混凝土用各种原材料基本情况简介

2023年12月12日发(作者：五年级小数乘除法计算题100道)

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混凝土各材料基本知识培训材料(干货)

水泥：加水拌和成塑性浆体，能胶结砂、石等材料既能在空气中硬化又能在水中硬化的粉末状水硬性胶凝材料

水泥的来源

1756年，英国工程师J.斯米顿在研究某些石灰在水中硬化的特性时发现：要获得水硬性石灰，必须采用含有粘土的石灰石来烧制

1796年，英国人J.帕克用泥灰岩烧制出了一种水泥，外观呈棕色，很像古罗马时代的石灰和火山灰混合物，命名为罗马水泥

1824年，英国建筑工人约瑟夫·阿斯谱丁（Joph Aspdin）发明了水泥并取得了波特兰水泥的专利权。他用石灰石和粘土为原料，按一定比例配合后，在类似于烧石灰的立窑内煅烧成熟料，再经磨细制成水泥。因水泥硬化后的颜色与英格兰岛上波特兰地方用于建筑的石头相似，被命名为波特兰水泥。它具有优良的建筑性能，在水泥史上具有划时代意义。

1871年，日本开始建造水泥厂

1889年，中国河北唐山开平煤矿附近，设立了用立窑生产的唐山“细绵土”厂。1906年在该厂的基础上建立了启新洋灰公司，年产水泥4万吨。

1893年，日本远藤秀行和内海三贞二人发明了不怕海水的硅酸盐水泥。

水泥的矿物组成 硅酸盐水泥的主要矿物：硅酸三钙（3CaO·SiO2，简式C3S），硅酸二钙（2CaO·SiO2，简式C2S），铝酸三钙（3CaO·Al2O3，简式C3A），铁铝酸四钙（4CaO·Al2O3·Fe2O3，简式C4AF）。

水泥的命名以及水泥的分类

水泥的强度来源

水泥的凝结和硬化：

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

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

3)、3CaO·Al2O3+6H2O→3CaO·Al2O3·6H2O（水化铝酸钙，不稳定）；

3CaO·Al2O3+3CaSO4·2 H2O+26H2O→3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O（钙矾石，三硫型水化铝酸钙）；

3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O+2〔3CaO·Al2O3〕+4 H2O→3〔3CaO·Al2O3·CaSO4·12H2O〕（单硫型水化铝酸钙）；

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

水泥的技术指标 物理指标：初凝、终凝时间、安定性，3d、28d强度

化学指标：烧失量、氯离子、三氧化硫

水泥试验标准

《通用硅酸盐水泥》（GB 175-2007 ）

硅酸盐水泥

凡以硅酸钙为主的硅酸盐水泥熟料，5%以下的石灰石或粒化高炉矿渣，适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，统称为硅酸盐水泥（Portland cement），国际上统称为波特兰水泥。硅酸盐水泥分两种类型，不掺加混合材料的称为Ⅰ型硅酸盐水泥，代号P·Ⅰ；掺加不超过水泥质量5%的石灰石或粒化高炉矿渣混合材料的称为Ⅱ型硅酸盐水泥，代号P·Ⅱ。

本标准规定了通用硅酸盐水泥的定义与分类、组分与材料、强度等级、技术要求、试验方法、检验规则和包装、标志、运输与贮存等。

本标准适用于通用硅酸盐水泥。

通用硅酸盐水泥 Common Portland Cement

以硅酸盐水泥熟料和适量的石膏、及规定的混合材料制成的水硬性胶凝材料。

支撑标准

GB/T176水泥化学分析方法（GB/T176-1996，eqv ISO680:1990） GB/T203 用于水泥中的粒化高炉矿渣

GB/T750 水泥压蒸安定性试验方法

GB/T1345水泥细度检验方法（筛析法）

GB/T1346水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法（GB/T1346-2001，eqv ISO9597:1989）

