混凝土用各種原材料基本情況簡介

2023年12月12日發(作者：五年級小數乘除法計算題100道)

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混凝土各材料基本知識培訓材料(干貨)

水泥：加水拌和成塑性漿體，能膠結砂、石等材料既能在空氣中硬化又能在水中硬化的粉末狀水硬性膠凝材料

水泥的來源

1756年，英國工程師J.斯米頓在研究某些石灰在水中硬化的特性時發現：要獲得水硬性石灰，必須采用含有粘土的石灰石來燒制

1796年，英國人J.帕克用泥灰巖燒制出了一種水泥，外觀呈棕色，很像古羅馬時代的石灰和火山灰混合物，命名為羅馬水泥

1824年，英國建筑工人約瑟夫·阿斯譜丁（Joph Aspdin）發明了水泥并取得了波特蘭水泥的專利權。他用石灰石和粘土為原料，按一定比例配合后，在類似于燒石灰的立窯內煅燒成熟料，再經磨細制成水泥。因水泥硬化后的顏色與英格蘭島上波特蘭地方用于建筑的石頭相似，被命名為波特蘭水泥。它具有優良的建筑性能，在水泥史上具有劃時代意義。

1871年，日本開始建造水泥廠

1889年，中國河北唐山開平煤礦附近，設立了用立窯生產的唐山“細綿土”廠。1906年在該廠的基礎上建立了啟新洋灰公司，年產水泥4萬噸。

1893年，日本遠藤秀行和內海三貞二人發明了不怕海水的硅酸鹽水泥。

水泥的礦物組成 硅酸鹽水泥的主要礦物：硅酸三鈣（3CaO·SiO2，簡式C3S），硅酸二鈣（2CaO·SiO2，簡式C2S），鋁酸三鈣（3CaO·Al2O3，簡式C3A），鐵鋁酸四鈣（4CaO·Al2O3·Fe2O3，簡式C4AF）。

水泥的命名以及水泥的分類

水泥的強度來源

水泥的凝結和硬化：

1)、3CaO·SiO2+H2O→CaO·SiO2·YH2O（凝膠）+Ca（OH）2；

2)、2CaO·SiO2+H2O→CaO·SiO2·YH2O（凝膠）+Ca（OH）2；

3)、3CaO·Al2O3+6H2O→3CaO·Al2O3·6H2O（水化鋁酸鈣，不穩定）；

3CaO·Al2O3+3CaSO4·2 H2O+26H2O→3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O（鈣礬石，三硫型水化鋁酸鈣）；

3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O+2〔3CaO·Al2O3〕+4 H2O→3〔3CaO·Al2O3·CaSO4·12H2O〕（單硫型水化鋁酸鈣）；

4)、4CaO·Al2O3·Fe2O3+7H2O→3CaO·Al2O3·6H2O+CaO·Fe2O3·H2O。

水泥的技術指標 物理指標：初凝、終凝時間、安定性，3d、28d強度

化學指標：燒失量、氯離子、三氧化硫

水泥試驗標準

《通用硅酸鹽水泥》（GB 175-2007 ）

硅酸鹽水泥

凡以硅酸鈣為主的硅酸鹽水泥熟料，5%以下的石灰石或粒化高爐礦渣，適量石膏磨細制成的水硬性膠凝材料，統稱為硅酸鹽水泥（Portland cement），國際上統稱為波特蘭水泥。硅酸鹽水泥分兩種類型，不摻加混合材料的稱為Ⅰ型硅酸鹽水泥，代號P·Ⅰ；摻加不超過水泥質量5%的石灰石或粒化高爐礦渣混合材料的稱為Ⅱ型硅酸鹽水泥，代號P·Ⅱ。

