C10	C60	使用位置	主砌塊
外觀	空心砌塊	特殊功能	耐腐蝕
聯(lián)系人	馮偉光

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水泥最早是在1824年被英國(guó)約瑟夫·阿斯普丁所發(fā)明，在那之前，人類并沒(méi)有水泥的概念，那個(gè)時(shí)候的建筑物一般都是使用木頭或者泥土來(lái)進(jìn)行建造，不過(guò)在古羅馬時(shí)期，人們已經(jīng)會(huì)使用火山灰和石灰加水來(lái)作為建筑的粘合劑，這樣能讓建筑物變得更加堅(jiān)硬，但那個(gè)時(shí)候的人們并不知道其中的原因。只是后來(lái)的約瑟夫·阿斯普丁通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)：石灰、黏土和礦渣按照一定的比例混合并進(jìn)行煅燒，經(jīng)過(guò)煅燒之后的產(chǎn)物磨細(xì)后通過(guò)加水便能夠直接硬化，強(qiáng)度很大，能與英國(guó)波特蘭島上的天然石材相媲美，于是人們又稱之為“波特蘭水泥”。


古羅馬建筑遺址
在1824年英國(guó)約瑟夫·阿斯普丁發(fā)明了水泥之后并申請(qǐng)了專利，水泥才被大批量的開(kāi)始使用，目前僅我國(guó)每年水泥的產(chǎn)量就近二十億噸，需求量十分巨大。水泥可以說(shuō)是對(duì)人類最大貢獻(xiàn)的發(fā)明之一。那么為什么水泥一加水就會(huì)神奇地變硬呢？我們先來(lái)了解這個(gè)問(wèn)題。



水泥制造以及硬化原理

水泥制造
常見(jiàn)的水泥一般都是硅酸鹽水泥，制造這類水泥的原料主要是石灰石、黏土和細(xì)砂，石灰石主要是提供碳酸鈣，而黏土和細(xì)砂可以提供水泥中所需的硅。為了節(jié)省時(shí)間和運(yùn)輸成本，水泥廠一般會(huì)直接建在露天開(kāi)采的石灰石礦場(chǎng)旁。


石灰石會(huì)使用爆破技術(shù)進(jìn)行開(kāi)采，開(kāi)采出來(lái)的都是巨大的石塊，因此還需要使用破碎機(jī)進(jìn)行破碎，破碎后的石灰水將會(huì)按一定的比例和黏土砂石等物質(zhì)混合，并一同磨細(xì)，進(jìn)行煅燒，內(nèi)部溫度可高達(dá)1500℃。煅燒過(guò)程是水泥形成的關(guān)鍵，通過(guò)煅燒，這些混合原料會(huì)發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)，形成一類加水即可硬化的膠凝材料。


在煅燒過(guò)程中，石灰石中的碳酸鈣會(huì)發(fā)生分解，生成氧化鈣，氧化鈣與氧化硅之間又會(huì)繼續(xù)反應(yīng)，生成硅酸鈣，硅酸鈣分為硅酸二鈣和硅酸三鈣，這兩種物質(zhì)是水泥能夠硬化的核心成分。反應(yīng)之后的產(chǎn)物會(huì)再次磨細(xì)，顆粒越細(xì)，在之后加入水時(shí)，水化反應(yīng)將會(huì)越充分，那么凝結(jié)之后的強(qiáng)度就會(huì)越高。


硬化原理
煅燒之后的產(chǎn)物我們就稱為水泥熟料，水泥熟料在加入水后，其中的硅酸鈣就會(huì)與水發(fā)生反應(yīng)生成水化硅酸鈣和氫氧化鈣，這兩種物質(zhì)的生成就是水泥加水能夠硬化過(guò)程中強(qiáng)度形成的原因。