GB/T1596 用于水泥和混凝土中的粉煤灰

GB/T2419水泥胶砂流动度测定方法

GB/T2847 用于水泥中的火山灰质混合材料

GB/T5483 石膏和硬石膏

GB/T8074 水泥比表面积测定方法（勃氏法）

GB9774 水泥包装袋

GB12573 水泥取样方法

GB/T12960 水泥组分的定量测定

GB/T17671 水泥胶砂强度检验方法（ISO法）（GB/T17671-1999，idt

ISO679:1989）

GB/T18046 用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉

JC/T420 水泥原料中氯离子的化学分析方法

JC/T667水泥助磨剂 JC/T742 掺入水泥中的回转窑窑灰

水泥对混凝土性能影响规律

水泥的凝结时间影响混凝土的凝结时间、坍落度损失

水泥的安定性对混凝土裂缝的影响

水泥的强度对混凝土的强度影响

引申为胶凝材料强度的影响。矿粉、粉煤灰掺量的变化以及三者最佳比例组合

抗压强度

强度等级

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

抗折强度

28d

≥6.5

≥6.5

≥7.0

≥7.0

《中热硅酸盐水泥、低热硅酸盐水泥 GB/T200-2017》

547结构规范 分类: 结构规范 2018-4-10 10:06

《白色硅酸盐水泥 GB/T2015-2017》 414结构规范 分类: 结构规范 2018-5-9 13:36

《核电工程用硅酸盐水泥 GB/T31545-2015》

216电气规范 分类: 电气规范 2017-4-25 13:14

《低热硅酸盐水泥应用技术规程 CECS431：2016》

194结构规范 分类: 结构规范 2018-9-21 14:57

《白色硅酸盐水泥 GB/T 2015-2005》（已作废）

147结构规范 分类: 结构规范 2017-4-12 10:53

《中热硅酸盐水泥 低热硅酸盐水泥 低热矿渣硅酸盐水泥 GB 200-2003》

130结构规范 分类: 结构规范 2017-4-11 17:19

粒化高炉矿渣粉 (矿粉)

来源

粒化高炉矿渣是炼铁厂在高炉冶炼生铁时所得以硅酸盐与硅铝酸盐为主要成分的熔融物，经淬冷成粒后得到的副产品。粒化高炉矿渣粉具有潜在水硬性，广泛应用于水泥、砂浆与混凝土中。

粒化高炉矿渣粉是经过粉磨后的粒化高炉矿渣。

在高炉炼铁过程中，除了铁矿石和燃料(焦炭)之外，为降低冶炼温度，还要加入适当数量的石灰石和白云石作为助熔剂。它们在高炉内分解所得到的氧化钙、氧化镁、和铁矿石中的废矿、以及焦炭中的灰分相熔化，生成了以硅酸盐与硅铝酸盐为主要成分的熔融物，浮在铁水表面，定期从排渣口排出，经空气或水急冷处理，形成粒状颗粒物，这就是矿渣。含有95%以上的玻璃体和硅酸二钙，钙黄长石、硅灰石等矿物，与水泥成份接近

1480~1520℃ 水泥 1350-1450℃

核心：

淬冷：风冷，水冷

矿粉质量分数(决定活性的核心)：

高炉冶炼生铁时 , 为脱除铁矿石中的杂质和

降低冶炼温度 , 需要加入一定量的石灰石和白云石作为造渣剂 。石灰石和 白云石 在高炉 内分解所得 和 与铁矿石中的杂质 、 焦炭中的灰分相互融化在一

起 , 生成了以硅酸盐和硅铝酸盐为主要成分的熔融物 , 它 的密度 比铁水轻 , 浮在铁水上面 , 定期通过压缩空气将熔渣从高炉出渣 口送入水池 , 使水与熔渣激烈混合而快速冷却成粒 。经过水淬急冷的矿渣称为 “粒化高炉矿渣 ”。受生铁冶炼工艺及原料品位的影响 , 每冶炼 吨生铁要排 一 吨渣 。生铁冶炼工艺和原料组成不同 , 不同厂家或者同一厂家在不同时期所排出矿渣的化学成分和矿物组成有较大的波动 。矿渣 中所含氧化物的质量百分组成为 CaO38-46% , SiO2

26-42%,MgO 4-13%,Al2O3 7-20%。还含有 少量 的CaS 、MnO 、FeO 、 金属铁和碱 。矿渣与硅酸盐水泥熟料相 比 , 矿渣中 、 的含量偏高 , 的含量偏低 , 为无规则网络的玻璃体结构 , 熟料中 、 、 和 为晶体结构

质量系数Mk 反映了矿渣中活性组分与低活性组分和非活性组分之 间的比

例 , 质量系数越大 , 矿渣的活性越高，

一般情况下Mk大于1.2

相关技术标准见标准

..标准GB／T 18046-2017 用于水泥、砂浆和混凝土中的粒化高炉矿渣粉.pdf

矿粉对混凝土性能的影响因素： 矿粉的流动度比影响用水量

矿粉的活性指数关系替代水泥的量以及混凝土的后期强度

地聚合物混凝土

粉煤灰

粉煤灰是煤粉在煤粉锅炉中高温 一 ℃ 燃烧后所形成的一种类火山灰质的混合

材料 , 主要是由燃煤电厂 、冶金化 等行业排放的固体废弃物煤粉，

锅炉排出的灰渣有两种 一种是粉煤灰或飞灰 , 是从烟道排出被收尘器收集的物质 , 约占灰渣总质量的 70-95% , 另一种是底灰 , 是炉膛粘结起来的粒状灰渣 , 从炉底排出 , 约占灰渣总质量的 5-30% , 。

