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水泥混凝土主要原材料(全)

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水泥混凝土主要原材料(全)

如今的21世纪,建筑行业发展很快,城市和乡村的建设都离不开搅拌站混凝土,对于想要投资混凝土的客户们,也许不太了解水泥搅拌站混凝土的主要原材料、应用领域、组成流程、拌和工艺流程等,今天小编就为大家详解先容一下:

水泥搅拌站混凝土的主要原材料

1.胶凝物:

一、硅酸盐水泥

二、混合材料:粉煤灰、矿渣粉、火山灰质混合材料; 非活性混合材料

2.骨料:

一、粗骨料--石:碎石、卵石、破碎卵石

二、细骨料--砂:天然砂、人工砂

3.水:

适合于饮用的水

4.外加剂(化学):

一、减水剂

二、引气剂

三、泵送剂

四、缓凝剂

五、速凝剂

六、早强剂

七、防水剂

八、阻锈剂

九、膨胀剂

十、防冻剂

水泥搅拌站混凝土的应用领域

房屋、道路、桥梁、港口、水坝、机场、隧道、码头、其他······

水泥搅拌站混凝土主要原材料(全)

水泥搅拌站混凝土的组成流程

是将原材料胶凝物、石头、砂、水、添加剂按照一定配比混合搅拌在一起,放入澳门葡京网上娱乐中,进行搅拌,产出水泥混凝土。

水泥混凝土拌和工艺流程生产线图如下:

水泥缓凝图拌和工艺流程生产线图片

上边是对水泥混凝土的简单先容,下面是对水泥混凝土每个原材料水、水泥、骨料、化学参料和卜作岚掺料的详细说明、用水要求、主要成分、化学代号、反映特征、水泥分类等。

一、水原材料

水在混凝土工程中有两项重要功能,一是作为拌和用水,一是作为养护用水。拌和用水对混凝土性质而言,至少具有以下三种重要作用:

(1)与水泥进行水化反应。

(2)控制水泥浆体之黏稠性与润滑程度,使新拌混凝土具适当工作性。

(3)预留水化产物生成所需的空间与必要的孔隙。

(1)项与「水质」有关,由于与水泥所进行的水化反应,因此,拌和水须有一定的洁净程度,包括固体或悬浮杂质含量、含泥、油脂、盐类、酸、碱或有机物等化学含量均应有一定的限制,以免影响其与水泥之水化反应与水化生成物之性质;(2)与(3)项则「水量」有关,拌和水量将直接影响混凝土之工作性与其硬固性,故所需的拌和水量应由配比设计所决定。经配比设计后,所决定之混凝土拌和水量,已将混凝土施工性与所需强度等主要因素考虑进,在实际施工时,便须对水量严格控制,因为,水量不足,可能影响混凝土施工性,造成施工质量低落,用水过量,则将使混凝土强度折减、体积稳定性变差,都是不利于结构功能的。

至于混凝土养护所需的水分,虽不与水泥直接起水化反应,其要求可较拌和水宽松,但由于部分仍有机会在养护过程,渗入混凝土表面,故其有机物、氧化硫、酸类及氯离子等含量,仍应有适当限制。对于重要性高的混凝土工程,可考虑以拌和水的标准来做为养护用水的检验标准。

不论是拌和用水或养护用水,均应订定一检验频率与检验标准,以确保水质与混凝土质量。

拌和用水要求

拌和用水之质量要求,应符合国标【混凝土拌和用水】之规定。其检验应按国标【混凝土用水质量试验法】之规定。

基本上,如使用饮用水作为混凝土拌和用水,则其水质应无顾,如「混凝土工程施工规范」所规定,混凝土拌和用水须洁净,且不得含有过量之油脂、酸、碱、盐类、有机物或其他有害于混凝土或易于导致钢筋锈蚀之物质。混凝土拌和用水可为自来水、非自来水或冲洗水,则应符合国标【混凝土拌和水】之规定。

