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道路建筑材料,课 题:建筑材料的基本内容及性质。 教学目的:了解本课程的学习内容、方 法、要求及应要求。 重点难点:材料的物理性质、水理性质、 力学性质、加工性和耐久性等。,绪 论,课前介绍： 本课程是路桥专业的一门重要的专业基础课，是一门考试课程，本学期要求学习完教材内容，能熟练掌握课堂理论教学内容及试验课的实践内容。 一、本课程的研究内容与任务 （一）内容： 本课程中主要学习以下几种建筑材料： 1、砂石材料 （1）天然的 （1）块状石料：简称：石料 （2）人工轧制的 （2）料状石料：简称：集料 2、无机结合料及其制品 无机结合料：通常分为以下几种： （1）石灰 （2）水泥 （3）石膏,无机结合料制品： （1）水泥混凝土 （2）半刚性路面材料 3、有机结合料及其混合料 沥青材料主要指沥青类材料，如：石油沥青，煤沥青等。 有机结合料混合料： （1）沥青混凝土 （2）沥青碎石等 （3）各种新型沥青混合料 4、高分子聚合物材料： 主要包括塑料、合成橡胶、合成纤维等。 功能：主要用以改善软土地基、水泥混凝土、沥青混合料的性能。 5、钢材和木材 钢材是桥梁结构及钢筋混凝土或预应力钢筋混凝土结构的重要材料。 木材较少直接用于修筑桥梁，目前主要用作混凝土工程的拱架和模板。,（二）课程学习任务： 1、论述材料组成、结构、技术性质与它们之间的关系； 2、论述材料的检验方法（举例水泥凝结时间测定方法）； 3、利用测验评定其技术性质（举例水泥对初凝、终凝时间的要求及规范的规定）。 （三）课程学习目的： 1、掌握各种材料的技术性能，包括： 力学性质、物理性质、化学性质及工艺性质等； 2、选择、鉴定材料 能够结合工程实际情况，合理地选择材料，如水泥混凝土组成材料的选择、沥青混合料对组成材料的选择及鉴别与评定； 3、能正确使用材料（如石灰的消化、水泥应用贮存等）,二、建筑材料应具备的工程性质 1、力学性质 各种强度指标及耐磨、抗变形指标。如，水泥混凝土的抗压、抗折强度；沥青混合料的稳定度、流值；石料的磨耗度等。 2、物理性质 （1）物质指标：如材料的密度、孔隙率、含水量 （2）温度稳定性：如沥青软化点、脆点等。 （3）水稳定性等：如沥青混合料的残留稳定度等。 3、化学性质 各种材料的化学成分及其变化规律。如，水泥的各种成分与自然界之间的变化；沥青的化学成分及其变化规律。 4、工艺性质混凝土的流动性 材料四个性质之间是相互制约、相互联系的。,三、建筑材料与路桥工程的关系 1、材料是工程结构物的物质基础：其中材料质量的好坏直接决定着工程质量的等级。 2、材料与工程造价之间的密切关系 工程建筑材料占工程造价的60至70，甚至80，因此，如何合理地降低造价、节省开支，均与建筑材料之间有着密不可分的关系。 3、新材料与新结构、新工艺之间的关系 用桥梁跨径的变化及路面材料的变化来分析 四、道路建筑材料的检验方法和技术标准 （一）检验方法：室内、室外及模拟试验方法。 （二）检验内容：包括四个方面 1、物理性质试验； 2、力学性质试验；,3、化学性质试验； 4、工艺性质试验。 （三）质量检验的标准化与技术标准 目前我国建筑材料的标准分为：国家标准、行业标准、地方标准和企业标准四个等级。其中： GB指国家标准 JTJ交通部门基本建设方面的规范 JC建材行业标准 SH石油化工行业标准 五、本课程的要求 本课程为考试课、完成学习后将有两门成绩，即理论成绩和实操成绩。 建筑材料课在本专业中的位置：是路桥专业的重点课程,课后小结：绪论课是每一门课的开场白，学生能否对该课程有一个全面、正确的认识，关键的一点是讲好绪论课。,第一章 砂石材料,课题:石材的技术性质和技术要求教具用品 相关试验仪器 教学目的:了解砂石材料的类别，石料的技术性质及其应用 重点难点:石料的物理性质、力学性质,概述： 砂石材料按形状分类 1）、块状石料：简称石料 如块石、片石等； 2）、粒状石料：简称集料 集料又按大小分为： 粗集料：如碎石、卵石 细集料：如砂、石屑 砂石材料按来源分类 1）、天然石料 2）、人工轧制的集料 3）、工业冶金矿渣,11 岩石,一、岩石的技术性质 1、物理性质： 包括物理常数、吸水性和耐候性等。 1）物理性质 真密度：是石料在规定条件下，烘干石料矿质单位体积的质量，用t 表示。 则,因 固 测定方法：李氏比重瓶法测定，将石料磨细至全部过0.25mm的筛孔，然后将其装入比重瓶中，利用已知比重的液体置换石料的体积。 毛体积密度 测定方法：用静水称量法，亦可用蜡封法测定。,孔隙率 2)吸水性：指石料在规定条件下吸水的能力。 (1)吸水率：20E2和大气压状态下，吸水质量的百分率。 (2)饱水率：200E20C ，真空条件下，吸水质量的百分率 饱水系数当 sr90%时，抗冻性较差。 通常认为在常压下测定的吸水率，此时水分只充填部分孔隙，而当石料开口孔隙内部空气被排空时，水分几乎充满开口孔隙的全部体积。,3）耐候性：目前主要考虑抗冻性，常用抗冻性标号表示，测定经过冻(-15 ,4h)、融(202 ,4h)循环，质量损失不超过5%，抗压强度不超过25%的次数。 (二)力学性质 1.