水化硅酸鈣和氫氧化鈣會(huì)依靠氫鍵和分子之間的作用力緊密結(jié)合在一起，并且這些產(chǎn)物在生成過(guò)程中會(huì)不斷的生長(zhǎng)，形成的長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)會(huì)相互交織在一起，我們可以將它們想像從顆粒中延伸出來(lái)的無(wú)數(shù)條細(xì)針，這些細(xì)針相互穿插，相互交織，于是形成了很高強(qiáng)度的固化材料，這就是水泥為什么加水后攪拌就能夠硬化的原因。那么硬化后形成的混凝土壽命真的只有傳說(shuō)中的五十年嗎？



混凝土的壽命真的只有五十年？

實(shí)際上不考慮外界環(huán)境而單獨(dú)的去討論水泥的壽命有多長(zhǎng)是沒(méi)有意義的，固化的水泥能使用多久與它實(shí)際所處的環(huán)境息息相關(guān)，就好像鐵在潮濕的地方容易生銹很快就被腐蝕掉，而在干燥的空氣中則能長(zhǎng)時(shí)間不被氧化，在這種環(huán)境下，鐵的壽命可能是潮濕環(huán)境下的幾十倍。


兩千多年前的水泥建筑現(xiàn)在依舊保留著
水泥雖然在1824年才正式誕生，但人類使用這種具有水活性的物質(zhì)已經(jīng)有了幾千年的歷史，公元前一百多年前的古羅馬已經(jīng)開(kāi)始使用火山灰加水作為建筑粘接劑，只是那個(gè)時(shí)候人們并不知道這些東西到底是什么成分，又是怎么形成的。以我們現(xiàn)在的角度來(lái)看，很容易就能明白為什么火山灰具有這種性質(zhì)，這是因?yàn)榛鹕交彝瑯拥慕?jīng)過(guò)了高溫煅燒過(guò)程，讓礦物發(fā)生分解和化合反應(yīng)，產(chǎn)生了加水便能夠固化的硅酸鈣、鋁酸鈣等物質(zhì)，這些硅鋁酸鹽加水后發(fā)生水化反應(yīng)于是能夠凝結(jié)。這些固化產(chǎn)物與我們現(xiàn)在所使用的水泥實(shí)際成分類似，只是那個(gè)時(shí)候并沒(méi)有將它科學(xué)化、系統(tǒng)化的進(jìn)行研究，也就沒(méi)有水泥的批量化生產(chǎn)和大規(guī)模的使用，但這些建筑我們現(xiàn)在可以作為一種參考，例如古羅馬的萬(wàn)神廟至今已經(jīng)過(guò)去了兩千多年還保存完好。


正常情況下，混凝土的壽命遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)年限
不過(guò)目前國(guó)家按照不同使用標(biāo)準(zhǔn)對(duì)混凝土使用年限做了一定的規(guī)定，普通建筑物的設(shè)計(jì)使用年限為五十年，而特別重要的建筑設(shè)計(jì)年限為一百年。但這并不表示過(guò)了這個(gè)時(shí)候，水泥就不具有強(qiáng)度了，這只是一個(gè)最低設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，追蹤混凝土的使用年限一般會(huì)遠(yuǎn)大于這個(gè)時(shí)間。


混凝土壽命的長(zhǎng)短關(guān)鍵是看是否被腐蝕，這其中就有很多因素會(huì)影響水泥的壽命，例如由溫度變化、外界酸堿性變化、鹽溶液的腐蝕等等。

常見(jiàn)的比如鹽溶液中的氯離子會(huì)嚴(yán)重影響混凝土的性能，由于氯離子會(huì)與混凝土中的氫氧根離子發(fā)生交換，從而使混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)生溶解而坍塌，因此浸泡在海水中的建筑很容易被腐蝕掉，一般這些地方需要使用特種水泥材料或者使用一些防護(hù)措施來(lái)減少腐蝕從而增加使用壽命。


而我們居家的環(huán)境顯然沒(méi)有這么惡劣，正常的雨水沖刷或溫度變化對(duì)它們的影響并不會(huì)太大。例如美國(guó)上世紀(jì)的高層建筑——帝國(guó)大廈，竣工于1931年4月11日，曾是世界上最高的建筑物，至今已經(jīng)過(guò)去了近九十年，現(xiàn)在依舊是紐約的標(biāo)志性建筑之一，現(xiàn)在來(lái)看，帝國(guó)大廈依舊是那么的堅(jiān)挺。