混凝土拌和用水中含有过量之不纯物,不仅可能影响混凝土之凝结时间、强度与体积稳定性,也可能引致析晶(指白色碳酸钙结晶自混凝土表面析出的现象)、钢筋或其他金属埋设物之腐蚀。

二、水泥原材料

目前工程上所使用的水泥,实为水泥。水泥为本世纪英国所发展出来的水泥规格,包括其主要成分、组成、原料、制造等均有一定的标准可兹依循,事实上,目前各国所使用的水泥均为符合水泥标准的规格化材料。水泥材料有许多规格是在水泥应用上,所应加以规范的,包括其化学成分、分类、细度、水化热等,将在以下各节分项说明。

水泥原材料为水硬性水泥,其水化产物遇水不会发生水解现象,水泥系以水硬性硅酸钙盐类为主的矿物原料,经熟料处理过程,加以研磨而得之水硬性水泥。应符合国标【水泥】相关规范,除水泥一般的分类外,矿物掺料的应用在国内亦有渐趋普遍的现象,使用掺有高炉石粉或飞灰的水泥,可另行参照国标 等规范之规定,不过,国内目前高炉石粉或飞灰的应用仍以直接掺用或取代部分水泥的方式进行,高炉水泥或飞灰水泥的制造或应用并不普遍,此一部分请参照本文1.6节的规定。

水泥的比重约在3.05以上一般使用之设计值约3.15,在大气环境中,亦于吸取空气中的水分而受潮,受潮后的水泥的比重有明显下降的现象,同时,受潮后的水泥有结块、硬化的现象,其水化反应程度将大受影响,故水泥在使用前,应特别注意其储存方式及所使用容器之密闭性。

水泥的制造的主要过程,系将石灰岩研磨、烧结而成,其流程以下所示:

水泥搅拌站混凝土主要原材料(全)

1. 主要化学成分

水泥主要以石灰质矿物与粘土质矿物为主要原料,其主要化学成分如表2.1所示,其中以CaO、SiO2、Al2O3与Fe2O3等四项zui为重要,经煅烧过程,这些氧化物成分形成结构颇为复杂的复合物,即为水泥的主要成分,包括:硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙等四种主要成分。

水泥原料主要成分

由于这些水泥原材料主要成分的复合物分子结构复杂,为求方便起见,在水泥化学上常以代号替代原来的化学方程式表示法,如表3.2所示。

水泥化学代号

各种水泥主要成分之水化反应有明显差异,其水化行为如表2.3所示,其中,显然C3S为zui重要的水泥成分,为硬固水泥强度之zui主要来源,C2S虽然极限强度亦不低,但其反应速率明显较慢、水化热较低,故C2S的存在,有缓和水化作用、降低总水化热的功能。

水泥各主要成分之水化反应特性

除前述的主要水泥成份外,尚有若干其他成分,虽然其含量较低,但仍有一些值得注意的重要性质,包括氧化镁、碱含量(Na2O、K2O)、石膏等。

2. 水泥分类

因应不同的应用环境或工程需要,水泥在实际应用上,通常会加以分类,依我国标准CNS及美国标准ASTM,一般分为五大类,其主要的原理为调整水泥中几个主要成分的组成含量,来改变其反应速率、水化热、强度成长速率等水化特性,来达成不同的工程需求。

这五种水泥原材料分类主要性质如下所述:

(1)di yi型(TypeⅠ):为一般用途之标准水泥。

(2)第二型(TypeⅡ):为将di yi型水泥略作改良之普通水泥,具有中度水化热与中度抗硫酸盐能力。

(3)第三型(TypeⅢ):适用于对早期强度有特别需求的情形,称为早强水泥。

(4)第四型(TypeⅣ):低水化热水泥,用于巨积混凝土。

(5)第五型(TypeⅤ):特别具有抗硫酸盐成分之抗硫水泥。

不同水泥之成分组成

有图可发现,若以di yi型水泥为比较基准,第三型水泥之所以有较高早期强度,主要是在于其C3S特别高于di yi型水泥,而C2S含量则特别低的关系,由C3S与C2S水化特性的差异,第三型之早期强度明显高于di yi型是可以理解的,不过,在提高早期强度的同时,第三型的水化热也明显提高许多,因此,再应用第三型水泥时,应将其水化热上的负作用亦同时考虑进来;相反地,第四型与di yi型的比较则与第三型的特征恰好相反,其C3S特别低于di yi型,而C2S含量则特别高,因此,其水化热当然比di yi型水泥低了许多,当然,第四型的另一特点,则是早期强度的低落,这是在应用上,需同时考虑的因素。