单轴抗压强度 试验条件要求：试件形状、尺寸、吸水饱和、加荷速度等。 2.磨耗性： 指石料抵抗撞击、边缘剪力和磨擦等联合作用的性质。 洛杉矶式磨耗试验Y标准方法 5kg石料+12个5kg的钢球磨500转,测定1.7mm(方筛)的筛余质量,按SiO2含量，将石料划分为 酸性岩 SiO265% 中性岩 52%= SiO2O65% 碱性岩 SiO252%,（三）化学性质,1、高级铺砌用整齐块石：经精凿加工而成。 2、路面铺砌用整齐块石：粗凿成的方块石或条石。 3、铺砌用不整齐块石：又称拳石，要求顶面为一平面，底面与顶面基本平行。 4、锥形块石：又称大块石，用于路面底基层，是由片石进一步加工而得的粗打石料。,二、道路和桥涵用石料制品,（一）道路用石料制品,1、片石：粗打石料，其形状不限制，但薄片者不得使用。 2、块石：有两个较大的平行面 3、方块石：在块石中选择形状比较整齐者稍加修整。 4、粗料石：表面凹凸不大于10mm，砌缝宽度小于20mm。 5、细料石：表面凹凸不大于5mm，砌缝宽度小于15mm。 6、镶面石：一般应选用较好的石料。,（二）桥梁建筑用主要石料制品,第二节 集料,课题:集粒的技术性质 教具用品: 相关试验仪器 教学目的:了解集料的各项技术性质及测定方法 重点难点:集料的级配、表观密度及装填密度,1物理常数 1）表观密度,一、粗集料的技术性质,（一）物理性质,矿质实体,Vs,V,Vi,质量m,体积V,开口孔隙,闭口孔隙,空隙,Vv,2)毛体积密度 3）松方密度 堆积密度 振实密度用于水泥混凝土 捣实密度用于沥青混合料 4）空隙率,2级配 粗集料中各组成颗粒的分级和搭配成为级配 级配通过筛分试验确定 （1）筛分试验标准及取样量,有关参数计算 通过0.075筛孔的集料含量 分计筛余百分率 累计筛余百分率 通过百分率,3.坚固性 用Na2SO4溶液干湿循环5次后，测定试样质量损失。,碎石标准筛,（二）力学性质,1.粗集料压碎值,压碎指标仪,2.粗集料磨光值,测定方法：先将试样磨光，再测定摆值，经换算后得磨光值PSV,要求：一级公路、高速公路 PSV42 其它公路 PSV35,磨光值越高，表示其抗滑性能越好,3.粗集料的冲击值,测定方法：将9.513.2mm的试样，分三层装入试模，用13.75kg的锤，自380mm处自由落下，连续冲击 15次后，过2.36mm的筛，用下式计算冲击值AIV：,4.集料磨耗值AAV,测定方法： 用集料按一定的方法排列并固定，用磨耗仪磨500圈，用下式计算集料磨耗值：,式中：AAV集料的磨耗值； m1磨耗前试样总质量(g)； m2磨耗后试样总质量(g)； ps集料饱和面干密度（g/cm3）。,磨耗值越大表示集料的耐磨性越差，高速公路、一级公路抗滑层用料的AAV值应不大于14,课后小结：粗集料主要指碎石，它广泛应用于水泥混凝土及沥青混合料中，学生必须掌握好其各项技术指标、测定方法及技术标准，从而达到保证材料质量的目的。,二、细集料的技术性质,工程上以粒径的大小为界，通常将集料分粗集料及细集料；其中在沥青混合料中，以 2.36mm为界，在水泥混凝土中以5mm为界。,按照来源砂可以分为： 天然砂：由岩石在自然条件下风化形成的。 （1）河砂：性质较好，多用。 （2）山砂：含泥量及有机杂质多。 （3）海砂：混有贝壳和盐分等有害杂质。 人工砂：由岩石轧碎而成的颗粒，表面有棱角，较洁净，但价格较高，无特殊情况多不采用。,上述几种细集料中，一般工程上多使用河砂。,集料的质量与体积的关系见图所示：,（一）物理性质,图中：m_集料的总质量（g）； m0_集料中矿质实体质量（g）； ms_集料中孔隙及空隙部分的质量（g）； V_集料的总体积（cm）； Vs_集料中矿质实体的体积（cm）； Vn_集料中闭口孔隙的体积（cm）； Vi_集料中开口孔隙的体积（cm）； Vv_集料中空隙的体积（cm）； V0_集料中孔隙的体积（cm）；,（1）表观密度 测定方法：比重瓶法 （2）毛体积密度 （3）松方密度装填密度：堆积密度（松装密度）、紧装密度 （4）空隙率,（二）级配,用筛分法测定砂的级配,标准筛：5 2.5 1.25 0.63 0.315 0.16mm(圆孔) 4.75 2.36 1.18 . 0.6 . 0.3 0.15mm(方孔),筛分后，计算相关参数如下：,（1）分计筛余百分率 （2）累计筛余百分率 （3）通过百分率,振筛机,（三）粗度,粗度是评价砂的粗细程度的一种指标，用细度模数表示,砂的粗度分类：,为细砂,为粗砂,为中砂,课后小结：细集料主要指砂，它广泛应用于水泥混凝土及沥青混合料中，学生必须掌握好其各项技术指标、测定方法及技术标准，从而达到保证材料质量的目的。,第三节 矿质混合料的组成设计,课题:矿质混合料的组成设计 教具用品: 相关试验仪器 教学目的:了解矿质混合料的组成设计原理及设计方法 重点难点:图解法及级配曲綫的绘制,一、矿质混合料的级配理论,（一）级配类型,1、连续级配,是采用标准筛对某一混合料进行筛分试验，所得级配曲线平顺圆滑，具有连续性。,2、间断级配,是在矿质混合料中剔徐其中一个分级或几个分级而形成的不连续的混合料, 粒子干涉理论Y连续、间断级配 1、富勒理论 2、泰波理论 通常取 n=0.30.6,（二）级配理论,1.