到现场去，如果出现时间计算失误，混凝土放置时间过长，运送的混凝土拌和物出现离析或分层现象时，应对其进行二次搅拌，不可以直接使用到施工中去，现场的施工员一定要尽职尽责，对自己的工作很负责任。
3.4.2加强模板工程的检查控制
混疑土模板及支架同时受垂直压力、水平推力、振动力、冲击力、弯扭力等作用。如果模板及支架在施工中出现问题，会直接影响混凝土的强度，因此对模板的检查除根据图纸对轴线、平面布置、断面尺寸及标高检查外，还要检查其牢固、稳定、严密是否合乎要求。
3.4.3混凝土浇注过程的质量控制
混凝土的振捣时间应均匀一致，以表面泛浆为宜，间距要均匀，浇注完毕后，表面要压实、压平以防表面裂缝。振捣时要防止钢筋移位，确保钢筋位置正确，防止浇注过程中跑模、跑浆和坍塌。浇注过程中还应按规定留同条件养护和标准养护试件，以便拆模和评价混凝土质量，作为事后控制用。另外，在振捣时如果采用机拌机捣，也可以有效地提高混凝土的强度。
3.4.4混凝土拆模的质量控制
钢筋混凝土结构的拆模，持荷要按有关规定进行，混凝土强度不足时。过早拆除支撑模板，过早上荷载或超堆荷载会使混凝土梁、板产生裂缝，导致强度降低。模板拆除后，不因受外力作用的破坏、裂缝、不使结构表面破坏；冬期混凝土不因拆模后养护不力而冻坏。如需使混凝土结构受力，而常温常规配合比不能满足要求时，则需要采取改变配合比，提高混凝土强度等级或加入早强剂，提高硬化过程温度以提早达到拆模条件。
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3.4.5混凝土养护过程中的质量控制
由于在干燥环境中，混凝土的硬化会随着水分的不断蒸发而逐渐停止，在7-14天龄期内，如果不保持潮湿状态，则强度会显著下降。由此可知，为了保证混凝土强度的不断增长，混凝土浇筑完后必须加强养护，在一定时期内使之保持潮湿状态。我国标准GB50204-2011中规定，在混凝土浇筑完成后的12h以内，即应加以覆盖和浇水；只有确保混凝土的养护条件下，才能确保混凝土强度得到持续的增长。
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10 中国石油大学（北京）现代远程教育毕业设计（论文）
第四章 结论
混凝土是当代最主要的土木工程材料之一。它是由胶凝材料，颗粒状集料（也称为骨料），水，以及必要时加入的外加剂和掺合料按一定比例配制，经均匀搅拌，密实成型，养护硬化而成的一种人工石材。混凝土具有原料丰富，价格低廉，生产工艺简单的特点，因而在建筑工程中获得了极为广泛的应用。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。混凝土抗压强度的大小，主要取决于它的组成部分，组织结构和构造状态。混凝土的强度主要决定于水泥石的强度和水泥石与骨料之间的粘结强度。水泥石的强度主要取决于水泥标号与水灰比。水泥石与骨料的粘结力，也同样与水泥标号和水灰比有关。由此可见，水泥的强度等级及用量是影响混凝土强度的主要因素。
通过以上分析可知，不增加水泥用量也可达到提高混凝土强度的目的，随着我国对构建节约型社会的不断提倡，如何有效节约材料用量，确保工程质量，也成为工程从业人员不断探讨的问题。
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参考文献
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[9]马洛燕，普通混凝土在大型地下基础的施工技术[J]，浙江
[10]混凝土结构工程施工质量验收规范GB50204-2011,中国建筑科学研究院 [11]《混凝土拌合用水标准》JGJ63-1989
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致谢
我历时将近一个月时间终于把这篇论文写完了，在这段充满奋斗的历程中，带给我的学生生涯无限的激情和收获。在论文的写作过程中遇到了无数的困难和障碍，都在同学和老师的帮助下度过了。在校图书馆查找资料的时候，图书馆的老师给我提供了很多方面的支持与帮助，尤其要强烈感谢我的论文指导老师，没有她对我进行了不厌其烦的指导和帮助，无私的为我进行论文的修改和改进，就没有我这篇论文的最终完成。在此，我向指导和帮助过我的老师们表示最衷心的感谢！
同时，我也要感谢本论文所引用的各位学者的专著，如果没有这些学者的研究成果的启发和帮助，我将无法完成本篇论文的最终写作。至此，我也要感谢我的朋友和同学，他们在我写论文的过程中给予我了很多有用的素材，也在论文的排版和撰写过程中提供热情的帮助！
金无足赤，人无完人。由于我的学术水平有限，所写论文难免有不足之处，恳请各位老师和同学批评和指正！
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