本標準規定了通用硅酸鹽水泥的定義與分類、組分與材料、強度等級、技術要求、試驗方法、檢驗規則和包裝、標志、運輸與貯存等。

本標準適用于通用硅酸鹽水泥。

通用硅酸鹽水泥 Common Portland Cement

以硅酸鹽水泥熟料和適量的石膏、及規定的混合材料制成的水硬性膠凝材料。

支撐標準

GB/T176水泥化學分析方法（GB/T176-1996，eqv ISO680:1990） GB/T203 用于水泥中的粒化高爐礦渣

GB/T750 水泥壓蒸安定性試驗方法

GB/T1345水泥細度檢驗方法（篩析法）

GB/T1346水泥標準稠度用水量、凝結時間、安定性檢驗方法（GB/T1346-2001，eqv ISO9597:1989）

GB/T1596 用于水泥和混凝土中的粉煤灰

GB/T2419水泥膠砂流動度測定方法

GB/T2847 用于水泥中的火山灰質混合材料

GB/T5483 石膏和硬石膏

GB/T8074 水泥比表面積測定方法（勃氏法）

GB9774 水泥包裝袋

GB12573 水泥取樣方法

GB/T12960 水泥組分的定量測定

GB/T17671 水泥膠砂強度檢驗方法（ISO法）（GB/T17671-1999，idt

ISO679:1989）

GB/T18046 用于水泥和混凝土中的粒化高爐礦渣粉

JC/T420 水泥原料中氯離子的化學分析方法

JC/T667水泥助磨劑 JC/T742 摻入水泥中的回轉窯窯灰

水泥對混凝土性能影響規律

水泥的凝結時間影響混凝土的凝結時間、坍落度損失

水泥的安定性對混凝土裂縫的影響

水泥的強度對混凝土的強度影響

引申為膠凝材料強度的影響。礦粉、粉煤灰摻量的變化以及三者最佳比例組合

抗壓強度

強度等級

3d

42.5

42.5R

52.5

52.5R

≥17.0

≥22.0

≥23.0

≥27.0

28d

≥42.5

≥42.5

≥52.5

≥52.5

3d

≥3.5

≥4.0

≥4.0

≥5.0

抗折強度

28d

≥6.5

≥6.5

≥7.0

≥7.0

《中熱硅酸鹽水泥、低熱硅酸鹽水泥 GB/T200-2017》

547結構規范 分類: 結構規范 2018-4-10 10:06

《白色硅酸鹽水泥 GB/T2015-2017》 414結構規范 分類: 結構規范 2018-5-9 13:36

《核電工程用硅酸鹽水泥 GB/T31545-2015》

216電氣規范 分類: 電氣規范 2017-4-25 13:14

《低熱硅酸鹽水泥應用技術規程 CECS431：2016》

194結構規范 分類: 結構規范 2018-9-21 14:57

《白色硅酸鹽水泥 GB/T 2015-2005》（已作廢）

147結構規范 分類: 結構規范 2017-4-12 10:53

《中熱硅酸鹽水泥 低熱硅酸鹽水泥 低熱礦渣硅酸鹽水泥 GB 200-2003》

130結構規范 分類: 結構規范 2017-4-11 17:19

粒化高爐礦渣粉 (礦粉)

來源

粒化高爐礦渣是煉鐵廠在高爐冶煉生鐵時所得以硅酸鹽與硅鋁酸鹽為主要成分的熔融物，經淬冷成粒后得到的副產品。粒化高爐礦渣粉具有潛在水硬性，廣泛應用于水泥、砂漿與混凝土中。

粒化高爐礦渣粉是經過粉磨后的粒化高爐礦渣。

在高爐煉鐵過程中，除了鐵礦石和燃料(焦炭)之外，為降低冶煉溫度，還要加入適當數量的石灰石和白云石作為助熔劑。它們在高爐內分解所得到的氧化鈣、氧化鎂、和鐵礦石中的廢礦、以及焦炭中的灰分相熔化，生成了以硅酸鹽與硅鋁酸鹽為主要成分的熔融物，浮在鐵水表面，定期從排渣口排出，經空氣或水急冷處理，形成粒狀顆粒物，這就是礦渣。含有95%以上的玻璃體和硅酸二鈣，鈣黃長石、硅灰石等礦物，與水泥成份接近

