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文档简介

1、商品砂浆的组成材料商品砂浆的组成材料 商品砂浆组成材料商品砂浆组成材料1)骨料:砂2)胶凝材料:水泥、矿物掺合料(辅助胶凝材料)3)化学外加剂:胶粉、减水剂、增粘剂、引气剂、消泡剂、4) 纤维商品砂浆的特点商品砂浆的特点品种多样,性能各异。原材料品质和配合比可精确控制。通过微量组分(外加剂)调整性能。水泥浆水泥浆大颗粒骨料大颗粒骨料(粗砂)(粗砂)小小颗粒骨料颗粒骨料(细砂)(细砂)粉状材料粉状材料胶凝材料什么叫胶凝材料?胶凝材料有几类? 胶凝材料的定义: 凡能在物理、化学作用下,从浆体变成坚固的石状体,并能胶结其他物料而具有一定机械强度的物质,统称胶凝材料。 胶凝材料分为无机胶凝材料(水泥、

2、石灰、石膏等)和有机胶凝材料(沥青、树脂等) 无机胶凝材料分为只能在空气中硬化的气硬性胶凝材料,以及既能在空气中、也能在水中硬化的水硬性胶凝材料。凡是细磨成粉状,加入适量水后成为塑性浆体,既能在空气中、也能在水中硬化,并能将砂、石等散粒或纤维状材料胶结在一起的水硬性胶凝材料,通称为水泥。Cement是含义很广的名词,包括1)水泥2)胶泥,胶结剂3)牙骨质气硬性胶凝材料石灰石膏氯氧镁材料水硬性胶凝材料水泥矿渣天然人工工业废渣火山灰材料火山灰材料(具有潜在水硬性)无机胶凝材料只能在空气中硬化即能在空气中又能在水中硬化需要激发剂激发GB 175-2007通用硅酸盐水泥 从2008年6月1日起实施。

3、取代GB175-1999硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、GB1344-1999矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、GB12958-1999复合硅酸盐水泥三个标准。GB 175-2007通用硅酸盐水泥 非等效采用欧洲标准EN197-1.2000通用波特兰水泥。 以硅酸盐水泥熟料和适量石膏,及规定的混合材制成的水硬性胶凝材料。 按照混合材的品种和掺量,将通用硅酸盐水泥分为:硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥。纯硅酸盐水泥P.I, P.II普通硅酸盐水泥P.O矿渣硅酸盐水泥P.S火山灰硅酸盐水泥P.P粉煤灰硅酸盐水泥P.F石灰石

4、硅酸盐水泥通用水泥快硬水泥低热水泥膨胀水泥油井水泥耐火水泥装饰水泥其他特种水泥水 泥中国的水泥分类强度等级:32.542.552.562.5复合硅酸盐水泥PC水泥的历史 古埃及时代使用石膏和石灰 希腊和罗马时代石灰火山灰混合物 中国古代三合土:石灰、炉渣和黄土混合物 波特兰水泥的发明: 1824年英格兰建筑工人J. Aspdin申请了第一个专利。采用高温煅烧,生产现代意义的硅酸盐水泥。罗马万神殿直径43米的穹顶是古代罗马人使用水硬性胶凝材料的典范。 19世纪末出现回转窑,开始大规模工业化生产水泥,并制订标准统一水泥质量。 同时Michaelis和Le Chatelier建立水泥化学,提出水泥水

5、化模型。 1930s 确定硅酸盐水泥的相组成,Bogue提出硅酸盐水泥熟料的相组成计算公式。 1970s 发明窑外分解窑煅烧工艺,硅酸盐水泥熟料的煅烧热耗已接近理论值。水泥的生产水泥的生产 硅质原料硅质原料(粘土)(粘土)钙质原料钙质原料(石灰石)(石灰石)铁质原料铁质原料+煅烧煅烧1450粉磨粉磨石膏石膏熟料熟料水泥水泥生料生料配料、粉磨硅酸盐水泥矿物组成硅酸盐水泥矿物组成硅酸三钙 C3S (4560%)硅酸二钙 C2S (1530%)铝酸三钙 C3A (213%)铁铝酸四钙C4AF(915%)C = CaO S = SiO2 A = Al2 O3 F = Fe2O3H =H2O = SO3