以国内的情形而言,绝大多数的混凝土均使用di yi型,di yi型以外的水泥使用情形并不普遍,这主要是用量少,因而国内的水泥厂生产其他形式水泥的比率较低,所以di yi型以外的水泥单价偏高,而影响了混泥土的成本,其次,使用经验不多,亦是di yi型以外的水泥应用情形不普遍的另一原因。

但并非一定需有某种水泥才能得到该种之性质,若只有一种水泥可购得,则可利用掺料(如飞灰、高炉熟料、早强剂等)、调整细度、或其它催化方法(如加热、加冰、冷却等)使之改变成类似其它品种水泥之性质,但使用实务须注意可能会有其它影响。

3.细度

在水泥原材料的诸多物理性质中,水泥细度(fineness)是一极重要的项目,由于水化反应速率的快慢,直接影响其硬固性质的形成,而水泥的细度代表其颗粒大小,细度值愈大,代表其颗粒愈细小,在相同重量之下,有较大的颗粒表面积,其水化反应则快速,混凝土的早期强度则较高,因此,水泥细度是水泥出厂性质表中相当重要的一项,以一般的规格而言,细度应在一定的数值之上。细度低于此数值时,可能会影响水泥的水化速率必须特别加以注意。

所谓的水泥细度,一般以单位重量之颗粒总表面积,亦即为「比表面积」,作为衡量依据,普通di yi型之细度一般在2800~3600(或称Blaine值)之间,而有早强需求之则会在制造过程中,增长研磨时间,以得到更小的颗粒、更大的颗粒表积,有的甚至可高达5000以上。

当水泥细度之比表面积值过低时,除可能导致反应速率减缓以外,也可能造成混凝土工作性不佳,而发生过量浮水的现象。由于水泥的研磨已经不是难度特别高的技术,因此,国内一般厂所生产的水泥,在水泥细度的达成上,并不会太困难。

3.1 水泥之水化反应

水泥的水化反应(Hydration reaction)指颗粒与水分接触后,所进行的化学反应,水化反应产生硬固产物,并释放若干热量。水泥水化反应的产物主要有C-S-H胶体与氢氧化钙(Ca(OH)2,或记为CH)晶体,其中C-S-H胶体占有多数体积,强度极高,稳定性高,是硬固水泥强度的主要来源。以水泥中含量zui多的成分C3S与C2S而言,其水化反应可以下列表示:

2C3S + 6H → C3S2H3(C-S-H) + 3CH

2C3S + 4H → C3S2H3(C-S-H) + CH

水泥原材料的水化反应受温度、水分以及可成长空间大小的影响极大,随水化程度的升高,原有的孔隙会逐渐被水化产物所填充,使始混凝土孔隙渐趋致密,但另一方面,因为可用空间减少,使的后续水化反应的进行受限,在没有足够空间供水化产物生成的情况下,水泥的水化反应因此受到抑制而逐渐减缓,这种模式使得混凝土中的水泥无法完全水化或者整个水化反应的时间拉的很长。

