《建筑材料与检测》教案(修改)

柳州铁道职业技术学院教师备课教案 课 时 授 课 计 划 编号：1授课日期授课时数授课班级09铁道工程技术509铁道工程技术62课题 工程材料概论教学目的通过学习工程材料概论，了解工程材料的定义及分类，掌握工程材料的作用及发展方向，理解材料产品的标准。教学重点 工程材料在工程建设中的地位教学难点 材料产品的标准课堂类型及教学方法 讲授课教具、挂图 无教学过程 如下教研室主任签字：年月日任课教师：王善库讲授法举例分析说明课程任务，提出问题引导学生的兴趣。讲述、启发，激发学生学习兴趣。教学重点举例分析说明课程任务，引导学生的兴趣。举例说明讨论法解释注意互动问答讲述、启发、提问结合。教学难点提出问题，学生思考回答。发现法让学生通过自己阅读并经过讨论掌握课程内容读书指导法讲述、启发，激发学生学习兴趣。讲授法讲述、启发，提出要求。点名考勤：讲授新课：第一章 工程材料的基本知识第一节 工程材料概论1.1、工程材料及其分类1、工程材料：土木建筑工程中所使用的各种材料及其制品。土木工程材料是人类建造活动所用一切材料的总称。广义上，所有物质均可用作土木工程材料。土木工程材料包括了迄今已发现和发明的所有材料。思考：1.你们知道哪些土木工程材料 ？2.最古老的土木工程材料是哪些？天然石材；天然植物：木材、茅草；粘土及其制品；动物的毛发与制胶等；石灰3.什么是今天用量最大、用途最广的土木工程材料？钢材、混凝土；钢混凝土复合材料；砖混凝土复合材料；高分子及其复合材料2、分类：根据化学成分：无机材料、有机材料、复合材料；无机材料分为金属材料、非金属材料根据来源分类：天然材料、人工材料根据建筑功能：承重材料、防水材料、装饰材料、隔热保温材料等根据用途分类：结构材料、墙体材料、屋面材料、地面及吊顶材料等1.2、工程材料在工程建设中的地位1、工程材料是工程建设中不可缺少的物质基础 任何一项工程建设都需要使用工程材料。随着工程建设的进展，要及时地提供数量充足、质量良好、品种齐全的各种材料，才能保证工程建设的顺利进行。2、工程材料直接影响工程质量材料的品种、组成、构造、规格及使用方法都会对工程的结构安全性、耐久性、适用性产生影响。3、工程材料决定着工程造价和经济效益材料费用在工程造价中占有较大的比重，一般占50%60%。4、新型材料研制和发展将促进工程结构和施工技术的进步土木工程材料的发展历程发展历程大致可分为三个阶段： 天然材料：人类最初直接从自然界中取材作为土木工程材料，如：土、石材、木材等。 人工材料：随着人类文明和技术的进步，开始人工合成和制造各种土木工程材料，以满足土木工程发展的需要。如：砖、瓦、陶瓷、玻璃、水泥、金属、高分子材料、复合材料等 复合材料：为了满足土木工程结构与功能的要求，又能节约材料、节约资源，最大限度地发挥各种材料的优势，避免其不足，将不同组成与结构的材料复合形成各种复合材料，如玻纤增强塑料、纤维混凝土、金属陶瓷等。举例：新型建材促进结构工程发展古罗马万神殿，半球穹顶-砖石结构，直径43.5m，重12000吨；波兰世纪大厅，钢混结构，肋形拱顶直径65m，重1500吨；墨西哥饭店，钢混薄壁构件，双曲抛物面薄壳屋盖，直径32m、厚4cm，重仅100吨；德国斯图加特展览厅，玻璃钢结构，双曲抛物面屋盖，直径31m、厚1cm，重25吨；近年出现彩板轻钢仅厚1mm，现场加工成大跨度屋面，重量进一步减轻；建筑膜搭建厚度仅为0.2mm的新型膜结构每平方米重量20Kg。1.3、新型材料的发展方向工程材料随生产力的发展而发展起来的。目前，随经济的发展和社会的进步，人们对自身的生活环境和工作空间的要求越来越好，这就需要不断开发新型工程材料，来满足人们对物质和的精神需求。土木工程材料的发展趋势 1、高性能化 高强、高耐久、高抗渗、高保温等新型高性能土木工程材料。 