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1、赵洪凯电子邮箱：电子邮箱：hkzhao003 吉林建筑工程学院道路建筑材料课前介绍：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、平时作业完成情况及考勤；2、期中考试及期末考试成绩；3、试验操作完成情况等。绪 论一、建筑材料的重要性1.材料是工程结构的物质基础.2.材料与工程造价之间的密切关系（占工程造价的 60%至 70%，甚至 80%）3.新材料与新结构、新工艺之间有密切的关系（用桥梁 的变化来说明）。古代桥梁集锦古代桥梁集锦中国现存最早，并且保存良好的是隋代赵州安济桥又称赵州桥。桥为
2、敞间圆弧石拱石拱，净跨37.02m。古代桥梁集锦古代桥梁集锦 北京宛平卢沟桥在北京广安门外30里，跨永定河。桥全长212.2m,共11孔，净跨不等，自11.4m至13.45，桥宽9.3m 世界十大预应力混凝土梁桥 法国诺曼底大桥法国诺曼底大桥 日本多多罗大桥日本多多罗大桥世界建筑材料的发展趋势高性能材料。复合化、多功能化。利用地方资源和工业废渣。节能材料。二、道路工程主要的建筑材料（道路建筑材料的研究内容与任务）道路建筑材料砂石材料无机结合料及其制品有机结合料石料及石料制品集料水泥、石灰混凝土有机结合料混合料高分子聚合物材料钢材和木材土工布等土工布等沥青混合料沥青混合料建筑钢材、木材建筑钢材、
3、木材三、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。四.建筑材料技术标准各级标准均有相应的代号，其表示方法由标准名称、标准代号、发布顺序号和发布年号组成。例如：烧结普通砖GB/T5
4、1011998标准名称：烧结普通砖标准代号：GB推荐标准：T发布顺序号：5101发布年号：1998年各级标准的相应代号 标准级别标 准 代 号 及 名 称国家标准GB国家标准；GBJ建筑工程国家标准；GB/T推荐国家标准行业标准（部分）JGJ建设部行业标准；JC国家建材局行业标准；JT交通部行业标准；YB冶金部行业标准；SD水电部行业标准；LY林业部行业标准地方标准DB地方标准企业标准QB企业标准第一章 砂石材料课题:石材的技术性质和技术要求教具用品 相关试验仪器 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11 砂石材料的技术性质砂石材料的技术性质概
5、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1.1.1、岩石的技术性质（一）、物理性质：包括物理常数、吸水性和耐候性等。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。则空气中称量空气中称量m0=0m0=0因 固 测定方法：密度瓶法测定，将石料磨细至全部过0.25mm的筛孔，然后将其装入瓶中，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
6、：指石料在规定条件下吸水的能力。(1)吸水率：202和大气压状态下，吸水质量的百分率。(2)饱水率：202，真空（100kPa），吸水质量的百分率饱水90%时，抗冻性较差。3.抗冻性：（1）直接冻融法：饱水后，测定经过冻(-15,4h)、融(205,4h)循环，质量损失不超过5%，抗压强度不超过25%的次数。（2）坚固性实验：浸泡饱和硫酸钠溶液20h后，(105-110,4h)；之后浸泡饱和硫酸钠溶液4h后，(105-110,4h)循环。注意：-15，岩石吸水率大于0.5%时候需要抗冻性实验。（二）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
7、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：5kg石料+12个5kg的钢球 磨500转测定（三）、化学性质按SiO2含量，将石料划分为酸性岩 SiO265%中性岩 52%SiO265%碱性岩 SiO252%1.1.2、集料的技术性质（一）粗集料的技术性质1、物理性质1）物理常数（1）表观密度用网篮法测定：(2)毛体积密度（3）堆积密度（4）空隙率2）级配分计筛余百分率累计筛余百分率通过百分率3)坚固性 用Na2SO4溶液干湿循环5次后，测定试样质量损失。碎石标准筛2、力学性质：（1）压碎值取试样：粒径9.5mm13.2mm；质量 3kg；在400kN的压力下，持续加压5s后，将
