《《道路建筑材料》教学教案.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《道路建筑材料》教学教案.pdf（128页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、道路建筑材料教案道路建筑材料教案模块一模块一砂石材料砂石材料1.11.1岩石岩石岩石是天然产出的具稳定外型的矿物或玻璃集合体，其按照一定的方式结合而成，是构成地壳和上地幔的物质基础。岩石按成因可分为岩浆岩、沉积岩和变质岩。岩浆岩是由高温熔融的岩浆在地表或地下冷凝所形成的岩石，也称火成岩。沉积岩是在地表由风化作用、生物作用或火山作用的产物经水、空气和冰川等外力的搬运、沉积和成岩固结而形成的岩石。变质岩是由先成的岩浆岩、沉积岩是其所处地质环境的改变经变质作用而形成的岩石。由于岩石的生成条件不同，使其在矿物成分、组成结构上有所变化。即使是同一类岩石，它们的性质也有很大差别。为了保证工程质量，在使用时
2、必须对岩石进行性质检验。1.1.11.1.1 岩石的技术性质岩石的技术性质岩石的技术性质主要包括物理性质、力学性质和化学性质。1.岩石的物理性质岩石的物理性质包括物理常数（如密度、毛体积密度和孔隙率等）、与水有关的性质（如吸水性、饱和吸水率和耐水性等）、耐久性（抗冻性、坚固性等）。1）物理常数（1）密度概念表示方法t=ms/vs测定方法：密度瓶法、李氏比重瓶法（2）毛体积密度概念表示方法测定方法：水中称量法、蜡封法、量积法（3）孔隙率n=(1-d/t)x100%2）与水有关的性质（1）吸水率：常温常压下，石料试件最大吸水质量占烘干石料质量的百分率。Wa=(m1-m)/m)x100%（2）饱和吸
3、水率：强制饱和条件下，石料试件最大吸水质量占烘干石料质量的百分率。Wsa=(m2-m)/m)x100%（3）饱水系数：吸水率与饱和吸水率之比。3）耐久性道路与桥梁都是直接暴露于大自然中的建筑物,时刻受到各种自然因素的影响。用于道路与桥梁建筑的岩石抵抗自然因素作用的性能称为岩石的耐久性。1）抗冻性岩石试样在吸水饱和状态下,抵抗反复冻结和融化的性能称为抗冻性。2）坚固性将岩石浸入饱和硫酸钠溶液中浸泡 20 h,使其饱和,然后取出置于 105 110 的烘箱中烘干 4 h,使其结晶膨胀,从烘箱中取出后冷却至室温,这样作为一次循环。如此重复若干个循环后,用蒸馏水沸煮洗净,烘干称重,计算其质量损失率。2
4、、岩石的力学性质1）单轴抗压强度单轴抗压强度是岩石试件抵抗单轴压力时保持自身不被破坏的极限应力。单轴抗压强度试验是测定规则形状岩石试件单轴抗压强度的方法,主要用于岩石的强度分级和岩性描述。岩石的单轴抗压强度一般用 R 表示。2）抗磨耗性概念：抗磨耗性是岩石抵抗撞击、剪切和摩擦等综合作用的性能,用磨耗损失来表示。表示方法：Q=(m1-m2)/m1)x100%石料的磨耗试验以洛杉矶（搁板式）法为标准方法1.1.2 岩石的技术分级按我国现行行业标准公路工程岩石试验规程的规定,道路建筑用天然岩石按其技术性质可分为 4 个等级,对不同矿物组成的岩石,其技术性质的要求也不同。因此,在分级之前首先应按其造岩
5、矿物的成分、含量以及组织结构来确定岩石名称,然后划分其所属的岩类。按路用岩石技术要求的不同,分为 4 个岩类。4 个等级的岩石分类如下。一级：最坚硬的岩石。即为抗压强度大、磨耗损失低的岩石。二级：坚硬的岩石。即为抗压强度较大、磨耗损失较低的岩石。三级：中等强度的岩石。即为抗压强度较低、磨耗损失较大的岩石。四级：较软的岩石。即为抗压强度小、磨耗损失大的岩石。1.1.3 道路与桥梁用岩石制品1.道路路面用岩石制品道路路面建筑所使用的岩石制品,主要有直接用于铺砌路面面层的整齐块石、半整齐块石和不整齐块石三类。另外,还有用作路面基层的锥形块石、片石等。2.桥梁用岩石制品桥梁建筑所使用的主要岩石制品有片
6、石、块石、方块石、粗料石、细料石及镶面石等。1.21.2 骨料骨料1.2.1 粗骨料的技术性质1.粗骨料的物理性质1）物理常数(1)表观密度（ApprentDensity）表 观 密 度 也 称 视 密 度,是 指 在 规 定 条 件（1055）下,烘干骨料矿质实体单位表观体积（包括闭口孔隙在内的矿物实体的体积）的质量。骨料的表观密度一般用 a 表示。p msaVsVn(2)毛体积密度粗骨料的毛体积密度是在规定的条件下，单位毛体积(包括矿质实体、闭口孔隙和开口孔隙)的质量。如上图粗骨料毛体积密度可由下式求得：pbmsVsVnVi(3)表干密度（饱和面干毛体积密度 SaturatedSurfac
