混凝土搅拌 - 初学者指南

什么是水泥，它是如何制造的？

水泥是一种重要的建筑材料，在世界各地的结构建设中起着基础性的作用。让我们来了解一下它是如何制造的：

  1. 原料：水泥是通过精确的化学组合多种原材料制造出来的：
    • 石灰石、贝壳或白垩（富含钙）
    • 页岩、粘土或泥灰（含有二氧化硅、铝和铁）
    • 其他成分如高炉矿渣、硅砂和铁矿石。
  2. 制造过程：
    • 采石：主要原料（主要是石灰石、粘土等）从采石场开采。
    • 破碎：将岩石破碎以减小其尺寸。
    • 混合：将破碎的岩石与其他成分（如铁矿石或粉煤灰）混合。
    • 水泥窑：将混合物送入水泥窑，在约2,700°F（1,480°C）的温度下加热。
    • 熟料形成：随着材料在窑中移动，某些元素被驱除，剩余元素结合形成一种新物质，称为熟料。
    • 冷却：熟料以灰色球状物从窑中出来并冷却。
    • 研磨：将冷却后的熟料研磨成细粉，这就是我们通常所说的水泥。
  3. 历史小故事：第一种波特兰水泥是由约瑟夫·阿斯普丁（Joseph Aspdin）在19世纪的英格兰利兹创造的。他通过在他的厨房炉子里燃烧石灰石和粘土粉末，奠定了一个将大量原材料加工成细水泥粉的行业基础。

水泥是当与沙子和石块混合时形成的混凝土的粘合剂——这是我们现代基础设施的支柱！

水泥和混凝土的区别

  1. 水泥：
    • 定义：水泥是一种粘合剂，由石灰石、贝壳、白垩、粘土、铁矿石和硅砂中的铁、铝、硅、钙等物质混合制造而成。
    • 过程：这些成分在非常高的温度下加热，形成一种岩石状物质，然后被研磨成极细的粉末。1902年用混凝土建造的炮台
    • 用途：
      • 水泥很少单独使用。
      • 它主要是混凝土的成分。
      • 它可以与水混合用作灌浆。
      • 它与石膏和水混合后可在砌体上形成光滑的表面。
    • 发明：现代水泥是在19世纪初由一位英国砖匠在他的厨房里发明的。
  1. 混凝土：
    • 定义：混凝土是一种由水泥、骨料（如沙子、石头和砾石）和水混合而成的混合物。
    • 强度和耐久性：混凝土比水泥更强、更耐用。
    • 应用：
      • 混凝土广泛用于住宅和商业建筑。
      • 它构成了道路、桥梁、大坝、人行道和露台等结构的基础。
    • 化学反应：混凝土的强度和多功能性归功于水泥、骨料和水混合时发生的化学反应。
    • 注意：你不能单独使用水泥作为建筑材料。

虽然水泥是一个重要成分，但混凝土是我们在日常生活中遇到的成品！

用水混合混凝土

在混合混凝土时使用过多的水可能会产生积极和消极的影响。

  1. 积极影响：
    • 可操作性：额外的水使混凝土更易操作。它更容易混合、倒入和成型。
    • 放置：在某些情况下（例如倒入狭小空间或周围有钢筋），稍多的水可以帮助更好地放置。
    • 减少收缩：适量的水可以在混凝土固化时减少收缩。
  2. 消极影响：
    • 强度降低：过多的水会削弱混凝土。水泥和水之间的化学反应对强度至关重要。过多的水会稀释这种反应，导致混凝土强度降低。
    • 耐久性：过湿的混凝土不太耐用，在干燥过程中容易开裂。
    • 增加孔隙度：过多的水会在混凝土中产生更多的孔隙，使其更易受冻融循环和化学攻击。
    • 凝固时间：过多的水会延迟凝固时间，影响施工进度。
  3. 指南：
    • 适当比例：遵循特定混凝土混合物的推荐水灰比。这确保了最佳的强度和耐久性。
    • 逐步调整：如果混合物看起来太干，逐步添加水，直到达到所需的一致性。
    • 测试一致性：目标是混合物易于操作但不过于湿。它应能保持形状而不会过度下垂。

平衡是关键。水太少会导致混合物过硬，而过多则会影响强度和耐久性。

混凝土强度

混凝土强度是决定混凝土结构耐久性和性能的关键因素。

  1. 抗压强度：用于建造桥墩的混凝土
    • 定义：抗压强度衡量混凝土混合物在承受使其收缩或减小尺寸的荷载时的能力。
    • 测试：通过使用专门的机器破坏圆柱形混凝土试样进行评估。结果以每平方英寸的磅数（psi）报告。
    • 意义：抗压强度是判断混凝土混合物是否满足特定项目要求的重要标准。
    • 典型范围：
      • 基础和板块：3,500至4,000 psi
      • 悬空板、梁和桁架（如桥梁）：3,500至5,000 psi
      • 传统混凝土墙和柱：3,000至5,000 psi
      • 路面：4,000至5,000 psi
      • 寒冷气候下的混凝土结构需要更高的psi以承受冻融循环。
  2. 抗拉强度：
    • 定义：抗拉强度是指混凝土在张力下抵抗断裂或开裂的能力。
    • 影响：它影响混凝土结构中裂缝的发生和大小。
    • 平均范围：传统混凝土的抗拉强度通常在300至700 psi（约2至5 MPa）之间，张力约为抗压强度的10%。
  3. 抗弯强度：
    • 定义：抗弯强度（也称为弯曲强度）衡量混凝土梁在承受弯曲力时的能力。
    • 应用：它对梁、板和桥梁等结构非常重要。
    • 测试：通过施加荷载到混凝土梁上直到其破坏来确定抗弯强度。
    • 重要性：高抗弯强度确保抗裂和变形能力。

混凝土强度性能影响混凝土项目的质量、寿命和成本。此外，像超高性能混凝土（UHPC）这样的创新技术比传统混凝土提供更大的强度性能。

冬季浇筑混凝土

关于冬季浇筑混凝土，确实是可行的，但必须采取特殊措施以确保正确的固化并防止冻结温度。以下是一些建议：

  1. 准备工作：
    • 预热材料：在寒冷天气中，预热组成材料（水和骨料）以确保在浇筑过程中混凝土的适当温度。加热水和/或沙子和砾石可以实现这一点。
    • 避免极低温度：当室外温度低于20华氏度时，最好避免在户外浇筑混凝土。在如此低的温度下，水化反应完全停止，使得维持施工现场温度以获得良好效果变得困难。
    • 寒冷天气混凝土混合物：使用设计用于寒冷天气的混凝土混合物，包括温暖到热的混合水。
    • 养护毯：用养护毯覆盖新浇筑的混凝土，以防止冻结。
  2. 冻结问题：
    • 过早冻结的混凝土（在达到足够强度之前）可能会导致永久的强度损失。早期冻结可能使最终混凝土强度降低多达50%。
    • 如果浇筑和放置期间的空气温度低于40华氏度，并且在前24小时内预计会出现低于冰点的温度，请遵循寒冷天气混凝土施工的推荐做法。

通过采取适当的预防措施，你可以在寒冷天气下成功浇筑混凝土并取得优异的结果。正确操作时，在寒冷天气下浇筑的混凝土由于固化时间较慢，比在炎热天气下浇筑的混凝土更强。