土木工程材料教案.ppt

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1、土木工程材料教案 第一章,黑龙江工程学院 土木工程系 孙凌,1、绪 言,1.1 概述 1.2 材料的基本状态参数 1.3 材料的力学性质 1.4 材料与水有关的性质,主要内容：绪论 材料的基本状态参数 材料与水有关的性质 重点内容：材料的基本状态参数 难 点：材料的物理常数 要 求：材料的基本状态参数 材料与水有关的性质 对土木工程材料有概括的了解 参考资料：土木工程材料陈志源 道路建筑材料严家伋 道路建筑材料孙凌 公路工程集料试验规程,1、绪 言 1.1概述,一、本课程研究内容 砂石材料、石灰、石膏、水玻璃、水泥、 水泥混凝土、砂浆、烧结砖、沥青、沥青混合料、 钢材、塑料等 二、土木工程材料

2、在工程中的作用 三、土木工程材料应具备的性质 四、土木工程材料的应用 五、土木工程材料的标准化,R,1.2材料的基本状态参数,1.2.1材料的密度、表观密度、毛体积密度和堆积密度 一、密度 1.定义：材料的密度是材料在绝对密实状态下单位体积的（不包括开口和闭口孔隙体积）的质量。 2.公式： 式中： 材料的密度，； 材料矿质实体的质量，； 料矿质实体的体积，。 因试验的条件是在空气中称量石料的质量，故。，s， 则公式改写为 式中： 烘干石料试样的质量，； 意义同前。 石料密度的测定可采用比重瓶法或李氏比重瓶法,T,二、表观密度,1.定义：在规定条件下，材料单位表观体积（矿质实体体积十闭口孔隙体积

3、）的质量，称为表观密度，亦称视密度。 2.公式： 式中：t石料的表观密度，； 、意义同前； B石料闭口孔隙的体积，。 测定方法：排水法,T,三、毛体积密度,定义：材料的毛体积密度是在规定试验条件下，烘干材料单位体积（包括孔隙在内）的质量。 公式： 式中： 石料的毛体积密度，3 石料开口孔隙体积，3 ， ，B意义同前。 材料的毛体积密度测定可将石料加工为规则形状石料试件，采用精密量具测量其几何形状的方法计算其体积；对于遇水崩解、溶解和干缩湿胀性松软石料，应采用封蜡法测定。,T,四、堆积密度,1.定义： 散粒材料在自然堆积状态下单位体积质量。 2公式 自然堆积密度 紧密堆积密度,1.2.2材料的孔

4、隙和空隙,一、材料的孔隙 空隙对材料的影响：（1）孔隙的多少（孔隙率） （2）孔隙的特征 1.孔隙率 定义：孔隙率是指材料内部孔隙体积(开口孔隙和闭口孔隙)占材料总体积的百分率。 公式：,2.密实度,定义：材料内部固体物质的实体占材料总体积的百分率。 公式： 孔隙的特征 （1）按孔隙尺寸大小，可把空袭氛围为微孔、细孔和大孔三种 （2）按孔隙之间是否相互贯通，把孔隙分为孤立孔、连通孔。 （3）按孔隙与外界之间是否连通，把孔隙分为开口孔、封闭孔。,二、材料的空隙,1.空隙率 定义：散粒材料颗粒间的空隙体积占堆积体积的百分率。 公式： 2.填充率 定义：颗粒的自然状态体积占堆积体积的百分率。 公式：

5、,R,1.4 材料与水有关的性质,1.4.1 材料的亲水性与憎水性 湿润边角：在材料、水和空气的三向交叉点处沿水滴表面做切线，此切线与材料和水接触面的夹角 ，称为湿润边角。 90时，表现为亲水性 90时，表现为憎水性 1.4.2材料的含水状态 亲水性材料的含水状态 干燥状态 气干状态 饱和面干状态 润湿状态,1.4.3 材料的吸湿性和吸水性,一、吸湿性 定义：亲水材料在潮湿空气中吸收水分的性质 表示方法：含水率 二、吸水性 定义：材料在水中吸水的性质。 重量吸水率 提及吸水率 开口细微连通孔，吸水量大。,1.4.4耐水性,定义：材料长期在水作用下不破坏、强度也不明显下降的性质。 软化系数： 0

6、.85为耐水材料，该值越小耐水性越差。,1.4.5抗渗性 1.4.6抗冻性 材料在含水状态下，能经受多次动容循环作用而不破坏，强度也不显著降低的性质。 冻融循环 直接冻融法是测定石料抗冻性的主要试验方法。此方法是将石料制备成直径和高均为的圆柱体或边长为的立方体试件，放人烘箱（）烘至恒重，冷却后称其质量，按吸水率试验方法让试件吸水饱和，然后取出擦去表面 水分，置于冰箱（-）冻结，然后取出放人的水中融解，如此为一次冻融循环，经反复冻融至规定次数为止，将冻融后的试件再烘干至恒重，并称其质量。对于不同的工程环境气候条件，冻融循环的次数有不同的要求，分为15次、25次及25次以上。 在试验过程中，每隔一