7、e-Dry Density)粗骨料的饱和面干密度是在规定的条件下，单位毛体积(包括矿质实体、闭口孔隙和开口孔隙)的饱和面干质量。粗骨料饱和面干密度可由下式求得psmfVsVnVi(4)堆积密度(LooseDensity)定义：粗骨料的堆积密度是骨料装填于容器中(包括骨料之间的空隙和颗粒内部的孔隙)单位体积的质量，可按下式求得：分类：包括自然堆积状态、振实状态和捣实状态下的堆积密度。自然堆积密度是用平头铁锹将干燥的粗骨料装入容量筒内,装入时铁锹需离筒口 50 mm 左右,所测的密度又称为松装密度；振实密度是将装满粗骨料的容量筒在振动台上振动 3 min,或将骨料分三层装入容量筒中,在筒底部放置一
8、根直径25 mm的圆钢筋,每装一层骨料后,将容量筒左右交替颠击地面 25 次；捣实密度是将骨料分三层装入容量筒中,每层用捣棒均匀捣实 25 次。振实密度和捣实密度又称为紧装密度。(5）空隙率和间隙率空隙率反映了骨料颗粒间相互填充的致密程度,是指骨料在某种堆积状态下的空隙体积（含开口空隙）占堆积体积的百分率。沥青混合料用粗骨料捣实状态下的间隙率一般用 VCADRC表示。smsVsVpVv（6）含水率和吸水率粗骨料含水率是粗骨料在自然状态条件下的含水量的大小，粗骨料含水率可按下式计算：骨料在饱水状态下的吸水率与骨料孔隙大小有一定的关系,因此,一般情况下要测定骨料的吸水率。2）级配级配指骨料中各组成
9、颗粒的分级和搭配。一个良好的级配要求空隙率最小,总表面积也不大。前者的目的是要使骨料本身最为紧密；后者的目的是要使用料最为节约。所以要正确选用各级尺寸的粗骨料并控制含量,以达到上述两个目的。3）针、片状颗粒含量（1）水泥混凝土用粗骨料的针、片状颗粒含量。针、片状颗粒是指粗骨料中细长的针状颗粒（长度大于该颗粒所属粒级的平均粒径的 2.4 倍）与扁平的片状颗粒（厚度小于该颗粒所属粒级的平均粒径的 0.4 倍）。平均粒径是指该粒级上、下粒径的平均值。当颗粒形状的各方向中的最小厚度（或直径）与最大长度（或宽度）的尺寸之比小于规定比例时,也属于针、片状颗粒。粗骨料的颗粒形状对骨料颗粒间的嵌挤力有着显著影
10、响,比较理想的形m1m2*100%m2m0状是接近球体或立方体,而针、片状颗粒本身容易折断,回旋阻力和空隙率大,影响水泥混凝土的和易性与强度,因此必须对其含量加以限制。水泥混凝土粗骨料针、片状颗粒含量的测定采用规准仪法,按公路工程骨料试验规程的规定测定。（2）沥青混合料用粗骨料的针、片状颗粒含量。指用游标卡尺测定的粗骨料的最小厚度（或直径）方向与最大长度（或宽度）方向的尺寸之比小于 13 的颗粒。沥青混合料用粗骨料的针、片状颗粒会影响骨料与沥青的黏附性能。因此,在骨料中应限制其含量,按公路工程骨料试验规程的规定测定。4）坚固性骨料的坚固性试验与岩石坚固性试验类似,是采用饱和硫酸钠溶液多次浸泡与
11、烘干循环的方法,测定骨料试样承受硫酸钠结晶压力而不发生显著破坏或强度降低的性能。具体试验方法按我国公路工程骨料试验规程的规定测定。试验表明,同一种岩石轧制成碎石后的坚固性要比块状试件低得多,这是由于轧制工艺对岩石结构的影响以及表面状况不同所造成的结果。2.粗骨料的力学性质粗骨料的力学性质主要采用磨耗性和压碎值来表示,其次是用磨光值、道瑞磨耗值和冲击值表示。1）磨耗性磨耗性是指骨料抵抗撞击、剪切和摩擦等综合作用的能力。2）压碎值骨料压碎值是骨料在连续增加的荷载下抵抗压碎的能力,是衡量骨料强度的一个指标,用以鉴定骨料品质。3）磨光值磨光值是反映骨料抵抗轮胎磨光作用能力的指标。4）道瑞磨耗值磨耗值反
12、映了骨料抵抗车轮撞击及磨耗的能力。5）冲击值冲击值反映了骨料抵抗多次连续重复冲击荷载作用的能力。对于路面表层,冲击值是一项重要的检测指标。骨料冲击值一般用 AIV 表示。1.2.2 细骨料的技术性质细骨料的技术性质与粗骨料的技术性质基本相同,但是由于其颗粒大小的特点,亦有不同之处。1.物理常数1）表观密度Q m1m2100%m1细骨料的表观密度含义与粗骨料完全相同。细骨料的表观密度与其矿物成分有关,砂的表观密度一般为 2.62.7 g/cm3。按公路工程骨料试验规程的规定,细骨料的表观密度的测定采用容量瓶法进行。2）松装密度及紧装密度细骨料干燥状态下的松装密度为1 3501650 kg/m3,