最大密实度曲线理论Y连续级配,3、我国简化公式 一般取i=0.70.8 x为级数 当d=D时,x=1 当d=1/2D时,x=2 当d=1/4D时,x=3 4、魏矛斯粒子干涉理论,二、级配曲线范围的绘制 必须采用半对数坐标即横坐标用对数坐标（解释原因） 建立对数坐标的方法： 1、先求出各颗粒粒径的对数 2、求出各颗粒粒径间的对数间距 ，并计算出各颗粒对数间距的总和,3、求出间距系数K 4、选定横坐标长度，各颗粒间距 5、计算出各颗粒粒径在横坐标上的位置 6、确定横坐标，以Pi为纵横坐标，即为对数坐标 7、建立好坐标后，画级配范围,三、矿质混合料的组成设计方法 设计依据：各种集料的筛分结果 按规范要求的级配范围即标准级配 1、试算法 因目前工程单位用的较多的是图解法，故试算法由学生自习。 2、图解法 又称修正平衡而积法，是目前工程单位用的较多的一种方法。 步骤 绘制级配曲线图 确定各种集料的用量比例：两线相叠、两线相接、两线相离。 校核及调整 作业：完成第一章课后习题第一至第四个题的计算,课后小结：矿质混合料级配的好坏，直接地影响着水泥混凝土或沥青混合料的技术性质，因此学生必须掌握矿料的级配理论及设计方法。图解法是本次课的重点。,课题:无机胶凝材料 教具用品 :样品 教学目的:了解石灰、石膏等常用无机气硬胶凝材料 重点难点:石灰、石膏的技术性质和用途,概述 定义：能够通过自身的物理化学作用，从浆体变成坚硬的固体，并能把散粒或块块材料胶结成为一个整体的材料，称为胶凝材料 分类 1、按化学成分 有机胶凝材料：如沥青类、橡胶类等； 无机胶凝材料：如石灰、石膏、水泥等。 2、无机胶凝材料按硬化条件 气硬性胶凝材料：只能在大气中硬化，并且只能在大气中保持一定的强度。如石灰、石膏。 水硬性胶凝材料：既能用在大气中，又能用在水中的胶凝材料。典型的代表是水泥。,2-1 石灰,一、石灰的生产工艺概述 主要原料：石灰石，其主要化学成分CaCO3 MgCO3以及杂质 生产过程：CaCO3在1000下加热生成 CaO和CO2Z 生石灰分类 1、优质生石灰： 洁白或带灰色，密度轻，一般8001000kg/m3 2、过火石灰： 水化速度慢，体积膨化，产生“崩裂”现象，过火石灰表面有裂缝或玻璃状的外壳，体积收缩明显，颜色呈灰黑色，密度大 3、欠火石灰：含有未烧透的内核，效率低，粘结力差，颜色呈深灰色。,二、石灰的熟化 1、熟化过程 CaO+H2O Ca(OH)2+64.9KJ/mol 熟化过程应注意加水量、安全、烧伤、烫伤等 2、有关陈伏的概念 石料熟化后，必须在隔绝空气的条件下，放置两个星期以上的时间，方可使用。这个过程叫做陈伏。石灰陈伏的目的是为了消除过火石灰的危害。,3、加水量不同，将会得到不同的熟石灰 熟石灰粉：加水适量，消化不结团 石灰膏：加水量较多，熟石灰呈半固态。 石灰乳：加水量更多一些，熟石灰呈流态。 4、将生石灰磨细成生石灰粉，则可不必预先熟化、陈状，可直接使用，可节约场地，改善施工环境，但成本高，存期不能过长,三、石灰的硬化 1、干燥硬化和结晶硬化 石灰中水分不断挥发，形成熟石灰结晶。 在该过程中，石灰强度增长不明显 2、碳化硬化 Ca(OH)2+CO2+nH2O Ca CO3+(n+1) H2O 该反应必须有水分存在时才能进行，且反应速度缓慢,四、石灰的技术要求和技术标准 （一）技术要求 1、有效CaO和MgO的含量 2、生石灰产浆量和未消化颗粒含量 3、二氧化碳（CO2）含量 即未分解的CaCO3的含量 4、消石灰粉游离水含量 游离水可使石灰碳化，从而影响质量 5、细度 用0.9mm及0.125mm的筛进行筛分试验，测定筛余量,（二）石灰的技术标准 见教材中表2-1、2-2、2-3、2-4 五、石灰的应用及储存 （一）石灰的特点 1、可塑性好 2、强度低 28d的强度只有0.20.5mpa 3、耐水性差 因Ca(OH)2易溶于水 4、体积收缩大 水分挥发，体积收缩，故石灰一般不宜单独使用，必须掺入骨料（如砂）或纤维材料等，起到抗收缩开裂的作用,（二）石灰的应用 1、制作石灰乳 作用室内粉刷涂料 2、配制砂浆 一般不用消石灰粉 3、配制灰土或三合土： 是良好的建筑物基础和道路热层 （三）石灰的储存 1、防潮，不同易燃物品混存、混运 2、如需要较长时间贮存生石灰，则应将其消化后存放，并使表面隔绝空气，以防碳化。,课后小结：石灰及石膏均是无机结合料，属气硬性材料，只能用于大气中，而不能用于水中。,课题:水泥 教具用品: 相关试验仪器 教学目的:了解水泥的常见品种、水泥生产制造过程及主要矿物成分 重点难点:水泥的主要矿物成分特征及其对水泥技术性质的影响,22 水泥,水泥概述 1、水泥历史不长，只100多年的历史，但发展惊人 2、水泥品种 1）按化学成分为： 硅酸盐类水泥 有六大类：硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥。 铝酸盐类水泥 无熟料（少熟料）类水泥,2）按用途分为： 普通水泥 特殊水泥 目前，在道路工程中，仍以硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥为主，故本节着重介绍这两个品种的水泥。此外，由于道路路面对水泥的特殊要求，近年来已生产了道路水泥。 