道路建筑材料内容

1、道路建筑材料,建筑材料：是用于建筑物各个部位的各种构件和结构体并最终构成建筑物的材料。 道路建筑材料：是用于路桥建筑物各个部位的各种构件和结构体并最终构成路桥的材料。,绪 论,课程介绍,一、课程性质 道路建筑材料是道路与桥梁工程的一门专业技术基础课，是研究道路与桥梁用材料组成、性能和应用的一门课程。 二、课程结构 、组成：理论课试验课 课程设计：水泥砼配合比设计 沥青混合料配合比设计,、内容 石料与集料 砂石材料是公路桥梁工程中用量最大的一种建筑材料 砂石材料经过人工开采的岩石或轧制碎石以及地壳岩层岩石经天然风化而得到的松散材料。 用途： 直接用于铺道路或各种桥梁结构物 作为集料来配制水泥砼和

2、沥青混合料,无机结合料及制品 石灰、水泥、水泥砼是桥梁建筑中钢筋砼和预应力砼结构的主要材料 有机结合料及其混合料 沥青、沥青混合料 土 高聚物材料 钢材和木材,材料的组成性能指标试验应用贮 存、运输 力学性质物理性质 化学性质工艺性质,三、材料的技术性质,、检验方法 常用的检验方法有三种： 试验室原始材料性能检测 试验室内模拟机构检验测定 现场修筑试验性机构物测定 、技术标准见教材3,四、检验方法与技术标准,四项技术性质,第一章 砂石材料,第一节 砂石材料的技术性质 砂石材料:集料（粒料）+石料（岩石） 一、岩石的技术性质（物理、力学、化学） 石料：应符合设计规定的类别和强度等级，石质均匀、不

3、易风化、无裂缝和良好耐久性能的岩石。 物理常数各种密度和孔隙性 石料物理性质 吸水性含水量的程度 耐候性抗风化性、抗冻性等,物理性质,不包括孔隙（开、闭） 测量方法：密度瓶法。 体积测定：石料磨粉,真实密度：石料在规定条件下，单位真实体积的质量。,公式:,1）物理常数,一块砌体,空气中称量m0=0, 毛体积密度：,定义：在规定条件下，烘干岩石单位体积的质量。（包括孔隙体积）,体积测定： 量积法吸水饱和24小时，称其质量（体积）， 蜡封法测毛体积。,单位：g/cm3、kg/m3 。,一块砌体,公式：, 孔隙率：,定义：石料孔隙体积占总体积的百分率。,问题：孔隙率和空隙率不同点？ 是否孔隙率大吸水

4、率就大？（构造有关）,（%）,2）吸水性,石料的吸水性是石料在规定的条件下吸水的能力。采用吸水率和饱和吸水率两项指标来表征石料的吸水性。,（1）吸水率,在规定条件下（室内常温202和大气压条件下），岩石试样最大的吸水质量与烘干岩石试件质量之比，以百分率表示。,吸水率公式,wa岩石吸水率( % ),m烘至恒重时的试件质量( g ),m1吸水至恒重时的试件质量( g ),（2）饱和吸水率,在室内常温（202）和真空抽气（抽至真空度为残压2.67Kpa）后的条件下，石料最大吸水的质量占烘干石料试件质量的百分率。我国规范采用真空抽气法和煮沸法测定。,饱和吸水率公式,wsa岩石饱和吸水率( % ),m烘

5、至恒重时的试件质量( g ),m2试件经强制饱和后的质量( g ),饱和吸水率大于吸水率（吸水率、饱和吸水率能有效地反映岩石微裂隙的发育程度，可用来判断岩石的抗冻性和抗风化等性能）,（3）水对岩石工程性能的影响,A、石料饱水系数（Kb ） Kb =Wa / WSa Kb1，石料抗冻性能差，Kb0.85寒冷地区不用。 B、石料软化系数（Kr ） Kr = Rb / Rg Rb同种石料吸水饱和时抗压强度；Rg同种石料干燥时抗压强度 Kr 1，石料耐水性好，石料强度受水影响小， Kr0.6不用，Kr0.75不用于重要工程。,3）抗冻性,抗冻性是指石料在饱水状态下，能抵抗多次冻结和融化作用而不破坏，强

6、度不严重降低的性能。,我国现行抗冻性的试验方法是采用直接冻融法，该方法是将石料加工为规则的块状试样，在常温条件下（205），采用逐渐浸水的方法，使开口孔隙吸饱水分，然后置于负温（通常采用-15）的冰箱中冻结4h，最后在常温（205）的水中融解4h，如此为一冻融循环。经过10、15、25或50次循环后，（D15、D20 为岩石的抗冻标号，其中15、20表示的是冻融循环次数）观察其外观破坏情况并加以记录。采用经过规定冻融循环后的质量损失百分率表征其抗冻性。,定义：R = P/A （抵抗撞击、边缘剪力和摩擦联合作用的性能） 磨耗率 Q=（m1-m2）/m1 100,2.力学性质,1）单轴抗压强度,2

7、）磨耗性,3.化学性质,1)、化学成分对化学性质影响 2)、矿物成分对化学性质影响 3)、岩石酸碱性（石灰岩为碱性岩石，岩浆岩为酸性岩石） 岩浆岩的酸性根据SiO2的含量，岩浆岩石可分为： 酸性岩石（大于65%） 中性岩石（52%65%） 基性、超基性岩石（小于52%）, 道路路面建筑用岩石制品 高级铺砌用整齐块石 路面铺砌用半整齐块石 铺砌用不半整齐块石 锥形块石 桥梁建筑用主要岩石制品 片石 块石 方块石 粗料石 细料石 镶面石,二、道路和桥涵用岩石制品,三、集料的技术性质 集料:为在混合料中起骨架或填充作用的粒料。分粗、细集料，有天然、机制、工业废料,概述：粗集料是在混合料中起骨架作用的