13、捣实后的紧装密度为 1 6001 700kg/m3。3）空隙率细骨料的空隙率含义与粗骨料完全相同。其值与细骨料的颗粒形状、颗粒级配、湿度以及堆积密度有关。砂在干燥松散状态下的空隙率为 35%45%,级配好的可减至 35%37%。2.级配与粗度1）级配砂的级配也可通过“筛分试验”确定。砂的筛分试验按公路工程骨料试验规程的规定,分为干筛法和水洗法。干筛法试验的具体内容如下。取试样 500 g,在一套标准筛上进行筛分,分别求出试样存留在各筛上的质量,然后按下述方法计算其级配的有关参数。(1)分计筛余百分率(Percentage Retained)在某号筛上的筛余质量占试样总质量的百分率，可按下式求得
14、：aimi100%m（2）累 计 筛 余 百 分 率(CumulativePercentage Retained)是某号筛的分计筛余百分率和大于某号筛的各筛分计筛余百分率之总和。（3）通过百分率(PercentagePassing)是通过某筛的试样质量占试样总质量的百分率；亦即100 与累计筛余百分率之差。Pi=100 Ai2）粗度粗度是评价细骨料粗细程度的一种指标,用细度模数表示。细骨料的细度模数一般用Mx 表示。1.31.3 其他砂石材料的技术性质其他砂石材料的技术性质1.3.11.3.1 矿矿粉粉1.1.矿粉的性质矿粉的性质1 1）级配）级配Ai a1a2a3i矿粉的级配是指矿粉颗粒大小
15、的搭配情况。如果矿粉偏细,则可增大矿粉的比表面积。对于矿粉的级配,要求小于 0.075 mm 粒径的含量不能太少,也不宜太多,否则会因过细而使沥青混合料结成团块,不易施工。因此,矿粉必须具有良好的级配。按公路工程骨料试验规程的规定,矿粉筛分试验可用“水洗法”测定。将矿粉试样放入(1055)烘箱中烘干至恒重,冷却,称取 100 g,精确至 0.1 g。如有矿粉团存在,可用橡皮头研杵轻轻研磨粉碎。将 0.075 mm 筛装在筛底上,仔细倒入矿粉,盖上筛盖。手工轻轻筛分,至大体上筛不下去为止,存留在筛底上的小于0.075 mm部分可弃去。除去筛盖和筛底,按筛孔大小顺序套成套筛。将存留在 0.075
16、mm 筛上的矿粉倒回 0.6 mm 筛上,在自来水龙头下方接一胶管,打开自来水,用胶管的水轻轻冲洗矿粉过筛,0.075 mm 筛下部分任其冲洗,直至流出的水色清澈为止。水洗过程中可以适当用手搅动试样,加速矿粉过筛,待上层筛冲干净后,去掉0.6 mm 筛,接着从 0.3 mm 筛或 0.15 mm 筛上冲洗,但不得直接冲洗 0.075 mm 筛。分别将各筛上的筛余反过来用小水流仔细冲洗到各个搪瓷盘中,待筛余沉淀后,稍稍倾斜搪瓷盘。仔细除去清水,放入(1055)烘箱中烘干至恒重。称取各号筛上的筛余量,精确至 0.1 g。2)2)密度密度矿粉密度主要用于检验矿粉的质量,并供沥青混合料配合比设计计算使
17、用。矿粉密度与细骨料的表观密度定义相同,但由于尺寸与性质上巨大的差异,按公路工程骨料试验规程规定,矿粉密度试验可用“李氏瓶”测定。对于亲水性矿粉应采用煤油作为测定介质。将代表性矿粉试样置于瓷皿中,在105 烘箱中烘干至恒重(一般不少于6 h),放入干燥器中冷却后,连同小牛角匙、漏斗一起准确称量,精确至 0.01 g,矿粉质量应不少于 20%。向比重瓶中注入蒸馏水至刻度 01 mL 之间,将比重瓶放入 20 的恒温水槽中,静放至比重瓶中的水温不再变化为止(一般不少于 2 h),读取比重瓶中水面的刻度,准确至 0.02 mL。用小牛角匙将矿粉试样通过漏斗徐徐加入比重瓶中,待比重瓶中水的液面上升至接
18、近比重瓶的最大读数时为止,轻轻摇晃比重瓶,使瓶中的空气充分逸出。再次将比重瓶放入恒温水槽中,待温度不再变化时,读取比重瓶的读数,精确至0.02 mL。整个试验过程中,比重瓶中的水温变化不得超过 1。准确称取牛角匙、瓷皿、漏斗及剩余矿粉的质量,精确至 0.01 g。3）亲水系数矿粉的亲水系数即矿粉试样在水(极性介质)中膨胀的体积与同一试样在煤油(非极性介质)中膨胀的体积之比,用于评价矿粉与沥青结合料的黏附性能。4）塑性指数塑性指数是指矿粉液限含水量与塑限含水量之差,以百分率表示,是用来评价矿粉中黏性土成分含量的指标。5）加热安定性加热安定性是矿粉在热拌过程中受热而不产生变质的性能,用于评价矿粉（
19、除石灰石粉、磨细生石灰粉、水泥外）易受热变质成分的含量。1.3.2 粉媒灰1.粉煤灰的技术性质（1）细度。粉煤灰的细度对强度的形成有一定的影响,粉煤灰颗粒越细,则强度越高。这是由于经磨细的粉煤灰增大了表面积,使活性增大。（2）密度。粉煤灰的密度与颗粒形状、铁质含量有关。玻璃球含量越多,粉煤灰密度越大；氧化铁成分越高,其密度亦越大；含碳多的则密度小。密度越大粉煤灰质量越好,一般为 1.07 2.40g/cm3。（3）堆积密度。粉煤灰的堆积密度一般为555700 kg/m3。（4）烧失量。烧失量即粉煤灰中未烧尽的碳粉含量,未烧尽的碳粉在粉煤灰中是有害物质。如果粉煤灰中含碳量大,活性的二氧化硅、三氧