8、试样过2.36mm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试样筛余质量压碎指标仪（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 PSV42 其它公路 PSV353）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（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；磨耗前试样总质量(g)；磨耗后试样总质量(g)；集
9、料饱和面干密度（g/cm3）。（二）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、物理常数集料的质量与体积的关系见图所示：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
10、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（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12 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
11、的设计方法 1.2.1、矿质混合料的级配理论1.级配类型（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徐其中一个分级或几个分级而形成的不连续的混合料。2 2 矿质混合料的级配理论矿质混合料的级配理论 (1).1).最大密度曲线理论（富勒理论）最大密度曲线理论（富勒理论）观点：观点：矿质混合料的颗粒级配曲线愈接近抛物线，则其密度愈大。矿质混合料的颗粒级配曲线愈接近抛物线，则其密度愈大。当矿质混合料的级配曲线为抛物线时，具有最大密实度。当矿质混合料的级配曲线为抛物线时，具有最大密实度。a a）b b）a a）常坐标；）
12、常坐标；b b）半对数坐标）半对数坐标理想最大密度级配曲线理想最大密度级配曲线 最大密度级配曲线公式：最大密度级配曲线公式：可用矿料颗粒粒径可用矿料颗粒粒径（d d）与通过量与通过量（p p）表示表示 。式中：式中：d d 矿质混合料各级颗粒粒径，矿质混合料各级颗粒粒径，mmmm；p p 各级颗粒粒径集料的通过量，各级颗粒粒径集料的通过量，%；k k 常数。常数。(2).(2).最大密度曲线最大密度曲线n n幂公式（泰波理论）幂公式（泰波理论）观点：观点：最大密度曲线是一种理论的级配曲线，实际上，级配最大密度曲线是一种理论的级配曲线，实际上，级配 曲线应该有一定的波动范围。曲线应该有一定的波动
13、范围。公式：公式：式中：式中：p p、d d 和和 D D 意义同前；意义同前；n n 实验指数。实验指数。实际实际研究研究认为认为：在在沥沥青混合料中青混合料中应应用，当用，当n=0.45n=0.45时时密度最大；密度最大；在水泥混凝土中在水泥混凝土中应应用，当用，当n=0.25n=0.250.450.45时时工作性工作性较较好。好。通常使用的通常使用的矿质矿质混合料的混合料的级级配范配范围围（包括密包括密级级配和开配和开级级配配）n=0.3n=0.30.70.7 1.2.2、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方法：1、先确定横坐标长度S2、求出间距系数 K3、计算出各颗
14、粒粒径在横坐标上的位置 1.2.3、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(一)、试算法 1 1）按题意作下列）按题意作下列两点假设两点假设：设设A A、B B、C C三种集料在混合料三种集料在混合料M M中的用量比例分别为中的用量比例分别为X X、Y Y、Z Z，则，则 又设混合料又设混合料M M中某一级粒径（中某一级粒径（i i）要求的含量为）要求的含量为M M（i i），A A、B B、C C三种集料三种集料 中该粒径的含量分别为中该粒径的含量分别为 A(i)A(i)、B(i)B(i)、C(i)C(i)。则：。则：2 2）计算步骤计算步骤 计
15、算计算A A集料在矿质混合料中的用量比例集料在矿质混合料中的用量比例 首先，找出首先，找出A A集料占优势含量的某一粒径，如粒径（集料占优势含量的某一粒径，如粒径（i i），而忽略），而忽略B B、C C 集料在此粒径的含量，即集料在此粒径的含量，即B B集料和集料和C C集料该粒径的含量集料该粒径的含量a aB(i)B(i)和和a aC(i)C(i)均等于零。均等于零。A A集料在混合料中的用量：集料在混合料中的用量：计算计算C C集料在矿质混合料中的用量比例集料在矿质混合料中的用量比例 原理同前，设原理同前，设C C集料的优势粒径为集料的优势粒径为j j（mmmm），则），则A A集料和集
