道路建筑材料.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,道路建筑材料,中州大学工程技术学院,土木工程教研室,郭艳坤,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、化学性质、,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。,成绩评定包括几方面：,1,、平时考勤；,2,、期末考试成绩；,3,、试验操作完成情况。,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,有机结合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,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。,建筑材料课在本专业中的位置：是路桥专业的重点课程之一。,第一章 砂石材料,课题,:,石材的技术性质和技术要求,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,第一节 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,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,一、石料的技术性质,1,、物理性质：,包括物理常数、吸水性和耐久性等。,1,）物理常数,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：,20,2,和大气压状态下，吸水质量的百分率。,(2),饱水率：真空条件下，吸水质量的百分率,饱水系数当,s,r,90%,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,）耐久性：目前主要考虑,抗冻性,，常用抗冻性标号表示，试验通常采用,直接冻融法,。,试件在饱水状态下，在,-15,时冻结,4h,后，放入,20,5,水中融解,4h,为一次冻融循环，如此反复直到规定次数为止。,2,、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,测定过,2mm,或,1.6mm(方筛,),的筛余质量,狄法尔法磨耗试验 代用方法,用,100,块,50-70mm,的试件分两份，每份磨,10000,转。,两种方法相比较，显然洛杉矶法具有省时、省工，石料按一定规格组成等优点，故能全面反映石料的磨耗性。,3,、化学性质,按,SiO,2,含量，将石料划分为,酸性岩,SiO,2,65%,中性岩,52%=SiO,2,O65%,碱性岩,SiO,2,52%,（,2,）石料的技术要求,1,、路用石料的技术分级：分,4,级,级,最坚强的岩石,级,坚强的岩石,级,中等坚强的岩石,级,较软的岩石,2,、路用石料的技术标准。,（一）道路用石料制品,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,（二）桥梁建筑用主要石料制品,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。,课后小结：,天然砂石材料在地表分布广泛，物理、力学性质好，在工程中被广泛应用。石料的技术性质和技术要求是本次课的重点内容。,三、集料的技术性质,课题,:,细集粒的技术性质,教学目的,:,了解细集料的各项技术性质及测定方法,重点难点,:,细集料的级配、表观密度及装填密度,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。,（一）细集料的技术性质,定义：在沥青混合料中，指粒径小于,2.36mm,天然砂，人工砂及石屑。,在水泥混凝土中，指粒径小于,4.75mm,的天然砂、人工砂。,分类：,1,、天然砂：由岩石在自然条件下风化形成的。,天然砂通常包括以下几种类型：,（,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。,2,、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。,1,、物理性质,集料的质量与体积的关系见图所示：,图中：,m_,集料的总质量（,g,）；,m,0,_,集料中矿质实体质量（,g,）；,m,s,_,集料中孔隙及空隙部分的质量（,g,）；,V_,集料的总体积（,cm,）；,V,s,_,集料中矿质实体的体积（,cm,）；,V,n,_,集料中闭口孔隙的体积（,cm,）；,V,i,_,集料中开口孔隙的体积（,cm,）；,V,v,_,集料中空隙的体积（,cm,）；,V,0,_,集料中孔隙的体积（,cm,）；,2,、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：,各号筛上的筛余量除以试样总质量（,M,）的百分率，准确至,0.1%,。,（,2,）,累计筛余百分率,（,3,）,通过百分率,振筛机,3,、粗度,(,水泥混凝土用砂,),（沥青路面及各种路面的基层、底层用砂）,砂的粗度分类,为粗砂,为中砂,为细砂,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。,（二）粗集料的技术性质,课题,:,粗集粒的技术性质,教学目的,:,了解粗集料的物理、力学性质的含义及测定、评价方法,重点难点,:,粗集料的表观密度、堆积密度及筛分试验,三、集料的技术性质,（二）粗集料的技术性质,1,、物理性质：粗集料内部结构特征与细集料的一致，故其质量与体积之间的关系图与细集料的一致，下列各符号的含义亦与细集料的相同。