20、化二铝、氧化钙含量少,都会降低粉煤灰的活性增加粉煤灰的需水量降低强度,故烧失量越少越好。路面基层要求粉煤灰的烧失量不应超过 20%。（5）含水量。湿粉煤灰的含水量不宜超过35%。（6）颜色。粉煤灰外观类似水泥,由于燃烧条件的不同使颜色在乳白色到灰黑色之间变化。2.粉煤灰的技术要求粉煤灰的品质分为,三个等级3.粉煤灰在道路工程中的应用粉煤灰在道路工程中的应用有如下几类。（1）可以在硅酸盐水泥中加入适量的粉煤灰制成粉煤灰硅酸盐水泥。（2）用作水泥混凝土路面掺合料,节省水泥用量。（3）用作沥青混合料路面的掺合料。（4）用粉煤灰加水泥或石灰稳定砂砾做路面基层、底基层及垫层。（5）拌制建筑砂浆,代替部分
21、石膏,效果较好。（6）粉煤灰与黏土烧制成粉煤灰砖。（7）适用于受化学侵蚀的水泥混凝土及灌浆、泵送水泥混凝土。1.3.3 冶金矿渣骨料冶金矿渣（粒化高炉矿渣）是高炉炼铁过程中,由矿石中的脉石、燃料中的灰分和助熔剂（石灰石）等炉料中的非挥发组分形成的废物。主要有高炉水渣和重矿渣之分。高炉水渣是炼铁高炉排渣时,用水急速冷却而形成的散颗粒状物料,其活性较高,目前这类矿渣占矿渣总量的 85%左右。重矿渣是指在空气中自然冷却或极少量水促其冷却形成容重和块度较大的石质物料。冶金矿渣的主要成分是由 CaO、MgO、Al2O3、MgO、SiO2、MnO、Fe2O3 等组成的硅酸盐和铝酸盐。SiO2 和 MnO
22、主要来自矿石中的脉石和焦炭的灰分,CaO 和 MgO 主要来自熔剂。上述四种主要成分在冶金矿渣中占 90%以上。根据铁矿石成分、熔剂质量、焦炭质量以及所炼生铁种类的不同,一般每生产 1 t 生铁,要排出 0.31.0 t 废渣,因此冶金矿渣是一种量大面广的工业废渣。目前,冶金矿渣骨料已广泛用于水泥混凝土、沥青混合料路面的基层材料,也可作为修筑水泥混凝土或沥青混合料路面用的骨料。1.3.4 煤矸石煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物,是一种在成煤过程中与煤层伴生的含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石。煤矸石包括巷道掘进过程中的掘进矸石，采掘过程中从顶板、底板及夹层里采出的矸石以及洗煤过程中挑出
23、的洗矸石。煤矸石的成分类似于黏性土,因此,宜用碱性材料（火山灰材料）加以稳定,所获材料可用作二级或二级以下公路路面的基层或底基层。模块模块 2 2 胶凝材料胶凝材料2.1 气硬性胶凝材料2.1.1 石灰1.石灰的生产和分类生产石灰的原料有两种：一是天然原料,以CaCO3 为主要成分的矿物、岩石(如石灰岩、白云岩)或贝壳等；二是化工副产品,如电石渣（用碳化钙制取乙炔时产生的,其主要成分是氢氧化钙）。（1）按石灰的加工方法分类。生石灰呈白色或灰色块状,为便于使用,块状生石灰常需加工成生石灰粉、消石灰粉或石灰膏。块状生石灰是由原料煅烧而成的原产品,主要成分是 CaO；生石灰粉是由块状生石灰磨细而得到
24、的细粉,其主要成分是CaO；消石灰粉是块状生石灰用适量水熟化而得到的粉末,又称熟石灰,其主要成分是 Ca(OH)2；石灰膏是块状生石灰用较多的水（为生石灰体积的34 倍）熟化而得到的膏状物,也称石灰浆,其主要成分是 Ca(OH)2 和 H2O。（2）按石灰中 MgO 的含量多少分类。由于生产原料中常含有 MgCO3,因此生石灰中还含有次要成分 MgO。根据MgO 含量的多少,生石灰分为钙质石灰和镁质石灰。钙质石灰主要由CaO 或Ca(OH)2 组成,而不添加任何水硬性的或火山灰质的材料。镁质石灰主要由 CaO 和 Mg（MgO5%）或 Ca(OH)2 和 MgO 组成,而不添加任何水硬性的或火
25、山灰质的材料。2.石灰的熟化与硬化1）熟化过程块状生石灰在使用前都要加水消解,这一过程称为消解或熟化,也可称之为淋灰,经消解后的石灰称为消石灰或熟石灰。2）熟化方法（1）经过筛与陈伏后制成石灰膏。石灰膏在储灰池中储存半个月的过程称为陈伏。石灰中不可避免含有未分解的 CaCO3 及过火的石灰颗粒，为消除这类杂质的危害,在使用石灰膏前应进行过筛和陈伏。即在化灰池或熟化机中加水,拌制成石灰浆,熟化的 Ca(OH)2 经筛网过滤(除渣)流入储灰池,在储灰池中沉淀陈伏成膏状材料,即石灰膏。陈伏期间,石灰膏表面应保留一层水,或用其他材料覆盖,避免石灰膏与空气接触而导致碳化。一般情况下,1kg 的生石灰可化