8、粒料。有人工轧制的碎石；天然风化而成卵砾石。沥青混合料中粗集料粒径大于2.36mm，水泥混凝土粗集料粒径大于4.75mm。,粗集料的技术性质,物理性质 1）物理常数 表观密度：单位表观体积的质量。 VsVn（闭口）,公式：,( g / 3),表观体积测定：网蓝法。,称量完全干燥,道路使用的集料规定：密实不包括开口孔隙。,试验：,毛体积密度：,定义：粗集料在规定条件下，单位毛体积的质量。,公式：,测定方法：浸24h饱水后，用湿毛巾擦干后而求得饱和面干质量。然后用排水法求得水中的质量。,饱和面干,堆积密度：集料装填于容器中包括集料空隙和孔隙在内单位体积的质量。 体积确定：容积升（自然堆积密度）,松

9、方密度：,公式：,振动堆积密度,细集料堆积密度及紧装密度试验,空隙率：集料在自然堆集时的空隙占总体积的百分率。, 空隙率,公式：,问题：空隙率和孔隙率有什么不同？,2）级配,标准筛为方孔筛，筛孔孔径为70mm、63mm、53mm、37.5mm、31.5mm、26.5mm、19mm、16mm、13.2mm、9.5mm、4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.6mm、0.3mm、0.15mm、0.075mm。其余性质同细集料,3）坚固性,按规范规定，对已轧制成的碎石或天然卵石用硫酸钠溶液进行干湿循环试验。经5次循环后，观察其表面破坏情况，用质量损失百分率计算其坚固性。,2、力学性质,力学性质

10、,压碎值,磨光值,冲击值,磨耗值,1）压碎值,定义：,讨论与分析：,集料在逐渐增加的荷载下，抵抗压碎的能力。,将9.5-13.2mm集料试样3Kg装入压碎值测定仪的钢制圆筒内，放在压力机上，在10min左右时间内均匀的加荷载至400KN，稳压5s，立即卸载，称其通过2.36mm的筛余质量。按下式计算,试验前试样质量（g）,试验后通过2.36mm筛孔的细料质量（g）,石料压碎值（%）,2）磨光值（PSV）,讨论与分析：,表示集料抵抗车轮磨光作用的能力，是保证路面（特别是高速公路、一级公路）具有足够抗滑性能的重要力学性质，可采用加速磨光机和摆式摩擦系数测定仪测定。石料磨光值越高，表示其抗滑性越好。

11、,3）冲击值（AIV）,定义：,讨论与分析：,集料在逐渐增加的荷载下，抵抗压碎的能力。,试样总质量（g）,冲击破碎后通过2.36mm的试样质量（g）,集料冲击值（%）,4）磨耗值（AAV）,定义：,讨论与分析：,集料在逐渐增加的荷载下，抵抗压碎的能力。,集料表干密度（g/cm3）,磨耗前试件的质量（g）,集料道瑞磨耗值（%）,磨耗后试件的质量（g）,（一）细集料的技术性质 概述：产源： 天然砂山砂、河砂、 人工砂提高粘结力 废 料废模型砂 （砂细碎如砂的物质，砂砾） （沙极细碎的石砾，沙漠、风沙）,主要起填充作用,考虑：产源、粒径、物理、酸碱性、级配,总结：沥青混合料中的细集料是指粒径小于2.

12、36mm; 水泥混凝土中的细集料是指粒径小于4.75mm。,物理常数（同粗集料） 分析：与粗集料不同点粒径小、 量少； 要求干净的（含泥量、杂质量、有机质）,级配：是砂各级粒径颗粒的分配情况。 方法：采用筛析法（方孔筛一套标准筛） 分析：级配目的：提高密实（耐久性好） 细度模数目的：控制抗折强度、节约水泥 总结：砂子的级配两方面控制。同时满足要求。,（旧筛方孔）5.0 mm4.75mm （新） 2.5 mm 2.36mm 1.25 mm1.18mm 0.63 mm0.6mm 控制粒径 0.315 mm0.3mm 0.16 mm0.15mm,级配,总称量500g,筛析法：一套标准筛。,0.6mm

13、 粒径的含量决定它的区间。,有关级配的重要参数,存留量 ：mi； 总量：M=500g,分计筛余百分率,累计筛百分率,通过百分率,目的：求100g砂中各筛上存留量.,粗度：粗度是评价砂粗细的一种指标。用细度模数表示，是各号筛的累计筛余百分率之和除以100之商。,公式：,规定：砂的细度模数分为三级。 MX =3.73.1 粗砂 MX =3.02.3 中砂 MX =2.21.6 细砂,“%”不代入计算,A1：不是砂子,细度模数水泥裹覆着集料平均粒径组成; 分析： 粒径差太大，拌合困难； 粒径差太小，细小颗粒多受力易断裂； 细级料粒径过小表面积大，浪费水泥； 完全是一种颗粒的砂，密实度不够。 还必须考

14、虑颗粒的级配。,总结（1）：,问题：粗、中、细砂如何确定？ 砂的粗细程度确定的指标有哪两项？,颗粒级配： 级配好密实耐久性好强度高。混凝土用砂的级配按建筑用砂（GB/T 146842001）的规定划分为 3个级配区有：粗砂、中砂、细砂。完全粗的不行，小颗粒的也需要。要符合3-3规定。 从级配来说，就是填满骨架的空隙。 详见砂的分区及级配范围表3-3：,总结（2）：,砂的分区及级配范围 表3-3,说明： 区砂属于粗砂采用较区大的砂率（不易捣实）； 区砂属于中砂由中砂和一部分偏粗砂的细砂组成； 区砂属于细砂采用较区小的砂率（易捣实）。,0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 10

15、0,累 计 筛 余 百 分 率 (%),上限,下限,P62控制粒径,偏粗,偏细,中砂区,砂样,粗砂区,细砂区,规定：必须同时 满足级配和Mx两项指标。,砂样,砂样,注意：,砂样的曲线完全在标准区间之内，且Mx符合规定二者统一，如：都属于二区，该项砂是中砂； 除5.0mm和6.0mm筛孔外,允许超出分界线，但其总量不应大于5%； 如何选择细集料属于哪个级配区？ 先计算细度模数，但超出量符合规定，来确定。 若有一方面不符合规定，该集料不符合要求。 若给定的集料不符合规定，可取用二种以上集料组合级配，直到符合要求为止。 集料一定要干净，符合有害杂质含量的规定。,砂子类别确定的设计步骤,例：已知砂子筛