,1,）物理常数,（,1,）表观密度,用吊篮法测定：,1,、试样取料量由集料最大粒径确定,2,、须做两次平行试验,3,、平行试验容许误差为,0.02g/m,3,4,、试样须浸水,24h,(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,（,1,）筛分试验标准及取样量,公称量大粒径,（,mm,）,方,孔,75,63,37.5,31.5,26.5,19,16,9.5,4.75,圆,孔,80,63,40,31.5,25,20,16,10,51,试样质量不少于（,kg,）,10,8,5,4,2.5,2,1,1,0.5,(2),筛分试样须备两份：水洗法（混凝土可省去水洗法）、干筛法,（,3,）必须除去超粒径部分颗粒后，再进行筛分试验,（,4,）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,碎石标准筛,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。,2,、力学性质：,压碎值、磨耗度、抗滑表层,三项指标,1,）粗集料压碎值,沥青路面：取试样：粒径,13.2mm16mm,；质量,3kg,；在,400kN,的压力下，持续加压,10min,后，将试样过,2.36mm,筛，称其筛余质量。,压碎指标仪,混凝土路面：取试样：粒径,10mm20mm,；质量,2.5kg,；在,35min,内加压至,200kN,，保持,5s,，将试样过,2.5mm,筛，称其筛余质量。,压碎值计算公式如下：,式中：,压碎值,m0,试样总质量,m1,试样筛余质量,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,PSV,42,其它公路,PSV,35,3,）粗集料的冲击值,AIV,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,：,式中：,AIV,集料冲击值,m,1,试样过筛质量,m,试样总质量,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；,m,1,磨耗前试样总质量,(g),；,m,2,磨耗后试样总质量,(g),；,集料饱和面干密度（,g/cm3,）。,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。,第二节 矿质混合料的组成设计,课题,:,矿质混合料的组成设计,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,:,图解法及级配曲线的绘制,第二节 矿质混合料的组成设计,概述,矿质混合料颗粒级配应满足的基本要求：,1,、最小空隙率：,即使不同粒径的各级矿质集料按一定的比例搭配后，应有最大密实度。,2,、最大磨擦力：,各级矿质集料在进行比例搭配时，应使各级集料排列紧密，形成一个多级空间骨架结构，且具有最大的摩擦力。,矿质混合料组成设计内容：,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,先讲级配曲线,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除其中一个分级或几个分级而形成的不连续的混合料。,（二）级配理论,最大密实度曲线理论,Y,连续级配,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=030.6,3,、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,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,P,i,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,又称修正平衡面积法，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,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,第二章 无机胶凝材料,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。,第一节 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,CaCO,3,MgCO,3,以及杂质,生产过程：,CaCO,3,在,1000,下加热生成,CaO,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。,二、石灰的熟化（消化）和硬化,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,石灰的硬化,1,、干燥硬化（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,+CO,2,+nH,2,O Ca 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。,三、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（,CO,2,）含量,即未分解的,CaCO,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,（二）石灰的技术标准,见教材中表,2-1,、,2-2,、,2-3,、,2-4,四、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,第二节 水泥,水泥概述,1,、水泥历史不长，只,100,多年的历史，但发展十分迅猛。,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,P,I,和掺不超过,5%,混合材料,P,II,。