6、硅酸盐水泥组成矿物的含量范围SEM背散射电子像背散射电子像光学显微镜照片光学显微镜照片板状晶体为阿利特晶体;园形晶体为贝利特晶体;深色中间相为C3A,浅色为C4AF。硅酸盐水泥熟料显微结构硅酸盐水泥熟料显微结构水泥的矿物组成与性能变化 在20世纪30年代,硅酸盐水泥熟料中的C3S含量仅30%左右,比表面积约220m2/kg。这样的水泥早期强度低,强度发展速率也低。 1995年Gebhardt的调查报告显示,过去的70年中,美国ASTM I型硅酸盐水泥的7天强度翻了一翻,从17MPa提高到31MPa。 现在我国大型水泥厂生产的硅酸盐水泥熟料中的C3S含量超过50%, PO-42.5水泥的比表面积

7、340 370 m2/kg,3天抗压强度30MPa左右。 我国通用水泥标准的演变过程2002年我国通用水泥产量统计时间国家32.542.552.562.52002年中国54.541.43.90.21997年德国61.632.45.7-1997年法国48.211.332.6-国内外市场销售水泥的强度分布()我国大中型水泥厂熟料矿物组成及性能国外水泥熟料矿物组成及性能通用硅酸盐水泥分类矿渣硅酸盐水泥 P.S.A:矿渣掺量为2150 P.S.B:矿渣掺量为5170取消了老标准中的附录A混合材的品种有了严格的限制不再允许自行开发新的混合材品种通用硅酸盐水泥组成材料 硅酸盐水泥熟料:硅酸盐水泥熟料:由主

8、要含CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3的原料,按适当比例磨成细粉,烧至部分熔融所得以硅酸钙为主要矿物成分的水硬性胶凝物质。其中硅酸钙矿物不小于66%,氧化钙和氧化硅质量比不小于2.0。 石膏石膏天然石膏天然石膏:应符合GB/T 5483中规定的G类或M类二级(含)以上的石膏或混合石膏。工业副产石膏工业副产石膏:以硫酸钙为主要成分的工业副产物。采用前应经过试验证明对水泥性能无害。新增加M类石膏,取消硬石膏通用硅酸盐水泥组成材料 活性混合材料:活性混合材料:粒化高炉矿渣、粒化高炉矿渣粉、粉煤灰、火山灰质混合材料。 非活性混合材料:非活性混合材料:活性指标低于标准要求的粒化高炉矿渣、粒化高炉矿

9、渣粉、粉煤灰、火山灰质混合材料;石灰石和砂岩,其中石灰石中的Al2O3含量应不大于2.5%。 窑灰窑灰: 助磨剂助磨剂: 水泥粉磨时允许加入助磨剂,其加入量应不大于水泥质量的0.5%。为了控制乱加激发剂 在普通硅酸盐水泥中掺加的活性混合材料中,允许用不超过水泥质量8%的非活性混合材料或不超过水泥质量5%的窑灰代替。 在矿渣硅酸盐水泥中允许用不超过水泥质量8%的活性混合材料、非活性混合材料或窑灰中的任一种材料代替矿渣。 复合硅酸盐水泥的混合材为由两种(含)以上活性混合材料或/和非活性混合材料组成,其中允许用不超过水泥质量8%的窑灰代替。掺矿渣时混合材料掺量不得与矿渣硅酸盐水泥重复。 水淬高炉矿渣

10、 具有微弱的胶凝性 矿物组成主要包括:2CaOSiO2,黄长石 2CaOAl2O3SiO2镁蔷薇辉石 3CaOMgO2SiO2主要部分是玻璃态矿渣质量评价 质量系数: 活性指数2 . 1TiOMnOSiOOAlMgOCaO2232K0/100%dddARR某龄期试验砂浆的强度Rd与对比砂浆的强度R0d之比。EN197-1规定 玻璃体含量2/3 CaO+MgO+SiO2总量2/3 (CaO+MgO)/SiO2 1低钙粉煤灰(F类) 电厂煤粉炉烟道气体中收集的粉末。 CaO10%),本身具有水硬性。 由于存在安定性不良的危险,应用存在问题。高钙粉煤灰的XRD图谱粉煤灰的质量等级 根据粉煤灰的细度、