3.2 水化热

水泥与水接触进行水化反应,水化反应为放热效应,因此,在水化反应过程中,会逐渐释放出热量,称为水化热。水化热的产生,对水泥或混凝土的硬固过程而言,是无可避免的附带现象,多半的情形,会使得硬固水泥或混凝土的温度升高,而此升温的高低,则与参与水化反应的水泥总量、反应速率、环境温度、结构型式有关,在某些情况下,混凝土温度的升高,可能引致其材料内应力的发生,在降温的过程,会导致张应力,如整个升、降温幅度大,则其张应力可能会导致混凝土的开裂,对结构行为或耐久性而言,都是极为不利的,因此,有此种现象或可能施工的场合,应注意混凝土的升温控制,亦即,应注意水化热是否过高。例如:巨积混凝土(大型桥墩、水工结构物、建筑物基础等)因其尺寸大,内部混凝土形同处于一绝热状态(Adiabatic state),其所产生的水化热将要完全转化为混凝土升温,故巨积混凝土浇置时之温度控制,是极为重要的,并且是必要的。

就水泥原材料而言,凡是水化速率快、细度高、C3S或C3A含量高者,通常其水化热亦相对偏高,就混凝土配比而言,水泥用量高亦是高水化热的重要原因,再结构型上,普通建筑物或结构体的尺寸较小,相对暴露面积较大,故与环境之温度交换较为迅速,故热量累积所导致的混凝土升温,相对上较低,一般属于较不需考虑水化热者;至于前述的巨积混凝土构造物或尺寸较大的构件,则应将水化热所引起的混凝土升温,纳入施工考虑,务必要确保其升温,不致引起开裂的可能,否则,即应采取降温对策,例如:采用第二型或其他低热水泥、以碎冰取代部分水分、减少单次浇置体积或厚度等适用的措施。

三、骨材原材料

一般要求

骨材作为混凝土中的填充料,占据混泥土材料相当大比例的体积,其性质对混凝土的新拌及硬固性质均有重要影响。良好的骨材所应具备的条件包括:

1.1 洁净

骨材材应洁净无杂质,其所可能含有的泥土成分、有机物、有害物质及其它固态杂质等,应在一定标准之下,基本之标准可以参考国标之规定。一般情况下,开采自然河川的骨材,应无有害物质过量之虞,不过,如果含泥量过高时,在其进场过程中,应有适当清洗的程序,以避免所含泥土影响混凝土之质量。

1.2坚硬

由于骨材在混凝土中,主要扮演混凝土骨架与主体的角色,故混凝土所承受外来的冲击、磨耗、或侵蚀等作用,骨材均责无旁贷成为主要之抵抗者,故骨材应有相当程度坚硬与强韧的特性。

1.3强度

由于混凝土在构件的力学行为中,主要为承担压应力,故骨材亦应有一定的抗压强度,在受力达极限的状况下,材料的破坏应发生在浆体部分,而不发生于骨材中。对普通混凝土的配比而言,水泥浆体通常会成为混凝土中相对弱面的角色。

1.4无风化成分

骨材本身的材质直接影响混凝土的耐久性,特别是在大气环境条件较严苛,季节气温变化大,使混凝土常有冷缩热胀,甚至冻融现象,以及环境中酸、碱性物质丰富时,骨材本身的材料是否足以抵抗这些不利因子,对混凝土的耐久性有直接关联。所幸,多数天然砂石多已历经长时间大自然的淬炼,稳定性无虞,较需注意的是,在若情形下,部份大然砂石可能含有风化成分,是wei yi较不稳定的材质,在骨材的选择过程当中,应加以避免。

2. 骨材分类及级配

2.1混凝土的骨材分类方法有若干,分述如下:

混凝土骨材依尺寸大小分类,可分为粗骨材与细骨材。一般以#4号(即网径4.5㎜)作为分野,粒径大于#4者为粗骨材,粒径小于#4者为细骨材。此外,粗骨材粒径之zui大粒径与构件尺寸、钢筋间距等设计参数有关(zui大粗骨材粒径应为钢筋zui小间距之3/4),是混凝土材料规格的必要项目之ㄧ,一般不超过50㎜为原则,不过,如有特殊需要,并有配合设计措施者,则不在此限;细骨材zui小粒径则一般不小于0.075㎜(75μm或#200筛),过高的细粉含量,可能对混凝土工作度的掌控有负面的影响。