所以說(shuō)，混凝土在正常環(huán)境下使用五十年完全不在話下，除非遇上極端的情況，比如天災(zāi)（洪災(zāi)、地震等劇烈破壞性因素），因此我們完全不必?fù)?dān)心五十年后質(zhì)量是否會(huì)嚴(yán)重下降，房子還能不能住等問(wèn)題，現(xiàn)在的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度足夠大，壽命能夠輕松超過(guò)百年，百年以后的事，可就不用我們過(guò)多操心了。

拌制水泥漿、砂漿、混凝土?xí)r所用的水和水泥的重量之比。水灰比影響混凝土的流變性能、水泥漿凝聚結(jié)構(gòu)以及其硬化后的密實(shí)度，因而在組成材料給定的情況下，水灰比是決定混凝土強(qiáng)度、耐久性和其他一系列物理力學(xué)性能的主要參數(shù)。對(duì)某種水泥就有一個(gè)最適宜的比值，過(guò)大或過(guò)小都會(huì)使強(qiáng)度等性能受到影響。 [1]
水灰比按同品種水泥固定。硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣水泥為0.44；
火山灰水泥、粉煤灰水泥為0.46。

混凝土的水灰比和塌落度過(guò)是建筑工程在施工中經(jīng)常要碰到的問(wèn)題，對(duì)于兩者的相互關(guān)系，大部分民工乃至部分施工技術(shù)人員和部分監(jiān)理人員，不是很清楚。



以為水灰比大就是塌落度大，塌落度大就是水灰比大，認(rèn)為兩者是一碼事，其實(shí)不然。



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這兩者之間有本質(zhì)的區(qū)分，但兩者之間又有相互牽連的關(guān)系。要說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題，得從混凝土的配合比設(shè)計(jì)說(shuō)起，現(xiàn)以重量比為例，配合比的計(jì)算順序如下：



1、計(jì)算水灰比，計(jì)算公式如下：Rh=0.46Rc(C/W-0.52)式中：Rh為混凝土的試配強(qiáng)度，Rc為水泥強(qiáng)度，C/W為灰水比，即水灰比W/C的倒數(shù)，其中C代表水泥，W代表水



從式中可以看出，混凝土強(qiáng)度同水泥強(qiáng)度成正比，同灰水比成正比，即同水灰比成反比，（水灰比為灰水比的倒數(shù)，1÷灰水比即為水灰比，1÷水灰比即為灰水比），因此灰水比越大則水灰比越小，混凝土強(qiáng)度越大則水灰比越小。



由此可見(jiàn)，在確定水灰比大小的計(jì)算中，水灰比只與混凝土強(qiáng)度和水泥強(qiáng)度兩個(gè)因素有關(guān)，與塌落度的大小是沒(méi)有關(guān)系的。



故水灰比是根據(jù)混凝土配比強(qiáng)度和水泥強(qiáng)度計(jì)算所得，是既定的，是不能任意改變的。



2、確定塌落度，塌落度是根據(jù)混凝土澆灌部位、構(gòu)件體積、鋼筋密集等情況確定的，如基礎(chǔ)工程塌落度可小一點(diǎn)，一般為10-30mm，柱梁工程一般為30-50mm，構(gòu)件細(xì)小或者配筋密集，混凝土較難澆灌，則塌落度應(yīng)適當(dāng)大一點(diǎn)，一般可在50-90mm。



3、確定用水量，每立方混凝土的用水量是根據(jù)塌落度的大小決定的，此外，與石子粒徑的大小和黃砂的粗細(xì)略有關(guān)系。



粒徑偏細(xì)的石子和細(xì)砂用水量略偏大，以中砂為例，石子最大粒徑40mm，塌落度30-50mm，每立方混凝土的用水量為180kg。關(guān)于用水量可在相關(guān)表中查得。