11、需水量比和烧失量的大小,分为3级。I级粉煤灰品质最好。硅酸盐水泥的强度等级 根据标准胶砂试件在规定龄期的抗压强度和抗折强度分级。 在同一强度等级中,根据早期强度高低,又分为普通和快硬(R)两种。品 种强度等级抗 压 强 度(MPa)抗 折 强 度(MPa)3d28d3d28d硅酸盐水泥42.517.042.53.56.542.5R22.04.052.523.052.54.07.052.5R27.05.062.528.062.55.08.062.5R32.05.5普通硅酸盐水泥42.517.042.53.56.542.5R22.04.052.523.052.54.07.052.5R27.05.0

12、矿渣硅酸盐水泥火山灰硅酸盐水泥粉煤灰硅酸盐水泥复合硅酸盐水泥32.510.032.52.55.532.5R15.03.542.515.042.53.56.542.5R19.04.052.521.052.54.07.052.5R23.04.5通用硅酸盐类水泥各龄期的强度值 我国水泥的强度等级 硅酸盐水泥的强度等级分为42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R六个等级。 普通硅酸盐水泥的强度等级分为42.5、42.5R、52.5、52.5R四个等级。 矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥的强度等级分为32.5、32.5R、42.5、42.5R、

13、52.5、52.5R六个等级。 强度检验时的用水量 按GB/T 17671的规定 对于火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥和掺火山灰质混合材的普通硅酸盐水泥,如果胶砂流动度小于180mm,应以0.01的整倍数递增的方法将水灰比调整到胶砂流动度不小于180mm。组分的检验 要求水泥厂对水泥组分进行检验,其检验方法可灵活采用(GB/T 12960或其它准确性更高的方法)。 新标准规定了组分的偏差范围。 主要是为了使混合材的掺量合乎标准。 要求在出厂检验报告中指明混合材的品种和掺量。化学组成的限制 不溶物和烧失量不溶物和烧失量:仅对硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥有要求。 SO3:一般3.

14、5;但对矿渣硅酸盐水泥4.0。 MgO: 硅酸盐水泥 5;其它 6。超过上述数值,需作压蒸安定性试验并合格。 氯离子氯离子: 0.06(新增加的指标!新增加的指标!) 碱含量碱含量:按Na2O+0.658K2O计算值表示。若使用活性骨料,用户要求提供低碱水泥时,水泥中的碱含量应不大于0.60%或由买卖双方协商确定。 原标准规定检测熟料中的MgO,无法检测。现改为检测水泥;对于P.S.B不规定物理指标 细度:硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的比表面积大于300m2/kg 矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥以筛余表示, 80微米方孔筛筛余不大于10% 45微米方孔筛筛余

15、不大于30% 细度指标 现在达到国标规定的指标不是问题;用户现在要求水泥不能过细。 无论从保证产品质量,还是控制生产流程,80微米筛筛余都已失去意义。推荐使用45微米筛筛余控制生产。 不作为限制性指标,但需给出测定结果,供用户参考。凝结时间凝结时间:硅酸盐水泥初凝不得早于45min,终凝不得迟于6.5h。普通硅酸盐水泥初凝不得早于45min,终凝不得迟于10h。安定性安定性:用沸煮法检验必须合格。欧洲、日本、中国等国家标准规定的物理性能欧洲、日本、中国等国家标准规定的物理性能指标非常接近,相比较我国规定的安定性指标还严指标非常接近,相比较我国规定的安定性指标还严格些,而美国标准体系因检验方法不

16、同,因此物理格些,而美国标准体系因检验方法不同,因此物理性能指标没有可比性。性能指标没有可比性。物理指标出厂检验报告 出厂检验项目(化学指标、凝结时间、安定性、强度)新增条款! 细度 混合材品种和掺量 石膏品种和掺量 助磨剂品种和掺量 旋窑或立窑生产 合同约定的其它技术要求不再要求熟料全分析和矿物计算结果增加了用户的话语权出厂品质 不小于标志质量的99(原为98)。 随机抽取20袋,总量不小于1000kg(含包装袋)。 包装袋的标志印刷颜色有所变化。水泥产品检验规则 分为合格品和不合格品。不再有废品分为合格品和不合格品。不再有废品凡化学组成与凝结时间、安定性、强度中的任一项不符合标准规定者,为