16、分的存留量 设计步骤： 计算分计筛余量 计算重要参数： 计算累计筛余量 计算通过百分率 计算细度模数（结果） 用标准级配确定砂子的级配范围（结果） 结论（根据细度模数和级配范围）。,四、冶金矿渣集料,指黑色金属冶金矿渣集料 （高炉重矿渣、钢渣） 在空气中冷却形成坚硬的材料路用、集料 冶金矿渣的化学成分酸、中、碱 矿渣物理性质相对密度2.973.32g/cm (2.672.7g/cm) 堆积密度约900/m3 力学性质强度较高（相当于花岗岩） 压碎值 磨光值 磨耗值符合要求 应用：稳定的矿渣集料可应用于各种路面的基层和垫层。,类宜用于强度等级大于C60的混凝土； 类宜用于强度等级C30-C60及

17、抗冻、抗渗或其它要求的混凝土； 类宜用于强度等级小于C30的混凝土和建筑砂浆。,砂子的用途,第二节 矿质混合料的组成设计,道路与桥梁用砂石材料，大我数是以矿质混合料的形式与各种 结合料（如水泥或沥青等）组成混合料使用。然而在矿质混合料 中各档集料是相互搭配使用的，欲使混合料具备优良的性能，除 各种矿质集料的技术性质应符合技术要求外，矿质混合料还必须 满足最小空隙率和最大摩擦力的基本要求。 1、矿质混合料级配优良的标准： (1)、最大密实度、空隙率最小； (2)、充分发挥粗矿料骨架支撑作用、形成最大磨擦力； (3)、矿料表面积不太大，结合料（胶结材料）省。 2 、矿质混合料进行组成设计，其主要内

18、容包括： (1)级配理论和级配范围的确定； (2)基本组成的设计方法。,一、矿质混合料的级配理论,（一）级配类型 典型级配：连续级配和间断级配。 1.连续级配：筛孔尺寸由大到小，逐级粒径均有，按比例互相搭配组成的矿质混合料。 2.间断级配：在矿质混合料中剔除其一个或几个分级而形成一种不连续的混合料。 （二）级配理论 1.富勒（W.B.Fuller）理论： P2=kd P=100(d/D)0.5 式中：P欲计算的某级粒径d（mm）的通过百分率（%）； d欲计算的某级粒径d（mm）； D矿质混合料的最大粒径（mm）。 2.泰波（A.N.Talbal）理论：P=100(d/D)n 式中：P欲计算的某

19、级粒径d（mm）的通过百分率（%）； n试验指数；d欲计算的某级粒径d （mm）； D矿质混合料的最大粒径（mm） 。,3.魏茅斯(C.A.G.Weymouth)粒子干涉理论 魏矛斯提出的粒子干涉理论，认为颗粒之间的空隙，应由次小一级颗粒所填充；其所余空隙又由再次小颗粒所填充，但填隙的颗粒不得大于其间隙之距离，否则大小颗粒粒子之间势必发生干涉现象。为避免干涉起见，大小粒子之间应按一定数量分配，并从临界干涉的情况下可导出前分级粒度的间距计算公式：,二、级配曲线范围的绘制,理论级配曲线：以级配理论公式计算出的通过百分率（%）为纵坐标，以粒径（mm）为横坐标绘制而成的曲线。 级配曲线范围：由于矿料在

20、轧制过程中的不均匀性，以及混合料配制时的误差等，所配制的混合料必须在一定的范围内波动。若为常坐标，级配曲线明显造成前密后疏，不便绘制和查阅，所以一般采用半对数坐标进行绘制。这种方法是用半对数坐标绘制级配曲线。半对数坐标就是以对数坐标为横坐标，以常坐标为纵坐标所绘制的坐标网。 建立半对数坐标的一般方法如下： 1、先计算出各颗粒粒径的对数lgdi 2、求出各颗粒粒径间的对数间距，即lgdi-lgdi-1（精确到0.01），并计算出各颗粒粒径对数间距的总和，即（lgdi-lgdi-1） 3、按下式求出各颗粒粒径的间距系数K：,应校核颗粒间距系数总和，调整使K=1.00 4、选定横坐标长度L，各颗粒粒

21、径间距li=KL 5、计算出各颗粒粒径在横坐标上的位置（即距原点的距离） 6、根据各颗粒粒径在横坐标上的位置确定横坐标，以通过百分率为纵坐标，即为半对数坐标。 建立好坐标网后,将按泰波实验指数（n1和n2）计算所得的各颗粒粒径（di）的 通过百分率（pi）绘于坐标图上，再将各点连接为光滑的曲线，两条级配曲线之 间所包括的范围通常用阴影部分表示，即为级配曲线范围。,三、矿质混合料的组成设计方法,在生产中，天然的或人工轧制的单一集料的级配一般很难完全符合某一合适级配范围的要求。其中天然的集料往往是通过多种天然集料搭配使集料级配符合规范级要求，如在级配碎石中往往是砾石和砂相掺配而达到要求。而人工轧制

22、的碎石则往往是通过将碎石加工成几种不同规格（粒度）后再进行搭配，使其混合级配符合规范要求。 相对应的，我们对不同规格的集料用不同的名字。通俗的叫法有：寸半子、寸子、瓜子片、石屑。 正式的文件名称用该集料的最大公称粒径与最小颗粒直径表示，如：“10mm31.5mm碎石”是指这种集料的最大公称粒径为31.5mm，最小颗粒粒径为 10mm的碎石。 矿质混合料的设计方法主要采用试算法和图解法。在应用设计方法时应具备以下两项条件： （1）各种集料的筛析结果 （2）按技术规范（或理论级配）要求矿质混合料的级配范围,（一）试算法数解法设计步骤,1、建立基本计算方程 设有A 、B 、C 三种集料在某一筛孔上的