2、多功能化 具有多种功能或智能的土木工程材料。3、工业规模化 土木工程材料的生产要实现现代化、工业化，而且为了降低成本、控制质量、便于机械化施工，生产要标准化、大型化、商品化等。 4、生态化 为了降低环境污染、节约资源、维护生态平衡，生产节能型、环保型和保健型的生态建材。 1.4、材料产品的标准1、国家标准GB，全国范围内统一的标准2、行业标准，包括部级标准和专业标准3、地方标准DB4、企业标准QB注意：标准是动态的，发展的，而不是一成不变的。思考：哪一级标准的要求最高？标准有冲突时怎么办？1.5、本课程的任务和学习方法工程材料课程性质：“材料科学”与“土木工程”间的桥梁土木工程：是应用各种工程材料设计、建造各类土木工程的科学技术材料科学：研究材料的组成、结构与性能的关系和材料的制备技术工程材料：以土木工程科学与技术为背景，研究满足建造各种土木工程所需的材料的组成、结构与其工程性能的关系和制备与施工技术。工程师是做什么的？科学讲分析，它设法去了解自然是什么 科学家的任务；工程要综合，它努力去创造可能的东西 工程师的任务。 Wm. A.Wulf（美国工程院院长）土木工程师的任务是创造！运用各种设计理论设计各种土木工程的结构和施工方法；应用“土木工程材料”的知识，结合设计要求，合理选择和利用各种工程材料；应用“土木工程材料”的知识，建造或创造各种“土木工程”。小结：土木工程材料课程特点1、实践性强：接近工程实际，不像基础理论课程那样：对具体的现象或结构进行简化、抽象；土木工程材料品种多、课程内容多为叙述、分析、综合论述各种材料的原料、生产、组成、结构、构造及其对材料性能的影响，根据材料的共性与特性来确定其应用技术（配制、施工、检验、以及运输、储存、维护和经济效益等）。2、综合性强：面对浩瀚的工程学复杂问题，需要广泛知识和综合能力。不像基础理论课程那样，着重深入分析，而是要善于归纳总结。因此，在学习时，应抓住重点、要点，注意思路的整理与发展。通过自学、作业、面授、答疑、试验等环节，注意基础理论（基理）、基本知识（基知）、基本技能（基技）的学习和掌握。 要求：学习土木工程材料，有一个很深的印象，就是要懂得事物的模糊性，不确定的一面。 以往的学习，我们总想得到一个确定的（精确的）解。但实际工程远不是这样，我们必须面对不确定性、模糊性问题。 希望从建材课开始培养这方面的能力认识和解决不确定性的问题。作业：复习所讲授过的内容 课 时 授 课 计 划 编号：2授课日期授课时数授课班级09铁道工程技术509铁道工程技术62课题 材料的基本物理性质和力学性质教学目的通过学习材料的物理性质和力学性质、用途，了解材料的组成，重点掌握材料的物理性质和力学性质，为今后工作打下基础。教学重点 材料物理性质的意义和材料强度的意义教学难点 材料孔隙、空隙率和材料力学性质的计算课堂类型及教学方法 讲授课教具、挂图 无教学过程 如下教研室主任签字：年月日任课教师：王善库讲授法教学重点理论联系实际突出学以致用举例分析讲述、启发、提问结合。教学重点、难点讲授法举例说明讨论法解释注意互动问答教学难点讲述、启发、提问结合。举例说明讨论法解释注意互动问答讲授法教学重点讲述、启发、提问结合教学难点讲述、启发、提问结合。举例说明讨论法解释注意互相问答举例说明讨论法解释注意互动问答注意补充材料和实际意义发现法点名考勤：复习内容：1、工程材料及其分类2、工程材料在工程建设中的地位3、新型材料的发展方向4、材料产品的标准5、本课程的任务和学习方法讲授新课：第一章 工程材料的基本知识第二节 材料的基本性质2.1、材料的基本物理性质2.1.1、密度：工程材料在绝对密实下，单位体积的质量。 式中：密度，、。材料的质量，、。材料绝对密实下的体积。、。