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吉 林 建 筑 工 程 学 院 教 案 用 纸绪 论一、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。 第1章 砂石材料1.1砂石材料的技术性质概述： 砂石材料按形状分类 1）、块状石料：简称石料 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 1.1.1石料1.石料的岩石学特性石料定义：在建筑结构工程中，所使用的石料通常指由天然岩石经机械加工制成的，或者由直接开采得到的具有一定形状和尺寸的石料制品。根据成岩条件将岩石分成三类：岩浆岩、沉积岩、变质岩。另外，根据石料组成中二氧化硅成分含量的多少，将岩石分成不同酸碱性石料。亲水系数表明石料对水亲和力的大小。亲水系数越大，说明石料与水的结合程度越高，相对应与沥青的结合力就越弱，所以石料的酸碱性直接影响到石料和沥青构成的混合料的性质。2.石料的物理性质（1）物理常数 物理常数主要指石料的密度和孔隙率，此类常数能够直接影响到石料的力学性质，也是将石料用于混合料配合比设计的参数之一。密度 密度定义为在规定条件下（大多指规定的温度），石料矿质实体单位体积的质量。由于石料在组成结构上或多或少存在着孔隙，而孔隙又分为与外界连通的开口孔隙和与外界不连通的闭口孔隙，所以石料（包括集料）的密度就有数种不同形式。a.真实密度真实密度是指在规定条件下，烘干石料矿质实体单位真实体积（不包括孔隙体积）的质量。 b.表观密度表观密度是指在规定条件下，烘干石料矿质实体包括闭口孔隙在内的单位表观体积的质量。 c.毛体积密度毛体积密度是指在规定条件下，烘干石料矿质实体包括孔隙（闭口、开口孔隙）体积在内的单位毛体积的质量。孔隙率孔隙率是指石料孔隙体积占石料总体积（包括开口孔隙和闭口孔隙体积）的百分率。（2）吸水性吸水性是指石料吸水能力的大小，这一性质用吸水率和饱水率两种形式表示。前者指常温、常压条件下石料最大吸水质量是干燥试样质量的百分率；而后者是在一定真空条件下石料最大吸水质量是干燥试样质量的百分率。显然后者往往要大于前者。（3）抗冻性抗冻性是指石料在饱水状态下，能够经受反复冻结和融化而不破坏，并不严重降低强度的能力，这一性质优劣的判定采用直接冻融法和硫酸钠法两种方式。分别利用低温时结冰产生的冻胀和硫酸钠从液态离子状态转变为固体结晶状态产生的晶胀来考验石料的抗冻性，而后者的考验程度要比前者更为显著一些， 上述物理性质具体表现，在一定程度上都与石料的孔隙率有相应的关系。当孔隙率高，特别是与外界相通且较粗大的开口孔隙发达时，使石料的表观密度和毛体积密度减小，相应的吸水性加大，抗冻性能变差。因此通过石料物理指标的了解，可以在一定程度上预测石料一些工程性质的好坏，认知石料力学性质的表现。3.石料的力学性质所谓石料的力学性质是指石料在工程应用中，所表现出的抗压、抗剪、抗弯拉强度的能力，以及抵抗荷载冲击、剪切和摩擦作用的能力。实践中石料的这一性质常用抗压强度和磨耗率两项指标来表示。（1）石料的抗压强度以单轴加荷的方法对规定形状的石料试样以标准方式 进行抗压试验所得出的结果即为石料的抗压强度。石料的抗压强度受多种因素的影响，其中包括矿物组成、结构及其孔隙构造，以及石料试件的尺寸和吸水率等。如石料结构疏松及孔隙率较大，其质点间的联系较弱，有效面积较小，故强度值较低；试件尺寸较小时，使得试件内应力分布极不均匀，试验结果的真实性受到影响；当岩石的孔隙裂隙较大、含较多亲水矿物或较多可溶矿物时，饱水时的抗压强度会有明显的降低。（2）磨耗率砂石材料磨耗率是指其抵抗撞击、边缘剪力和摩擦等联合作用的能力。石料的磨耗率常采用洛杉矶磨耗试验进行测定。1.1.2集料1.1.2.1 集料的概述1集料分类笼统的说集料就是粒状石质材料。（1）总分类：包括天然砂、人工砂、卵石、碎石，另有工业冶金矿渣。（2）根据粒径大小的不同，分为粗集料和细集料。2粗细集料粒径的界限水泥混凝土用集料的粗细界限尺寸为4.75mm，沥青混合料用集料粗细界限尺寸为2.36mm。大于或等于该尺寸的颗粒为粗集料，余为细集料。3最大粒径这是一个较为重要但又容易引起混淆的概念，集料的最大粒径这一概念由两个不同定义构成，即集料最大粒径和集料公称最大粒径。这两个定义涉及的粒径有着明显区别，通常集料公称最大粒径比最大粒径要小一个粒级。（1）集料最大粒径：指集料100%都要求通过的最小标准筛筛孔尺寸。（2）集料公称最大粒径:指集料可能全部通过或允许有少量不通过(一般容许筛余不超过10%)的最小标准筛筛孔尺寸。1.1.2.2集料的物理性质1物理常数（1）密度考虑到集料颗粒自身的孔隙和颗粒之间的空隙，集料的密度也有几种不同形式。表观密度、毛体积密度、毛体积密度与石料相应密度在概念上相同，仅在实际的密度测定方法上有所区别。表干密度集料的表干密度又称作饱和面干毛体积密度，它的计算体积与毛体积密度相同，但计算质量为集料颗粒的表干质量（饱和面干状态，包括了吸入开口孔隙中的水），由式（1-1）计算。 （1-1）式中： s集料的表干密度,g/cm3；ma集料颗粒的表干质量（矿质实体质量与吸入开口孔隙水的质量之和），g；Vs集料颗粒矿质实体的体积，cm3；Vn、Vi分别为集料颗粒矿质实体中闭口孔隙和开口孔隙的体积，cm3。装填密度装填密度根据装样方法的不同可为堆积密度、振实密度和捣实密度。该密度是指烘干集料颗粒矿质实体的单位装填体积（包括集料颗粒间空隙体积、集料矿质实体及其闭口、开口孔隙体积）的质量，按式（1-2）计算。 （1-2）式中：矿质集料的装填密度,g/cm3；ms集料颗粒矿质实体的质量，g；Vs集料颗粒矿质实体的体积，cm3；Vn、Vi分别为集料颗粒矿质实体中闭口孔隙和开口孔隙的体积，cm3；Vv集料颗粒间的空隙体积，cm3；（2）空隙率空隙率是指集料在某种装填状态下的空隙体积（含开口孔隙）占装填体积的百分率，按式（1-3）计算。 （1-3）式中：n集料的空隙率，%；Vf集料颗粒的装填体积， ，cm3；Vn、Vi分别为集料颗粒间空隙与矿质实体中开口孔隙的体积，cm3。将式（1-2）和式（1-12）代入式（1-13），则空隙率可用式（1-4）计算： （1-4）式中：集料的装填密度，g/cm3；a集料的表观密度,g/cm3。（3）粗集料的骨架间隙率粗集料骨架间隙率通常指4.75mm以上粗集料颗粒间的空隙体积的百分含量，由式（1-5）计算。粗集料骨架间隙率的大小用于确定混合料中细集料和结合料的数量，并评价集料的骨架结构。 （1-5）式中： VCA粗集料骨架间隙率，%；c粗集料的装填密度，在水泥混凝土中用粗集料的振实密度；在沥青混合料中用粗集料的捣实密度，g/cm3；b粗集料的表观密度或毛体积密度，g/cm3。2集料的级配级配是指集料中各种粒径颗粒的搭配比例或分布情况。级配对水泥混凝土及沥青混合料的强度、稳定性及施工和易性有着显著的影响，级配设计也是水泥混凝土和沥青混合料配合比设计的重要组成部分。3集料的颗粒形状与表面特征集料的性质除了与形成集料的岩石特征和孔隙结构等有直接关系之外，还与集料的颗粒形状和表面特征有一定的关系。因为集料的形状和表面特征都将影响集料颗粒间的内摩阻力、集料颗粒与结合料粘结性及吸附性等方面。（1）理想的集料颗粒形状是球状或立方体，而扁平、薄片、细长状的颗粒不仅增加集料的空隙率，还对施工的和易性和混凝土强度造成不利影响；（2）集料表面特征指集料的粗糙程度和孔隙特征。表面粗糙的集料颗粒有较显著的摩阻力，同时也会影响集料的施工和易性；粗糙且有吸收水泥浆和沥青轻组分的孔隙特征的集料与结合料的粘结能力较强。4含泥量和泥块含量存在于集料中或包裹在集料颗粒表面的泥土会降低水泥的水化反应速度，也会妨碍集料与水泥（或沥青）间的粘结能力，显著影响混合料的整体强度与耐久性，应对其含量加以限制。泥是指砂中粒径小于0.075mm的颗粒，泥块是指粗集料原尺寸大于4.75mm（或细集料大于1.18mm），但经水浸洗、手捏后小于2.36mm（细集料小于0.6mm）的颗粒含量。1.1.2.3集料的力学性质在结构层或混合料中，粗集料起骨架作用，应具备一定的强度、耐磨、抗磨耗和抗冲击性能等，这些性能用压碎值、磨光值、磨耗值和冲击值等指标表示。1压碎值压碎值是指按规定的方法测得石料抵抗压碎的能力，也是集料强度的相对指标，用以鉴定集料品质。压碎值是对石料的标准试样在标准条件下进行加荷，测试石料被压碎后，标准筛上筛余质量的百分率。2磨光值磨光值是反映石料抵抗轮胎磨光作用能力的指标，它是采用加速磨光机磨光石料，并用摆式磨擦系数测定仪浊得的磨光后集料的磨擦系数。用高磨光值的石料来铺筑道路路面表层，可以提高路表的抗滑能力，保障车辆的安全行驶。试验测出的磨光值以 表示，该值越大，表明集料的抗磨光性能越好。3冲击值冲击值反映石料抵抗冲击荷载的能力。由于路表集料直接承受车轮荷载的冲击作用，这一指标对道路表层用集料非常重要。试验测出的冲击值以 表示，该值越小，表明集料的抗冲击性能越好。4磨耗值磨耗值用于确定石料抵抗表面磨损的能力，适用于对路面抗滑表层所用集料抵抗车轮磨耗值。试验测出的磨耗值以 表示，该值越小，表明集料的抗磨耗能力越好。1.1.3 矿质混合料的组成设计所谓的矿质混合料就是能够满足级配要求的各种粒径材料的集合体，简称矿料。在水泥混凝土或沥青混合料中，所用集料颗粒的粒径尺寸范围较大，而天然或人工轧制的一种集料往往仅有几种粒径尺寸的颗粒组成，难以满足工程对某一混合料的目标设计级配范围的要求，因此需要将两种或两种以上的集料配合使用。确定几种集料混合时各自比例的过程就是矿料的组成设计，进行矿质混合料组成设计，必须道先明确目标级配范围，为此首先应掌握级配组成为矿料技术性能的影响。1.1.3.1矿料的级配1集料级配的表示方法（1）筛分试验采用标准套筛对集料进行过筛分析，以确定集料粗细颗粒的分布即级配，就是所谓筛分试验。通过筛分试验，求得集料试样的级配参数。以细集料的筛分为例：在筛分试验中，分别称量500g砂样充分过筛，根据砂样存留在各筛上的筛余质量，分别计算出分计筛余百分率ai、累计筛余百分率Ai、通过百分率Pi。