23、分计筛余百分率分别为A() 、B() 、 C() ，打算配制矿质混合料M ，混合料M在相应筛孔上的分计筛余百分率为M() 。设 A 、B 、C三种集料在混合料中的比例分别是 X、Y 、Z ，则得到下面两式： X+Y +Z=100 （123） A() .X +B() .Y + C() .Z = M() （124） 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,1

24、）计算A集料在混合料中所占的比例 根据上述假设，（124）式成为： A() .X = M() 则A集料在混合料中所占的比例为： X = M() / A() （125） 2）计算C集料在混合料中所占的比例 同理，按此假设在计算 集料在混合料中的比例时，在 粒级上其它两种则C集料 和 在该粒径上的分计筛余百分率也是0，则有： C(j) .X = M(j) 即C集料在混合料中比例是： Z = M(j) / C(j) （126） 3）最后计算B集料在混合料中的比例： Y=100 (X+Z) （127） 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

25、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。,1.试算法：例题1-2P25,（二）图解法设计步骤,1、准备工作 (1)对所用的各集料筛分，并计算出各自的通过量百分率。 (2)明确设计标准级配要求的级配范围。 (3)并计算出该要求标准级配范围的中值。 2、绘制框图 （1）绘制一矩形框图：通常纵横边各为100mm和150mm，从左下向右上引对角线 作为合成级配的中值。图1-8。 （2）标纵坐标：按算数坐标标通过量百分率刻度（%）。 （3）标横坐标：表示筛孔位置（单位mm），方法各筛孔的具体位置则根据合成级配要求的通过量百分率中值，在纵坐

26、标上找出该值的位置，然后从纵坐标引平行线与对角线相交，再从交点处向下作垂线，垂线与横坐标的相交点即为各筛孔相应位置。,绘制框图坐标体系（图1-8）,3、绘制各集料级配曲线（图1-9 ） 将参与级配合成的各集料通过量绘制在框图中，用折线的形式连成级配曲线。 4、确定各集料的用量比例 根据框图中相邻两条曲线关系，确定各集料在混合料中的掺配比例，有三种情况： 1）重叠关系：相邻两条曲线相互重叠，图18中集料 的级配曲线下部与集料 的级配曲线上部搭接。在两条级配曲线之间引一条垂线 ，要求该垂线与集料 、 的级配曲线截距相等，即 。此时垂线 与对角线 相交于点 ，再通过点 作一水平线与纵坐标交于 点，

27、线段的几何长度（以mm计）就是集料 的用量比例（%）。 2）相接关系：相邻两条曲线首尾相接，图42中集料 的末端与集料 的首端正好相接。此时只需从 集料的首端向 集料的末端引垂线 ，该垂线与对角线 相交于点 ，过点 作水平线与纵坐标交于点 ，则 线段的几何长度就是 集料的用量（%）。 3）分离关系：相邻两条曲线分离，图42中集料 的级配曲线与集料 的级配曲线在水平方向彼此分离。此时作一条垂线 平分这段水平距离，要求 。垂线 与对角线 交于点 ，通过该点作一水平线与纵坐标交于点 ，则 线段的几何长度就代表集料 的用量（%）。剩余的 即为集料 的用量。 可以说，框图中相邻集料级配曲线的关系只可能是

28、这三种情况，但实际操作过程中以第一种关系即重叠关系为最常见。 5、校核与调整 根据图解求得的各集料用量比例，计算出合成级配的结果，合成级配超出级配范围时，要调整各集料的用量，直到满足设计级配的要求为止。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。,确定各集料的用量比例（图1-9）,2.图解法,第二章 石灰和水泥,思考:什么是石灰? 石灰在工程中有什么用途？ 工程用石灰怎么选择？,工地现场石灰堆放,工地现场石灰过筛,内容提要及知识要点,本章阐述了石灰的消化、硬化过程和质量检验评定指标； 通过学习，要求学生能够： 具有石灰消化与硬化、硅酸盐水泥熟料各矿物成分特性方面的知识； 具有石

29、灰、技术性质的知识，并能进行检验； 能根据工程情况合理选用石灰。,胶凝材料：在建筑工程中，能以自身的物理化学作用将松 散材料(如砂、石)胶结合成为具有一定强度的整体结构的材 料，统称为胶凝材料。,返回前页,气硬性胶凝材料：如石灰、石膏、菱苦土的水玻璃等只 能在空气中硬化、保持或继续提高强度的胶凝材料。,返回前页,水硬性胶凝材料如各种水泥，则不仅能在空气中硬化、 而且能更好的在水中硬化，且可在水中或适宜的环境中保持 并继续提高速度。,返回前页,第一节 石灰,1.石灰：为石灰石经高温煅烧而获得的产品。 2.石灰基本类型：钙石灰： MgO 5% 镁石灰： MgO 5% 3.石灰类型 1）生石灰：（1

30、）块状生石灰（2）生石灰粉 2）消石灰：（1）消生石灰粉 （2）石灰浆石灰膏石灰乳,石灰根据化学成分的不同分为生石灰和熟石灰。石灰的主要 化学成分是CaO，熟石灰的主要成分是Ca(OH)2。根据成品加工 方法的不同，可分为块状生石灰、生石灰粉、消石灰粉、石灰 浆、石灰乳。,一、石灰的生产工艺概述,石灰是由富含碳酸钙的岩石(如石灰石、白云石、白垩等)为主，亦可应用含有氧化钙和部分氧化镁的岩石经过煅烧，逸出二氧化碳气体后得到的块状材料。煅烧过程中，碳酸钙的分解需要吸收热量，通常需加热至900以上，其化学反应可表示如下：,CaCO3 CaO+CO2（178kJ/mol）,900,178kJ/mol,