4、計(jì)算水泥用量，水泥用量根據(jù)每立方混凝土用水量和水灰比計(jì)算：即用水量Χ灰水比或者用水量÷水灰比，例如水灰比為0.5，用水量為180kg，則水泥用量為180÷0.5=360kg。



5、確定每立方混凝土的容重，一般混凝土每立方容重約2400kg，強(qiáng)度高的略重，強(qiáng)度低的略輕，但偏差不是很大。



6、計(jì)算砂石總用量，砂石總用量為砼容重—用水量—水泥用量，以上述為例，砂石總用量為砼容重2400—水180—水泥360=1860kg。



7、確定砂率并計(jì)算砂、石用量、砂率一般為35%，水灰比小的砂率略小，水灰比大的砂率略大，可根據(jù)試配混凝土的和易性調(diào)整砂率，以上述為例，中砂用量為1860Χ35%=651kg，石子用量為1860—651=1209kg。水、砂、石子用量分別除水泥用量，即成為以水泥為1的配合比，水泥1：水0.5:中砂1.81：石子3.36。



綜合上所述，水灰比是混凝土中水與水泥的比例，是計(jì)算所得，水灰比的大小只與混凝土試配強(qiáng)度和水泥強(qiáng)度有關(guān)，與塌落度的大小沒(méi)有關(guān)系。水灰比是保證混凝土強(qiáng)度的先決條件，這個(gè)比例在施工中自始至終不得改變。



而塌落度則是混凝土的干稀程度，即適宜混凝土施工的工作度，這就是我開(kāi)頭所講水灰比與塌落度有本質(zhì)的區(qū)分。



塌落度大并非水灰比一定大，例如商品砼，塌落度很大，一般都在120mm及以上，可它的水灰比不大，只是用水量大而按水灰比增大了水泥的用量，故商品砼的水泥用量比一般自拌砼要大。



因此水灰比和塌落度都是在配合比中規(guī)定了的，是不能任意改變的。如果任意增大塌落度，則水灰比相應(yīng)增大，這就是塌落度和水灰比的牽連關(guān)系。



所以我們平時(shí)經(jīng)常講到要控制塌落度保證水灰比，道理就在此。因此，在混凝土搗拌時(shí)要經(jīng)常做塌落度試驗(yàn)。



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有時(shí)在混凝土澆灌中，確實(shí)會(huì)碰到特殊情況，如局部構(gòu)件特別細(xì)小、配筋特別密集、澆灌有困難，這時(shí)可適當(dāng)增大塌落度，但必須按水灰比相應(yīng)增加水泥用量，例如水灰比為0.5，用水量比原配比每一拌增加了5公斤水，則5÷0.5=10，就是說(shuō)每拌應(yīng)增加10公斤水泥，這樣就仍然保持原來(lái)的水灰比。



在施工現(xiàn)場(chǎng)，工人們往往為了工作上省力，而任意增大用水量，則增大了水灰比，用他們自己的話講，我們只多加了一點(diǎn)水，水泥按配比沒(méi)有少放，對(duì)混凝土強(qiáng)度不會(huì)有影響。



當(dāng)真對(duì)強(qiáng)度沒(méi)有影響嗎？非也，這就是我們經(jīng)常講的要控制塌落度的原因，而且原因很簡(jiǎn)單，因?yàn)榛炷岭S著硬化過(guò)程，水分逐漸蒸發(fā)，在混凝土內(nèi)部形成空隙，水分越多，空隙當(dāng)然越多，從而降低了混凝土的密實(shí)度，則降低了混凝土的強(qiáng)度。



若為操作省力，增大塌落度，必須影響混凝土強(qiáng)度，此時(shí)只能按水灰比增加水泥用量，才能保證規(guī)定的水灰比，從而保證強(qiáng)度，但這無(wú)疑造成了水泥的浪費(fèi)。因此，控制塌落度，不造成水泥的浪費(fèi)，也有其一定的經(jīng)濟(jì)意義。