17、不合格品。取消了细度和混合材掺量的规定。不再有废品废品和不合格品不合格品的区别。不合格品如何处理?水泥出厂与交货 出厂编号比原标准放大,主要是现在生产规模大了。 交货时的质量验收基本不变。 安定性仲裁检验,应在取样之日起10日内完成。其他品种水泥其他品种水泥1)铝酸盐水泥:硬化、强度发展非常迅速,适用于抢修工程和耐火材料,但当温度高于30时,存在强度倒缩明显的问题;2)硫铝酸盐与铁铝酸盐水泥:我国发明;具有硬化较快、早期强度高、微膨胀、碱性低等特点,适用于低温施工、特殊工程或环境中使用。已用于配制C80混凝土应用在高层建筑等工程的建设。铝酸盐水泥 凡以铝酸钙为主的熟料,磨细制成的水硬性胶凝材料

18、称为铝酸盐水泥。 铝酸盐水泥熟料以矾土和石灰石为原料,经熔融或烧结制成,以铝酸一钙(CaO.Al2O3,CA)和二铝酸钙(CaO.2Al2O3,CA2)为主要组成物相。 铝酸盐水泥具有早强高强、耐高温、耐化学侵蚀等特性。当与石膏共同水化时,能生成膨胀性水化产物水化硫铝酸钙。 铝酸盐水泥可用于抢修抢建、耐硫酸盐腐蚀和冬季施工工程以及配制膨胀水泥和自应力水泥。 铝酸盐水泥存在后期强度下降的问题。被禁止用于结构工程。 铝酸盐水泥用途 铝酸盐水泥主要用于配制耐热混凝土、混凝土膨胀剂和化学建材产品,包括自流平砂浆、地坪砂浆、瓷砖粘结剂以及快硬高强的砂浆等。 铝酸盐水泥还可作为硅酸盐水泥的促凝剂使用,虽然

19、凝结时间与硅酸盐水泥相似,但是它可以提供快速的强度发展。 铝酸盐水泥的水化特性 铝酸盐水泥水化很快,水化612h就释放出大部分水化热,24h水化热达209kJ/kg,接近硅酸盐水泥7d的水化热。 在低温下,铝酸盐水泥可依赖本身水化放热,使混凝土内部维持较高温度,从而较好地发挥强度。在24负温养护14d后转标准养护条件下,早期强度可达到标准养护的8590,28天强度基本与标准养护的相同。 铝酸盐水泥的水化特性 虽然传统观念认为铝酸盐水泥不能与硅酸盐水泥混合使用,但是最近的研究成果和工程实践显示,适量掺加铝酸盐水泥能够促进硅酸盐水泥的凝结和硬化速度。 硅酸盐水泥的凝结时间随着铝酸盐水泥加入量的增加

20、而逐渐加快。要达到促凝效果需要有一个最低的铝酸盐水泥加入量。铝酸盐水泥掺量, 三种硅酸盐水泥的初凝时间变化曲线 需根据硅酸盐水泥的以下特性确定铝酸盐水泥掺加量: 细度 铝酸三钙的含量 混合材料的质量和基本性能 在制造过程中所使用的硫酸钙的种类 硫铝酸盐水泥 以无水硫铝酸钙(3CaO.3Al2O3.CaSO4,C4A3)、铁铝酸四钙(4CaO.Al2O3.Fe2O3,C4AF)和硅酸二钙(2CaO.SiO2,C2S)为主要矿物相的硫铝酸盐水泥熟料,掺加适量的石膏,混合粉磨得到的水硬性胶凝材料称为硫铝酸盐水泥。 国家标准规定硫铝酸盐水泥熟料中的Al2O3含量不小于30,SiO2含量不大于10.5。