特殊水泥是为了满足一些特殊工程所生产的水泥，如：快硬水泥、早强水泥、膨胀水泥等。,一、硅酸盐水泥与普通硅酸盐水泥 定义：凡由硅酸盐水泥熟料、05%的石灰石或粒化高炉矿渣，适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥。即国外的波特兰水泥 Portland cement 分为不掺混合材料PI和掺不超过5%混合材料PII,(一)硅酸盐水泥生产工艺概述 1、生产原料 石灰质原料 提供CaO 粘土质原料 提供SiO2 Al2O3 Fe2O3等 校正材料 一般为铁矿，用来补充原材料中铁质的不足。 2、生产工艺 按比例配生料并磨细 将以上三种原材料按一定的比例配好，并并磨细制成生产水泥的生料。,窑中煅烧至1450C，形成熟料。 在高温煅烧过程中，原材料之间发生化学反应，生成各种有用物质，尤其是1450C时最关键，它是水泥中最重要的成分硅酸三钙生成的温度。 加入石膏磨细制成水泥。 即“两磨一烧”。,（二）硅酸盐水泥的化学成分与矿物组成 1、硅酸盐水泥的矿物组成 原料 矿物组成 石灰质 CaO 3 CaO SiO2 C3S 粘土质 SiO2 2 CaO SiO2 C2S Al2O3 3 CaO Al2O3 C3A Fe2O3 4 CaO Al2O3 Fe2O3 C4AF,2、水泥熟料主要矿物组成的性质 C3S是主要成分，含量50%左右，水化速度快，水化热高，且早期强度高，水化物对水泥早期强度和后期强度起主要作用。 C2S含量1040%，水化速度慢，水化热低，早期强度低，后期强度高，耐化学侵蚀性和干缩性较好。,C3A含量在15%以下，水化速度最快，水化热最高，耐化学侵蚀性差，干缩性大。 C4AF含量515%，水化速度较快，水化热较高，强度 低，但对于抗折强度起重要作用，耐化学侵蚀性好，干缩性小。,3、水泥熟料主要成分特性比较（由高至低排列） 1）反应速度 C3A C3S C4AF C2S 2）释热量 C3A C3S C4AF C2S 3）强度 C3S C2S C3A不高 C4AF对抗强度有利 4）耐侵蚀性 C4AF C2S C3S C3A,5）干缩性 C3A最大 C3S居中 C4AF C2S最小 4、矿物组成对水泥性能的影响 不同的矿物成分，表现出不同的特性。水泥是由多种矿物成分组 成的，改变各种矿物成分的含量比例以及它们之间的匹配，则可 以生产出性能各异的水泥。如： 大坝水泥：降低C3A C3S的含量，提高C2S的含量。 道路水泥：提高C3S和C4AF的含量。 高强水泥：提高C3S的含量。,课后小结：水泥的发展历史只有100多年，但是由于其自身的良好工程性质，因而被普遍地应用于种类建筑物中。本次课重点学习水泥的矿物组成、特点及其对水泥的技术性质的影响。,课题:水泥之二 教具用品 :无 教学目的:了解水泥凝结、硬化过程 水化反应及物理变化 重点难点:水化反应的过程对水泥凝结时间的影响,22 水泥,一、硅酸盐水泥与普通硅酸盐水泥 （三）硅酸盐水泥的凝结和硬化 概念 凝结：水泥加水后成为可塑的水泥浆体，由于水泥的水化作用，水泥逐渐变稠失去流动性和可塑性和未具强度 的过程，称为水泥的凝结。 硬化：水泥凝结后产生强度，逐渐发展成为坚硬大道石的过程称为水泥的“硬化”,1、水泥的水化 水泥遇水后，发生下列水化反应： 1）C3S 3CaO SiO2+nH2O x CaO SiO2 yH2O+(3-x) Ca(OH)2 2)C2S 2CaO SiO2+mH2O x CaO SiO2 yH2O+(2-x) Ca(OH)2,3)C3A 3CaO Al2O3+6 H2O 3 CaO Al2O3 6H2O 水化铝酸钙在石膏激发下，发生水化反应 3CaO Al2O3+3Ca SO4 2H2O+26 H2O 3CaO Al2O3 3Ca SO4 32H2O 水化硫铝酸钙、AFt、钙矾石,4）C4AF 4 CaO Al2O3 Fe2O37 H2O CaO Al2O3 6H2O+ CaO Fe2O3 H2O 石膏存在的情况下，继续反应 4 CaO Al2O3 Fe2O3+3 Ca SO4 2 H2O+26 H2O 3CaO(Al2O3 Fe2O3) 3 Ca SO4 32 H2O 三硫型水化铁铝酸钙 无论是C3A还是C4AF，在水泥中石膏消耗完毕后，水泥中尚未消化的C3A或C4AF将与其三硫型水化物反应，生成单硫化物： 3 CaO Al2O3 3 CaSO4 32H2O +23 CaO Al2O3+4H2O 33CaO Al2O3 Ca SO4 12 H2OAFm,单硫型水化硫铝酸钙 3 CaO(Al2O3 Fe2O3) 3 CaSO4 32H2O+4 CaO Al2O3 Fe2O3+n H2O 3 CaO(Al2O3 Fe2O3) CaSO412H2O 因此，水泥水化后，其主要水化物有六种，列于下表：,硅酸盐水泥水化产物的化学组成,水泥颗粒表面覆盖CSH为主的渗透胶，水化反应慢，水泥颗粒仍然分散，保持塑性。 3）凝结期 渗透腊破裂，水泥进一步水化，生成大量CSH，水泥颗粒间接触点增多，趋近密实，逐渐失去可塑性 4）硬化期 水泥继续水化，且C4AF亦开始水化，孔隙进一步被充填，逐渐产生强度,3、影响水泥凝结、硬化的主要因素 1）水灰比对水泥凝结、硬化的影响 水灰比越大，水泥凝结、硬化的速度越慢。 