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组成混凝土的材料略述

 

组成混凝土的材料为水、水泥、砂、石。这四种材料最为基本,混凝土技术发展到今天,谁也不能排斥这四种东西。现在我们在混凝土中加入了矿粉,粉煤灰、减水剂及其他外加剂,或者是对砂、石进行级配调整,是为了适应现代建筑对混凝土性能提高的需要,但“万变不离其宗”。今天,我们就组成混凝土的材料略述如下:

一、水

水是混凝土中最易得到最为便宜的组成材料,没有水,就没有水泥混凝土,没有水,水泥、砂、石等就只能是“一盘散沙”,无凝聚力,象废物一样狼籍一片,为什么?它就这么重要吗?是的,十分重要,缺少不得。我们知道,水泥有强度,强度何来?靠的是水泥中的“化学成份”,准确地说叫熟料矿物,与水化学反应,凝结硬化逐渐形成具有一定强度的物质。就如同和面,没有水,就不能把面做成面条、面包、馒头一样,只能吃面糊、喝面汤,食之无味,饥肠辘辘,但水与面发生的是物理反应,不是化学反应,这是区别。

但是不是说任何水都能用于拌合混凝土?不是比如我公司禁止用生活污水和车外洗刷水拌混凝土,这不是节约用水的问题,而是牵涉到混凝土工程质量与安全,还有海水,不管它多么蔚蓝清澈,取之不尽,但基本上都不用来拌制混凝土。原因何在?专教授研究认为,污水中含有很多杂质,这些杂影响混凝土的性能。杂质中的黏土或淤泥可能会提高混凝土中的用水量,用水一多,混凝土强度降低,水份蒸发后混凝土会收缩产生裂缝,就如干涸的池塘淤泥一样。有些杂质,什么氯化物了、硫酸盐、碳酸盐、碳酸氢盐等等,会使混凝土很快凝固,增加了早期强度,但会降低后期强度,并且氯化物中氯离子会使钢筋生锈,生锈的钢筋会将混凝土胀裂。锌、铜铅、和少量的镁的盐类,以及磷酸盐、砷酸盐和錋酸盐等则会使混凝土凝固减慢。带有颜色的天然水一般表示溶有有机物(主要是鞣酸和腐植酸)它会阻止水与水泥的反应。从造纸、制革和食品加工等企业排出的废水中,可能含有较多的有机化合物,会影响水泥的水化作用或吸入过多的空气,如果使用这类水应该严格处理检验。

海水中也有氯化物、硫酸盐,会严重影响混凝土的性能,且海水能引起盐霜,影响外观,所以海水只能用于拌合要求较低的素混凝土,也就是无钢筋混凝土。甚至用海水养护混凝土都是不允许的。

实际上可用于拌制混凝土的水还是比较多的,饮用水、地表水和地下水基本都可使用。

现在据说也有磁化水,这种水可以提高混凝土的强度。磁化水也就是将水通过磁化器,如同磁化杯、磁疗器。信不信由你,原本混凝土的水也如此科学。

二、水泥

勿庸置疑,水泥是混凝土中最为重要的材料,它就象粘合剂,只不过是加了水后才有粘合作用,把它放入砂、石中它就将砂、石粘在一起。至于粘结强度,也就是我们所说的C30C40等强度等级,这涉及到配合比,在以后的章节中会有论述。这样你知道它的作了吧!为什么这种其貌不扬, 体面人见而避之的粉状东西具有如此魔力,那得从水泥的原材料、生产过程、内部组成与水反应机理说起。