7、定的冻融循环次数，应详细检查试件有无剥落、裂缝、分层及掉边等现象，并加以记录。对于块状石料的抗冻性，可采用经规定次数的冻融循环后的质量损失率或者耐冻系数表征。,（1）质量损失率 石料冻融循环后的质量损失率： 式中：fr试件冻融后的质量损失率，； 试验前烘干试件的质量，； 试验后烘干试件的质量，。 ）耐冻系数 式中： 试件的耐冻系数； 经冻融循环后的试件饱水抗压强度，； 未经冻融试验的试件饱水抗压强度，。,公路工程，一般要求石料的耐冻系数大于.；质量损失率不大于。同时，试件应无明显缺损（包括剥落、裂缝和边角损坏等情况）。 桥梁工程石料，对一月份平均气温低于的地区，要进行抗冻性试验。 ）硫酸钠坚固

8、性法,思考题： 1.孔隙的特征与吸水率的关系。 2.什么条件下要对石料进行抗冻性试验？什么是冻融循环？ 3.如何判定石料抗冻性是否合格？,R,主要内容：材料的力学性质 集料的技术性质 重点内容：石料的抗压强度、磨耗率 集料的级配 难 点：级配及计算参数 要 求：掌握石料的力学性质 掌握石料等级的确定 掌握级配参数的计算方法 参考资料：土木工程材料陈志源 道路建筑材料严家伋 道路建筑材料孙凌 公路工程集料试验规程,1.3材料的力学性质,1.3.1强度与比强度 一、强度 定义：材料在外力作用下不破坏时能承受的最大应力。 抗压强度： 抗拉强度： 抗剪强度： 抗弯强度： 集中荷载： 三分点加荷：,影响

9、强度的因素： 材料的组成 孔隙率 增加 强度降低 含水率 增加 强度降低 温度 升高 强度降低 试件尺寸 大 强度降低 加荷速度 快 强度降低等,二、比强度 定义：单位体积重量的材料强度与毛体积密度之比衡量材料是否轻质、高强。 补充一：公路工程石料的力学性质 ）抗压强度 石料的抗压强度，通常有单轴抗压强度和三轴抗压强度两种。如果不作边坡验算等，一般仅需要进行单轴抗压强度试验。 公路工程石料的抗压强度，是将石料制备成边长为.的正立方体或直径与高均为.的圆柱体试件，经吸水饱和后，在规定的加载条件下单轴受压，石料试件达到极限破坏时，单位受压面积的强度。,公式： 式中： 石料的抗压强度，； Fmax试

10、件极限破坏时的荷载，； 试件的截面积，。 石料的抗压强度值，取决于石料的组成结构，同时也取决于试验的条件（如试件几何外形、加荷速度、温度和湿度等）。 石料的抗压强度值，取决于石料的组成结构，同时也取决于试验的条件（如试件几何外形、加荷速度、温度和湿度等）。,）磨耗率 石料的磨耗率是指石料抵抗冲击、边缘剪力和摩擦的联合作用的性质，也是评定石料等级的依据之一，可采用洛杉矶试验法或狄法尔试验法测定。 （）洛杉矶试验法 洛杉矶试验法采用洛杉矶（或搁板）式磨耗试验机。是将石料试样洗净烘干，称出按我国标准规定的级配石料及钢球。磨耗机以的转速转动转。由于在旋转中石料试样受到相互摩擦、冲击等力系的综合作用，使

11、石料试样产生磨耗和破碎。用圆孔筛或1.7方孔筛筛去试样中的石屑，将剩余试样洗净烘干，并称其质量。石料的磨耗率以经试验后石料试样的质量损失百分率来表示。 公式：,（2）狄法尔试验法 狄法尔试验法采用狄法尔（或双筒）式磨耗试验机。它是将石料破碎（人工或机械），并过筛选出的块石块，共约（每块质量约），计两份，分别洗净烘干，装人磨耗机的两圆筒中，磨耗机以的转速转动转，石料的磨耗率同样是以通过或7筛孔的质量损失百分率来表示，亦按上式计算。 按我国标准规定，两种试验方法以洛杉矶试验法为标准方法。,桥梁工程石料的力学性质 抗压强度是桥梁工程石料的主要力学指标，是确定石料标号的主要依据。 桥用石料的抗压强度是

12、将石料加工成边长为的正立方体试件，经吸水饱和后，按规定的加荷条件单轴受压，石料试件达到极限破坏时，单位受压面积的强度。此亦作为石料的标号。 公式： 桥用石料的力学性质以抗压强度为基准，其他力学指标（如抗拉强度、抗剪强度、抗弯强度等）一般可采用与抗压强度的大约比值。 石料的技术标准,补充二 集料的技术性质 集料包括天然砂石集料、人工轧制的集料以及工业冶金矿渣。 不同粒径的集料在水泥（或沥青）混合料中所起的作用不同，因此对它们的技术要求亦不相同。为此,将集料分为粗集料和细集料两大类。 不论天然的或人工轧制的，以圆孔筛计，凡粒径小于者称为细集料（包括天然砂、人工砂等），粒径大于者称为粗集料（包括碎石