21、 硫铝酸盐水泥分为快硬硫铝酸盐水泥、低碱度硫铝酸盐水泥和自应力硫铝酸盐水泥3类。 硫铝酸盐水泥的水化 硫铝酸盐水泥熟料矿物水化时,C4A3与石膏或硬石膏发生反应,形成高硫型水化硫铝酸钙(AFt),同时还产生氢氧化铝凝胶;当石膏(或硬石膏)加入量较低时,还会形成低硫型水化硫铝酸钙(AFm)。 C2S形成水化硅酸钙凝胶,同时析出氢氧化钙。氢氧化钙会与氢氧化铝凝胶、石膏发生二次反应,形成AFt和AFm。 _S_S硫铝酸盐水泥的水化在硫铝酸盐水泥水化浆体的碱度较低,pH值通常在1112之间。钙矾石是在Ca(OH)2低于饱和浓度条件下形成的,膨胀性较小,在形成钙矾石的同时,还形成了起致密增强作用的氢氧化

22、铝凝胶。硬化水泥石中强度和膨胀两个因素配合较好,因此硫铝酸盐水泥具有较好的膨胀性和较高的强度。根据水泥中所含石膏含量的高低,所得水泥石的膨胀性能不同。石膏含量越高,水泥石膨胀性越大。 快硬硫铝酸盐水泥的性能 强度等级以3d抗压强度评定,分为42.5、52.5、62.5、72.5四个强度等级。 水泥的比表面积不低于350m2/kg,初凝不得早于25min,终凝不得迟于3h。 用这种水泥配制的砂浆或混凝土,即使拌合后立即受冻,然后再恢复正温养护,最终强度基本上不降低,因此可在负温(-15-25C)的条件下使用。 用快硬硫铝酸盐水泥配制的混凝土表面可能会出现“起砂”现象,施工早期如能很好地养护和加强

23、抹面,这一现象可以克服。快硬硫铝酸盐水泥在不同龄期的强度值 强度等级抗压强度(MPa)抗折强度(MPa)1d3d28d1d3d28d42.530.042.545.06.06.57.052.540.052.555.06.57.07.562.550.062.565.07.07.58.072.555.072.575.07.58.08.5砂浆发生开裂的条件在约束下变形产生的拉应力超过实时的在约束下变形产生的拉应力超过实时的抗拉强度。抗拉强度。 必须同时考虑三个条件:变形的大小、约束的程度、实时抗拉强度。混凝土收缩应力、抗拉强度和徐变的关系 结构内导致应力产生的约束变形可能引起开裂的变形主要是收缩,包括

24、:温度收缩自收缩干缩干燥收缩 停止养护后,环境相对湿度低于100%,砂浆干缩即开始。 在干燥的空气中,收缩会持续进行。 完全干缩值可超过1000微应变。 对于普通砂浆,收缩是一个缓慢的过程,持续时间可长达数年。 为了达到高强早强的目的而大量使用高早强水泥, 造成混凝土产生较大的早期自收缩、温度收缩和可能的干燥收缩。 不正确的设计与施工造成非不可避免的约束。 在高的早期弹性模量和低徐变下产生较大拉应力。当混凝土内部这种拉应力超过实时抗拉强度时,就会发生开裂。 导致混凝土结构开裂的因素综合避免混凝土结构开裂的措施建设者改变追求高早强的观念,尽量控制2天内强度增长速率,对竣工时间长的大型工程(如高层

25、建筑), 尽量延迟强度验收期限。设计时尽量避免复杂的几何形状,以减少应力集中,尽量减小约束的作用。选用开裂敏感性小的水泥(低C3A、低C3S、低碱、低比表面积),抗裂性好的矿物掺和料以及热膨胀系数小的粗骨料。混凝土配合比设计时尽量减小硅酸盐水泥用量,提倡使用引气剂。我国水泥生产的问题是什么? 水泥强度偏低? 质量波动大? 与外加剂的相容性?B 厂D 厂J 厂L厂3 天28 天3 天28 天3 天28 天3 天28 天样本数218198平均值(MPa)27.950.928.653.223.850.029.758.8标准差(MPa)1.781.911.722.882.521.816.444.66最