水泥是由石头和粘土做的,你觉得很惊诧吧?原本如此,并且用于生产水泥的碎石比我们所用的碎石质量差多了,简直就是“废品”。粘土就不用说,混凝土不要土,我们拒绝粘土。“废品”碎石,尤其是石粉,水泥厂喜欢,因为烧水泥是要把石头磨碎的,越细越好,省电,石头上有泥不要紧,要的就是粘土,所以说,并不神秘。但是,任何事情都有规矩,“无规矩不能成方圆”,对石头和粘土的品质或者说品位还是有要求的,石头要求是石灰石,就是能烧石灰的,一吨烧0.45吨以上。石灰的石灰石,科学地讲,制造水泥用石灰石中氧化钙储量应不低于45%,另外,石灰石中的杂质也有限量,如果其他杂质含量超标,会使配料困难,影响煅烧和水泥质量。再有,乙炔生产厂的电石渣,制糖厂的糖滤泥,制碱厂的碱渣以及造纸厂的白泥,都可以当石灰石使用,只不过得适当考虑处理,这叫废物利用,变废为宝。粘土自不必说,全国各地的黄土、红土、黑土都可以用,要的是粘土里的氧化硅和氧化铝,所以说要根据里面含量的高低决定怎么配料,还有杂质不能多,土中的碎石和卵石含量都有要求。现在国家为保护耕地,限制粘土使用,提倡使用河砂,使用河砂可享受减税政策,于是部分水泥厂采用了细砂,易于粉磨。水泥中还有一种材料不可缺少,即铁粉,它是为了补偿石灰石和粘土中化学成份,因为石灰石原料和粘土质原料配合所得的生料成份往往不能满足配料方案。这三种东西怎么配的?这要根据生产水泥的品种来确定。有一个专业词汇叫“率值”,它决定了生产出何种水泥。这里面有科学,需要水泥厂技术人员动一番脑筋。以孟电水泥厂为例,他们的配料方案大致为:石灰石82%、粘土14%、砂岩2%、铁粉2%;若用河砂配料,则是石灰石82%、粘土8%、河砂8%、铁粉2%。这种配方只对孟电水泥适合,其它水泥厂原材料不一样,配比也不一样。

配料完成了,但不是一混合一搅拌就是水泥了。那得有个制造过程,人们常说烧水泥,这很笼统。准确而简单地说叫两磨一烧。磨,一是磨石灰石和粘土的合物又叫生料,二是磨水泥烧好后的物质,成球形块状的,叫熟料;烧,就是生料的加热煅烧,用煤烧。石头和粘土经破碎、烘干、均化后,分别经各种磨,比如挤压磨、球磨机、立式磨,磨细后再计量,配料均化后经预热器进入回转窑里煅烧,煅烧后的熟料在掺加粉煤灰、矿渣、石膏等后再磨细即制成水泥,放入仓库。磨料细度要合适,煅烧各个阶段的温度要合理,这很重要,决定水泥质量好坏。

生料烧成熟料后,内部结构就发生了变化。化学成份除气体如CO2外,都保留在熟料中,如二氧化硅、氧化钙、氧化铁等等,在水泥熟料中,这些化学成份并不是单独存在的,而是形成矿物集合固体,可以说是人造岩石,水泥强度的发挥,靠的就是这人造岩石。人造岩石有哪些?我们不防知道一点,有硅酸三钙,化学符号,C3S50-60%;硅酸二钙,化学符号,C2S约占20%;铝酸三钙,化学符号, C3A8%,铁铝酸四钙C4AF等等,看前两项,约占水泥熟料的70%以上,于是,我们就称这类水泥为硅酸盐水泥,我们使用的P.O32.5水泥、P.O42.5水泥就是这类水泥。

水泥加水后,这些矿物与水反应生产针状、棒状、网状结构,交互联生,将混凝土中砂、石联在一起,于是就有了强度。(未完待续)/袁兴龙

三、砂、石(骨料)

把砂、石放在一起来说明,是因为这两样材料在混凝土中所起的作用一样,专业术语上称他们为骨料。这比喻比较形象:砂、石在混凝土中起到的是骨架作用。没有骨架,动物全是软体动物;没有砂石,混凝土强度难以提高。并且,加入了砂、石就省去了太多的水泥,所以说,砂、石在混凝土在既有重要技术作用,又有重要的经济作用。