粉煤灰一般呈灰褐色 , 通常呈酸性 , 比表面积在 2500---7000 之间, 粒度大小在几微米到几百微米之间, 通常为球状颗粒 。粉煤灰的化学成分主要为氧化硅 、 氧化铝和氧化铁 , 典型的粉煤灰还含有钙 、镁 、钦 、硫 、钾 、钠和磷的氧化物以及未燃尽的碳。

粉煤灰分为高钙灰C类和低钙灰F类

F类：无烟煤、烟煤煅烧收集SiO2+Al2O3+Fe2O3≥70wt%，CaO含量一般小于10wt%

C类：褐煤和次烟煤煅烧收集SiO2+Al2O3+Fe2O3≥50wt%，CaO含量一般大于10wt%

高钙粉煤灰中的游离氧化钙具有激发活性和不利于安定性的双重作用。但是高钙粉煤灰具有活性高，玻璃体含量高，需水量小，且具有一定的自硬性。一定范围内可以使用。国家标准已经明确标注

粉煤灰现行使用标准

..标准GBT 1596-2017 用于水泥和混凝土中的粉煤灰.pdf

粉煤灰对混凝土的影响：

需水量比大小、含碳量决定了混凝土中粉煤灰替代水泥的用水量以及外加剂掺量。

活性与价格决定了其在胶凝体系中的最佳比例。

砂

《建筑用砂》GB/T14685-2011

/webarbs/book/12072/

天然砂：河砂、海砂和山砂

人工砂：碎石机制砂、卵石机制砂、再生细骨料

..标准《人工砂混凝土应用技术规程 JGJT241-2011》.pdf

混合砂：天然砂与机制砂的混合料

砂子的性能指标 含泥量

泥—土 岩石长期风化的结果，大自然是破碎机

土分为：土壤可以分为砂质土、黏质土、壤土三类。

砂质土的性质：含沙量多，颗粒粗糙，渗水速度快，保水性能差，通气性能好。

黏质土的性质：含沙量少，颗粒细腻，渗水速度慢，保水性能好，通气性能差。

壤土的性质：含沙量一般，颗粒一般，渗水速度一般，保水性能一般，通气性能一般。

含泥量严重影响混凝土中的单方用水、外加剂用量。主要体现土比较细，比表面积大，空隙多，需水量大，对外加剂吸附量大。从而影响增加混凝土用水，增加外加剂掺量，高含泥量影响水泥与粗骨料之间的粘结。

砂质，不同的砂质对混凝土外加剂与用水量的影响可视同为泥的影响。砂为未风化完全的泥。

细度模数(表征砂子粗细的一个指标)，判定中砂、细砂和粗砂的数字量化指标

砂子泥块含量类同于含泥量

砂子级配：砂子各个粒径大小的比例。不同的级配可以达到相同的细度模数

机制砂

地质学中将矿石按照成因的不同分成了岩浆岩、

沉积岩和变质岩等三种 ，不同种类的原矿，生产出来的机制砂各项技术指标自然会不同，甚至相同种类但是不同地区的原矿，生产出来机制砂的技术指标也差异很大，而标准中亦没有对岩性进行相关的说明，例如，一般石灰岩机制砂应用于预拌混凝土的新拌效果优于其他岩种。机制砂级配相对于其他指标来说是对细骨料质量而言是最重要的技术指标，甚至可以认为，骨料级配的好坏直接决定着砂浆和混凝土的性能。

分析试验数据可知，当级配一致时，岩性对混凝土的工作性影响较小，而对其含气量和抗压强度影响显著，抗压强度从大到小的顺序为石灰岩>砂岩>花岗岩，而含气量从大到小的顺序为花岗岩>石灰岩>砂岩。认为相对于其他岩性，石中岩作为机制砂的生产原料，具有绝对的优势。

石子：

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分类：

天然卵石、人工碎石、二者混合料、再生粗骨料

天然卵石：

颗粒浑圆、流动性好、河卵石品种基本保持一致，不会出现石质变化导致混凝土和易性发生变化，但是缺少棱角，混凝土中摩擦力小强度有所降低。使用过程中砂率可保持在36%左右即可

人工碎石：多棱角，颗粒级配以及外貌形状可控，可依据实际 需要进行调整。

不同石质对混凝土的影响不同，和易性或者强度均有影响，尤其是高标号混凝土。

石子的级配--------孔隙率-------砂率 石子的压碎指标：8-15%

石子的含泥量：对混凝土和易性以及强度均有影响

特别对石子的岩质情况进行说明：

岩石情况：

岩浆岩：As 鞍山岩，HG花岗岩

沉积岩：NH 凝灰岩 SH 石灰岩

变质岩：SY 石英岩 M片麻岩 相同胶砂流动度下，外加剂掺量

相同坍落度下混凝土外加剂的掺量对比 不同岩石相同水胶比下强度的对比

外加剂

缓凝性高效减水剂

防冻型高效减水剂

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