混凝土使用骨材一般均以以上述分类方式,分开贮存与计量,主要原因便是在于配比设计上,粗、细骨材各有不同的考虑,与不同混凝土性质有关,因此,此种分类是必要的。

2.2筛分析与骨材级配

混凝土原材料中骨材占了百分之八十左右,骨材除了本身材质的要求外,更重要的是骨材颗粒型状及大小分布情形,骨材颗粒的型状愈圆滑对混凝土的工作性愈有帮助,混凝土单未用水量可减少;但却会因骨材间缺乏相互的咬合,而损失一些混凝土的强度,所以骨材颗粒型状的选择,zui好能在圆滑及长扁之间取得某种平衡zui佳。另外,骨材颗粒大小的分布情形,更是影响混凝土特性的重要指标,混凝土骨材颗粒大小之分布,一般有如图所示之各种情形:

骨料分析

图骨材级配关系示意图(1)均匀尺寸(2)连续型级配(3)大粒径骨材取代部份小粒径骨材(4)跳级配(Gap-graded)骨材(5)缺乏细粒料级配

骨材大小粒径分布情况称为级配,为混凝土产制品管所应控制的重要骨材性质之ㄧ。骨材必须进行筛分析(sieve analysis)以测定其级配,所谓筛分析,意指以标准筛进行所欲测定的骨材中各种粒径的骨材重量百分率之测定。标准筛之筛网孔径大小如表3.5所示,一般以#4筛作为界限,#4筛以下之筛网,以筛号加以区分,如#8、#16等,#4筛以上者,以其孔径大小作为筛网代号,如1/2”,3/8”等。

标准筛之筛网孔径

进行实际摇筛过程后,记录受分析骨材滞留于各筛之重量百分比,即为筛分析结果,依据骨材各种粒径之重量百分比,评判其粒径分布情形是否合于规定。骨材是否为良好级配,可参照CNS 1240之判断标准,如细粒料之粒径分布情形符合表2.6之规定,粗粒料之粒径分布情形应符合表2.7之规定,则可视为良好级配骨材。骨材级配的规定,主要在于确保不同粒径大小的骨材,能在一适当的比例之下,形成良好的堆积效果,使其在新拌阶段,混凝土可以有良好的施工性,硬固后,则混凝土的孔隙为zui小程度。

细骨材级配要求

3. 细度模数

以细骨材而言,可将其滞留于各号筛之重量百分比,换算为各号筛之不通过率,加以累加后,除以100所得数值,称为细度模数(Fineness Modulus,简称FM),各号筛相对应之不通过率,即是将各号筛及大于该号筛之所有号筛各自的滞留百分比,加以累加所得之百分比值。

粗骨材级配要求

在骨材的选用及混凝土的级配设计上,粗、细骨材的级配及细骨材的细度模数是极重要的参考指标,特别是在混凝土工作性(坍度)的设计与调整,有极重要的功能。因此,骨材级配与细度模数的定义与相关试验方法,是混凝土品管人员所应熟知,并能正确而熟练操作计算的。

3.1粗细骨材之标准筛分析

3.1.1骨材zui大粒径之区分

以某骨材之zui大粒径为某号筛之尺寸时,则遗留在次一号筛上之骨材不得少于15%,例如某项骨材有15%以上停留在3/8〞之标准筛上,则其zui大粒径可指明为1/2〞,但如仅有14.5%停留在3/8〞之标准筛上,则其zui大粒径为3/8〞。

3.1.2骨材细度模数(FinenessModulus):

表示骨材粗细程度的方式,以F.M.表示;F.M.值系依骨材筛分析结果,各标准筛上所得之残留量改计为试样全量之百分比,各标准筛上之残留累积百分率之总和以100除之即得骨材之细度模数。