26、大值(MPa)30.853.831.556.528.153.246.263.8最小值(MPa)23.847.326.248.419.746.124.149.4部分大型预分解窑厂生产的PO-42.5水泥的抗压强度统计强度偏高,早强已超过52.5水泥的水平。强度波动大。我们是否需要高强、高早强的水泥?优点:可制备高强混凝土 加快施工速度缺点:易开裂 耐久性差 耗费较多资源和能源什么水泥是“好的”水泥? 目前提高水泥强度的主要技术路线是增加 C3A、C3S, 提高比表面积 强度的高限和低限同等重要 抗裂性比强度更重要不同强度的水泥能配出相同强度的砂浆 质量均匀最重要 7天开裂天开裂 14天开裂天开裂

27、 两个大厂的两个大厂的PO-42.5硅酸盐水泥硅酸盐水泥成型温度成型温度18;24h24h后拆模并在室外负温下放置后拆模并在室外负温下放置高强、早强的水泥的负面作用 熟料和水泥的强度过高将导致资源浪费,熟料和水泥的强度过高将导致资源浪费,加重生态环境负担。加重生态环境负担。 不利于混凝土结构避免开裂不利于混凝土结构避免开裂 对混凝土结构的耐久性不利对混凝土结构的耐久性不利高强高细度水泥的弊病 Mehta和Burrows认为美国自1974年以来桥面板的耐久性问题日益突出的直接原因是使用具有较高早期强度的水泥和混凝土。 Neville指出标准中对水泥的细度、C3S含量和早期强度没有限制导致了混凝土

28、损坏程度增加。 提高水泥熟料中C3S和C3A的含量;提高水泥的粉磨细度,需要消耗较多的优质原料和能源,向大气排放更多的CO2,加重生态环境负担。 增加烧成热耗和粉磨电耗,增加了生产成本。在许多国家的标准中,对于水泥的最高强度是有限制的。 美国ASTM C1157-98a“水硬性水泥的标准性能规范”中,规定通用水泥的3天和7天强度分别不得大于20 MPa和30 MPa;中热水泥的3天和7天强度分别不得大于15 MPa和20 MPa。 欧洲标准ENV 197-1中,规定32.5号和42.5号水泥的28天强度最高分别不得超过52.5MPa和62.5 MPa。 节约资源、保护环境 提高产品质量的稳定性

29、 提高不同厂家生产的同一品种水泥的一致性我国在今后的标准修订时也应该考虑增加水泥的强度上限值。 水泥细度越大,水化速率越快,越易水化完全,对水泥胶凝性能的有效利用率就越高;水泥强度,特别是早期强度也越高。 粗颗粒水泥只能在颗粒表面水化,未水化部分只起填料的作用。水泥细度的影响 在一般条件下,水泥颗粒大小与水化的关系是:10 m ,水化最快3 30 m,水泥的主要活性部分 60 m,水化缓慢 90 m,表面水化,只起微集料作用 粒径20的颗粒一个月后只水化54,水化深度5.48,熟料核只能起骨料作用。 水泥最佳颗粒级配为水泥最佳颗粒级配为:332颗粒对砂浆强度增长起主要作用,其间粒度分布应是连续

30、的,总量不低于65 。小于3的细颗粒,易结团,不要超过10。粒径1以下的小颗粒,在加水拌和过程中就水化了,对砂浆强度作用很小,反而造成砂浆较大收缩。大于65 的颗粒活性很小,这两部分颗粒最好没有。水泥比表面积与水泥有效利用率(一年龄期)的关系: 300m2/kg,44%的水泥可水化 700m2/kg,80%的水泥可水化 1000m2/kg,90 95%的水泥可水化 水泥过细,虽然水化速度很快,但需水量大,使水泥浆体因水分过多而导致孔隙率增加,最终使强度下降。 当10 m的颗粒多于50 60%(或比表面积大于500 600m2/kg )时,7天、28天强度下降。 水泥细度高对水泥的抗裂性不利。水泥的颗粒形貌Bentz发现随着水灰比的降低,由于水泥已不能全部水化,颗粒粒度分布对水泥水化程度的影响下降了。选用三种不同粒径的水泥:5微米20微米30微米在不

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