26、成 1.53 L 的石灰膏。石灰膏可用来拌制砌筑砂浆、抹面砂浆,也可以掺入较多的水制成石灰乳液用于粉刷。（2）制成消石灰粉。将生石灰淋以适当的水,消解成 Ca(OH)2,再经磨细、筛分而得到干粉,称为消石灰粉或熟石灰粉。消石灰粉也需放置一段时间,待进一步熟化后使用。由于其熟化未必充分,不宜用于拌制砂浆、灰浆。消石灰粉常用于拌制石灰土、三合土。3）石灰的硬化石 灰浆在空 气中的 硬化是物 理变化 过程“干燥结晶”和化学反应过程“碳化硬化”两个同时进行的过程。（1）干燥结晶过程。石灰膏中的游离水分一部分蒸发掉,一部分被吸收。Ca(OH)2 从过饱和溶液中结晶析出,结晶颗粒逐渐靠拢结合成固体,强度随
27、之提高。（2）碳化硬化过程。Ca(OH)2 与空气中的 CO2反应生成不溶于水的、强度和硬度较高的CaCO3,析出的水分逐渐蒸发,其反应式为Ca(OH)2+CO2+nH2O=CaCO3+（n+1）H2O这个反应实际是 CO2 与水结合形成 H2CO3,再与 Ca(OH)2 作用生成 CaCO3。如果没有水,这个反应就不能进行。碳化过程是由表及里,但表层生成的 CaCO3 结晶阻碍了 CO2 的深入,也影响了内部水分的蒸发,所以碳化过程长时间只限于表面。Ca(OH)2 的结晶作用则主要发生在内部。石灰硬化过程的两个主要特点：一是硬化速度慢，二是体积收缩大。3.石灰的技术指标1）建筑生石灰根据现行
28、建材标准建筑生石灰(JC/T 4792013),建筑生石灰的化学成分应符合教材表2-2的要求,物理性质应符合表 2-3 的要求。2）建筑消石灰根据现行建材标准建筑消石灰（JC/T4812013),建筑消石灰分类按扣除游离水和结合水后（CaO+MgO）的百分含量加以分类,见教材表 2-4。4.石灰的技术特性石灰与其他胶凝材料相比具有以下特性。1）保水性、可塑性好生石灰熟化为石灰浆时,能自动形成颗粒极细的呈胶体分散状态的 Ca(OH)2,表面吸附一层厚的水膜,因而保水性能好,且水膜层也大大降低了颗粒间的摩擦力。因此,用石灰膏制成的石灰砂浆具有良好的保水性和可塑性。在水泥砂浆中掺入石灰膏,可使砂浆的
29、保水性和可塑性显著提高。2）硬化慢、强度低石灰浆体硬化过程的特点之一就是硬化速度慢。原因是空气中的CO2 浓度低,且浆体碳化是由表及里,在表面形成较致密的壳,使外部的 CO2 较难进入其内部,同时内部的水分也不易蒸发,所以硬化缓慢。碳浆体硬化后的强度也不高,如 13 石灰砂浆 28 d 的抗压强度通常只有 0.20.5 MPa。3）体积收缩大体积收缩大是石灰在硬化过程中的另一特点,一方面是由于蒸发大量的游离水而引起显著的收缩；另一方面碳化也会产生收缩。所以石灰除调成石灰乳液做薄层涂刷外,不宜单独使用,常掺入砂、纸筋等材料以减少收缩，限制裂缝的扩展。4）耐水性差石灰浆体在硬化过程中的较长时间内,
30、主要成分仍是 Ca(OH)2（表层是 CaCO3）,由于 Ca(OH)2易溶于水,所以石灰的耐水性较差。硬化中的石灰若长期受到水的作用,会导致强度降低,甚至会溃散。5）吸湿性强生石灰极易吸收空气中的水分而熟化成熟石灰粉,所以长期存放生石灰应处于密闭条件下,并应注意防潮、防水。5.石灰的技术应用1）拌制灰浆、砂浆2）拌制灰土、三合土3）建筑生石灰粉4）制作碳化石灰板材5）生产硅酸盐制品6.石灰的储运石灰保管时应分类存放在干燥的仓库内,不宜长期存储。运输过程中要采取防水措施。由于生石灰遇水发生反应会放出大量的热,所以生石灰不宜与易燃易爆物品共存储、运输,以免酿成火灾。石灰存放时,可制成石灰膏密封或
31、采取在上面覆盖砂土等措施与空气隔绝,防止硬化。2.1.22.1.2 水玻璃水玻璃1.水玻璃的生产与组成水玻璃俗称“泡花碱”,是由碱金属氧化物和SiO2 结合而成的能溶于水的一种金属硅酸盐物质,可以作为矿物黏结剂使用。根据碱金属氧化物种类的不同,水玻璃分为硅酸钠水玻璃和硅酸钾水玻璃,工程中以硅酸钠水玻璃（Na2OnSiO2）最为常用。2.水玻璃的性质1）黏结强度较高水玻璃有良好的黏结能力,硬化时析出的硅酸凝胶呈空间网络结构,具有较高的胶凝能力,因而黏结强度高。此外,硅酸凝胶还有堵塞毛细孔隙防止水渗透的作用。2）耐热性好水玻璃不燃烧,在高温下硅酸凝胶干燥得更加强烈,强度并不降低,甚至有所增加。故水