2.1.2、表观密度：工程材料在自然状态下不含开口孔隙单位体积的质量。 式中：表观密度，、。材料的质量，、。包含少量封闭孔隙而不含开口孔隙体积。、。2.1.3、体积密度：工程材料在自然状态下，单位体积的质量。式中：体积密度，、。材料的质量，、。材料在自然状态下的体积。2.1.4、堆积密度：是粉状或粒状材料在堆积状态下，单位体积的质量。 式中：堆积密度，、。材料的质量，、。材料在堆积状态下的体积。2.1.5、密实度与孔隙率1、密实度：材料体积内被固体物质充实的程度。也可以用下式表示：2、孔隙率：指材料体积中孔隙体积所占的比例。即：空隙率与强度等性质的关系，随着孔隙率增大，表观密度提高，吸水率降低，强度和耐久性提高。2.1.6、填充率和空隙率1、填充率：散粒材料堆积体积中颗粒所占的比例。D = V/ V100 =0 / 1002、空隙率：指散粒材料堆积体积中空隙体积所占的比例。P = 1- D 2.2、材料的力学性质2.2.1、强度 材料在外力作用下抵抗破坏的能力。材料的强度有：抗压强度、抗拉强度、抗弯强度、抗剪强度。工程材料的这些强度，通过实验而得到。工程材料的抗压、抗拉、抗剪强度的计算公式为：式中：材料的强度。N/mm2。试件受力面积，mm2 。对矩形截面，其抗弯强度按下式计算： 式中：抗弯强度。试件破坏的最大荷载。两支点的距离。、试件截面的宽、高。工程材料的度主要取强决于工程材料的成分、结构、构造。种类不同的工程材料，其强度不同。即使是同一类工程材料，由于组成、结构、构造不同，其强度有差异。材料的孔隙率越大，则强度越小。大部分工程材料根据强度的大小，划分不同的标号、强度等级。工程材料的强度等级，对掌握材料性能，合理选材，正确进行设计和控制工程质量，具有重大的实际意义。2.2.2、弹性和朔性（一）弹性材料能恢复原来形状的性质。材料弹性变形于荷载成正比。（二）朔性在外力作用下材料产生朔性变形，在外力取消后，有一部分变形不能恢复，这种性质称为“材料的朔性”。这种不能恢复的变形，为“朔性变形”。2.2.3、脆性与韧性理论联系实际突出学以致用举例分析，注意比较发现法举例分析说明课程任务，引导学生的兴趣1、脆性：无明显变形材料就破坏。2、韧性：可以承受教大变形而不破坏的性质。2.2.4、硬度和耐磨性1、硬度：材料抵抗物体压入的性能。2、耐磨性2.2.5、亲水性与憎水性难点1、亲水性材料：材料与水结合，能被水湿的材料。憎水性材料：材料与水结合，不能被水湿的材料。2、吸水性材料在水中吸收水分的性质。吸水性的大小，用吸水率表示。 材料的含水率。材料干燥下的质量。材料在吸水饱和状态下的质量。3、吸湿性材料在潮湿空气中吸收水分的性质。吸湿性随空气湿度的变化而变化。如果与空气湿度达到平衡时，称为“平衡含水率”。4、耐水性材料在水中不破坏的性质。 5、抗渗性材料抵抗压力水渗透的性质。小结： 1、密度、表观密度、体积密度、堆积密度；2、密实度与孔隙率；3、填充率和空隙率；4、强度5、弹性和朔性6、脆性与韧性 7、硬度和耐磨性8、亲水性与憎水性难点材料的力学性质主要掌握材料的强度计算、意义，了解材料的其他内容。作业：复习所讲授过的内容，P11第6、11题 课 时 授 课 计 划 编号：3授课日期授课时数授课班级09铁道工程技术509铁道工程技术62课题 石材 教学目的通过学习石材的组成，重点掌握石材的选用、用途，了解工程上常见的各类石材及其应用，以便在以后的实际工作中能加以正确应用。教学重点 石材的性质教学难点 石材的选用和用途课堂类型及教学方法 讲授课教具、挂图 无教学过程 如下教研室主任签字：年月日任课教师：王善库讲授法理论联系实际突出学以致用举例分析，注意比较发现法教学重点讲述、启发、提问结合。教学难点讲述、启发、提问结合。