2）石膏对水泥凝结、硬化的影响 水泥中加入适量的石膏，起到缓凝的作用，提高了水泥的应用性能。过量的石膏将会与水化铝酸钙反应，生成过多的水化硫铝酸钙，引起水泥石结构破坏。,3）温度、湿度对水泥凝结、硬化的影响 水泥水化必须在一定的温度与湿度下才能进行，当温度低于零度时，水泥水化不再进行，并且结构亦因水的结冰，体积膨胀而引起水泥结构破坏。 4）水泥的龄期与强度的关系 早期增长快，后期增长慢 37d强度发展快 4周后显著减慢,课后小结：水泥加水后，即起水化反应，形成各种水化物，同时水泥浆的物理状态亦随之发生改变。初凝、终凝是本次课的重点内容。,课题:水泥的技术性质与标准 教具用品 :相关仪器一套 教学目的:了解硅酸盐水泥的各项技术性质及其含义、标准要求 重点难点:各性质的测定方法及要求,一、硅酸盐水泥及普通硅酸盐水泥 （四）硅酸盐水泥的技术性质和技术标准 1、技术性质 1）化学性质 氧化镁的含量： 指水泥中游离的MgO含量，其水化反应速度慢，体积膨胀，引起水泥体积不安定。规定5.0% 三氧化硫酸含量 过多时，亦引起体积膨胀，不安定，规定3.5% 烧失量 由于受潮或煅烧不佳引起的，要求PI3.0%, PII3.5% PO5.0% 不溶物 用盐酸溶解后的不溶残渣 规定 PI0.75%, PII1.50%,2）物理性质 细度：指水泥颗粒的粗细程度 细度对水泥的影响：越细则凝结快，早期强度高；过细，则干缩性大 测定方法：1、筛析法：负压筛、水筛，适用于其它几种水泥 2、比表面积法：适用于硅酸盐水泥 规定：硅酸盐水化比表面积大于300m2/kg，其它几种水泥在80方孔筛筛余10%,水泥标准稠度用水量 达到标准稠度时的用水质量占水泥质量百分比 计算公式如下： 式中：mw水泥达到标准稠度时的用水量（g） mc水泥质量（g） 测定方法：1、标准法 试杆法，试杆沉至距底板6mmE1mm 2、代用法：a、固定水量法(p=33.40.185s)。 b、调整水量法 s=28mmE2mm 即测定水泥的锥入深度达到要求时的水质量,凝结时间 定义：水泥从加水到失去可塑性所需的时间 其测定方法只有标准方法，没在代用方法： 分为1、初凝时间 试针沉入距底板：4mmE1mm 2、终凝时间 试针沉入试样：0.5mm 凝结时间对公路施工的影响：初凝不能太快，终凝不能太慢 规定：1、对硅酸盐水泥，其初凝不早于45min的，终凝不迟过6.5h（390min）,水泥净浆搅拌机,水泥标准稠度及凝结时间测定仪,2、对普通硅酸盐水泥，其初凝不早于45min的，终凝不迟过10h 体积安定性 定义：反映水泥浆在凝结、硬化过程中，体积变化的均匀程度。 影响因素：三氧化镁含量、三氧化硫含量 测定：煮沸法（试饼法、雷氏夹法） 强度 ：水泥胶砂强度试验， ISO法 水泥：标准砂：水=1：3：0.5 制成试件40G40G160mm，在标准状态下，经养护后，测定3d、28d的抗折、抗压强度 A 强度等级：42.5 42.5R 52.5 52.5R 62.5 62.5R B 水泥型号：普通型、早强型,水泥沸煮箱,雷氏夹,水泥胶砂搅拌机,水泥胶砂振实台,水泥胶砂试模,标准养护箱,水泥胶砂抗折机,水泥抗压夹具,2、技术标准 见教材表211及相应规定 其中规范规定： 废品水泥：MgO、SO2初凝，安定性，不合格时 不合格品水泥：细度，终凝，不溶物，烧失量及混合料过多，强度过低,课后小结：硅酸盐水泥的各项技术性质主要包括：水泥的化学性质、物理性质及力学性质。其中：水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性及强度等级是本次课的重点内容，教学中除了讲清楚理论知识外，必须结合仪器讲清楚各性能的测定方法。,课题:水泥石的腐蚀及防治 教具用品: 无 教学目的:了解常见水泥石的腐蚀原因及防治措施 重点难点:水泥内部组成、成分等对水泥腐蚀的影响,一、硅酸盐水泥及普通硅酸盐水泥 （五）、硅酸盐水泥的腐蚀与防治 水泥制品长期处于某些腐蚀性液体或气体介质中，使得水泥石结构遭到破坏，强度降低，甚至整个工程遭到破坏，这种现象称为水泥石腐蚀。 1、腐蚀原因 （1）淡水的腐蚀（溶析性侵蚀）Ca（OH）2溶于水中，不断溶解，导致水化硅酸钙、水化铝酸钙的分解。,影响因素：水泥石中氢氧化钙含量的多少，水泥混凝土的密实度、水的软硬程度。 试验 水泥：砂=1：5，水泥：水=1：0.35，制成长80mm，直径57mm的试件，放在渗滤软水溶液中30昼夜，溶出CaO27%，强度下降49.9%。 （2）酸类腐蚀 Ca(OH)2+2HClCaCl2+2H2O 溶解,Ca(OH)2+H2SO4Ca SO4+2H2O 结晶膨胀 （3）碳酸水的腐蚀 Ca(OH)2+CO2+H2OCaCO3+2H2O CaCO3+CO2+H2OCa（HCO3）2 （4）盐类腐蚀 Ca(OH)2+Na2SO4+2H2OCa SO4+2H2O+NaOH 又与CAH起反应生成CA3H Ca(OH)2+MgSO4+2H2OCa SO42H2O+Mg(OH)2 无胶凝能力 由上可见：水泥腐蚀的内因是水泥中的Ca(OH)2和C3AH6；外因是环境中含有腐蚀性介质。