32、玻璃常用于配置耐热混凝土、耐热砂浆、耐热胶泥等。3）耐酸性强水玻璃能经受除氢氟酸、过热(300 以上)磷酸、高级脂肪酸或油酸以外的几乎所有的无机酸和有机酸的作用,常用于配制水玻璃耐酸混凝土、耐酸砂浆、耐酸胶泥等。4）耐碱性、耐水性较差水玻璃在加入氟硅酸钠后仍不能完全硬化,仍有一定量的水玻璃。由于水玻璃可溶于碱,且溶于水,硬化后的产物碳酸钠及氟化钠均可溶于水,所以水玻璃硬化后不耐碱、不耐水。为提高耐水性,可采用中等浓度的酸对已硬化的水玻璃进行酸洗处理。3.水玻璃的凝结硬化水玻璃在空气中的凝结硬化与石灰的凝结硬化非常相似,主要通过碳化和脱水结晶固结两个过程来实现。4.水玻璃的应用水玻璃的用途非常广
33、泛,几乎遍及国民经济的各个部门。在建筑行业中用于制造快干水泥、耐酸水泥防水油、土壤固化剂、耐火材料等。（1）涂刷材料表面,提高抗风化能力。（2）加固土壤。将水玻璃与氯化钙溶液交替注入土壤中,两种溶液迅速反应生成硅胶和硅酸钙凝胶,起到胶结和填充孔隙的作用,使土壤的强度和承载能力提高。常用于粉土、砂土和填土的地基加固,称为双液注浆。（3）配制速凝防水剂。水玻璃可与多种矾配制成速凝防水剂,用于堵漏、填缝等局部抢修工作。这种多矾防水剂的凝结速度很快,一般为几分钟,其中四矾防水剂的凝结时间不超过 1 min,故工地上使用时必须做到即配即用。（4）配制耐酸胶泥、耐酸砂浆和耐酸混凝土。耐酸胶泥是用水玻璃和耐
34、酸粉料（常用石英粉）配制而成的,与耐酸砂浆和混凝土一样,主要用于有耐酸要求的工程,如硫酸池等。（5）配制耐热胶泥、耐热砂浆和耐热混凝土。耐热胶泥主要用于耐火材料的砌筑和修补。水玻璃耐热砂浆和混凝土主要用于高炉基础和其他有耐热要求的结构部位。（6）防腐工程应用。改性水玻璃耐酸泥是耐酸腐蚀的重要材料,主要特性是耐酸、耐高温、密实抗渗、价格低廉、使用方便,可拌和成耐酸胶泥、耐酸砂浆和耐酸混凝土,适用于各种结构的防腐蚀工程,是贮酸池、耐酸地坪以及耐酸表面砌筑的理想材料。2.1.3 石膏1.石膏的生产将天然二水石膏(或主要成分为二水石膏的化工石膏)加热,由于加热方式和温度的不同,可生产不同性质的石膏品种
35、。当温度为 65 75 时开始脱水,至 107 170 时脱去部分结晶水,得到 型半水石膏(CaSO40.5H2O)；当加热温度为 170 200 时,石膏继续脱水成为可溶性硬石膏,与水调和后仍能很快凝结硬化；当加热温度升高到 200 250 时,石膏中残留很少的水,凝结硬化非常缓慢；当加热温度高于 400 时,石膏完全失去水分成为不溶性硬石膏,失去凝结硬化能力,成为死烧石膏；当温度高于 800 时,部分石膏分解出的氧化钙起催化作用,所得产品又重新具有凝结硬化性能；当温度高于1 600 时,CaSO4 全部分解为石灰。2.石膏的凝结与硬化建筑石膏遇水将重新水化成二水石膏,反应式为CaSO40.
36、5H2O+1.5H2OCaSO42H2O建筑石膏与适量的水混合成可塑的浆体,但很快就失去塑性、产生强度,并发展成为坚硬的固体。石膏的凝结硬化是一个连续的溶解、水化、胶化、结晶的过程。3.石膏的技术性能根据现行国家标准建筑石膏(GB/T 97762008),建筑石膏按原材料种类的分类和物理力学性能应分别符合教材表 2-7 和表 2-8 的要求。4.石膏的特点（1）孔隙率大、强度较低。（2）硬化后体积微膨胀。（3）防火性好,但耐火性差。（4）凝结硬化快。（5）保温性和吸声性好。（6）具有一定的调温、调湿性。（7）耐水性差。（8）可装饰性强。5.石膏的应用（1）室内抹灰及粉刷。建筑石膏常被用于室内抹
37、灰和粉刷。建筑石膏加砂、缓凝剂和水拌和成石膏砂浆,用于室内抹灰,其表面光滑、细腻、洁白、美观。石膏砂浆也可作为腻子用作油漆等的打底层。建筑石膏加缓凝剂和水拌和成石膏浆体,可作为室内粉刷的涂料。（2）建筑装饰制品。建筑石膏具有凝结快、体积稳定、装饰性强、不老化、无污染等特点,常用于制造建筑雕塑、建筑装饰制品。（3）石膏板。石膏板具有质轻、保温、防火、吸声、调节室内温度和湿度及制作方便等性能,应用较为广泛。常见的有：普通纸面石膏板、装饰石膏板、石膏空心条板、吸声用穿孔石膏板、耐水纸面石膏板、耐火纸面石膏板、石膏蔗渣板等。此外,各种新型的石膏板材仍在不断出现。6.石膏的验收与储运建筑石膏一般采用袋装
38、,可用具有防潮及不易破损的纸袋或其他复合袋包装；包装袋上应清楚标明产品标识、制造厂名、生产批号和出厂日期、质量等级、商标、防潮标志；运输、储存时不得受潮和混入杂物,不同等级的石膏应分别储运,不得混杂；石膏的储存期为 3 个月（自生产日起算）。超过 3 个月的石膏应重新进行质量检验,以确定等级。7.石膏制品的发展石膏制品具有绿色环保、防火、防潮、阻燃、轻质、高强、易加工、可塑性好、装饰性强等特点,使得石膏及其制品倍受青睐,具有广阔的发展空间。2.22.2 水硬性胶凝材料水硬性胶凝材料2.2.1 硅酸盐水泥硅酸盐水泥是通用硅酸盐水泥的一种类型。通用硅酸盐水泥主要有硅酸盐水泥（分型、型,代号为 P、