举例说明讨论法解释注意互动问答举例说明讨论法解释注意互动问答点名考勤：复习内容：1、强度2、弹性和朔性3、脆性与韧性 4、硬度和耐磨性5、亲水性与憎水性难点讲授新课：第二章 天然石材1.1、岩石的分类：1、岩浆岩 是熔融岩浆在地下或喷出地表后冷凝结晶而成的岩石。物质成分主要是硅酸盐矿物。可分为深成岩、浅成岩、喷出岩、火山岩。2、沉积岩 在地表及其附近形成的岩石。分碎屑沉积岩、黏土沉积岩、化学沉积岩、生物化学沉积岩。3、变质岩改变了原来岩石结构、构造、甚至矿物成分，形成一种新的岩石。1.2、工程常用岩石1、常用岩浆岩：花岗岩、辉绿岩、玄武岩、火山凝灰岩2、常用沉积岩：石灰岩、砂岩、碎屑岩1.3、岩石的技术性质1、物理性质：密度：规定条件下，单位体积的质量。 式中：岩石密度，、。岩石矿质实体的质量，、。岩石矿质实体的体积。、。孔隙率：指岩石的孔隙体积占总体积的比例。岩石的孔隙率；岩石的孔隙体积；岩石的总体积。吸水率：岩石最大吸水质量与烘干岩石质量之比岩石吸水率 %岩石烘干质量g、kg。岩石吸水质量g、kg。2、力学性质强度：岩石受力保持自身不被破坏的极限应力。岩石的抗压强度 MPa极限破坏时的荷载 N试件的截面积mm21.4、岩石制品1、铁路砌体工程用岩石制品：普通片石、镶面片石、块石、镶面块石、粗料石、细料石2、饰面用岩石制品：大理石板材、花岗石板材3、道路路面用岩石制品：高级铺砌用整齐块石、路面铺砌用半整齐块石、铺砌用不整齐块石、锥形块石4、碎石和卵石小结：作业：复习所讲授过的内容 课 时 授 课 计 划 编号：4授课日期授课时数授课班级09铁道工程技术509铁道工程技术62课题 石灰 教学目的通过理解石灰的硬化过程，重点掌握石灰的特性。进而了解生石灰、生石灰粉、消石灰粉和石灰膏四者在性能应用上的异同。教学重点 石灰的特性教学难点 石灰的正确应用课堂类型及教学方法 讲授课教具、挂图 无教学过程 如下教研室主任签字：年月日任课教师：王善库讲授法理论联系实际突出学以致用举例分析，注意比较发现法讲授法理论联系实际突出学以致用教学重点讲述、启发、提问结合。教学难点讲述、启发、提问结合。举例说明讨论法解释注意互动问答讨论法解释注意互动问答点名考勤：复习内容：1、岩石的分类2、工程常用岩石3、岩石制品 讲授新课：第三章 无机胶凝材料3.0、定义1、胶凝材料：经过一系列物理、化学作用，能由浆体变成坚硬的固体，并能将散粒或片、块状材料胶结成整体的物质。2、胶凝材料的种类：按其化学组成： 有机胶凝材料：沥青、树脂等。 无机胶凝材料：水泥、石膏、石灰等。 复合胶凝材料：牙齿水泥、酸碱水泥。按其硬化条件： 气硬性胶凝材料 石膏、石灰等； 水硬性胶凝材料 各种水泥等。3、特点：气硬性胶凝材料只能在空气中硬化，并且在空气中保持和发展其强度。关键：干燥状态下，其硬化体才有较好的性能！水硬性胶凝材料不仅能在空气中，而且能更好地在水中硬化，保持并发展其强度。关键：干燥或潮湿状态下，其硬化体均有很好的性能！第一节 石灰气硬性石灰：粘土杂质含量8%的石灰石热分解物及其水化物：生石灰粉：CaO；熟(消)石灰粉：Ca(OH)2；石灰膏(浆)：Ca(OH)2、H2O；水硬性石灰:粘土杂质含量8%的石灰石热分解物： CaO、活性Si2O、Al2O3等3.1.1、石灰的生产与分类：1、石灰的生产原料： 以CaCO3、MgCO3为主要成分的天然岩石，如：石灰石、白垩等。石灰的制备：石灰石的热分解反应： CaCO3 CaOCO2 ； MgCO3 MgOCO2制备工艺： 岩石 破碎 煅烧 粉磨(消解)煅烧温度较低，时间较短时 欠火石灰煅烧温度较高，时间较长时 过火石灰2、石灰的分类根据石灰中MgO的含量：钙质石灰：MgO% 5%镁质石灰：MgO% 5%依据成品加工方法：块状生石灰、磨细生石灰粉、消石灰粉、石灰浆3.1.2、石灰的熟化生石灰：白色或灰色块状物质，主要成分CaO 、MgO熟化：生石灰加水形成氢氧化钙的过程，熟化时放出热量，体积膨胀方法：分层喷淋法得到消石灰粉 通过化灰池加过量水得到石灰浆或石灰膏，必须“陈伏”2周3.1.3、石灰的陈伏陈伏：石灰膏在储灰池中隔绝空气的状态下保存2周以上的过程。