原材料对混凝土的影响

浅谈原材料对混凝土的影响

【摘要】混凝土是工程建设过程中不可或缺的材料，本文主要对原材料对混凝土的影响作了一些探讨。

【关键词】原材料混凝土

混凝土，简称为“砼（tóng）”：是指由胶凝材料将集料胶结成整体的工程复合材料的统称。通常讲的混凝土一词是指用水泥作胶凝材料，砂、石作集料；与水（加或不加外加剂和掺合料）按一定比例配合，经搅拌、成型、养护而得的水泥混凝土，也称普通混凝土，它广泛应用于土木工程。

混凝土中，最重要的胶凝材料就是水泥，粉状水硬性无机胶凝材料，加水搅拌成浆体后能在空气或水中硬化，用以将砂、石等散粒材料胶结成砂浆或混凝土。硅酸盐类水泥的生产工艺在水泥生产中具有代表性，是以石灰石和粘土为主要原料，经破碎、配料、磨细制成生料，然后喂入水泥窑中煅烧成熟料，再将熟料加适量石膏（有时还掺加混合材料或外加剂）磨细而成。

煅烧熟料的设备主要有立窑和回转窑两类，立窑适用于生产规模较小的工厂，大、中型厂宜采用回转窑。近年来，国外大多数立窑已被回转窑所取代，但在当前中国水泥工业中，立窑仍占有重要地位。为了商品混凝土适应时代的发展，水泥宜采用回转窑生产的水泥。

为了缩短工期，减少拆模时间，中国大部分商品混凝土都在使用早强水泥，而早强水泥，片面的追求强度而使水泥比面积过大，早

期强度过高，而使水泥强度长期增长率低，甚至倒缩。太细的水泥降低与外加剂的相容性，增加混凝土的需水量，需水量越大，混凝土的坍损越大。所以早强水泥不利于混凝土长期性和耐久性的发展。

生产水泥排出的co2对温室效应有很大的影响，生产一吨的水泥熟料，约产生一吨的co2。生产水泥的原材料石灰石在我国的贮藏量仅为500亿吨，以现在水泥的生产速度来看，仅够生产40年。为了缓解中国混凝土市场对水泥的大量需求，工程技术人员一直致力研究用其他材料等量替代或超量替代水泥的办法。用矿粉和粉煤灰替代水泥，就是现阶段多掺混凝土中利用比较广泛的两个例子。它们的掺入，可以使混凝土降低温度峰值，增加混凝土的和易性，利用三次水化反应，来增加混凝土的密实度。

水泥是由熟料和一定的矿物掺合料磨细而成，有较高的活性，因此它首先水化（也叫一次水化），生成铝酸盐，铁铝酸盐和大量的硅酸盐凝胶，填充粗、细骨料的孔隙，并将粗、细骨料很好的胶结到一起。

矿粉是由炼铁过程中产生的废渣磨细而成，它主要成分是二氧化硅，本身活性很低，在水中靠自身水化非常缓慢，只有在碱环境中靠碱激发才能很好水化，因此它在砼中的水化比水泥慢，必须等水泥水化后生成氢氧化钙后，它才能在氢氧化钙的激发下，与氢氧化钙反应形成硅酸盐凝胶，所以混凝土中矿粉的水化被称为二次水化。由于它比水泥细，填充在水泥颗粒形成的孔隙中，更重要的是

它与氢氧化钙反应后形成的硅酸盐，体积比其自身体积大，能够产生微膨胀效应，起到很好的填充作用，使混凝土更加致密。

粉煤灰是由发电厂发电过程中产生的烟尘，是通过静电除尘设备收集的，也被称作原状灰。它的颗粒形态是玻璃球状体，颗粒表面有一层致密层，只有在碱环境下，靠碱腐蚀其致密层，破壁后才能充分水化，它的主要成分是二氧化硅和三氧化二铝。由于有一个破壁的过程，所以它比矿粉在混凝土中的水化还慢，因此被称为三次水化。由于它比水泥细，填充在水泥颗粒形成的孔隙中，更重要的是它与氢氧化钙反应后形成的铝酸盐和硅酸盐，体积比其自身体积大，能够产生微膨胀效应，起到很好的填充作用，使砼更加致密。混凝土的三次水化，充分利用填充效应，产出密实性非常好的混凝土，从而使混凝土达到低渗透性，高弹性模量，达到高耐久性。砂石质量的差异对混凝土性能及其经济性的影响也很重要，使用中砂时，混凝土的工作性最好，且强度发展比较理想。当砂为粗砂时，混凝土的和易性明显变差，黏聚性，裹浆性差，流动性一般。从强度发展来看，与中砂相当。当砂为细砂时，外加剂掺量大，混凝土黏聚性好，但流动性差，强度相对中砂偏低，若要达到中砂混凝土强度水平，必须增加胶凝材料用量。

在水胶比一定的情况下，减水剂的掺量随着河砂含泥量的增加而增加，当含泥量大于1.0%时，混凝土流动性变差，坍落度，扩展度变小，黏聚性变差。当河砂含泥量在1%—3%时，对混凝土强度的影响差异不大，但当河砂含泥量大于3.0%时，其强度下降较大。碎石

含泥量大于2.0%时，混凝土强度明显下降。

综上所述，从混凝土成本的经济性考虑，在选择河砂时，其含泥量不宜过大，应小于1.5%为宜，且砂的细度模数应控制在中砂范围内，而碎石的含泥量应控制在1.2%以内。

由于绝大多数采石场仍使用成本低廉的颚式破碎机，材质越硬的石料，破碎后针片状颗粒越多，粒径小于10mm的颗粒几乎都是针片状颗粒，实际上缺少5—10mm粒级的颗粒。应大力提倡采石场使用先进的反击式破碎机。砂子由于资源几乎枯竭，也无法讲究级配，因此这几年来混凝土的用水量居高不下。

随着社会的发展，为改善和调节混凝土的性能、节约水泥而掺加的有机、无机或复合的化合物。混凝土外加剂在工程中的应用越来越受到重视，，外加剂的添加对改善混凝土的性能起到一定的作用。但外加剂的选用、添加方法及适应性将严重影响其发展。

聚羧酸系高性能减水剂性能优点：1、掺量低，减水率高，一般掺量为0.15—0.25%，减水率25—30%，在接近极限掺量0.25%时，减水率可达到40%以上；2、混凝土拌合物的流动性好，工作性可保持6—8小时；3、早期抗压强度的提高更为显著；4、混凝土收缩低；

5、总碱含量极低，降低了发生碱骨料反应的可能，提高混凝土耐久性；

6、在生产和使用过程中对人体健康无危害；

7、有一定的引气性，平均在3—4%。

聚羧酸系高性能减水剂的缺点：1、混凝土坍落度经时损失未必

小；2、混凝土配合比合适时，拌合物工作性好，粘度低，抗离析泌水能力好，但对掺量极为敏感；3、低强度等级混凝土泌水严重；

4、复配技术难度大，使用技术不成熟；

5、对水泥品种其中碱含量敏感；

6、原料和工艺不同时，性能差别很大；

7、成本较高。

而奈系外加剂的优点是技术成熟，价格低廉，缺点是减水率偏低，混凝土状态不理想。所以我们可以在生产c60以下混凝土时，使用技术比较成熟，价格低廉的奈系外加剂，生产c60以上的高强混凝土时，使用减水率高的聚羧酸外加剂。

随着混凝土技术的发展，以及各种新型材料的运用，未来混凝土及混凝土结构的性能将得到不断的改善和提高，从混凝土原材料入手，来解决高性能混凝土的发展难题。