39、P）、普通硅酸盐水泥（简称普通水泥,代号为 PO）、矿渣硅酸盐水泥（简称矿渣水泥,代号为 PS）、火山灰质硅酸盐水泥（简称火山灰水泥,代号为 PP）、粉煤灰硅酸盐水泥（简称粉煤灰水泥,代号为 PF）和复合硅酸盐水泥（简称复合水泥,代号为 PC）六种。1.硅酸盐水泥的生产工艺及组成2.硅酸盐水泥的凝结和硬化硅酸盐水泥与适量的水拌和后,最初形成具有可塑性的浆体,随着水化反应的进行,水泥浆体逐渐变稠失去可塑性,但尚不具有强度,这一过程称为水泥的凝结。随后凝结了的水泥浆体开始产生强度,并逐渐发展成为坚硬的水泥石,这一过程称为硬化。水泥的水化贯穿凝结、硬化过程的始终,在几十年龄期的水泥制品中,仍有未水化
40、的水泥颗粒。3.硅酸盐水泥的技术要求我 国 现 行 通 用 硅 酸 盐 水 泥（GB1752007/XG12009)对硅酸盐水泥及其他各类硅酸盐水泥提出如下技术要求。1）化学指标2）物理指标（1）细度（2）凝结时间（3）体积安定性（4）强度及强度等级（5）碱含量4.硅酸盐水泥的性能与应用1）硅酸盐水泥的性能（1）快凝快硬高强。与硅酸盐系列的其他品种水泥相比,硅酸盐水泥凝结（终凝）快、早期强度（3 d）高、强度等级高（低为 42.5,高为 62.5）。（2）抗冻性好。由于硅酸盐水泥未掺或掺很少量的混合材料,故其抗冻性好。（3）抗腐蚀性差。硅酸盐水泥水化产物中有较多的氢氧化钙和水化铝酸钙,耐软水及
41、耐化学腐蚀能力差。（4）碱度高,抗碳化能力强。碳化是指水泥石中的氢氧化钙与空气中的二氧化碳反应生成碳酸钙的过程。碳化对水泥石（或混凝土）本身是有利的,但碳化会使水泥石（混凝土）内部碱度降低,从而失去对钢筋的保护作用。（5）水化热大。硅酸盐水泥中含有大量的C3A、C3S,在水泥水化时,放热速度快且放热量大。（6）耐热性差。硅酸盐水泥中的一些重要成分在 250 时会发生脱水或分解,使水泥石强度下降,当受热 700 以上时,将遭受破坏。（7）耐磨性好。硅酸盐水泥强度高,耐磨性好。2）硅酸盐水泥的应用（1）适用于早期强度要求高的工程及冬季施工的工程。（2）适用于重要结构的高强混凝土和预应力混凝土工程。
42、（3）适用于严寒地区,遭受反复冻融的工程及干湿交替的部位。（4）不能用于大体积混凝土工程。（5）不能用于处于高温环境的工程。（6）不能用于海水和有侵蚀性介质存在的工程。（7）不适宜蒸汽或蒸压养护的混凝土工程。2.2.22.2.2 普通硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥凡由硅酸盐水泥熟料、6%15%混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料,称为普通硅酸盐水泥(简称普通水泥),代号 PO。掺活性混合材料时,最大掺量不得超过15%,其中允许用不超过水泥质量 5%的窑灰或不超过水泥质量 10%的非活性材料来代替。掺非活性混合材料时,最大掺量不得超过水泥质量的 10%。普通硅酸盐水泥中绝大部分仍为硅酸盐水泥熟料
43、、适量石膏及较少的混合材料（与以上所介绍的三种水泥相比）,故其性质介于硅酸盐水泥与掺混合材料水泥之间,更接近于硅酸盐水泥。具体表现为：早期强度略低，水化热略低，耐腐蚀性略有提高，耐热性稍好，抗冻性、耐磨性、抗碳化性略有降低。在应用范围方面,与硅酸盐水泥基本相同,甚至在一些不能用硅酸盐水泥的地方也可采用普通硅酸盐水泥,使得普通硅酸盐水泥成为土建行业应用面最广,使用量最大的水泥品种。2.2.3 掺混合材料水泥1.混合材料用于水泥中的混合材料,根据其是否参与水化反应分为活性混合材料和非活性混合材料。2.掺活性混合材料的硅酸盐水泥的水化特点掺活性混合材料的硅酸盐水泥在与水拌和后,首先是水泥熟料水化,水
44、化生成的氢氧化钙作为活性“激发剂”,与活性混合材料中的活性二氧化硅和活性三氧化二铝反应,即“二次水化反应”,生成具有水硬性的水化硅酸钙和水化铝酸钙。当有石膏存在时,石膏可与上述反应生成的水化铝酸钙进一步反应生成水硬性的低钙型水化硫铝酸钙。与熟料的水化相比,“二次水化反应”具有速度慢、水化热小、对温度和湿度较敏感等特点。3.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的性能与应用这三种水泥的组成及所用混合材料的活性来源基本相同,所以这三种水泥在性质和应用上有许多相同点,在许多情况下可以替代使用。但由于混合材料的活性来源和物理性质(如致密程度、需水量大小等)存在着某些差别,故这三种水泥又各