分计筛余百分率是指某号筛上的筛余质量占试样总质量百分率，按式（1-6）计算： （1-6）式中：mi存留在某号筛上的试样质量，g；M集料风干试样的总质量，g。累计筛余百分率Ai是指某号筛的分计筛余百分率和大于该号筛的各筛分计筛余百分率之总和，可按式（1-7）求得： （1-7）式中： 各筛的分计筛余非分率，%。通过百分率Pi是指通过某号筛的试样质量占试样总质量的百分率，即100与某号筛累计筛余百分率之差，按式（1-8）求得： （1-8）式中：Ai某号筛累计筛余百分率，%。（2）细集料的细度模数细度模数是用于评价细集料粗细程度的指标，是细集料筛分试验中各号筛上的累计筛余百分率之和，按式（1-9）计算（以水泥混凝土用细集料为例）： （1-9）式中： Mf砂的细度模数；A4.75、A2.36、A0.15分别为4.75mm、2.36、0.15mm各筛的累计筛余百分率，%。细度模数愈大，表示细集料愈粗。砂按细度模数分为粗、中、细三种规格，相应的细度模数分别为：粗砂：Mf =3.73.1；中砂：Mf =3.02.3；细砂：Mf =2.21.6。（3）集料的级配曲线粗细不同的粒径按照一定的比例组合搭配在一起，以达到较高的密实程度，根据搭配组成的结果，可得到以下几种不同级配形式。连续级配：连续级配是某一矿料在标准套筛中进行筛分后，矿料的颗粒由大到小连续分布，每一级都占有适当的比例。这种由大到小逐级粒径都有，并按比例互相搭配组成的矿质混合料，称为连续级配混合料。间断级配：在矿料颗粒分布的整个区间里，从中间剔除一个或连续几个粒级，形成一种不连续的级配，成为所谓的间断级配。连续开级配：整个矿料颗粒分布范围较窄，从最大粒径到最小粒径仅在数个粒级上以连续的形式出现，形成所谓的连续开级配。 2级配组成对矿料性能的影响矿料的级配组成直接决定矿料的两大特点：矿料密实度和矿料颗粒间内摩阻力。从而影响到水泥混凝土或沥青混合料的强度、耐久性和施工和易性。从节约结合料的角度考虑，最好采用空隙较小，总表面积也较小的集料。此外，若各粒级集料颗粒在相互排列时，能够互相嵌锁又不互相干涉，形成紧密多级嵌挤的空间骨架结构，则集料颗粒间将具有较最大的内摩阻力。3矿料连续级配的计算实践中针对连续级配各级粒径矿料数量的计算大多采用最大密度曲线理论，该理论认为当矿料的颗粒级配曲线愈接近抛物线，则其密度愈大。根据该理论，当矿料的级配曲线为抛物线时，最大密度理想曲线可用颗粒粒径与通过量按下式表示： （110）式中： 各级颗粒粒径集料的通过量（%）； 矿料各级颗粒粒径（mm）； 常数。当颗粒粒径 等于最大粒径 时，则通过量 ，即 时， 。所以： （111）式中： 希望计算的某级集料粒径（mm）； 矿质混合料的最大粒径（mm）； 希望计算的某级集料的通过量（%）。 上式是最大密度理想曲线的级配组成计算公式，根据此公式可以计算出某矿料达到最大密度时各级颗粒粒径的通过量。 但在实际应用过程中，这一公式的指数并不一定固定为0.5。对于沥青混合料，当指数是0.45时的密度最大；对于水泥混凝土指数在0.250.45时工作性更好。因此，矿料的级配计算公式的指数通常在0.30.7之间，允许矿料的级配曲线在一定的范围内变动，所以上述最大密度曲线公式采用n次幂的通式来表达。即： （112）所以当某一矿料的最大粒径、相应的指数确定时，则该矿料在各级上的颗粒数量就可通过此公式计算得到。1.2矿料配合比设计方法 矿料配合比设计就是根据实际工程中现有的各种集料的级配参数（即筛分结果），针对设计要求或技术规范要求，采用一定的方法确定各规格集料在合成矿料中所占有比例的操作过程。 常用的设计方法有：试算法、图解法（修正平衡面积法）。两种方法各有特点，前者操作简便、快捷，但要熟练掌握级配参数的含义，对三种以内的矿料设计较适宜；后者简单易掌握，适合多种矿料操作，但操作稍嫌麻烦。 1试算法设计步骤 （1）建立基本计算方程 设有 、 、 三种集料在某一筛孔 上的分计筛余百分率分别为 、 、 ，打算配制矿质混合料 ，混合料 在相应筛孔上的分计筛余百分率为 。设 、 、 三种集料在混合料中的比例分别是 、 、 ，则得到下面两式： （113） （114） （2）基本假设 在矿质混合料中，假定混合料中某一级粒径的颗粒仅由三种集料中的一种集料来提供，而其它两种集料中不含有这一粒径的颗粒，此时这两种集料相应的分计筛余百分率为0。例如设在 粒级上仅 集料在此粒级上存在分计筛余，其它两个集料 和 的分计筛余全部是0，从而简化计算过程。 （3）计算根据上述假设，（47）式成为： （115）则 集料在混合料中所占的比例为： （116） 同理，按此假设在计算 集料在混合料中的比例时，在 粒级上其它两个集料 和 在该粒径上的分计筛余百分率也是0，则有： （117）即 集料在混合料中比例是： （118） 最后得到 集料在混合料中的比例： （119） （4）校核调整 对以上计算得到的各集料的比例即配合比进行验算，如得到的合成级配不在所要求的级配范围，应调整初步配合比重新验算，直到满足级配要求为止。如经数次调整仍不能达到要求，可掺加单粒级集料或调换其它集料。