砂,是由石通过自然或人工的力量破碎,分别形成天然砂或人工砂。若粒径小于5mm则称为砂(亦称细骨料),大于5mm则称为石(亦称粗骨料)。我们常使用的砂、石常为天然河砂、破碎岩石,但由于环境的保护和技术的进步或要求,混凝土中所使用的骨料不限于此。骨料分两类,天然的和人工的。

天然的骨料按产地来分类有河流产的,陆地上产的,以及海里面产的。

河流上产的是河砂与河卵石。

河砂与河卵石是天然岩石经风化、气象与侵蚀等作用后被破碎流入河流中。软弱的石质受磨损,硬的部分留下来,失去棱角成为卵石状,作为混凝土的骨料,具有优良的品质。一般情况下,河流上游的粒径大,越靠近下游粒径变小。现在,河流的上游进行治山,骨料补充到河流中比较困难。为了抑制河床降低,桥墩被淘空,因此,一般不采掘河卵石,但河砂的采掘量很大。我们当前使用的鲁山砂或信阳砂就是这种类型,其使用广泛,配料简单。

陆地上产的有山砂及山卵石和陆砂及陆卵石。

山砂及山卵石是第三世纪末至第四世纪初期,在河床或海底堆积的卵石、砂。但是由于地壳运动,变成了丘陵地带,剥去表层,开挖出山砂。由于堆积年代古老,有一部分已经风化,杂质也容易从表层渗透到里面去,需要用水清洗。山砂含泥量多,混凝土的单方用水量增大,容易产生塑性收缩。陆砂及陆卵石是由于河川泛滥,河道变化而堆积起来的,比山砂、山卵石的堆积年代新。从现有平原上开挖出来的,具有河砂、河卵石的品质。但因从农田等表面开挖时,往往混入泥土。当前我们所使用的特细砂就是这种类型。特细砂在郑州本地储量丰富,运距很短,并且其在混凝土中也能起到一定作用(详见《神韵》一期耿志刚著《认识特细砂》)。

海砂及海卵石是冰河时期的海面(当今140-200m下面)旧河卵石、砂,变成了大陆架,在海底或海岸边堆积起来的。

由于潮流及波浪,使海砂粒子受到分级作用,故一般来说,细粒粒子比较集中,用海砂拌制混凝土时,最好要调整粒度。

海砂中不仅有贝壳混合,且含有氯化物,想办法除去这些有害成分是很重要的。扁平贝壳对混凝土是有害的。但贝壳比较容易除掉。海砂中的氯化物需要通过水洗,以降低其含量,否则容易使混凝土中的钢筋生锈。

人工的骨料主要是碎石及碎石砂

现在我国广泛使用的粗骨料是碎石。其母岩大都为花岗岩和石灰岩,将天然岩石通过颚式破碎,滚筒式破碎,筛分之后可得到粒径5mm以上的粗骨料及5-0.15mm的细骨料。

我国许多石灰石采石厂,将石灰石破碎生产粗骨料,剩余的碎石渣往往含有较多石粉,颗粒间级配不合适,为了合理的利用这部分工业废渣,常将其与天然砂如特细砂配合使用。现在我们所使用的机制砂是专门的砂厂经破碎筛分生产的,由于有棱有角,与水泥粘结强度比河砂要好,所以能配制高强混凝土。但由于同样的原因,用其配制的混凝土流动性往往不好,所以其使用受到了限制。

(四)掺合料

在现场搅拌混凝土中,往往不怎么掺粉煤灰或矿粉,商品混凝土中一般都要掺这些东西,并且从经济和技术角度考虑甚至不能离开。那么,掺合料为何物、其作用是什么?由于掺合料品种较多,有粉煤灰 、矿粉、硅粉、沸石粉,偏高岭土粉等等,而常用的只是粉煤灰和矿粉,我们仅就这两类加以说明。