,(,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,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,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 SiO,2,C,3,S,粘土质,SiO,2,2 CaO SiO,2,C,2,S,Al,2,O,3,3 CaO Al,2,O,3,C,3,A,Fe,2,O,3,4 CaO Al,2,O,3,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,1537%,，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,1018%,，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（水化热低）。,道路水泥：提高,C,3,S,和,C,4,AF,的含量（较高抗折强度）。,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。,课题,:,水泥之二,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，逐渐发展成为坚硬人造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,）硅酸三钙,C,3,S,3CaOSiO,2,+nH,2,O x CaOSiO,2,yH,2,O+(3-x)Ca(OH),2,2),硅酸二钙,C,2,S,2CaO SiO,2,+mH,2,O x CaO SiO,2,yH,2,O+(2-x)Ca(OH),2,水化硅酸钙,3),铝酸三钙,C,3,A,3CaOAl,2,O,3,+6 H,2,O 3 CaOAl,2,O,3,6H,2,O,水化铝酸钙在石膏激发下，发生水化反应,3CaOAl,2,O,3,+3CaSO,4,2H,2,O+26 H,2,O,（石膏）,3CaOAl,2,O,3,3CaSO4 32H,2,O,（三硫型水化硫铝酸钙、,AF,t,、钙矾石）,4,）铁铝酸四钙,C,4,AF,4 CaOAl2O3Fe2O3+7 H,2,O CaO,Al,2,O,3,6H,2,O,（水化铝酸钙）,+CaO,Fe,2,O,3,H,2,O,（水化铁酸钙）,在有石膏存在的情况下，继续反应,4 CaO,Al,2,O,3,Fe,2,O,3,+3 Ca SO,4,2 H,2,O+26 H,2,O,3CaO(Al,2,O,3,，,Fe,2,O,3,),3 Ca SO4,32 H,2,O,三硫型水化铁铝酸钙,无论是,C,3,A,还是,C,4,AF,，在水泥中石膏消耗完毕后，水泥中尚未消化的,C,3,A,或,C,4,AF,将与其三硫型水化物反应，生成单硫化物：,3 CaO,Al,2,O,3,3 CaSO,4,32H,2,O+23 CaO Al,2,O,3,+4H,2,O 33CaO,Al,2,O,3,Ca SO,4,12 H,2,O,（单硫型水化铝酸钙,AF,m单硫型水化硫铝酸钙,3 CaO(Al,2,O,3,Fe,2,O,3,)3 CaSO,4,32H,2,O+4 CaO Al,2,O,3,Fe,2,O,3,+n H,2,O,3CaO(Al,2,O,3,Fe,2,O,3,)CaSO,4,12H,2,O,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,序号,水化产物名称,化学组成,常用缩写,含量,1,水化碳酸钙,xCaO,SiO,2,yH,2,O,C-S-H,70%,2,氢氧化钙,Ca(OH),2,CH,20%,3,三硫型水化硫铝酸钙（钙矾石）,3CaO,(Al,2,O,3,Fe,2,O,3,),3 Ca SO,4,32 H,2,O,C,3,A3CS,H,32,7%,4,单硫型水化硫铝酸钙（单硫盐）,CaO,(Al,2,O,3,Fe,2,O,3,),CaSO,4,12H,2,O,C,3,A3CS,H,12,5,三硫型水化铁铝酸钙,3CaO,Al,2,O,3,3CaSO,4,12 H,2,O,C,3,（,AF,）,3,CSH,32,小于,3%,6,单硫型水化铁铝酸钙,3CaO,Al,2,O,3,Ca SO,4,12 H,2,O,C,3,（,AF,）,CSH,12,水泥浆体由可塑态逐渐失去塑性，进而硬化产生强度，这样一个物理化学过程，可分为四个阶段：,1,）,初始反应期,水泥与水接触立即发生水化反应。初期硅酸三钙水化，释放出氢氧化钙，立即溶解于溶液中，浓度达到过饱和后，氢氧化钙结晶析出。暴露在水泥颗粒表面的铝酸三钙溶解于水，并与已溶解的石膏反应，生成钙矾石析出。此阶段,1%,左右的水泥产生水化。,2),诱导期,水泥颗粒表面覆盖,C-S-H,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,C-S-H,，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,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,课题,:,水泥的技术性质与标准,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。规定不大于,5.0%,。,三氧化硫酸含量,过多时，亦引起体积膨胀，不安定，规定不大于,3.5%,。,烧失量,由于受潮或煅烧不佳引起的，要求,P,I,不大于,3.0%,P,II,不大于,3.5%,。,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，以负压筛法为准；,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,m,方孔筛筛余量百分比表示，不大于,10%,。,水泥负压筛析仪,现行国家标准,(GB/T 1346-2001),规定，以标准法维卡仪的试杆沉入净浆距底板的距离为,6mm,1mm,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拌和水量称为标准稠度用水量。