31、1、优质的石灰：色质洁白或带灰色，多孔，质量较轻。石灰在烧制过程中，往 2、欠火石灰：未烧透石灰，质量大，色显白、硬度大 。 3、过火石灰：烧制的温度过高或时间过长，石灰表面出现玻璃状的外壳，体积收缩明显，颜色呈灰黑色，块体密度大，消化缓慢14天。 4、过火石灰危害及防治：用于建筑结构物中仍能继续消化，以致引起成型的结构物体体积膨胀，导致结构物表面产生鼓包、隆起、起皮、剥落或产生裂缝等破坏现象，故危害极大。防治方法“陈伏”15天。灰浆在陈伏期间，在其表面应有一层水分，使之与空气隔绝，以防止碳化。,二、石灰的消化和硬化,1.石灰的消化 烧制成的生石灰，在使用时必须加水使其“消化”成为“消石灰”，

32、这一过程亦称“熟化”，故消石灰亦称“熟石灰”其化学反应为： CaO+H20Ca(OH)2+64.9kJ/mol 消石灰主要化学成分为氢氧化钙Ca(OH)2。上式理论需水量仅为石灰的32，但是由于石灰消化是一个放热反应过程，实际加水量达70以上。根据加水量的不同，可以得到不同形态的熟石灰，加水量恰好完成上述反应，可得到细粉状的熟石灰即消石灰粉；加入超过上述反应所需的水，可得石灰浆；加入更多的水稀释石灰浆可得到石灰乳。,消解速度：块状石灰从加水至产生热量达到最高温度所需的时间。在石灰消化时，应注意加水速度。对消解速度快、活泼性大的石灰，如加水过慢，水量不够，则已消化的石灰颗粒生成Ca(OH)2包围

33、于未消化颗粒周围，使内部石灰不易消化，这种现象称为“过烧”现象；相反，对于消解速度慢、活泼性差的石灰，如加水过快，则发热量少，水温过低，增加了未消化颗粒，这种现象称为“过冷”现象。,2石灰的硬化 石灰的硬化过程包括干燥硬化和碳酸化两部分。 2)石灰浆的干燥硬化(结晶作用) 石灰浆体干燥过程，由于水分蒸发形成网状孔隙，这时滞留在孔隙中的自由水由于表面张力的作用而产生毛细管压力，使石灰粒子更加密实，而获得“附加强度”。此外，由于水分的蒸发，引起Ca(OH)：。溶液过饱和而结晶析出，并产生“结晶强度”。但从溶液中析出Ca(OH)2数量极少，因此强度增长不显著。其反应为： Ca(OH)2+nH2OCa

34、(OH)2nH2O 2)硬化石灰浆的碳化(碳化作用) 氢氧化钙与空气中的二氧化碳作用生成碳酸钙晶体，为熟石灰的“碳化”，石灰浆体经碳化后获得的最终强度，称为“碳化强度”。其化学反应式为： Ca(OH)2+C02+nH20CaCO3+(n+1)H2O 该反应主要发生在与空气接触的表面，当浆体表面生成一层CaCO3薄膜后，碳化进程减慢，同时内部的水分不易蒸发，所以石灰的硬化速度随时间增长逐渐减慢。,结晶,碳化,三、石灰的技术要求和技术标准1.技术要求,1)有效氧化钙和氧化镁含量 （理论内容） 石灰中产生粘结性的有效成分是活性氧化钙和氧化镁。它们的含量是评价石灰质量的主要指标，其含量愈多，活性愈高，

35、质量也愈好。有效氧化钙和氧化镁含量的测定方法，按我国现行行业标准公路工程无机结合料稳定材料试验规程规定，有效氧化钙含量用中和滴定法测定，氧化镁含量用络合滴定法测定。 2)生石灰产浆量和未消化残渣含量 （理论内容） 产浆量是单位质量(1kg)的生石灰经消化后，所产石灰浆体的体积(L)。石灰产浆量愈高，则表示其质量越好。未消化残渣含量是生石灰消化后，未能消化而存留在5mm圆孔筛上的残渣占试样的百分率。其含量愈多，石灰质量愈差，须加以限制。 按现行标准建筑石灰物理试验方法(JC/T478.192)规定，取石灰试样1kg，倒人装有2500mL(205)清水的标准产浆桶内的筛筒中，盖上盖子，静置消化20

36、min，用圆木棒连续搅动2min，继续静置消化40 min，再搅动2 min。提取筛筒，用清水冲洗筛筒内残渣，至水流不浑浊，冲洗残渣的清水仍倒入产浆桶内，水的总体积控制在3000 mL。将残渣在100105C烘箱烘干至恒重，冷却至室温后用5mm圆孔筛筛分，称量筛余物，计算未消化残渣含量。 石灰浆体在产浆桶中静置24h后，用钢尺量出浆体高度，计算产浆量。,3)二氧化碳(CO2)含量 控制生石灰或生石灰粉中CO2的含量，是为了检测石灰石在煅烧时“欠火”造成产品中未分解完成的碳酸盐的含量。CO2含量越高，即表示未分解完全的碳酸盐含量越高，则(CaO+MgO)含量相对降低，导致石灰的胶结性能的下降。

37、4)消石灰游离水含量 游离水含量，指化学结合水以外的含水量。生石灰在消化过程中加入的水是理论需水量的23倍，除部分水被石灰消化过程中放出的热蒸发掉外，多加的水分残留于氢氧化钙(除结合水外)中。残余水分蒸发后，留下孑L隙会加剧消石灰粉的碳化作用，以致影响石灰的质量，因此对消石灰粉的游离水含量需加以限制。 5)细度 细度与石灰的质量有密切联系，过量的筛余物影响石灰的粘结性。现行标准建筑生石灰粉(JC/T 48092)和建筑消石灰粉(JC/T 48192)以0.9mm和0.125mm筛余百分率控制。,2.石灰的技术标准,建筑石灰按现行标准建筑生石灰(JC/T 47992)、建筑生石灰粉(JC/T 4

38、8092)和建筑消石灰粉(JC/T 48192)的规定，按其氧化镁含量划分为钙质石灰和镁质石灰两类，其分类界限按下表的规定。,1)生石灰技术标准 根据氧化镁含量按表2-1分为钙质生石灰和镁质生石灰两类，然后再按有效氧化钙和氧化镁含量、产浆量、未消解残渣和CO2含量等4个项目的指标分为优等品、一等品和合格品3个等级，如下表,2)生石灰粉技术标准 根据氧化镁含量分为钙质石灰和镁质石灰两类后，再按(CaO+MgO)含量、CO2含量和细度等项目的指标，分为优等品、一等品和合格品3个等级，如下表,3)消石灰粉技术标准 消石灰粉按氧化镁含量4时称为钙质消石灰粉，4氧化镁含量24时称为镁质消石灰粉，24氧化