1480~1520℃ 水泥 1350-1450℃

核心：

淬冷：風冷，水冷

礦粉質量分數(決定活性的核心)：

高爐冶煉生鐵時 , 為脫除鐵礦石中的雜質和

降低冶煉溫度 , 需要加入一定量的石灰石和白云石作為造渣劑 。石灰石和 白云石 在高爐 內分解所得 和 與鐵礦石中的雜質 、 焦炭中的灰分相互融化在一

起 , 生成了以硅酸鹽和硅鋁酸鹽為主要成分的熔融物 , 它 的密度 比鐵水輕 , 浮在鐵水上面 , 定期通過壓縮空氣將熔渣從高爐出渣 口送入水池 , 使水與熔渣激烈混合而快速冷卻成粒 。經過水淬急冷的礦渣稱為 “粒化高爐礦渣 ”。受生鐵冶煉工藝及原料品位的影響 , 每冶煉 噸生鐵要排 一 噸渣 。生鐵冶煉工藝和原料組成不同 , 不同廠家或者同一廠家在不同時期所排出礦渣的化學成分和礦物組成有較大的波動 。礦渣 中所含氧化物的質量百分組成為 CaO38-46% , SiO2

26-42%,MgO 4-13%,Al2O3 7-20%。還含有 少量 的CaS 、MnO 、FeO 、 金屬鐵和堿 。礦渣與硅酸鹽水泥熟料相 比 , 礦渣中 、 的含量偏高 , 的含量偏低 , 為無規則網絡的玻璃體結構 , 熟料中 、 、 和 為晶體結構

質量系數Mk 反映了礦渣中活性組分與低活性組分和非活性組分之 間的比

例 , 質量系數越大 , 礦渣的活性越高，

一般情況下Mk大于1.2

相關技術標準見標準

..標準GB／T 18046-2017 用于水泥、砂漿和混凝土中的粒化高爐礦渣粉.pdf

礦粉對混凝土性能的影響因素： 礦粉的流動度比影響用水量

礦粉的活性指數關系替代水泥的量以及混凝土的后期強度

地聚合物混凝土

粉煤灰

粉煤灰是煤粉在煤粉鍋爐中高溫 一 ℃ 燃燒后所形成的一種類火山灰質的混合

材料 , 主要是由燃煤電廠 、冶金化 等行業排放的固體廢棄物煤粉，

鍋爐排出的灰渣有兩種 一種是粉煤灰或飛灰 , 是從煙道排出被收塵器收集的物質 , 約占灰渣總質量的 70-95% , 另一種是底灰 , 是爐膛粘結起來的粒狀灰渣 , 從爐底排出 , 約占灰渣總質量的 5-30% , 。

粉煤灰一般呈灰褐色 , 通常呈酸性 , 比表面積在 2500---7000 之間, 粒度大小在幾微米到幾百微米之間, 通常為球狀顆粒 。粉煤灰的化學成分主要為氧化硅 、 氧化鋁和氧化鐵 , 典型的粉煤灰還含有鈣 、鎂 、欽 、硫 、鉀 、鈉和磷的氧化物以及未燃盡的碳。

粉煤灰分為高鈣灰C類和低鈣灰F類

F類：無煙煤、煙煤煅燒收集SiO2+Al2O3+Fe2O3≥70wt%，CaO含量一般小于10wt%

C類：褐煤和次煙煤煅燒收集SiO2+Al2O3+Fe2O3≥50wt%，CaO含量一般大于10wt%

高鈣粉煤灰中的游離氧化鈣具有激發活性和不利于安定性的雙重作用。但是高鈣粉煤灰具有活性高，玻璃體含量高，需水量小，且具有一定的自硬性。一定范圍內可以使用。國家標準已經明確標注