,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,6mm1mm,2,、代用法：,a,、固定水量法,b,、调整水量法,s=28mm2mm,即测定水泥的锥入深度达到要求时的水质量,水泥标准稠度用水量,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。,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,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。,水泥全部加入水中,开始失去可塑性,完全失去可塑性,初凝时间,终凝时间,凝结时间以试针沉入水泥标准稠度净浆至一定深度所需时间表示。,现行国家标准,(GB/T1346-2001),规定：将标准稠度的水泥净浆装入凝结时间测定仪的试模中，以标准试针（分初凝用试针和终凝用试针）测试。,标准法维卡仪,初凝试针,终凝试针,当初凝试针沉至距底板,4mm,1mm,时，为水泥达到初凝状态，由水泥加水时至达到初凝状态所经历的时间作为初凝时间；完成初凝时间测定后，将试模连同浆体翻转,180,，换上终凝试针（终凝针上装有一个环形附件），当试针沉入试体,0.5mm,时，即环形附件开始不能在试体上留下痕迹时，为水泥达到终凝状态，由水泥加水时至达到终凝状态所经历的时间作为水泥的终凝时间。,水泥的初凝时间不宜过短，终凝时间不宜过长。水泥的初凝时间太短，则在施工前即已失去流动性和可塑性而无法施工；水泥的终凝时间过长，则将延长施工进度和模板周转期。我国现行国标,(GB175-1999),规定，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,。,水泥净浆搅拌机,水泥标准稠度及凝结时间测定仪,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）,国家标准,(GB175-1999),规定，硅酸盐水泥的体积安定性用沸煮法检验必须合格。沸煮法分雷氏法（标准法）和试饼法（代用法）两种。,雷氏法是将标准稠度的水泥净浆按规定方法装入雷氏夹的环形试模中，湿养,24h,后测定指针尖端距离。,雷氏夹,雷氏夹膨胀测定仪,接着将其放入沸煮箱内，,30min,内加热至水沸腾，然后恒沸,3h,。,待试件冷却后再测定指针尖端的距离，若沸煮前后指针尖端增加的距离不超过,5.0mm,，则认为水泥的体积安定性合格。,沸煮箱,试饼法是用标准稠度的水泥净浆按规定方法制成规定的试饼，经养护、沸煮后，观察饼的外形变化，如目测试饼无裂纹，用钢直尺检查无弯曲，则认为安定性合格，反之为不合格。,雷氏法为标准法，,试饼法是代用法，有矛盾时以标准法为准。,水泥沸煮箱,雷氏夹强度,重要性：,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。,影响因素：,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。,我国现行,标准,水泥胶砂强度检验方法（,ISO,法）,（,GB17671,1999,）规定：将,水泥、标准砂及水,按规定的比例（水泥：标准砂：水,1,：,3,：,0.5,），用规定方法制成,40mm,40mm,160mm,的标准试件，在标准条件（,24h,之内在温度,20,1,，,相对湿度,不低于,90,的养护箱或雾室内，,24h,后在,20,1,的水中）下养护，测定其,3d,和,28d,的抗折强度和抗压强度。,相对湿度：,空气中实际所含水蒸气密度和同温度下饱和水蒸气密度的百分比值。,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,电动抗折试验机,压力试验机,水泥强度等级,按,规定龄期抗压强度和抗折强度,来划分，硅酸盐水泥各龄期强度不低于课本,表,2-10,数值。（,六个强度等级）,水泥型号,为提高水泥早期强度，我国现行标准将水泥分为,普通型和早强型（或称,R,型）,两个型号。,早强型水泥,3d,的抗压强度较同强度等级的普通型强度提高,10%,24%,；早强型水泥的,3d,抗压强度可达,28d,抗压强度的50%,。,硅酸盐水泥强度标准,（,GB175,1999,）,水泥混凝土路面用水泥，在供应条件允许时，应尽量优先选用早强型水泥，以缩短混凝土养护时间，提早通车。,品种,强度等级,抗压强度,(MPa),抗折强度,(MPa),3d,28d,3d,28d,硅酸盐水泥,42.5,42.5R,17.0,22.0,42.5 42.5,3.5 4.0,6.5 6.5,52.5,52.5R,23.0,27.0,52.5,52.5,4.0 5.0,7.0 7.0,62.5,62.5R,28.0,32.0,62.5,62.5,5.0 5.5,8.0 8.0,2,、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,、,SO,3,；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。,（,2,）酸类腐蚀,Ca(OH),2,+2HCl,CaCl,2,+2H,2,O,溶解,Ca(OH),2,+H,2,SO4,Ca SO,4,+2H,2,O,结晶膨胀,（,3,）碳酸水的腐蚀,Ca(OH),2,+CO,2,+H,2,O,CaCO,3,+2H,2,O,CaCO,3,+CO,2,+H,2,O,Ca,（,HCO,32,（,4,）盐类腐蚀,Ca(OH),2,+Na,2,SO4+2H,2,O,Ca SO4+2H,2,O,+NaOH,又与,CAH,起反应生成,CA,3,H,Ca(OH),2,+MgSO4+2H,2,OCa SO4,2H,2,O+,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,C,3,AH6,；外因是环境中含有腐蚀性介质。,2,、防治措施,（,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