目的：消除过火石灰的危害3.1.4、石灰的硬化1、结晶作用生石灰或熟石灰水成为Ca(OH)2浆体，浆体中游离水的不断损失，导致Ca(OH)2结晶，晶粒长大、交错堆聚成晶粒结构网硬化。2、碳化作用Ca(OH)2与空气中的CO2气体反应，在表面形成CaCO3膜层，提高耐久性。3.1.5、石灰的特性、应用1、建筑石灰的技术要求： CaO的含量、CO2的含量(欠火石灰)、细度、体积安定性(过火石灰)2、建筑石灰的特性：表观密度较小、浆体的可塑性好、硬化后的强度较低、耐水性差、浆体硬化中容易开裂；过火石灰的危害：与水反应很慢，石灰硬化后再与水反应发生体积膨胀而引起开裂。 3、石灰的应用：配制建筑砂浆和石灰乳；配制无熟料水泥：石灰火山灰活性材料；配制三合土：石灰粘土砂水；作为其它建材制品的原料如：硅酸盐制品、灰砂制品、碳化板等；软土地基加固。小结：根据本次课程内容，思考问题：1、过火石灰有什么危害？应如何消除？2、石灰硬化过程中，为什么容易开裂？使用时应如何避免？作业：复习所讲授过的内容，课后习题P46第3题 课 时 授 课 计 划 编号：5授课日期授课时数授课班级09铁道工程技术509铁道工程技术62课题 通用硅酸盐系水泥教学目的通过学习水泥的种类，了解通用硅酸盐系水泥的生产过程，重点掌握通用硅酸盐系水泥的成分。教学重点 通用硅酸盐系水泥的成分教学难点 通用硅酸盐系水泥的成分课堂类型及教学方法 讲授课教具、挂图 无教学过程 如下教研室主任签字：年月日任课教师：王善库讲授法理论联系实际突出学以致用举例分析，注意比较发现法讲授法理论联系实际突出学以致用教学重点、难点讲述、启发、提问结合。举例说明讨论法解释注意互动问答讲授法理论联系实际突出学以致用点名考勤：复习内容：1、过火石灰有什么危害？应如何消除？2、石灰硬化过程中，为什么容易开裂？使用时应如何避免？讲授新课：第三章 无机胶凝材料第二节 通用硅酸盐系水泥3.2.1、水泥概述1、水泥：水泥是以水化活性矿物为主要成分的水硬性胶凝材料。2、水泥的分类：根据水泥的主要矿物成分有：硅酸盐系水泥、铝酸盐系水泥、硫铝酸盐系水泥、磷酸盐系水泥等；根据水泥的特性有：膨胀水泥、快硬水泥、低热水泥、抗硫酸盐水泥等；硅酸盐系水泥品种：硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、掺混合材的硅酸盐水泥、特性硅酸盐水泥。硅酸盐水泥有P和P两类，后者含有混合材。 3.2.2、水泥在土木工程中的重要作用：1、水泥是当今产量与用量最大的土木工程材料；2、水泥及其砂浆、混凝土与纤维水泥等水泥基材料普遍用于各种土木工程和钢筋混凝土结构；3、水泥的性能和正确选用对土木工程的功能与质量至关重要。3.2.3、硅酸盐水泥1、硅酸盐水泥的历史埃及时代 煅烧石膏金字塔；希腊与罗马人 发明了煅烧石灰石快硬石灰砖石结构砂浆；希腊与罗马人 黏土获泥土、石灰与砂胶凝材料；罗马人 用火山灰、石灰与砂水硬性胶凝材料混凝土、砌块；中世纪，该项技术失传，到11世纪建材低到最低点；14世纪后期，石灰技术和火山灰利用再次升起；17591759年, 英国人John Smeaton将石灰与火山灰混合胶凝材料；法国的Lesage 和Vicat，英国的Frost 和Parke，煅烧石灰与粘土混合物水泥；1824年，英国的砖瓦匠Joseph Aspdin发明了现代生产硅酸盐水泥的专利技术；1871年，美国宾夕法尼亚，发明世界上第一台回转窑，使水泥生产大规模化。