39、镁含量30时称为白云石消石灰粉。按等级分为优等品、一等品和合格品等3个等级，如下表。,四、石灰石的应用和储存,1.石灰的应用 （1）石灰砂浆：主要用于地面以上部分的砌筑工程，并可用于抹面等装饰工程。在桥梁工程中，石灰砂浆、石灰水泥砂浆、石灰粉煤灰砂浆广泛用于圬工砌体。 （2）加固软土地基：在软土地基中打人生石灰桩，可利用生石灰吸水产生膨胀对桩周土壤起挤密作用，利用生石灰和粘土矿物间产生的胶凝反应使周围的土固结，从而达到提高地基承载力的目的。 （3）三合土：石灰和粘土按一定比例拌和制成石灰土或与粘土、砂石、炉渣制成三合土，用于道路工程的垫层。 （4）稳定土：在道路工程中，随着半刚性基层在高等级路

40、面中的应用，石灰稳定土、石灰粉煤灰稳定土及其稳定碎石等广泛用于路面基层。 2.石灰的储存 （1）磨细的生石灰粉应储存于干燥仓库内，采取严格防水措施。 （2）如需较长时间储存生石灰，最好将其消解成石灰浆，并使表面隔绝空气，以防碳化。,石灰试验,石灰有效氧化钙试验 试验目的及适用范围 石灰的质量主要取决于有效氧化钙和氧化镁的含量，它们的含量愈高，则石灰粘结力愈好。 本方法适用于测定各种石灰的有效氧化钙含量。 注：石灰中的有效氧化钙是指游离的氧化钙，它不同于总钙量，因为有效氧化钙不包括碳酸钙、硅酸钙以及其他钙盐中的钙。石灰中氧化钙的含量，以能溶解于蔗糖溶液中，并能与盐酸作用生成蔗糖钙的钙含量占石灰原

41、试样的重量的百分率表示。,试验仪器,试验过程,石灰有效氧化钙试验过程,试验步骤 1.称取约0.5g(用减量法称准至0.0005g)试样，放人干燥的250ml具塞三角瓶中，取5g蔗糖覆盖在试样表面，投入干玻璃珠15粒；然后迅速加入新煮沸并已冷却的蒸馏水50mL，立即加塞振荡15min(如有试样结块或粘于瓶壁现 象，则应重新取样)。 2.打开瓶塞，用水冲洗瓶塞及瓶壁，加人23滴酚酞指示剂，以0.5N盐酸标准溶液滴定(滴定速度以每秒23滴为宜)，至溶液的粉红色显著消失，并在30s内不再复现即为终点。 3.读出中和后盐酸消耗的滴定管读数，减去初读数，即为实际消耗的盐酸数量(mL)。 4.计算结果。,返

42、回前页,水泥混凝土路面,拉法基水泥厂一角,拉法基水泥厂一角,拉法基水泥厂一角,思考： 什么叫水泥? 水泥有些什么技术要求? 水泥品种如何选择?,第二节 水 泥,内容提要及知识要点,本章重点阐述了硅酸盐水泥熟料的矿物组成、凝结硬化机理和技术性质。同时也简要介绍了掺混合料的硅酸盐水泥和其他品种水泥。 通过学习，要求学生应掌握石灰消化、硬化过程，质量评定方法；重点掌握硅酸盐水泥熟料各矿物成分特性、凝结硬化的机理和技术性质的检验测定方法，以及其他水泥的特性和应用。,水泥的分类,按化学成分分类,按用途和性能分类,硅酸盐类水泥 铝酸盐类水泥 硫铝酸盐类水泥 铁铝酸盐类水泥 氟铝酸盐类水泥,通用水泥,专用水

43、泥,特性水泥,水泥是一种水硬性胶凝材料，也是建筑工程中用量最大 的建筑材料之一。,通用水泥是指土木建筑工程中大量使用的具有一般用途的水泥，即硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥等五大品种水泥。,1.硅酸盐水泥的生产工艺可概括为三个阶段： 1.1生料制备。以石灰石、粘土和铁矿粉为主要原料(有时需加入校正原料)，将其按一定比例配合、磨细，制得具有适当化学成分、质量均匀的生料。 1.2熟料煅烧。将生料在水泥窑内经1450高温煅烧至部分熔融，得到以硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥熟料。 1.3水泥粉磨。将熟料加适量石膏和05的石灰石或粒化高炉矿渣共同磨细，即得到

44、硅酸盐水泥。 生产示意图（含化学成分及矿物组成）,一、硅酸盐水泥与普通硅酸盐水泥,（一）硅酸盐水泥生产工艺概述,现行国家标准GB 1751999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(波特兰 水泥)。硅酸盐水泥分两种类型，不掺加混合材料的 称I型硅酸盐水泥，代号P-I。在硅酸盐水泥熟料粉磨 时掺加不超过水泥质量5的石灰石或粒化高炉矿渣 混合材料的称II型硅酸盐水泥，代号PII。,返回前页,硅酸盐水泥生产流程示意图,石灰质原料,粘土质原料,校正原料,生料,按比例混合,磨细,煅烧,熟料,石膏,石灰石或粒 化高炉矿渣,硅酸盐水泥,由上

45、图，硅酸盐水泥生产工艺可以概括为：“两磨一烧”,返回,（CaO）,（SiO2、Al2O3）,（Fe2O3）,Al2O3 Fe2O3,CaO SiO2,1.硅酸盐水泥的矿物组成 生料主要化学成分：，和。 经高温煅烧后，以上四种化学成分化合为熟料中的主要矿物组成： 硅酸三钙简式为 硅酸二钙简式为 铝酸三钙简式为 铁铝酸四钙简式为,（二）硅酸盐水泥的化学成分和矿物组成,2.水泥孰料主要组成矿物的性质 1）硅酸三钙 水泥中主要矿物组成，含量通常为50左右，对硅酸盐水泥影响大。 水化速度较快，水化热高，早期强度大。 2）硅酸二钙 水化速度较慢，水化热很低。 早期强度较低而后期强度较高（但仍然低于）。 耐