45、有其特性。1）三种水泥的性能与应用的相同点（1）早期强度低,后期强度增进率大。（2）硬化时对湿热敏感性强,强度发展受温度影响较大。（3）水化热少。由于熟料含量少,水化时发热量高的 C3S、C3A 含量相对减少,因而水化放热量少,适用于大体积混凝土工程。（4）耐腐蚀性好,具有较强的抗溶出性侵蚀及抗硫酸盐侵蚀的能力。（5）抗冻性及耐磨性较差。（6）抗碳化能力较差。2）矿渣硅酸盐水泥的性能与应用（1）泌水性和干缩性较大。由于粒化高炉矿渣是玻璃体,对水的吸附能力差（即保水性差）,成形时易泌水而形成毛细通路及粗大的水隙,降低混凝土的密实性及均匀性。同时,增加水分的蒸发,因此其干缩较大,易使混凝土表面产生
46、很多微细裂缝,从而降低混凝土的力学性能和耐久性。矿渣混凝土不宜用于要求抗渗的混凝土工程和受冻融干湿交替作用的混凝土工程。（2）耐热性好。由于矿渣水泥硬化后 Ca(OH)2的含量低,矿渣本身又是耐火掺料,当受高温（不高于 200)作用时,强度不致显著降低,因此矿渣水泥适用于受热的混凝土工程,若掺入耐火砖粉等材料可制成耐更高温度的混凝土。在这三种水泥中矿渣硅酸盐水泥的活性混合材料的含量最多,耐腐蚀性最好、最稳定。3）火山灰质硅酸盐水泥的性能与应用（1）抗渗性高。由于水泥中含有大量较细的火山灰,泌水性小,当在潮湿环境下或水中养护时,会生成较多的水化硅酸钙凝胶,使水泥石结构致密,因而具有较高的抗渗性,
47、适用于要求抗渗的水中混凝土工程。（2）干缩大,易起粉。火山灰质硅酸盐水泥在硬化过程中的干缩现象较矿渣硅酸盐水泥更显著。若处在干燥的空气中,水泥石中的水化硅酸钙会逐渐干燥,产生干缩裂缝。在水泥石表面,由于空气中CO2 的作用,可使水化硅酸钙分解成CaCO3 和SiO2 的粉状混合物,使已硬化的水泥石表面产生“起粉”现象。为此,施工时应加强养护,较长时间保持潮湿,以免产生干缩裂缝和起粉。所以,火山灰质硅酸盐水泥不宜用于干燥或干湿交替环境下的混凝土工程,以及有耐磨要求的混凝土工程。4）粉煤灰硅酸盐水泥的性能与应用（1）早期强度低。由于粉煤灰呈球形颗粒,表面致密,不易水化,因此粉煤灰活性的发挥主要在后
48、期,这种水泥早期强度的增进率比矿渣水泥和火山灰水泥更低,但后期可以提高。（2）干缩小,抗裂性强。由于粉煤灰的吸水能力弱,拌和时需水量较小,因而干缩小、抗裂性强。但球形颗粒保水性差、泌水较快,若养护不当易引起混凝土产生失水裂缝。2.2.4 其他品种水泥1.道路硅酸盐水泥随着我国高等级道路的发展,水泥混凝土路面已成为主要路面类型之一。对专供公路、城市道路和机场跑道用的道路水泥,我国已制定了国家标准。道路水泥是一种强度高（特别是抗折强度高）、耐磨性好、干缩性小、抗冲击性好、抗冻性和抗硫酸性比较好的专用水泥,它适用于道路路面、机场跑道道面、城市广场等工程。由于道路水泥具有干缩性小、耐磨、抗冲击等特性,
49、可减少水泥混凝土路面的裂缝和磨耗等,减少了维修工作、延长了路面使用年限,因而可获得显著的社会效益和经济效益。2.膨胀水泥一般硅酸盐类水泥在空气中硬化时,通常都表现为收缩,常导致混凝土内部产生微裂缝,降低了混凝土的耐久性。在浇筑构件的节点、堵塞孔洞、修补缝隙时,由于水泥石存在干缩,也不能达到预期的效果。膨胀水泥在硬化过程中能产生一定体积的膨胀,因此采用膨胀水泥配制混凝土,能克服或改善一般水泥的上述缺点,解决由于收缩带来的不利后果。膨胀水泥适用于补偿混凝土收缩的结构工程,作为防渗层或防渗混凝土,填灌构件的接缝及管道接头,加固与修补结构,固结机器底座及地脚螺丝等。自应力水泥适用于制作自应力钢筋混凝土
50、压力管及其配件。在道桥工程中,膨胀水泥常用于水泥混凝土路面、机场跑道或桥梁修补混凝土。3.抗硫酸盐硅酸盐水泥抗硫酸盐硅酸盐水泥按其抗硫酸盐侵蚀程度的不同分为中抗硫酸盐硅酸盐水泥和高抗硫酸盐硅酸盐水泥两类。以适当成分的硅酸盐水泥熟料,加入适量石膏,磨细制成的具有抵抗中等浓度硫酸根离子侵蚀的水硬性胶凝材料,称为中抗硫酸盐硅酸盐水泥,简称中抗硫水泥；以适当成分的硅酸盐水泥熟料,加入适量石膏,磨细制成的具有抵抗较高浓度硫酸根离子侵蚀的水硬性胶凝材料,称为高抗硫酸盐硅酸盐水泥,简称高抗硫水泥。抗硫酸盐硅酸盐水泥具有较高的抗硫酸盐侵蚀的性能,水化热较低,适用于受硫酸盐侵蚀的海港、水利、地下隧涵、引水、道路