2、定义：凡由硅酸盐水泥熟料、05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(即国外通称的波特兰水泥)。 3、原 料：硅质：粘土，(SiO2、Al2O3)， 占1/3 钙质：石灰石、白垩等，(CaO)，占2/34、调节原料：铁矿与砂，调节与补充Fe2O3 与SiO25、制造工艺：“两磨一烧”原料经粉磨混合后得到水泥生料，生料经窑内煅烧得到水泥熟料，水泥熟料石膏(或再混合材）一起经粉磨混合后得到水泥。3.2.4、硅酸盐水泥的组成1、硅酸盐水泥是由下列物质混合组成的水泥硅酸盐水泥熟料 （必要成分） 石膏(CaSO42H2O) （必要成分） 混合材(矿渣或石灰石粉末) 2、各物质的作用：熟料：主要胶凝物质，能水化硬化；石膏：调节水泥的凝结时间；混合材：调节水泥的强度等级；3、化学组成：主要成分：CaO(=C)，SiO2(=S)， Al2O3(=A)， Fe2O3(=F)少量杂质：MgO、K2O、Na2O、SO3、P2O5等。4、矿物组成：硅酸盐水泥熟料主要含有四种矿物：硅酸二钙、硅酸三钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙。5、水泥熟料化学组成与矿物组成的确定方法：水泥熟料中化学成分及其含量直接通过化学分析方法确定；水泥熟料的4种矿物的含量不能直接通过分析方法确定，而是采用Bogue方程计算获得。小结：1、水泥的种类及主要成分2、通用硅酸盐系水泥的生产作业：复习所讲授过的内容。 课 时 授 课 计 划 编号：6授课日期授课时数授课班级09铁道工程技术509铁道工程技术62课题 通用硅酸盐系水泥教学目的通过学习通用硅酸盐系水泥的凝结硬化过程，掌握影响水泥凝结硬化的因素。教学重点 水泥凝结硬化机理；水泥的标准稠度用水量和体积安定性教学难点 水泥凝结硬化机理；水泥砂浆的强度课堂类型及教学方法 讲授课教具、挂图 无教学过程 如下教研室主任签字：年月日任课教师：王善库讲授法理论联系实际突出学以致用举例分析，注意比较发现法讲授法理论联系实际突出学以致用教学重点、难点讲述、启发、提问结合。举例说明讨论法解释注意互动问答讲授法理论联系实际突出学以致用讲授法理论联系实际突出学以致用举例分析，注意比较发现法讲授法理论联系实际突出学以致用举例分析，注意比较发现法理论联系实际教学教学重点理论联系实际，注重实际应用讲授法理论联系实际突出实际举例说明讨论法解释注意互动问答教学重点讲述、启发、提问结合利用多媒体演示试验过程教学难点理论联系实际，突出学以致用讲述、启发、提问相结合举例分析，注意比较发现法讲授法理论联系实际突出学以致用讲述、启发、提问相结合举例分析，注意比较发现法讲述、启发、提问结合点名考勤：复习内容：1、水泥的种类及主要成分2、通用硅酸盐系水泥的生产讲授新课：第三章 无机胶凝材料第二节 通用硅酸盐系水泥3.2.5、通用硅酸盐系水泥的凝结硬化水泥浆通过水泥熟料矿物的水化反应、浆体的凝结硬化过程变成坚硬固体：凝结水泥与水混合形成可塑浆体，随着时间推移、可塑性下降，但还不具备强度，此过程即为“凝结”；硬化随后浆体失去可塑性，强度逐渐增长，形成坚硬固体，这个过程即为“硬化”。水泥浆体转变成坚硬固体的过程是一个复杂的物理化学变化过程。1、水泥熟料的水化 ：水泥熟料中各种矿物成分与水所发生的水解或水化作用，称为水泥的水化。水泥与水能发生化学反应水化反应；水化反应将结合占水泥质量30左右的拌和水；水化反应的产物水化物能相互凝聚成三向网络结构；水化反应产物有很大的表面能，而且相互间有很强的次价键力。特征：水泥熟料颗粒中的四种主要矿物同时进行水化反应；其水化反应均是放热反应；水化反应是固液异相反应。