46、化学侵蚀和干缩性较好。,3）铝酸三钙 水化反应速度最快，水化热最高。 耐化学腐蚀性差，干缩性大。 （注：的含量决定水泥的凝结速度和释放热量，通常为调节水泥凝结速度，需掺加石膏或硅酸三钙与石膏形成的水化产物）。 4）铁铝酸四钙 遇水反应较快，水化热较高。 强度较低，对水泥抗折强度和抗冲击性能起重要作用。 耐化学腐蚀性好，干缩性小。 （注：道路水泥应提高的含量）,3.水泥熟料主要矿物组成的性质比较 ）水化反应速度 ）水化热 ）抗压强度早期 后期 可见，和是水泥强度的主要来源。 ）对抗折强度有利。 ）耐化学腐蚀性 ）干缩性 小， 中， 大。,（三）硅酸盐水泥的凝结和硬化,1.水泥的水化作用 1)硅酸

47、三钙:3CaO.SiO2+ mH2O3CaO.SiO2.H2O+(m-1)Ca(OH) 2反应快 2)硅酸二钙：2CaO.SiO2+ nH2O2CaO.SiO2.nH2O 反应慢 3)铝酸三钙：3CaO.Al2O3+6H2O3CaO.Al2O3.6H2O 反应极快，凝结硬化极快，使水泥“闪凝”，来不及施工，加石膏调凝，减缓凝结硬化速度。3CaO.Al2O3.6H2O+3(CaSO4.2H2O)+19H2O3CaO.Al2O3.3CaSO4.31H2O含水铝酸三钙与石膏再反应生成钙矾石（水泥杆菌） 4)铁铝酸四钙 4CaO.Al2O3.Fe2O3+7H2O3CaO.Al2O3.6H2O+CaO.

48、Fe2O3.H2O 反应条件Ca(OH) 2达到饱和；石膏被反应完。,2、硅酸盐水泥的凝结和硬化阶段,1)溶解阶段（初始反应期） 需要几十分钟。 1)初凝阶段（诱导期、潜伏期） 需要一小时左右，开始失去可塑性。 1)终凝阶段（凝结期、加速期） 需要六小时左右，最终失去可塑性。 1)硬化阶段（硬化期） 需要若干年，为强度逐渐生成过程。,2）物理性质,（1）细度：细度是指水泥颗粒的粗细程度。 一般情况下，水泥颗粒越细，其总表面积越大，与水反应时接触的面积也越大，水化反应速度就越快，所以相同矿物组成的水泥，细度越大，凝结硬化速度越快，早期强度越高。一般认为，水泥颗粒粒径小于40微米时才具有较大的活性

49、。 但水泥颗粒太细，在空气中的硬化收缩也较大，使混凝土发生裂缝的可能性增加，此外，水泥颗粒细度提高会导致粉磨能耗增加，生产成本提高。 为充分发挥水泥熟料的活性，改善水泥性能，同时考虑能耗的节约，要合理控制水泥细度。 返回前页,（2）水泥净浆标准稠度（标准稠度用水量） 在测定水泥的凝结时间和安定性时，为使其测定结果具有可比性，必须采用标准稠度的水泥净浆进行测定。 标准法（新维卡仪法（试杆）法）：现行国家标准(JTG E30 T0505-2005)规定，以标准法维卡仪的试杆沉人净浆距底板的距离为61mm时的水泥浆的稠度作为标准稠度。水泥净浆达到标准稠度时所需的拌和水量称为标准稠度用水量。 试锥法（

50、代用法） a、调整水量法：试锥沉入深度28mm2 mmm。 b、固定水量法：测沉入深度(S ) 称水泥500g，量水142.5ml水，测沉入深度(S ) mm Pw=33.4-0.185S(mm)。,(3)凝结时间:是指水泥从加水时至水泥浆失去可塑性所需的时间。凝结时间分初凝时间和终凝时间。 初凝时间:是从水泥加水至水泥浆开始失去可塑性所经历的时间（min）。 试针沉人净浆距底板的距离为41mm时 终凝时间:是从水泥加水至水泥浆完全失去可塑性所经历的时间（min）。 试杆沉人净浆表面距离不大于为0.5mm。 水泥的凝结时间，对水泥混凝土的施工具有十分重要的意义。水泥的初凝时间不宜过短，以便在施

51、工过程中有足够的时间对混凝土进行搅拌、运输、浇筑和振捣等操作；终凝时间不宜过长，以使混凝土能尽快硬化，产生强度，提高模具周转率，加快施工进度。 硅酸盐水泥初凝不得早45min，终凝不得迟于65h。普通硅酸盐水泥初凝不得早于45min，终凝不得迟于10h。,（4）体积安定性：是指水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀程度。 各种水泥在凝结硬化过程中，都可能产生不同程度的体积变化。如果这种体积变化是轻微的均匀的，则对建筑物的质量没什么影响，但是如果混凝土硬化后，由于水泥中某些有害成分的作用，在水泥石内部产生了剧烈的、不均匀的体积变化，则会在建筑物内部产生破坏应力，导致建筑物的强度降低。若破坏应力发展到

52、超过建筑物的强度，则会引起建筑物开裂、崩塌等严重质量事故，这种现象称为水泥的体积安定性不良。（引起体积安定性不良的原因） 测试方法 试饼法：D=70-80 mm、H=10 mm、24小时、煮30分钟，恒沸3小时 雷氏法：24小时、煮30分钟、恒沸3小时、两试件5 mm。,引起水泥体积安定性不良的原因,水泥中含有过多的游离CaO和MgO 当水泥原料比例不当或煅烧工艺不正常时，会产生较多的处于游离状态的CaO和MgO，它们和熟料一起，同样经历了1450的高温煅烧，属严重过火的CaO和MgO，水化反应速度极慢，在水泥凝结硬化很长时间后才进行水化，生成ca(0H)2和Mg(0H)2，在已经硬化的水泥石