16、料和B B集料在该粒径的集料在该粒径的含量含量a aA(j)A(j)和和a aB(j)B(j)均等于零。均等于零。C C集料在混合料中的用量：集料在混合料中的用量：计算计算B B集料在矿质混合料中的用量比例集料在矿质混合料中的用量比例 由前式得出由前式得出B B集料在矿质混合料中的用量：集料在矿质混合料中的用量：校核调整校核调整 按以上计算的配合比计算合成级配，如不在要求的级配范围内，应调整。按以上计算的配合比计算合成级配，如不在要求的级配范围内，应调整。重新计算和复核配合比，经几次调整，直到符合要求为止。重新计算和复核配合比，经几次调整，直到符合要求为止。如经计算确不能满足级配要求时，可掺加
17、某些单粒级集料，或调换其它如经计算确不能满足级配要求时，可掺加某些单粒级集料，或调换其它 原始集料。原始集料。2.2.图解法图解法 （1 1）基本原理）基本原理 通常级配曲线图采用半对数坐标图绘制，所绘出的级配范围中值为一通常级配曲线图采用半对数坐标图绘制，所绘出的级配范围中值为一 抛物线。图解法中，为使要求级配中值呈一直线，采用纵坐标的通过量（抛物线。图解法中，为使要求级配中值呈一直线，采用纵坐标的通过量（P Pi i）为算术坐标，而横坐标的粒径采用筛孔尺寸表示，则绘出的级配曲线中值为直线。为算术坐标，而横坐标的粒径采用筛孔尺寸表示，则绘出的级配曲线中值为直线。如图：如图：（2 2）计算步骤
18、）计算步骤 1 1）绘制级配曲线坐标图绘制级配曲线坐标图 2 2）确定各种集料用量确定各种集料用量 两相邻级配曲线重叠，等分；两相邻级配曲线重叠，等分；两相邻级配曲线相接，连分；两相邻级配曲线相接，连分；两相邻级配曲线相离，平分。两相邻级配曲线相离，平分。3 3）校核校核 按图解所得的各种集料用量，校核计算所得合成级配是否按图解所得的各种集料用量，校核计算所得合成级配是否 符合要求。如不能符合要求，即超出级配范围，应调整各集料符合要求。如不能符合要求，即超出级配范围，应调整各集料 的用量。的用量。矿质混合料配合比设计工程实例矿质混合料配合比设计工程实例 试采用图解法设计某高速公路用细粒式沥青混
19、凝土的矿质混合料配合比。试采用图解法设计某高速公路用细粒式沥青混凝土的矿质混合料配合比。1.1.原始资料原始资料（1 1）现有碎石、石屑、砂和矿粉四种矿质集料，现场取样进行筛分如下表：）现有碎石、石屑、砂和矿粉四种矿质集料，现场取样进行筛分如下表：材料名称材料名称筛孔尺寸（方筛孔）筛孔尺寸（方筛孔）/mm/mm16.O16.O 13.213.29.59.54.754.75 2.362.36 1.181.180.60.60.30.30.150.150.0750.075通过百分率通过百分率/%/%碎碎 石石10010094942626O OO OO OO OO OO OO O石石 屑屑100100
20、100100100100808040401717O OOO OO O砂砂10010010010010010010010094949090767638381717O O矿矿 粉粉1001001001001001001001001001001001001001001001001001008383（2 2）确定矿质混合料的工程级配范围如下表：）确定矿质混合料的工程级配范围如下表：级配类型级配类型筛孔尺寸筛孔尺寸(方孔筛方孔筛)/mm)/mm16.O16.O13.213.29.59.54.754.752.362.361.181.180.60.60.30.30.150.150.0750.075细粒式沥青
21、混细粒式沥青混凝土（凝土（AC-AC-1313）10010095951001007070888848486868363653532424414118183030121222228 816164 48 8级配中值级配中值10098795745332417126 2.2.设计步骤设计步骤（1 1）绘制级配曲线图，在纵坐标上按算术坐标绘出通过百分率）绘制级配曲线图，在纵坐标上按算术坐标绘出通过百分率P Pi i，如下图如下图。（2 2）连对角线）连对角线OOOO作为级配范围通过率中值。在纵坐标上找出各个筛孔通过作为级配范围通过率中值。在纵坐标上找出各个筛孔通过率中值作水平线，通过与对角线率中值作水平