反应速度序列：半水石膏CaSO40.5H2O和游离氧化钙CaO的水化铝酸三钙C3A的水化铁铝酸四钙C4AF的水化硅酸三钙C3S的水化硅酸二钙C2S的水化石膏缓凝：铝酸钙C3A的水化行为在水泥水化早期特别重要纯C3A与水反应迅速，生产水化铝酸钙，这一反应导致水泥浆闪凝或假凝，必须避免！避免闪凝的有效途径加入石膏CaSO42H2O，这就是硅酸盐水泥生产中，必须加入石膏与水泥熟料一起粉磨的根本原因！ C3A与石膏反应首先形成水化硫铝酸钙钙矾石晶体，并放出大量热，石膏消耗完后，C3A直接水化形成C3AH6（水化铝酸钙）；缓凝机理：钙钒石的形成反应速度比纯C3A的反应慢；在水泥颗粒表面析出钙矾石晶体构成阻碍层，延缓了水泥颗粒的水化，避免闪凝或假凝。水泥的水化过程：当水泥颗粒分散在水中，石膏和熟料矿物溶解进入溶液中，液相被各种离子饱和；几分钟内，Ca2、SO4 、 Al3 、 OH离子间反应，形成钙钒石；几小时后，Ca(OH)2晶体和硅酸钙水化物C-S-H开始填充原来由水占据、并溶解熟料矿物的空间；几天后，因石膏量不足，钙钒石开始分解，单硫型硫铝酸钙水化物开始形成；此后，水化物不断形成，不断填充孔隙或空隙。水泥浆凝结硬化的物理过程先在固液界面发生，水化物围绕每颗水泥颗粒未水化的内核区域沉积；早期水化物在颗粒上形成表面膜层，阻碍了进一步反应进入潜伏期；因渗透压或Ca(OH)2的结晶或二者，水化物膜层破裂，导致水化继续迅速进行进入水化的加速期；随着水化的不断进行，水占据的空间越来越少，水化物越来越多，水化物颗粒逐渐接近，构成较疏松的空间网状结构，水泥浆失去流动性，可塑性降低凝结；由于水泥内核的继续水化，水化物不断填充结构网中的毛细孔隙，使之越来越致密，空隙越来越少，水化物颗粒间作用增强，导致浆体完全失去可塑性，并产生强度硬化。2、混合材料参与水化活性混合材料所含活性SiO2、Al2O3与Ca(OH)2的反应，生成水化硅酸钙、铝酸钙，使水泥石中Ca(OH)2数量减少，增强水泥石抗腐蚀性。3、水泥凝结硬化三阶段溶解凝结硬化，硬化后的水泥石结构是由胶体粒子、晶体粒子、孔隙（凝胶孔和毛细孔）及未水化的水泥颗粒组成。4、应用水泥凝结硬化机理分析与解答问题水泥生产中为什么掺加石膏？C3A在水中溶解度大，反应很快，引起水泥浆闪凝；水泥的凝结速度取决于水泥浆体中水化物凝胶微粒的聚集，Al3对凝胶微粒聚集有促进作用；石膏与C3A反应形成难溶的硫铝酸钙水化物，反应速度减缓，并减少了溶液中的Al3浓度，延缓了水泥浆的凝结速度。为什么水泥硬化后能产生强度？水泥浆体硬化后转变为越来越致密的固体；在浆体硬化过程中，随着水泥矿物的水化，比表面较大的水化物颗粒不断增多，颗粒间相互作用力不断增强，产生的强度越来越高。 水泥浆体强度的增长规律是什么？水泥浆体的强度随龄期而逐渐增长，早期增长快，后期增长较慢，但是只要维持一定的温度和湿度，其强度可在相当长的时期内增长。这与水泥矿物的水化反应规律是一致的。为什么强度发展与环境温、湿度有关？水泥的水化需要水，如果没有水，水泥的水化就将停止；提高温度可加快水泥的凝结硬化，而降低温度就会减缓水泥的凝结硬化。为什么水泥的储存与运输时应防止受潮？水泥受潮，因表面水化结块，丧失凝胶能力，强度大为降低。 3.2.6、水泥凝结硬化的主要影响因素水泥浆的凝结硬化取决于水泥的水化，水泥水化速度是矿物组成及其含量、粉磨细度、温度和水灰比1、水泥熟料的矿物成分C3S、C3A含量多，凝结硬化快，反之亦然2、水泥细度细度越小，水化反应越快，凝结硬化越快。 3、拌和用水量的影响水灰比水泥浆体中拌和水量与水泥质量之比(W/C)；水灰比越大，需要水化物固相填充的孔隙越多，凝结硬化所需时间越长；水泥石中孔隙越多，强度越低。4、养护条件温度升高10C，速度加快一倍；温度低于0C时，水化反应基本停止；保持一定湿度，有利于水泥的水化。