粉煤灰現行使用標準

..標準GBT 1596-2017 用于水泥和混凝土中的粉煤灰.pdf

粉煤灰對混凝土的影響：

需水量比大小、含碳量決定了混凝土中粉煤灰替代水泥的用水量以及外加劑摻量。

活性與價格決定了其在膠凝體系中的最佳比例。

砂

《建筑用砂》GB/T14685-2011

/webarbs/book/12072/

天然砂：河砂、海砂和山砂

人工砂：碎石機制砂、卵石機制砂、再生細骨料

..標準《人工砂混凝土應用技術規程 JGJT241-2011》.pdf

混合砂：天然砂與機制砂的混合料

砂子的性能指標 含泥量

泥—土 巖石長期風化的結果，大自然是破碎機

土分為：土壤可以分為砂質土、黏質土、壤土三類。

砂質土的性質：含沙量多，顆粒粗糙，滲水速度快，保水性能差，通氣性能好。

黏質土的性質：含沙量少，顆粒細膩，滲水速度慢，保水性能好，通氣性能差。

壤土的性質：含沙量一般，顆粒一般，滲水速度一般，保水性能一般，通氣性能一般。

含泥量嚴重影響混凝土中的單方用水、外加劑用量。主要體現土比較細，比表面積大，空隙多，需水量大，對外加劑吸附量大。從而影響增加混凝土用水，增加外加劑摻量，高含泥量影響水泥與粗骨料之間的粘結。

砂質，不同的砂質對混凝土外加劑與用水量的影響可視同為泥的影響。砂為未風化完全的泥。

細度模數(表征砂子粗細的一個指標)，判定中砂、細砂和粗砂的數字量化指標

砂子泥塊含量類同于含泥量

砂子級配：砂子各個粒徑大小的比例。不同的級配可以達到相同的細度模數

機制砂

地質學中將礦石按照成因的不同分成了巖漿巖、

沉積巖和變質巖等三種 ，不同種類的原礦，生產出來的機制砂各項技術指標自然會不同，甚至相同種類但是不同地區的原礦，生產出來機制砂的技術指標也差異很大，而標準中亦沒有對巖性進行相關的說明，例如，一般石灰巖機制砂應用于預拌混凝土的新拌效果優于其他巖種。機制砂級配相對于其他指標來說是對細骨料質量而言是最重要的技術指標，甚至可以認為，骨料級配的好壞直接決定著砂漿和混凝土的性能。

分析試驗數據可知，當級配一致時，巖性對混凝土的工作性影響較小，而對其含氣量和抗壓強度影響顯著，抗壓強度從大到小的順序為石灰巖>砂巖>花崗巖，而含氣量從大到小的順序為花崗巖>石灰巖>砂巖。認為相對于其他巖性，石中巖作為機制砂的生產原料，具有絕對的優勢。

石子：

/

分類：

天然卵石、人工碎石、二者混合料、再生粗骨料

天然卵石：

顆粒渾圓、流動性好、河卵石品種基本保持一致，不會出現石質變化導致混凝土和易性發生變化，但是缺少棱角，混凝土中摩擦力小強度有所降低。使用過程中砂率可保持在36%左右即可

人工碎石：多棱角，顆粒級配以及外貌形狀可控，可依據實際 需要進行調整。

不同石質對混凝土的影響不同，和易性或者強度均有影響，尤其是高標號混凝土。

石子的級配--------孔隙率-------砂率 石子的壓碎指標：8-15%

石子的含泥量：對混凝土和易性以及強度均有影響

特別對石子的巖質情況進行說明：

巖石情況：

巖漿巖：As 鞍山巖，HG花崗巖

沉積巖：NH 凝灰巖 SH 石灰巖

變質巖：SY 石英巖 M片麻巖 相同膠砂流動度下，外加劑摻量

相同坍落度下混凝土外加劑的摻量對比 不同巖石相同水膠比下強度的對比

外加劑

緩凝性高效減水劑

防凍型高效減水劑

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