公式为 F.M.=Σ(各标准筛号残留累积百分率)/100

式中标准筛定为#100、#50、#30、#16、#8、#4、3/8〞、1〞、11/2〞及更大者;F.M.值的范围从0~10,值愈大表示级配愈粗。

3.1.3一般混凝土所用的骨材级配,细骨材F.M.值以2.3~3.1间为佳;粗骨材则以5.5~7.5间为佳,但更须注意其中粒料的级配限制。

4. 含泥量

原材料骨材中(包括粗、细骨材)粒径小于#200(0.075mm)粒料的重量百分比称之,亦即,在筛分析的试验中过#200筛的过筛率,即为骨材的「含泥量」。

若完全除掉骨材中的含泥量,会降低新拌混凝土的用水量,也很容易造成析离之不良。因此有适度的含泥量(大约在3%以上)则可获得较可靠的混凝土。

5. 比重与含水

物理上,比重之定义为物质之重量与同体积水重量之比值,此种比重称为真实比重(Ture specific gravity),但骨材颗粒间有空隙存在,其真实体积很难求得,故求骨材比重时所用之体积一般均包括颗粒间之孔隙在内,此种比重称为松比重(Bulk specific gravity)或容积比重。骨材之比重系指饱和面干(S.S.D.)状态下骨材之重量与同体积水重量之比,普通骨材之比重约为2.6~2.7,一般骨材比重高者质量较佳。

求骨材比重之方法可参考国标【细粒比重及吸水性之检验法】及【粗粒比重及吸水性之检验法】。

骨材常用之含水量状况,可概分为下列四种状况,如图所示:

(a) 炉干状况(oven-dry)

系将骨材放在干燥用烘箱内,以不超过110℃之温度干燥至骨材重量不变为止,一般认定此种状况为绝对干燥状态。

(b) 气干状况(air-dry)

系将骨材置于室温下,令其自然干燥,使古财之表面与内部成部分干燥之状态。

(c) 饱和面干状况(saturatedsurface-dry,SSD)

系指骨材颗粒内部孔隙内含水达饱和,而表面无附着水的状态。

(d) 湿润状况(wet)

系骨材内部呈饱和且表面有附着水之状态,通常以骨材浸水24小时才能达到此状况。

骨材含水状况

以上骨材含水状况,如表2.8所示,依骨材的含水性可定义出相关质及其相关的计算式:

骨材含水状况及其计算式

上列几种骨材含水状态的不同,即在于其吸水率的差异,因此,骨材吸水率的定义,即可由上述几种不同状态下之骨材重量测值求得,亦即:

骨材吸水量(Absorption)为骨材自炉干状态至饱和面干状态所吸取之水量,其与骨材炉干状况重量之比称为骨材之吸水率。

原材料骨材之吸水率是一极为重要的材料特性,与骨材之材质有关,在实务上,是一极为重要的混凝土配比设计参数,理论上,混凝土拌合时之骨材含水状态应为面干饱和,但在实务上,不论是预拌厂或骨材场如何储存其原料,都有非常大的困难将骨材的含水状态控制在面干饱和,因此,必须在所加入的拌和水量中去做调整,如骨材实际含水量大于其饱和吸水率,则应将骨材吸附多余水分于拌合水中扣除,反之,如骨材太干,其实际含水量小于其饱和吸水率,则应将不足水分加入拌合水量中,骨材含水情形过多或不足,都将显著影响混凝土性质,过干的骨材会降低附加剂的使用效率,也容易产生新拌混凝土的坍度损失(Slump Loose);反之,过高的骨材表面含水率易导致配比之失准,一般在拌合前,粗骨材表面含水率不得超过1%,细骨材则不得超过8%为原则,所以骨材含水情形是混凝土产制与品管的重要环节。

四、化学参料原材料

现在混凝土的配比中,除原有的水、水泥、粗细骨材等必要原料,有时还需另外添加「化学掺料」(ChemicalAdmixtures),以改善或调整混凝土性质,以满足混凝土施工上或力学性质上之需求,如工作度、凝结时间、强度发展速率与含氧量等。依国标之分类,混凝土化学掺剂可依其功能不同分为以下七型:

A 型:减水剂

B 型:缓凝剂

C 型:早强剂

D 型:减水缓凝剂

E 型:减水早强剂

F 型:高性能减水剂

G 型:高性能减水缓凝剂

就以上各型化学掺剂之特性,混凝土使用时应注意事项:

化学掺剂的种类

(1) 传统减水剂(water-red9ucing admixtures)

主要原材料为:羰基氢氧酸、木质磺酸素、聚合物等,其减水效果为5 ~ 10%,但因减水剂的种类、水泥细度、水泥化学成份含量、新拌混凝土温度及天拌合时添加时机等等的影响,减水效果会有很大的差异;水泥中的C3A在水化过程会吸附减水剂,而碱质会破坏减水剂,两者都会降低减水效果,因此用于C3A或碱金属氧化物含量偏高的水泥时,化学掺剂的添加量须相对的增加,且在拌合过程中在水投入完成后再投入,即拌合模式以「后加」方式为佳。

(2) 缓凝剂(retarding admixtures)

缓凝剂的材料包括糖类、酸类、木质磺酸素等,缓凝剂虽然有迟缓水泥中C3S之水化,但却会加速C3A之水化,造成坍损之不良。同样在新拌混凝土过程中,让水与水泥中的C3A先产生水化作用生成不易吸附缓凝剂的水化层,再添加缓凝剂,使C3S能得较多缓凝剂以延续凝结时间,故拌合模式仍以「后加」方式为佳。 因水泥的SO3与C3A之平衡发生变化,有可能与相同的减水剂或缓凝剂产生不同的交互作用,致使混凝土产生急凝或过度缓凝之异常现象。

(3) 促进剂(accelerating admixtures)

混凝土添加的目的在于缩短凝结时间及加速强度的发展,对于冬期施工的混凝土zui有效,但若被超量添加时,会强烈促进C3A的初期水化并无限期推迟C3S之水化作用,造成急凝而无终凝之异常现象。

(4) 高性能减水剂(water-reducinghigh rang admixtures),又称强塑剂(superplasticizer)或流动化剂(fluidifier)减水率至少须达到12%以上之减水剂称之,为目前业界使用zui广泛之化学掺剂,主要可分成下述四类:

di yi类:改良式磺化木质素(MLS)

造纸厂的「木质素」副产品,经中性化、析晶及发酵作用程序产生,分子结构为酚丙烷的取代物,含有氢氧根(OH-)、酸根(COOH-)、甲氧基及磺酸基等族,分子量大约从数百到十万左右。

第二类:磺化甲醛聚合物(SNF)

为工业废物之荼酸经过磺酸油或三氧化硫程序,再经甲醛诱导聚合,zui后磺酸被氢氧化钠中和而产生的盐类,分子量约10左右。此为国内zui典型的强塑剂材料。 第三类:磺化三聚氰氨甲醛聚合物(SMF) 为三聚氰氨与甲醛经由一般『树脂化』技术而产生者,分子量约在30000左右效果zui佳。

第四类:多元酸(multiacid)

为羧酸钠高分子聚合物,PCA(polycarboxylic acid sodium salt),由多聚羧酸高分子聚合而成,呈长链状高分子,行为与SNF、SMF不同,平均分子量在20000左右,多以钠盐形式存在,外观呈棕褐色,PH值为8~9.5。由于此类强塑剂有很好的减水范围,搭配适当的缓凝剂,可调制成各种适用性的掺剂,故在国内业界已慢慢取代其它种的化学掺剂。

2. 使用化学掺料应注意事项

不同的目的应使用不同的化学掺料。有时在工程的需要下,比须使用一种以上的化学掺料,以期获致其各自效果。此时,应注意各种化学掺料混合使用时,是否会互相影响其各自的效能关系,亦即所谓「兼容性」问题,当一种以上的化学掺料同时加入混凝土中,由于化学反应的关系,可能造成互相影响而使各自的效果受到折减,这在一般情况下,是常有的现象,故不是任河化学掺料都可以任意混用的。此外,兼容性的问题有时亦可能发生在化学掺料与水泥之间,不过,预拌厂在选择所使用的材料时,是否会发生这类的问题,其实是可以经由简单的测试而加以发现。