22、线，通过与对角线OOOO的交点作垂线，与横坐标的交点，即的交点作垂线，与横坐标的交点，即为相应的筛孔在横坐标上的位置。为相应的筛孔在横坐标上的位置。（3 3）将碎石、石屑、砂和矿粉四种集料的级配曲线绘于下图。）将碎石、石屑、砂和矿粉四种集料的级配曲线绘于下图。（4 4）从碎石、石屑、砂和矿粉四条级配曲线依次分析，均为重叠的位置关系。）从碎石、石屑、砂和矿粉四条级配曲线依次分析，均为重叠的位置关系。在其重叠部分分别作垂线在其重叠部分分别作垂线AAAA、BBBB、CCCC与对角线与对角线OOOO依次相交于依次相交于M M、N N、R R；过；过M M、N N、R R分别引水平线，可以确定分别引水平
23、线，可以确定 碎石碎石:石屑石屑:砂砂:矿粉矿粉=36%:31%:25%:8%=36%:31%:25%:8%。1001009090808070706060505040403030202010100 0Pi(%)didi（mmmm）989879795757454533332424171712126 616.013.29.54.752.361.180.60.30.150.075碎石碎石石屑石屑砂砂矿粉矿粉碎石碎石36%石屑石屑31%砂砂25%矿粉矿粉8%A AAAB BBBC CCCM MN NR R级配中值线级配中值线 3.3.校核校核 （1 1）计算得合成级配结果，并绘制合成级配曲线；）计算得
24、合成级配结果，并绘制合成级配曲线；（2 2）调整配合比。）调整配合比。配合比调整原则：配合比调整原则：对高速公路和一级公路，宜在工程设计级配范围内计算对高速公路和一级公路，宜在工程设计级配范围内计算 1 13 3组粗细不同的配合比，绘制设计级配曲线，分别位于工程组粗细不同的配合比，绘制设计级配曲线，分别位于工程设计级配范围的上方、中值及下方。设计合成级配不得有太多设计级配范围的上方、中值及下方。设计合成级配不得有太多 的锯齿形交错，且在的锯齿形交错，且在0.30.30.6mm0.6mm范围内不出现范围内不出现“鸵峰鸵峰”。当反。当反复调整不能满意时，宜更换材料设计。复调整不能满意时，宜更换材料
25、设计。（1 1）计算合成级配结）计算合成级配结果表果表 （2 2）绘制级配曲线，并调整配合比）绘制级配曲线，并调整配合比 从图中可以看出，计算的合成级配曲线接近级配范围中值。由于高速公路从图中可以看出，计算的合成级配曲线接近级配范围中值。由于高速公路交通量大、轴载重，为使沥青混合料具有较高的高温稳定性，合成级配曲线应交通量大、轴载重，为使沥青混合料具有较高的高温稳定性，合成级配曲线应偏向级配曲线范围的下限，因此需要调整。偏向级配曲线范围的下限，因此需要调整。经调整，各种材料用量为碎石经调整，各种材料用量为碎石:石屑石屑:砂砂:矿粉矿粉=41%:36%:15%:8%=41%:36%:15%:8%
26、。按此结果重新计算合成级配，计算结果如表按此结果重新计算合成级配，计算结果如表3.4(3.4(表中括号部分表中括号部分)并绘图，可见调整后的合成级配曲线光滑、平顺，且接近级配并绘图，可见调整后的合成级配曲线光滑、平顺，且接近级配曲线的下限。曲线的下限。结结 论论概述定义：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
27、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CaCO3 MgCO3以及杂质生产过程：CaCO3在1000下加热生成 CaO和CO2生石灰分类1、优质生石灰：洁白或带灰色，密度轻，一般8001000kg/m32、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
28、。避免“过烧”、“过冷”现象。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。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。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、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Ca(OH)2+CO2+nH2O Ca CO3+(n+1)H2O该反
29、应必须有水分存在时才能进行，且反应速度缓慢2.1.3、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（CO2）含量即未分解的CaCO3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6、体积稳定性（二）石灰的技术标准见教材中表2-1、2-2、2-3、2-42.1.4、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0.20.5mpa3、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