粉煤灰产自何处?答:电厂,并且只是烧煤的热力发电厂。煤粉在锅炉中燃烧后,通过烟道排出飞灰,经分级收集后的物质即为粉煤灰。粉煤灰常为球形颗粒,主要成分为SiO2,Al2O3Fe2O3,有时候还有比较高的CaO。粉煤灰是排放量最大的一种工业废料,在所有燃料副产品中占有绝对大的比例,并且随世界各国对环境要提高,收尘技术发展和大量低级煤的使用,粉煤灰排放量增长速度非常快。一般来说,现代化电厂如果使用低灰分的高级别煤,煤能比较充分燃烧,则1×104kW装机容量的年粉煤灰排放量为0.10.2×104t;但如果使用的是劣质煤,煤又不能充分燃烧,则粉煤灰的排放量可高达1×104t

粉煤灰已广泛作为混凝土水泥掺合料,作为主要原材料用于水泥,烧结砖以及其它新型建筑材料制品。混凝土中使用的粉煤灰要求相对较高,一般要求为二级或二级以上的,级别的划分主要是从细度,需水量,烧失量各方面来考虑,由于粉煤灰颗粒大部分为球形,象滚珠一样,掺在混凝土中起润滑作用,使新拌的混凝土流动性变好;另外,大部分粉煤灰比较细,可填充在混凝土空隙中,使混凝土更加密实,强度大;还有粉煤灰是经燃烧后又急冷的,所以与水泥在一起,具有一定的强度,这些好处就是我们粉煤灰的主要原因。

矿粉来源于炼铁厂或者说大钢厂。

矿粉是冶炼生铁产的高炉矿渣经过烘干,然后用球磨机细磨之后的灰白色粉状物。用高炉冶炼生铁时,除了铁矿石和燃料(焦炭)外,还需要加入相当数量的石灰石和白云石作为熔剂。石灰石和白云石分解所得的CaOMgO及铁矿石中的废矿,还有焦炭中的灰分相互熔化在一起,生成组成主要为硅酸钙(镁)和铝酸钙(镁)的熔融体。它比熔化的铁水轻,因而浮在铁水上面,定期从排渣口排出。排出后经水急冷处理成为粒状的玻璃体颗粒,这就是水淬粒化高炉矿渣。每生产1吨生铁,生成0.3-1吨矿渣,由于受到急冷,它才具有了潜在的水硬活性,也就是说在一定的条件下,它能够象水泥熟料一样,粉磨后就有胶结强度了。原来这些矿渣主要是和水泥掺在一起磨,成为矿渣水泥,但后来研究发现,矿渣比水泥熟料难磨,这样矿渣水泥中的矿渣细度不会磨的太细,其活性或者说能量不能完全发挥,于是现在有些厂家把矿渣用特殊的球磨机单独来磨,这样就磨的很细,比水泥还细,越细强度就越高,并把其作为商品出售,送到水泥厂,搅拌站使用是近几年才有的事情。

混凝土中掺了矿粉后,凝固时产生的热量就小了,大体积的混凝土产生温差裂缝的机率就小了,使高强混凝土的生产成为可能,因为有时掺了矿粉后比不掺时还高,还有据说是混凝土更耐久了,什么耐酸腐蚀、耐海水腐蚀、抗碱骨料反应都大大提高,但矿粉用不好也会出现问题,比如说混凝土早期强度低,凝结时间长,碳化速度快。这些问题在配合比设计时重视一下,还是不会出现大的问题。()
        