多数的化学掺料掺用于混凝土时,其所造成混凝土性质的改变通常不是单一的,亦即,部分化学掺料会有「负作用」的情形。例如,减水剂的使用通常在于提升混凝土的工作性或提高其抗压强度,但大多数的原材料减水剂也都有程度不同的缓凝作用,故在混凝土达到减水效果时,也可能同时发生缓凝的作用,有时减水剂添加过量,也是造成缓凝的主要原。因此,应视其缓凝的效果,在混凝土施工上,采取必要的对应措施,以免顾此失彼,影响原有工程进行得程序。

此外,化学掺料在贮存过程中,仍不免有变质、分解的现象,特别是制造后,存放一定时间之后,化学掺料与空气接触、或受阳光照射,都可能因而发生变质,影响其药效。故化学掺料在保存期间应定期加以测试,以确保其应有的性能。

五、卜作岚掺料原材料

1.卜作岚材料之范围

卜作岚材料(pozzolanicmaterials)原泛指具有卜作岚反应(pozzolanic reaction)能力的天然材料,一般为火山灰。卜作岚材料会与氢氧化钙(CH)反应,生成与水化反应产物类似的C-S-H胶体,称为卜作岚反应。卜作岚材料与水泥掺用时,进而消耗部分水化产物中的CH,转而生成强度、致密性较高的C-S-H胶体。故一般而言,卜作岚材料有辅助水泥、改善硬固水泥浆体孔隙结构、体升晚期强度的效果,就经济角度而言,以适量卜作岚原材料取代部分水泥,掺用于混凝土中,是合理而可行的方式。由于其为矿物成分,故一般亦称为「矿物掺料」(mineral admixture)。

在现代混凝土材料的应用上,飞灰(fly ash)与炉石(slag)为zui常用的卜作岚材料。飞灰为燃煤火力发电过程所衍生的煤灰,为极细微的颗粒,炉石粉则为炼钢过程所产生的炉渣,经由不同的冷却收集方式,可分为气冷炉石与水淬炉石,其中水淬炉石具有高度玻璃质成分,经研磨后,具极佳的胶结性,故一般应用于水泥工业者,即为水淬矿粉。

2. 使用卜作岚材料应注意事项

飞灰或炉石粉应用于混凝土中,可进行卜作岚反应,对混凝土的孔隙率与长期强度均有正面的帮助,同时,因为颗粒的特性,飞灰与炉石粉对新拌混凝土阶段的混凝土施工性而言,也都有改良的效果。就资源的有效利用而言,应用飞灰与炉石粉于混凝土中,应该是正确的方向。不过,以飞灰与炉石粉取代部分水泥,虽可节省材料成本,但其用量却应有所限制。

当部分水泥被以飞灰或炉石粉原材料取代时,代表水泥量少于原有的配比设计,故在浇置初期的混凝土强度成长,势必受到影响,在适当的卜作岚材料取代量之下,混凝土早期强度不致折减太大,而后续的卜作岚反应则可令混凝土强度持续成长,zui终可达到甚至超过不加卜作岚材料的混凝土强度。但如粉煤灰或矿粉使用过量时,则可能导致混凝土强度偏低的可能,于初期可能致使拆模时间延后,长时间则可影响结构物应有的承载能力。毕竟,水泥的水化作用仍然是混凝土性质的主要来源,如卜作岚材料取代水泥量过高,则会影响水化反应程度与混凝土强度,不可不慎。

基本上,「适量」应用卜作岚材料是重要的原则,就飞灰而言,10%以内的重量比取代水泥,应可使混凝土兼得经济性与耐久性的好处,而且不影响混凝土强度成长历程。至于炉石粉而言,则应以20%以内的重量比为原则。但如需要提高飞灰或炉石粉用量时,则应进行必要之验证工作,包括强度成长历程、体积稳定性等,以确认飞灰或炉石粉用量不造成不利影响。

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