30、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。课题课题:水泥水泥 教具用品教具用品:相关试验仪相关试验仪器器 教学目的教学目的:了解水泥的常见品种、水泥生产了解水泥的常见品种、水泥生产制造过程及主要矿物成分制造过程及主要矿物成分重点难点重点难点:水泥的主要矿物成分特征及其对水泥的主要矿物成分特征及其对水泥技术性质的影响水泥技术性质的影响2
31、2 水泥 水泥概述水泥历史不长，只100多年的历史，但发展惊人1、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。2、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
32、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PI和掺不超过5%混合材料PII3.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SiO2 Al2O3 Fe2O3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。熟料煅烧：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。水泥粉磨：加入石膏磨细制成水泥。即“两磨一烧”。
33、硅酸盐水泥的矿物组成及特性1硅酸盐水泥的化学成分与矿物组成原料 矿物组成石灰质 CaO 3 CaOSiO2 C3S粘土质 SiO2 2 CaO SiO2 C2S Al2O3 3 CaO Al2O3 C3A Fe2O3 4 CaO Al2O3Fe2O3 C4AF2、水泥熟料主要矿物组成的性质C3S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。C2S含量1040%，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。C3A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。C4AF含量515%，水化速
34、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 C3A C3S C4AF C2S2）释热量 C3A C3S C4AF C2S3）强度 C3S C2S C3A不高 C4AF对抗强度有利4）耐侵蚀性 C4AF C2S C3S C3A5）干缩性 C3A最大 C3S居中 C4AF C2S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C3A C3S的含量，提高C2S的含量。
35、道路水泥：提高C3S和C4AF的含量。高强水泥：提高C3S的含量。2.2.3硅酸盐水泥的凝结硬化理论概念凝结：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”(一).水化反应2(3CaO.SiO2)+6H2O3CaO.2SiO2.3H2O+(水化硅酸钙凝胶)3Ca(OH)22(2CaO.SiO2)+4H2O3CaO.2SiO2.3H2O+Ca(OH)2 3CaO.Al2O3+6H2O3CaO.Al2O3.6H2O (水化铝酸三钙晶体)4CaO.AlO3.F
36、e2O3+7H2O 3CaO.Al2O3.6H2O+CaO.Fe2O3.H2O(水化铁酸钙凝胶)C3A3CaO Al2O3+6 H2O 3 CaO Al2O3 6H2O水化铝酸钙在石膏激发下，发生水化反应3CaO Al2O3+3Ca SO4 2H2O+26 H2O 3CaO Al2O3 3Ca SO4 32H2O水化硫铝酸钙、AFt、钙矾石 C4AF4 CaO Al2O3 Fe2O37 H2O CaO Al2O3 6H2O+CaO Fe2O3 H2O石膏存在的情况下，继续反应4 CaO Al2O3 Fe2O3+3 Ca SO4 2 H2O+26 H2O 3CaO(Al2O3 Fe2O3)3 C