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 第二章 石灰和水泥概述 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 2.1.1、石灰的生产工艺概述 主要原料：石灰石，其主要化学成分 C a CO 3 M g CO 3 以及杂质 生产过程： C a CO 3 在 1000 下加热生成 C a O 和 CO 2 。 生石灰分类 1 、优质生石灰： 洁白或带灰色，密度轻，一般 8001000kg/m 3 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。 2.1.2、石灰的熟化 1 、熟化过程 C a O+H 2 O = C a (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，改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 2.1.3、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 C a (OH) 2 +CO 2 +nH 2 O = C a CO 3 +(n+1) H 2 O 该反应必须有水分存在时才能进行，且反应速度缓慢 2.1.4、石灰的技术要求和技术标准 2.1.4.1技术要求 1 、有效 C a O 和 M g O 的含量 2 、生石灰产浆量和未消化颗粒含量 3 、二氧化碳（ CO 2 ）含量 即未分解的 C a CO 3 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 2.1.4.2石灰的技术标准 见教材中表 2-1 、 2-2 、 2-3 、 2-4 2.1.5、石灰的应用及储存 2.1.5.1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 C a (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 2.1.5.2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 2.1.5.3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。2.2 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。 2.2.1、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 P I 和掺不超过 5% 混合材料 P II 2.2.1.1硅酸盐水泥生产工艺概述 1 、生产原料 石灰质原料 提供 C a O 粘土质原料 提供 SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 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 窑中煅烧至 1450 C ，形成熟料。 加入石膏磨细制成水泥。 即“两磨一烧”。 2.2.1.2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 C a O 3 C 3 S 粘土质 SiO 2 C 2 S Al 2 O 3 C 3 A Fe 2 O 3 C 4 AF 2 、水泥熟料主要矿物组成的性质 C 3 S 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。 C 2 S 含量 10 40% ，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。 C 3 A 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。 C 4 AF 含量 5 15% ，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 C 3 A 、C 3 S 、C 4 AF 、C 2 S 2 ）释热量 C 3 A 、C 3 S 、C 4 AF 、C 2 S 3 ）强度 C 3 S、C 2 S 、C 3 A 不高、C 4 AF 对抗强度有利 4 ）耐侵蚀性 C 4 AF 、C 2 S 、C 3 S 、C 3 A 5 ）干缩性 C 3 A 最大 C 3 S 居中 C 4 AF 、C 2 S 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 C 3 A、C 3 S 的含量，提高 C 2 S 的含量。 道路水泥：提高 C 3 S 和 C 4 AF 的含量。 高强水泥：提高 C 3 S 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。