混凝土混合 - 初學者指南

什麼是水泥，它是如何製造的？

水泥是一種至關重要的建築材料，在世界各地構築結構時扮演著基礎性的角色。讓我們深入探討它是如何製造的：

  1. 成分：水泥是通過幾種原材料的精確化學組合製造而成的：
    • 石灰岩、貝殼或白堊（富含鈣）
    • 頁岩、黏土或泥灰岩（含有矽、鋁和鐵）
    • 其他成分，如高爐爐渣、矽砂和鐵礦石。
  2. 製造過程：
    • 採石：從採石場提取主要原材料（主要是石灰岩、黏土等）。
    • 粉碎：將岩石粉碎以減小其尺寸。
    • 混合：將粉碎的岩石與其他成分（如鐵礦石或粉煤灰）混合。
    • 水泥窯：將混合物投入水泥窯中，加熱至約 2700°F（1480°C）。
    • 熟料生成：隨著物料在窯中移動，某些元素被驅離，剩餘元素結合形成一種新物質，稱為熟料。
    • 冷卻：熟料從窯中出來時呈現灰色球狀，並冷卻下來。
    • 磨粉：冷卻後的熟料被磨成細粉，我們通常稱之為水泥。
  3. 歷史趣聞：19世紀，英國利茲的約瑟夫·阿斯平首次創造了波特蘭水泥。他通過在廚房爐灶中燒燒粉末狀的石灰岩和黏土，奠定了將大量原材料加工成細水泥粉的產業基礎。

水泥是與沙子和岩石混合後形成的粘結劑，是我們現代基礎設施的支柱！

水泥和混凝土之間的區別

  1. 水泥：
    • 定義：水泥是一種從石灰岩、貝殼、白堊、黏土、鐵礦石和矽砂等材料中找到的鐵、鋁、矽、鈣和其他物質的混合物，用作粘結劑。
    • 過程：這些成分被加熱到非常高的溫度，形成類似岩石的物質，然後被研磨成極細的粉末。1902年建造的混凝土炮台
    • 用途：
      • 水泥很少單獨使用。
      • 主要是混凝土的成分。
      • 可以與水混合用作灰漿。
      • 與灰泥和水混合用於在磚石上創建光滑的表面。
    • 發明：現代水泥是在19世紀初英國一位磚匠的廚房中發明的。
  1. 混凝土：
    • 定義：混凝土是由水泥、骨料（如沙子、石頭和碎石）和水混合而成的混合物。
    • 強度和耐久性：混凝土比水泥更強壯且更耐用。
    • 應用：
      • 混凝土在住宅和商業建築中被廣泛使用。
      • 它形成了道路、橋樑、水壩、人行道和露台等結構的基礎。
    • 化學反應：混凝土的強度和多功能性來自於當水泥、骨料和水混合時發生的化學反應。
    • 注意：單獨使用水泥不能作為建築材料。

儘管水泥是一個必不可少的組成部分，但混凝土是我們在日常生活中遇到的成品！

用水混合混凝土

在混凝土混合過程中使用過多的水可能會產生正面和負面效果。

  1. 正面效果:
    • 可塑性：額外的水使混凝土更易於加工。它變得更容易混合、倒入和成形。
    • 放置：在某些情況下（例如倒入狹小空間或周圍加固時），略微增加水量可以幫助更好地放置。
    • 減少收縮：適量的水可以在混凝土固化時減少收縮。
  2. 負面效果:
    • 強度減弱：過多的水會削弱混凝土的強度。水泥和水之間的化學反應對強度至關重要。過多的水會稀釋這種反應，導致混凝土變弱。
    • 耐久性：過度潮濕的混凝土不太耐用，且容易開裂，尤其是在乾燥過程中。
    • 孔隙度增加：過多的水會在混凝土中造成更多的孔隙，使其不太能抵抗凍融循環和化學侵蝕。
    • 凝固時間：過多的水延遲凝固時間，影響施工進度。
  3. 指南:
    • 適當的比例：按照特定混凝土配方建議的水泥水比例進行操作。這可以確保最佳的強度和耐久性。
    • 逐漸調整：如果混合物看起來太乾，則逐步添加水直到達到所需的一致性。
    • 測試一致性：力求達到一個可加工但不過度潮濕的混合物。它應該在沒有過度下垂的情況下保持其形狀。

平衡至關重要。水量過少會導致混合物過於堅硬，而水量過多會影響強度和耐久性。

混凝土強度

混凝土強度是確定混凝土結構耐久性和性能的關鍵因素。

  1. 抗壓強度:用於建造橋墩的混凝土
    • 定義: 抗壓強度衡量混凝土混合物抵抗負載的能力，這些負載會使其收縮或縮小。
    • 測試: 通過使用專用機器斷裂圓柱形混凝土試體來評估。結果以每平方英寸的磅數（psi）報告。
    • 意義: 抗壓強度是確定混凝土配合物是否符合特定項目要求的關鍵標準。
    • 典型範圍:
      • 地基和地板： 3,500至4,000 psi
      • 懸掛地板、樑和樑柱（例如橋樑）： 3,500至5,000 psi
      • 傳統混凝土牆和柱： 3,000至5,000 psi
      • 路面： 4,000至5,000 psi
      • 在寒冷氣候中的混凝土結構需要更高的psi來抵禦凍融循環。
  2. 抗拉強度:
    • 定義: 抗拉強度指混凝土在拉力下抵抗破裂或開裂的能力。
    • 影響: 它影響混凝土結構中裂縫的發生和大小。
    • 平均範圍: 傳統混凝土的抗拉強度通常在300至700 psi之間變化（大約為2至5 MPa），拉伸強度平均約為抗壓強度的10%。
  3. 彎曲強度:
    • 定義: 彎曲強度（也稱為彎曲強度）衡量混凝土梁抵抗彎曲力的能力。
    • 應用: 對於樑、板和橋樑等結構至關重要。
    • 測試: 通過對混凝土梁施加負載直到其失敗來確定彎曲強度。
    • 重要性: 高彎曲強度確保抵抗裂縫和變形。

混凝土強度性能影響混凝土項目的質量、壽命和成本。此外，像超高性能混凝土（UHPC）這樣的創新技術提供比傳統混凝土更高的強度性能。

冬季倒混凝土

關於在冬季倒混凝土，確實是可能的，但必須特別注意確保適當的固化和防止冰凍溫度的保護。以下是一些建議：

  1. 準備措施:
    • 預熱材料：在寒冷天氣中，預熱組成材料（水和骨料）確保了倒注過程中的正確混凝土溫度。在混合之前加熱水和/或沙子和礫石可以實現這一點。
    • 避免極低溫度：當室外溫度降至華氏20度以下時，最好避免在室外倒混凝土。在這種極低溫度下水化完全停止，這使得維持工地溫度以獲得良好結果變得困難。
    • 冷天混凝土配方：使用專為冷天設計的混凝土配方，其中包括溫熱的混合水。
    • 固化毯：用固化毯覆蓋新倒注的混凝土以防止結冰。
  2. 冰凍問題:
    • 過早凍結的混凝土（在達到足夠強度之前）可能會永久失去強度。早期凍結可能導致最終混凝土強度降低50%。
    • 如果倒注和放置期間的空氣溫度低於華氏40度，並且預計在首24小時內出現低於冰點的溫度，請遵循冷天混凝土施工的建議做法。

通過適當的預防措施，您可以成功地在寒冷天氣中倒混凝土並取得出色的結果。當操作正確時，涼爽天氣中倒注的混凝土可能比炎熱天氣中倒注的混凝土更堅固，因為它的固化時間較慢。