5、混合材料掺加混合材，熟料减少，凝结硬化速度减慢。3.2.7、通用硅酸盐系水泥的技术性质1、密度与堆积密度 ：密度3.053.20，混凝土配合比计算时，一般取3.10。为了结构物自重的计算，必须知道水泥的密度。堆积密度10001600kg/m3，在工地计算水泥仓库时，一般取1300 kg/m3 。2、细 度定义 细度是指水泥粉体的粗细程度。测量方法筛分析法 以80mm方孔筛的筛余量表示；比表面积法 以1kg水泥颗粒所具有的总表面积来表示。 国标要求硅酸盐水泥的比表面积应大于300m2/kg；普通水泥80mm方孔筛的筛余量不得超过10.0%。细度不符合要求的水泥为不合格品！ 问题：为什么需要规定水泥的细度？解答：水泥颗粒细度影响水化活性和凝结硬化速度，水泥颗粒太粗，水化活性越低，不利于凝结硬化；虽然水泥越细，凝结硬化越快，早期强度会越高，但是水化放热速度也快，水泥收缩也越大，对水泥石性能不利；水泥越细，生产能耗越高，成本增加；水泥越细，对水泥的储存也不利，容易受潮结块，反而降低强度。3、标准稠度用水量 标准稠度：按规定的方法拌制的水泥净浆，在水泥标准稠度测定仪上，试锥下沉（282）mm时的水泥净浆的稠度。 标准稠度用水量：是指水泥净浆达到标准稠度时所需要的水量，用水与水泥质量的比来表示。硅酸盐水泥的标准稠度用水泥量一般在21%28%。 问题：标准稠度用水量与什么因素有关？为什么？ 解答： 与水泥细度、水泥矿物组成、混合材掺量等有关。因为水泥颗粒越细，比表面越大，表面吸附水越多；水泥矿物组成和混合材掺量不同，颗粒的表面吸附特性不同，吸附水量不同。 4、凝结时间 概念：凝结时间水泥加水开始到水泥浆失去流动性，即从可塑性发展到固体状态所需要的时间。初凝时间 从水泥加水拌和到水泥浆开始失去可塑性所需的时间；终凝时间 从水泥加水拌和到水泥浆完全失去可塑性，并开始具有强度所需的时间。测定方法：用标准稠度的水泥净浆，在规定的温湿度下，用凝结时间测定仪来测定。国标要求：硅酸盐水泥初凝时间45min；终凝时间390min。国标规定：凡初凝时间不符合规定的水泥为废品；终凝时间不符合规定的水泥为不合格品。为什么？答：水泥凝结时间的规定是为了有足够的时间进行施工操作和硬化的混凝土质量；初凝时间太短，来不及施工，水泥石结构疏松、性能差，水泥无使用价值，即为废品；终凝时间太长，强度增长缓慢，也会影响施工，即为不合格品。5、体积安定性 基本概念：水泥凝结硬化过程中，体积变化是否均匀适当的性质称为体积安定性。若水泥石的体积变化均匀适当，则水泥的体积安定性良好；若水泥石发生不均匀体积变化：翘曲、开裂等，则水泥的体积安定性不良。体积安定性不良的水泥为废品！水泥体积安定性不良的原因：水泥熟料中含有过多的游离CaO、MgO和石膏。因为水泥熟料中的游离CaO、MgO都是过烧的。水化速度很慢。在已硬化的水化石中继续与水反应，其固体体积增大1.98%和2.48倍。产生不均匀体积变化，造成水泥石开裂、翘曲。石膏量过多，在水泥凝结硬化后，会有钙钒石形成，产生膨胀 。检测方法：试饼法 用标准稠度的水泥净浆做成试饼，在水中经恒沸3h后，用肉眼观察没有裂纹，用直尺检查没有弯曲，则体积安定合格，反之，体积安定性不合格。雷氏夹法 测量雷氏夹中的水泥净浆，经沸煮3h后的膨胀值。该值不大于5.0mm时，则体积安定性合格，否则，为体积安定性不合格。6、强度 检验方法水泥胶砂强度实验，分别测量抗压强度和抗折强度。试件尺寸：40 mm 40 mm 160mm棱柱体；胶砂配比： 水泥 : ISO标准砂 : 水= 1 : 3 : 0.5；振动成型：在频率为28003000次/min，振幅0.75mm的振实台上成型。振动时间120s。试件养护：在20 C 1C，相对湿度不低于90%的雾室或养护箱中24h，然后脱模在20C 1 C的水中养护至