2.2.1.3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： 因此，水泥水化后，其主要水化物有六种，列于教材表 2-8 。 此外，必须解释： 钙矾石的特征，针状结晶体，生成结晶体时，体积膨胀 1.5 倍，其化学反应在水泥凝结硬化后还将进行。 为什么加石膏？调节水泥凝结硬化速度，离价 Al 3+ ，可促进胶体体系的凝结，使水泥几分钟内凝结，掺入石膏后，在 C a SO 4 溶液中和水泥 C a (OH) 2 溶液共存的情况下， C 3 A 溶解度降低，且 CAH 与 C a SO 4 2H 2 O 反应，生成难溶于水的 CASH ，从而减少了起凝聚作用的铝离子。 2 、硅酸盐水泥的凝结和硬化 可分为四个阶段 1 ）初始反应期 C 3 S 水化，释放出 C a (OH) 2 C 3 A 亦水化，并与 C a SO 4 2H 2 O 起反应，此阶段具有 1% 的水泥产生水化 2 ）诱导期水泥颗粒表面覆盖 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 C 4 AF 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 2 ）石膏对水泥凝结、硬化的影响 3 ）温度、湿度对水泥凝结、硬化的影响 4 ）水泥的龄期与强度的关系 早期增长快，后期增长慢 3-7d 强度发展快 4 周后显著减慢 2.2.1.4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% 含量 过多时，亦引起体积膨胀，不安定 烧失量 由于受潮或煅烧不佳引起的，要求 P I 3.0%, P II 3.5% PO 5.0% 不溶物 用盐酸溶解后的不溶残渣 规定 P I 0.75%, P II 1.50% 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 300m 2 /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： m w 水泥达到标准稠度时的用水量（ g ） m c 水泥质量（ g ） 测定方法： 1 、标准法 试杆法，试杆沉至距底板 6mm E 1mm 2 、代用法： a 、固定水量法 (p=33.40.185s) 。 b 、调整水量法 s=28mm E 2mm 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： 4mm E 1mm 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 ） 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 40 G 40 G 160mm ，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 2 、技术标准 见教材表 2 11 及相应规定 其中规范规定： 废品水泥： MgO 、 SO 2 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2.2.1.5、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 由上可见：水泥腐蚀的内因是水泥中的 Ca(OH) 2 和 C 3 AH 6 ；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。 2.2.1.6硅酸盐水泥的应用宜用于：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。 2.2.1.7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。 2.2.1.8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。2.2.2、掺混合料的硅酸盐水泥 2.2.2.1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。 2.2.2.2、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。 2.2.2.3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 +SiO 2 +m H 2 O x CaO. SiO 2 .mH 2 O yCa(OH) 2 + +n H 2 O y CaO. Al 2 O 3 .nH 2 O （ 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。 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