53、中膨胀，使水泥石出现开裂、翘曲、疏松和崩溃等现象。 石膏掺量过多 水泥粉磨时，若掺人过量的石膏，当水泥硬化后，这些多余的石膏还会继续与C3AH6反应生成钙矾石，体积膨胀，引起水泥石开裂。,返回前页,（5）强度：是水泥技术要求中最基本的指标，它直接反映了水泥的质量水平和使用价值。水泥的强度越高，其胶结能力也越大。硅酸盐水泥的强度主要取决于熟料的矿物组成和水泥的细度，此外还与水灰比、试验方法、试验条件、养护龄期等因素有关。 水泥强度等级: P41表2-10 42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R。 水泥型号：普通型、早强型（R），3d抗压强度提高：10-24%， 3d达2

54、8d抗压强度50%。 水泥胶砂强度检验：水泥：标准砂=1：3、水/水泥=0.5、标准试件：40 mm40mm 160mm、测规定龄期（3d、28d）抗折、抗压强度，以28d抗压强度值（MPa）为强度等级。标准砂规格P41 表2-9,2.技术标准P41 表2-11,返回前页,3、国家标准(GB 175-2007)规定 （1）凡氧化镁、三氧化硫、凝结时间、安定性中任一项不符合标准规定(表211)时，均为不合格品（废品水泥）。 （2）凡细度、终凝时间、不溶物和烧失量中的任一项不符合标准规定或混合材料掺加量超过最大限量和强度低于商品强度等级的指标时为不合格品。 （3）水泥包装标志中水泥品种、强度等级、

55、生产者名称和出厂编号不全的也属于不合格品。 废品水泥严禁在工程中使用。,硅酸盐水泥硬化后形成的水泥石，在正常环境条件下将继续硬化，强度不断增长。但在某些腐蚀性液体或气的长期作用下，水泥石就会受到不同程度的腐蚀，严重时会使水泥石强度明显降低，甚至完全破坏。这种现象称为水泥石的腐蚀。,（五）硅酸盐水泥石的腐蚀和防治,1.水泥石的腐蚀类型： 1）淡水侵蚀 ； 2）各种盐侵蚀：常见 （1）硫酸盐侵蚀； （2）镁盐侵蚀。 3）各种酸侵蚀。 2.水泥石的腐蚀原因： 1）内因： （1）具能被侵蚀水化物。 （2）水泥石中裂隙。 （3）水泥石中孔隙。 2）外因：环境中存在有侵蚀能力的各种侵蚀介质，如淡水、盐、酸

56、。,3、常见侵蚀1）淡水侵蚀,又称溶析性侵蚀，是指硬化后混凝土中的水泥水化产物被淡水溶解而带走，从而造成混凝土孔隙率增大、强度降低的一种侵蚀现象。 水泥石中的各种水化物与水作用时，Ca(OH)2溶解度最大，首先被溶出。在静水或无水压的情况下，由于周围的水会被Ca(OH)2所饱和，使溶出作用停止，因此，溶出仅限于表层，对整体水泥石影响不大。但在流水及压力水的作用下，溶出的Ca(OH)2不断被流水带走，水泥石中的Ca(OH)2就会不断被溶析，使混凝土的孔隙率增大，强度降低，而且水泥石液相中Ca(OH)2的浓度降低，还会导致水化硅酸钙和水化铝酸钙的不断分解，使水泥石内部不断受到破坏，强度不断降低，最

57、终可能导致整个结构物的破坏。,2）盐类侵蚀(1)硫酸盐侵蚀,通过海湾、沼泽或跨越污染河流的线路，沿线桥涵墩 台，有时会受到海水、沼泽水、工业污水的侵蚀，这时如水 中含有碱性硫酸盐，就会与水泥石中的Ca(OH)2作用形成硫 酸钙，硫酸钙会结晶析出，并与水泥石中的水化铝酸钙发生 反应，生成钙矾石，体积膨胀，在水泥石内产生很大的内应 力，使混凝土强度降低，造成结构物的破坏。,返回前页,（2）镁盐侵蚀,在海水或地下水中，常含有较多的镁盐，主要以氯化 镁、硫酸镁形态存在。镁盐与水泥石中的氢氧化钙起置换 作用，生成强度低无胶结能力的氢氧化镁，液相中氢氧化 钙浓度降低，还会引起水泥石中氢氧化钙、水化硅酸钙、

58、 水化铝酸钙等强度组分的分解，导致水泥石的破坏。 此外，氯化钙易溶于水，二水石膏能引起硫酸盐的破坏 作用。,返回前页,3）酸类侵蚀 产生酸类侵蚀的酸包括各种有机酸和无机酸碳酸侵蚀,在工业污水或地下水中常溶解有较多的CO2，这种水 对水泥石有侵蚀作用。CO2与水泥石中的Ca(OH)2作用，可生 成碳酸钙，碳酸钙再与水中的碳酸作用，生成可溶的碳酸氢 钙，从而使水泥石的强度降低。,返回前页,4.水泥石腐蚀的防止,1.根据环境特点，合理选择水泥品种 当水泥石遭受淡水侵蚀时，可使用水化产物中Ca(OH)2含量少的水泥；若水泥石遭受硫酸盐的腐蚀，可选择C2A含量小的水泥；在水泥生产时掺入适当的混合材料，可以降低水化产物中的Ca(OH)2含量，提高水泥的抗腐蚀能力。 2.提高水泥石的密实度，降低孔隙率 在施工过程中，合理选择水泥混凝土的配合比，降低水灰比，改善集料级配，掺加外加剂等措施均可使水泥石的密实度提高。另外，在水泥石表面进行碳化处理或采取其他的表面密实措施，也可以提高水泥石的表面密实度，从而减少腐蚀介质进入水泥石内部，起到防腐作用。 3.在水泥石表面设置保护层 当腐蚀作用较强时，可在混凝