        我公司于2003年11月成立以来,混凝土技术不断革新。从混凝土基本材料到各种新型混凝土的配制,相比同行业技术处于前列。成绩的取得完全取决于我倡导的“大胆、科学、创新”六字方针,现将公司各项技术成就分享如下:
一.机制砂的运用
随着天然砂的日趋减少,人们不断寻找各种替代品,根据公司所处位置和现有条件,在我的支持下,开始研究机制砂如何运用于混凝土当中,从机制砂同河砂中砂到机制砂同细砂,按不同比例混合配制,于2006年5月开始投入使用,不仅混凝土的和易性得到改善,强度得到提高,且有效地降低了成本。
二.混凝土新技术的成功推出
1.清水混凝土,指一次浇筑成型后不用做任何装饰的混凝土,包括不用做外抹灰,外涂层,外粘贴饰材料等,大体有以下几个方面的要求:
① 构件尺寸必须准确,误差不得超过一定的范围;
② 表面平整光洁,与相邻构件之间具有足够的垂直度;
③ 边角清晰完整,线条顺直,无缺边掉角现象;
④ 表面感观良好,没有蜂窝、麻面、粘皮、露砂和等现象,表面没有较明显的气泡;
⑤ 表面色调满足要求,颜色均匀一致,整个构件没有色差、斑点、水纹等;
⑥ 不产生可见的裂缝。如果混凝土中存在着裂缝,将会影响构件的力学性能,也会影响结构的耐久性。同时,水和一些有害物质可以通过裂缝到达钢筋表面,引起钢筋锈蚀。水也可以通过裂缝,将铁锈带到混凝土表面,在一表面形成锈斑,影响混凝土表面感观。对于普通混凝土,如果混凝土表面出现裂缝,可通过修补来补救。但修补过的颜色很难与原混凝土的颜色一致,这对清水混凝土来说,是不能接受的。因此,清水混凝土必须保证不产生裂缝。
对原材料的采购到混凝土配制,我要求采购部全力配合试验室经过两个多朋努力。清水混凝土终于配制成功,并运用于“中国大唐河南分公司在生产高度大楼”,拆模后并达到“表面平整光洁,边角清晰完整,颜色均匀一致”的预期效果。
2.自密实混凝土,是一种在没有外力作用,仅靠自重就能够流动,并均匀地填充整个模型的混凝土。
① 较大的流动性 由于自密实混凝土不需要振捣,在这种情况下,混凝土能够顺利地达到试模的每一个部位,必须有较大的流动性。塑性混凝土不能满足这一要求,一般流态混凝土也不能这一要求。自密实混凝土的流动性应比这些混凝土还要大。
② 较好的稳定性  在混凝土构件中,各个部位性能的一致性是非常重要的。这就要求在浇筑过程中,混凝土保持较好的均匀性。因此,自密实混凝土不仅要求能够较好地流动,而且要求在流动过程中保持稳定,不产生离析。
③ 优良的填充性  由于施工空间的限制,混凝土不能振捣,一些角落很难密实。因此,要求自密实混凝土具有良好的填充性,能够填满这些部位。
鉴于以上特点,自密实混凝土原材料要求比较严格。尤其是石子粒径和外加剂。经过全体试验人员的努力,从矿物掺和料运用到外加剂,萘系脂肪族及聚羧酸试用,我首先要求成本不是重要,重要的是自密实混凝土性能,历时一个月时间终于成功,并运用于客户当中。取得了良好的口碑。
三.预拌砂浆生产线的建成
随着混凝土全面商品化同时,砂浆也将禁止现场搅拌。根据目前行业形势及现有政策,预拌砂浆必将走商品化道路,其主要优点是:
① 预拌砂浆到工地可以直接使用,不需要在工地做任何处理,因而工地不需要任何加工设备。
② 商品砂浆整个制备过程全部在工厂中完成,因而便于质量控制。
③ 产品以浆体形式出厂,因而原材料选择余地较大。
④ 运到工地的产品是浆体,因而不会产生扬尘。
鉴于以上优点,我深刻意识到,预拌砂浆在郑州马上要走上市场,故带领公司技术人员到上海北京等地考察此项目,吸收他人先进经验,并参加预拌砂浆技术讲座培训,我经过同公司负责技术,生产人员讨论,一致决定,尽快上马预拌砂浆设备,购买了筛砂机等,运用站内90机器拌制,其类型有砌筑砂浆,抹灰砂浆地面砂浆,防水砂浆,粘结砂浆,保温砂浆,修补砂浆,界面处理剂嵌缝砂浆十大类,在市场运行当中,取得了用户好评。
公司发展离不开技术创新,只要认真努力的学,勤奋踏实的做人,我相信,我一定能把公司做强做大,为国出力,为民造福。

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