,2、及治措施 （1）合理选用水泥品种； （2）提高水泥石的密实度（控制W/C）； （3）敷设耐蚀防护层。 （五）硅酸盐水 宜用于：要求早期强度高、冬季施工及严寒地区遭受反复冰冻的工程。 不宜用于：大体积混凝土工程、耐热工程。泥的应用,（六）硅酸盐水泥的运输和保管 储存运输时要防潮、防水； 保管时要（1）通风、防潮（2）存期不要超过3个月，过期水泥应重新标号（3）不同标号、不同品种的水泥应分开堆放。 （七）普通硅酸盐水泥 凡由硅酸盐水泥熟料掺入6-15%混合材料与适量石膏共同磨细生成的水硬性胶凝材料，称为普通水泥，代号PO。 强度等级有：32.5、32.5R 42.5、42.5R、52.5、52.5R、共六级。,课后小结：水泥是水硬性胶凝材料，被广泛地应用于各个领域的工程建设中，正确认识水泥的腐蚀，有效地采取相应的预防及补救措施。,课题:掺混合料的硅酸盐水泥 教具用品: 无 教学目的:了解各种混合料的类型、品种特征及用途 重点难点:不同混合水泥之间的区别及选用原理,二、掺混合料的硅酸盐水泥 （一）定义：为改善硅酸盐水泥水泥的某些性能，增加水泥品种，扩大水泥使用范围，并达到降低成本，增加产量的目的，可以在硬硅酸盐水泥熟料中掺入适量的混合料，与石膏共同磨细制成的不同品种的硅酸盐水泥，称为掺混合料的硅酸盐水泥，简称混合水泥。 （二）、混合材料的类型 1、活性混合料，分为 粒化高炉矿渣 火山灰质混合材料 粉煤灰 2、非活性混合料（又称填充性混合材料），如：石英砂、石灰石、粘土等，以及不符合技术要求的粒化高炉矿渣、粉煤灰及火山灰质混合材料。,（三）混合水泥种类 1、矿渣硅酸盐水泥，简称矿渣水泥，代号PS （1）、定义及技术性质 定义：凡由硅酸盐水泥熟料和粒化高炉矿渣，适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，即为矿渣硅酸盐水泥。 技术要求见教材表2-14、2-15所示,（2）、矿渣水泥的水化、硬化过程 1）、首先是水泥熟料水化成为水化物 2）、矿渣再水化如下 xCa(OH)2+SiO2+m H2OxCaO. SiO2.mH2O yCa(OH)2+ +n H2OyCaO. Al2O3.nH2O （3）、矿渣水泥的性能及应用 1）、特点 A、抗软水及硫酸盐腐蚀能力强 B、水化热低 C、早期强度低 D、耐热性较强 E、保水性差,2、火山灰水泥，简称火山灰水泥，代号PP （1）、定义及技术性质 定义：凡由硅酸盐水泥熟料和火山灰质混合料，适量石膏磨细制 成的水硬性胶凝材料，即为火山灰质硅酸盐水泥。 技术要求见教材表2-14、2-15所示 （2）、火山灰质水泥的水化、硬化过程与矿渣水泥的相同，首先是水泥熟料水化成为水化物，然后火山灰质再与水泥的水化物起化学反应。,（3）、火山灰质水泥的性能及应用 1）、火山灰水泥凝结硬化缓慢，早期强度低，后期强度高。 2）、火山灰水泥具有良好的抗渗性、耐水性及一定的抗腐蚀能力。 3）、火山灰水泥保水性差。 4）、火山灰水泥具有较低的水化热，适用于大体积工程。 3、粉煤灰硅酸盐水泥，简称粉煤灰水泥，代号PF （1）、定义及技术性质 定义：凡由硅酸盐水泥熟料和粉煤灰，适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，即为矿渣硅酸盐水泥。 技术要求见教材表2-14、2-15所示 （2）、粉煤灰水泥的水化、硬化过程与矿渣水泥相似，首先是水泥熟料水化成为水化物，再由粉煤灰与水泥的水化物发生反应。但这个过程也有不同之处，粉煤,灰的活性组分主要是玻璃体，这种玻璃体比较稳定而且结构致密，不易水化。在Ca(OH)2的激发下，经过28d到3个月的水化龄期，才能在玻璃体表面形成水化硅酸钙和水化铝酸钙。 （3）、粉煤灰水泥的性能及应用 1）、粉煤灰水泥凝结硬化缓慢，早期强度低，后期强度高，甚至赶上或明显地超过硅酸盐水泥。 2）、粉煤灰内比表面积较小，吸附水的能力小，因而这种水泥干缩性小，抗裂性较强。 3）、粉煤灰水泥泌水较快，易引起失水裂缝，在硬化早期应加强养护，并采取一定的工艺措施。,课后小结：混合水泥是在硅酸盐水泥熟料中加入一定的混合材料，从而达到降低成本，改善性能，扩大水泥的目的。本次课的重点内容是各种混合水泥的特性及工程适用情况。,课题: 稳定土 教具用品: 无 教学目的:了解稳定土的组成材料的种类及技术性质与组成设计 重点难点:稳定土的强度试验方法及结合料剂量确定方法,23 稳定土材料,一、概述 1、定义：稳定土是在粉碎的或原来松散的土中，掺入足量的石灰、水泥、工业废渣、沥青及其它材料后，经拌合、压实及养生后，得到的具有较高后期强度，整体性和水稳定性均较好的一种材料。 2、适用范围： 适用于路面的基层及底基层，不适用于路面的面层。 3、分类：按所用结合料可分为以下几种： 1）、石灰稳定土； 2）、水泥稳定土； 3）、沥青稳定土； 4）、石灰稳定工业废渣； 5）、综合稳定土等,二、稳定土材料的组成 （一）稳定土的基本材料 组成稳定土的基本材料是土，一般规定土的液限不大于40%，塑性指数不大于20%，且级配良好。 （二）稳定土的外掺材料 1、石灰 各种化学组成的石灰均可用于稳定土，石灰的最佳剂量，对粘性土和粉性土为干 土重的8%16%，对砂性土为干土重的10%18%。 石灰的稳定效果：可使土粒胶结成整体，密实性提高，水稳定性提高，强度提高。,2、水泥 各种水泥均可都可用于稳定土，通常情况下硅酸盐水泥比铝酸盐水泥的稳定效果好。在保证质量的前提下，应尽可能降低水泥的用量。 3、粉煤灰 粉煤灰加入土中既能起填充的作用，又能与石灰反应，生成起胶结作用的产物，从而达到改善稳定土的水稳定性、提高强度与密实度的目的。 4、沥青 各种沥青，包括：石油沥青、煤沥青、乳化沥青、沥青膏浆等均可用于拌合稳定土。一般情况下多用液体沥青。 沥青加入土或集料中，可分两种类型： 结构沥青：有利于提高沥青稳定土的水稳定与强度。 自由沥青：在稳定土压实时起润滑和填充的作用。,三、稳定土的性质,（一）、强度 1、强度形成原理 （1）、离子交换作用 所谓离子交换作用是指稳定剂中高价阳离子在一定的条件下替换土中某些低价金属离子等的作用。通过离子交换，使土粒凝聚而增强了粘聚力，并使其水稳定性提高。能发生离子交换作用的稳定剂有石灰、水泥等。 土+Na+、K+Ca2+土+ Ca2+ Na+（或K+）,（2）、碳酸化作用 碳酸化指消解石灰或水泥产物Ca(OH)2吸咐空气中的CO2气体，生成碳酸钙的过程，其化学反应式如下： Ca(OH)2+CO2+nH2OCaCO3.+ (n+1)H2O （3）、结晶作用 当土中Ca(OH)2浓度达到一定程度时，Ca(OH)2即会由饱和溶液转变成过饱和溶液，形成晶体，其化学反应式如下： Ca(OH)2+nH2OCa(OH)2. nH2O 由此作用，使土的密实度得以改善，强度提高，水稳定性也因晶体Ca(OH)2溶解度比非晶体Ca(OH)2小而改善。,（4）、火山灰反应 火山灰反应指活性SiO2和Al2O3在Ca(OH)2激发下产生的化学反应，生成类似硅酸盐水泥的水化产物，即水化硅酸钙和水化铝酸钙的过程，其反应式如下： mCa(OH)2+SiO2+(n-1)H2O mCaO.SiO2. nH2O mCa(OH)2+ Al2O3+(n-1)H2O mCaO. Al2O3 nH2O （5）、硬凝反应 此作用主要是水泥水化生成胶结性很强的各种物质，能够将松散的颗粒胶结成整体材料，提高材料的稳定性能。 （6）、吸咐作用 某些稳定剂加入土中后能吸咐于土颗粒表面，使土颗粒表面具有憎水性或使土颗粒表面粘结性增加，如沥青材料。,2、影响稳定土强度的因素 （1）、土质 对于石灰稳定土和石灰粉煤灰稳定土，用塑性指数为10%20%的粘性土较适宜，不适宜用塑性指数小于10%的低塑性土及重粘土。 对于水泥稳定土，可用各种砂砾、粉土和粘土，但级配良好的粗、中颗粒的土比单纯粘性土较适宜。 （2）、稳定剂品种及用量 当采用石灰稳定剂时，必须测定石灰中有效氧化钙和氧化镁的含量，宜用技术等级为3级以上的石灰。 用水泥稳定时，硅酸盐水泥比铝酸盐水泥效果好一些，不宜采用快硬或早强水泥。 水泥稳定土的强度随水泥剂量增加而增加，石灰稳定土的强度则存在一个最佳石灰剂量值，超过或低于此值，石灰稳定土的强度则降低。,（3）、含水量 存在一个最佳含水量。 （4）、密实度 希望密实度越大越好。 （5）、施工时间长短的影响 主要针对水泥稳定土，要求其从开始加水到完全压实的时间尽可能短，一般不要超过6h。 （6）、养生条件 稳定土必须在适当的温度、湿度下养护，其强度才会不断提高。,（二）、稳定土材料的变形性能 1、缩裂特性 干缩：随着无机结合料稳定土强度的不断形成，水分逐渐消耗以及蒸发，体积发生收缩，收缩变形受到约束时，逐渐产生裂缝，即为干缩裂缝。 温缩：无机结合料稳定土具有热胀冷缩性质，随着气温的降低，稳定土会产生冷却收缩变形，收缩变形受到约束时，逐渐形成裂缝，即为温缩裂缝。 2、裂缝防治措施 （1）、改善土质：稳定土用土越粘，则缩裂越严重。 （2）、控制含水量及压实度。,（3）、掺加粗粒料。 （三）稳定土材料的疲劳特性 石灰粉煤灰稳定材料的抗疲劳性能优于水泥砂砾，但水泥稳定土的强度因素对提高疲劳寿命也有利。 （四）、稳定土材料水稳定性和冰冻稳定性 可用浸水强度试验和冻融循环试验来评价。 影响稳定土材料水稳定性和冰冻稳定性的因素有：土类、稳定剂种类及剂量、密实度及龄期。,四、稳定类材料组成设计,（一）、设计标准：主要考虑强度和耐久性。 （二）、材料组成设计步骤 、原材料试验 、拟定混合料配合比 （）、选定不同的稳定料剂量，制备同一种土样的混合料试件若干个。 （）、通过击实试验确定混合料的最佳含水量和最大干密度。 （）、按最佳含水量和计算得的干密度制备试件，进行强度试验 、试件的强度试验 、选定石灰或水泥剂量。,课后小结：各种类型的稳定材料是路面基层常用材料，其强度及变形受诸多因素的影响，其中最重要的是土质、稳定剂品种及数量、含水量等。,课题:普通水泥混凝土对组成材料要求 教具用品 :无 教学目的:了解混凝土组成材料的种类及技术要求 重点难点:水泥品种与强度等级选用,第三章 水泥混凝土和砂浆,定义：水泥混凝土是由水泥和水组成的水泥浆体，为粘结介质，将分散其间的不同粒径的粗、细集料胶结起来，在一定条件下，硬化成为具有一定力学性能的一种人工石材。 