37、a SO4 32 H2O三硫型水化铁铝酸钙无论是C3A还是C4AF，在水泥中石膏消耗完毕后，水泥中尚未消化的C3A或C4AF将与其三硫型水化物反应，生成单硫化物：3 CaO Al2O3 3 CaSO4 32H2O+23 CaO Al2O3+4H2O 33CaO Al2O3 Ca SO4 12 H2OAFm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 xCaOSiO2yH2O 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(Al2O3 Fe2O3)3 Ca SO4 32 H2O C3A3CSH32 7%4
38、单硫型水化硫铝酸钙（单硫盐）CaO(Al2O3Fe2O3)CaSO412H2O C3A3CSH12 5三硫型水化铁铝酸钙 3CaO Al2O3 3CaSO4 12 H2O C3（AF）3 CSH32 小于3%6单硫型水化铁铝酸钙 3CaO Al2O3 Ca SO4 12 H2OC3（AF）CSH12(二).凝结和硬化1.凝结硬化过程1）初始反应期水化反应开始，水泥颗粒分散，保持塑性。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
39、4AF亦开始水化，孔隙进一步被充填，逐渐产生强度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。2.2.4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%三氧化硫酸含量 过多时，亦引起体积膨胀，不安定，规定3.5%烧失量由于受潮或煅烧不佳引起的，要求PI3.0%,PII3.5%PO5.0%不溶物用盐酸溶解后的不溶残渣规定 PI0.75%,PII1.50%2）物理性质细度：
40、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300m2/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：mw水泥达到标准稠度时的用水量（g）mc水泥质量（g）测定方法：1、标准法 试杆法，试杆沉至距底板6mmE1mm 2、代用法：a、固定水量法(p=33.40.185s)。b、调整水量法 s=28mmE2mm 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
41、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：4mmE1mm 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）水泥净浆搅拌机水泥标准稠度及凝结时间测定仪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
42、G40G160mm，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、早强型水泥沸煮箱雷氏夹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、SO2，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2.2.5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
43、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。（2）硫酸盐的腐蚀（3）镁盐的腐蚀Ca(OH)2+MgSO4+2H2OCaSO42H2O+Mg(OH)2无胶凝能力（4）碳酸腐蚀Ca(OH)2+CO2+H2OCaCO3+2H2OCaCO3+CO2+H2OCa（HCO3）22、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。硅酸盐水泥泥的应用宜用于：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。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
44、、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。2.3、掺混合材料水泥定义：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。2.3.1混合材料的类型1、活性混合料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。2.3.2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.
45、5R、共六级。2.3.3掺混合材料水泥1混合水泥种类 （1）、矿渣硅酸盐水泥 ：由硅酸盐水泥熟料和2070的粒化高炉矿渣及适量石膏混合磨细而成的水硬性胶凝材料，称为矿渣硅酸盐水泥(简称矿渣水泥)，代号P.S。（2）、火山灰质硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料和2050的火山灰质混合材料及适量石膏混合磨细而成的水硬性胶凝材料，称为火山灰质硅酸盐水泥(简称火山灰水泥)，代号P.P。（3)、粉煤灰硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料和2040的粉煤灰及适量石膏混合磨细而成的水硬性胶凝材料称为粉煤灰硅酸盐水泥(简称粉煤灰水泥)，代号P.F。2、掺混合材料的硅酸盐水泥的凝结硬化：（1）凝结硬化原理硅酸盐水泥熟料与水发
46、生反应，生成的产物与硅酸盐水泥相同，随后是熟料矿物水化析出的氢氧化钙和掺入水泥中的石膏分别作为碱性激发剂和硫酸盐激发剂，与活性混合材料的活性成分发生二次水化反应，生成水化产物，亦叫“火山灰反应”。与硅酸盐水泥相比，Ca（OH）2含量相对较少，水化硅酸钙和钙矾石含量高，水化硅酸钙凝胶结构更加致密。（2）混合材料对水泥性质的影响混合材料对水泥性质的影响水化速度慢，早期强度低，但后期强度增长较多，甚至可超过同强度等级的硅酸盐水泥或普通水泥。故这三种水泥不宜用于有早强要求的工程化学稳定性高。水化放热速度慢，放热量低宜用大体积混凝土工程抗冻性差这三种水泥早期强度低受冻易损害，且混合材料加入需水量大，又因
47、为保水性差，易在水泥内产生孔隙通道，抗冻性差。故不宜用于严寒地区，特别是严寒地区水位经常变动的部位3、掺混合材料的硅酸盐水泥的技术性质：1、细度：80um方孔筛，筛余量不得超过10.0%。2、凝结时间：初凝时间不得早于45min，终凝时间不得迟于10h。3、体积安定性：除了矿渣水泥中三氧化硫含量不得超过4.0%外，其他技术要求均与硅酸盐水泥相同。4、强度及强度等级：强度等级有强度等级有32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R。4、掺混合材料水泥的应用：（1）矿渣硅酸盐水泥应用于大体积工程、湿热处理、耐腐蚀、耐火的场合；不适合抗冻性、抗渗性的场合。（2）火山灰质硅酸盐水泥
48、应用于大体积工程；不适合干燥。（3）粉煤灰硅酸盐水泥适用于大体积水工建筑及水中结构和海港工程；不适合抗冻性2.4其他品种水泥1.道路硅酸盐水泥 由较高铁铝酸钙含量的道路硅酸盐水泥熟料，010活性混合材和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为道路硅酸盐水泥（简称道路水泥）。水泥的粉磨细度增加，虽可提高强度，但水泥的细度增加，收缩增加很快，从而易产生微细裂缝，使道路易于破坏。适当提高水泥中的石膏加入量，可提高水泥的强度和降低收缩，对制造道路水泥是有利的。另外，为了提高道路混凝土的耐磨性，可加入5以下的石英砂。2、快硬硅酸盐水泥 凡以硅酸盐水泥熟料和石膏磨细制成，以3 d抗压强度表示标号的水硬性胶凝
49、材料，称为快硬硅酸盐水泥（简称快硬水泥）。快硬水泥以3d强度确定其标号。制造过程与硅酸盐水泥基本相同，只是适当增加了熟料中硬化快的矿物，即硅酸三钙含量达50一60，铝酸三钙为8一14，两者总量应不少于60一65。同时适当增加石膏掺量(达8)，并提高水泥的粉磨细度，通常比表面积达450m2kg。快硬硅酸盐水泥水化放热速率快，水化热较高，早期强度高，但干缩率较大。主要用于配制早强混凝土，适用于紧急抢修工程和低温施工工程。3.膨胀水泥和自应力水泥 硅酸盐膨胀水泥是以硅酸盐水泥为主，外加高铝水泥和石膏配制而成。膨胀源均来自于在水泥石中形成钙矾石产生体积膨胀而致。膨胀水泥适用于补偿混凝土收缩的结构工程，
50、作防渗层或防渗混凝土；填灌构件的接缝及管道接头；结构的加因与修补；固结机器底座及地脚螺丝等。自应力水泥适用于制造自应力钢筋混凝土压力管及其配件。使水泥产生膨胀的反应主要有三种：Ca0水化生成Ca(OH)2、Mg0水化生成Mg(OH)2以及形成钙矾石，因为前两种反应产生的膨胀不易控制，目前广泛使用的是以钙矾石为膨胀组分的各种膨胀水泥。自应力硅酸盐水泥:以适当比例的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥、高铝水泥和天然二水石膏磨制而成的膨胀性的水硬性胶凝材料称为自应力硅酸盐水泥。自应力铝酸盐水泥:自应力铝酸盐水泥是以一定量的高铝水泥熟料和二水石膏粉磨而成的大膨胀率胶凝材料。按1：2标准砂浆28 d自应力值分为