分类： 1、按表观密度分为 普通混凝土 轻混凝土 重混凝土,2、按强度分为 低强度混凝土 中强度混凝土 高强度混凝土 2、按流动性分为 塑性混凝土低流动性混凝土干硬性混凝土 混凝土的优缺点 优点：1、抗压强度较高，耐久性好，耐火性好，养护费用极少； 2、新拌混凝土具有良好塑性，可加工成任何形状； 3、材料来源广泛，便于就地取材，价格便宜； 4、可以根据工程要求改变材料配合比来满足需要。 缺点：1、抗拉强度低； 2、由于干缩，易出现裂缝； 3、施工日期长； 4、自重较大； 5、结构拆除比较困难。,31普通水泥混凝土,一、普通水泥混凝土组成材料 1、水泥 2、水 此两者组成水泥浆，起流动胶结作用 3、粗集料 4、细集料 此两者起骨架作用 各种材料所占比例见下表所示：,混凝土组成及各组分材料绝对体积比,（一）水泥 1、水泥品种选择：应根据工程特点、气候与环境条件选择； 2、水泥强度等级：考虑混凝土抗压强度（低强度时1.5-2.0倍，高强度时,0.9-1.5倍）。 （二）细集料 具体要求 1、有害杂质含量 （1）含泥量及泥块含量 d1.25mm 手捏后可破碎成小于颗粒者称为泥块 （2）云母含量 2% （3）轻物质含量 的颗粒 （4）有机质含量，延缓硬化过程，影响强度 （5）硫化物与硫酸盐含量,2、粗细程度与颗粒级配 3、压碎值和坚固性 压碎值：C30以上混凝土，Qa小于或等于35% C30以下混凝土, Qa小于或等于50% 坚固性，5次循环，质量损失小于10%,（三）粗集料 1、强度与坚固性 见教材表3-5所示 2、有害杂质含量 见教材表3-7所示 3、最大粒径及颗粒级配 最大粒径及混凝土的影响：在条件容许的前提下，越大越好 规范对D的要求 颗粒级配应满足教材表3-8要求所示 4、颗粒形状及表面特征 针状颗粒：L2.4d平均 片状颗粒：厚度d0.4d平均 5、碱活性检验 其规定见表3-9所示,课后小结：水泥混凝土的基本组成材料包括粗集料、细集料、水泥及水。如何控制各项材料的质量是保证混凝土质量的关键，亦是本次课的重点内容。,课题:混凝土的技术性质（一） 教具用品: 相关的试验仪器 教学目的:了解混凝土的各项技术性质的含义及其测定方法、影响因素 重点难点:混凝土的工作性及强度,3-1 普通水泥混凝土的技术性质,对于水泥混凝土的技术性质，通常分两种情况进行分析：一是新拌混凝土混合料的性质，二是凝结硬化的混凝土的性质，本次课重点讲解新拌混凝土混合料的工作性。 （一）新拌水泥混凝土的工作性（和易性） 1、新拌混凝土工作性的概念 指混凝土拌和物易于施工操作且成型后质量均匀密实的性质。 它包括以下三个方面： 流动性：指混凝土拌和物在自身或机械振捣下，能产生流动且能均匀密实地填滿模板的性能。 粘聚性：组成材料之间有一定的粘聚力 保水性：具有保持一定水分能力，不致产生泌水,2、新拌混凝土工作性的测定方法 目前缺少全面的测定方法，主要偏重于测定流动性 1）坍落度（mm）试验 按规定拌和水泥混凝土混合料，将坍落筒按要求湿水，然后分三层将拌和物装入筒内，每层捣实25次，测定坍落强度H(mm)。 坍落度试验只适用于集料最大粒径D不大于40mm，坍落度H不小于10mm的新拌混凝土。,在试验测定的同时，必须观察棍度，含砂情况、粘聚性、保水性，以定性评价其工作性。 2）维勃稠度 适用于D不超过40mm，维勃稠度530s之间的干硬性混凝土的稠度测定 3、新拌混凝土工作性的选择 1）桥涵混凝土工作性选择 见表3-11，应考虑下列因素：结构物断面尺寸、钢筋疏密程度、振捣方式。 2）路面混凝土工作性选择 一般选1025mm 4、影响混凝土混合料工作性的因素 1）水泥浆的数量和集浆比 正常情况：水泥浆充满集料间隙略有剩余 用浆过多：流浆，浪费水泥，且影响强度，耐久性 用浆过少：产生分层，泌水,维勃稠度仪,2）水灰比的影响 过大：可使水泥浆变稀，但易产生流浆、离析，甚至影响强度。 过小：可使水泥浆变稠，但拌和物流动性小。 所以要选择合理水灰比,3）砂率 砂率对坍落度的影响见下图,3）砂率 砂率对坍落度的影响见下图 4）水泥的品种和集料的性质 水泥品种 不同的水泥，达到标准稠度用水量不同，其所表现出的工作性亦不一样。 集料表面特征，如碎石与卵石 5）外加剂 使用外加剂，可在不增加用水量及水泥用量的前提下，有效地改 善水泥混凝土的工作性。如减水剂等。,6）温度与搅拌时间 如夏季与冬季在施工中注意的问题不一样，搅拌时间过短，拌和物的工作性差。 5、改善工作性的措施 1）调节材料组成 设计合理的配合比，使之有较好的工作性。 2）掺加外加剂 合理地利用外加剂，改善混凝土的工作性。 3）提高振捣的效能,课后小结：水泥混凝土拌和马歇尔物的施工和易性包括了流动性、可塑性、稳定性和易密性，它们之间既有联系又有区别。,课题:混凝土的技术性质 教具用品: 相关仪器 教学目的:了解硬化后混凝土的各项技术性质及要求 重点难点:混凝土的抗压、抗折强度含义及测量方法,3-1 普通水泥混凝土的技术性质,二、水泥混凝土的技术性质 （二）硬化后混凝土的力学性质 1、强度 1）抗压强度标准值和强度等级 立方体抗压强度fcu 制作150X150X150mm试件，养护28d，测定强度 三个值的算术平均值作为测定值，误差15%，若任一个超过15%，取中值作为测定值，若两个超过15%，则测定结