13、、砾石等）；在沥青混合料中。若以方孔筛计，凡粒径小于者称为细集料（包括天然砂、人工砂和石屑等），粒径大于.者称为粗集料（包括碎石、砾石、矿渣等）。由于产状和轧制工艺不同，它们之间的粒径界限允许有些交叉。,集料的技术性质亦主要从物理性质、力学性质和化学性质三个方面进行评价。 （一）物理性质（物理常数、与水有关的性质） 1.级配 级配是集料各级粒径颗粒的分配情况，可通过筛析试验确定。 级配参数： ）分计筛余百分率：某号筛上的筛余量占试样总质量的百分率。 ）累计筛余百分率：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的总和。 ）通过百分率：通过某号筛的质量占试样总质量的百分率，即与某号筛的

14、累计筛余之差。,2.粗度 粗度是评价砂粗细程度的一种指标，通常用细度模数来表示，细度模数是各号筛的累计筛余百分率之和除以的商，可按下式计算。,例从工地取回烘干砂样500g做筛析试验，列于表中，求该砂样的分计筛余、累计筛余、通过百分率及该砂样的细度模数，并对该砂样进行评定。,细度模数,T,（二力学性质,压碎性 压碎性是指碎石（或卵石）抵抗压碎的性能。可通过压碎值试验，采用压碎值来相对地衡量石料在逐渐增加荷载的作用下抵抗压碎的能力，压碎值是表征粗集料力学性质的指标之一。 ）水泥混凝土用粗集料压碎值试验方法 1020mm，3Kg，二层装入（每层颠击25次）；35min至200KN，过2.5mm筛。

15、2）沥青混合料用粗集料压碎值试验 13.216mm，3Kg，三层装入（每层插捣25次）；10min至400KN，过2.36筛。,（三）化学性质,石料根据含量的多少分为：酸性石料、中性石料和碱性石料。大量试验证明，碱性石料与沥青的粘附性较酸性石料与沥青的粘附性大，酸性石料比较坚硬。为确定集料与沥青的粘附性，通常在公路工程中采用一些简便的方法进行测定。 目前我国现行的试验方法主要有： ）水煮法 ）水浸法 ）亲水系数法 当采用同一种沥青时，选择矿料从碱性、中性直至酸性，集料与沥青的粘附性逐渐降低。为保证沥青混合料的强度，在选择集料时应优先考虑采用碱性石料。若当地缺乏碱性石料且必须采用酸性石料时，可掺

16、加各种抗剥剂以提高沥青与石料的粘附性。,思考题： 1.如何判定集料的酸性、中性、碱性，工程应用中如何考虑？ 2.掌握级配参数的计算公式。 作业：,主要内容： 级配理论 矿质混合料组成设计 重点内容： 泰波公式 修正平衡面积法矿质混合料组成设计 难 点：泰波公式 修正平衡面积法矿质混合料组成设计 要 求：利用泰波公式能够计算适宜的级配范围 掌握修正平衡面积法矿质混合料组成设计 参考资料：土木工程材料陈志源 道路建筑材料严家伋 道路建筑材料孙凌,补充3 矿质混合料的组成设计,路用矿质混合料的基本要求： .最小空隙率 .最大摩擦力 为达到上述要求，必须对矿质混合料进行组成设计，其内容包括： ）级配理

17、论和级配范围的确定； ）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 各种不同粒径的集料，按照一定比例搭配起来，以达到最大密实度和最大摩擦力的要求，可以采用两类级配： .连续级配 .间断级配,（二）级配理论 .（富勒）.uller理论 富勒根据实验提出一种理想级配，认为：“级配曲线愈接近抛物线时，则其密度愈大”，因此，当级配曲线为抛物线时为最大密度曲线。 当粒径等于最大粒径时，矿质混合料的通过率等于，则：,T,.（泰波）.albal理论 泰波认为富勒曲线是一种理想曲线，实际矿料的级配应允许有一定的波动范围，故将富勒最大密度曲线改为n次幂的通式，即 从泰波公式可看出，当时为抛物

18、线，即富勒曲线。根据试验认为.之间时，矿质混合料具有较好的密实度。 泰波理论可用来解决连续级配的级配范围问题，故具有很大的实用意义。,例题 已知矿质混合料最大粒径为40mm，试用泰波公式计算级配范围曲线的各级粒径通过百分率。（n=0.3n=0.7）。,二、级配曲线范围的绘制 我国级配曲线采用半对数坐标形式,T,三、矿质混合料的组成设计方法,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，因此，必须采用几种集料按照一定比例进行搭配才能达到级配范围的要求，这就需要对矿质混合料进行配合组成设计。确定矿质混合料配合比的方法很多，但一般主要采用试算法和图解法。,不管采用哪种方法，

19、首先必须具备两项已知条件： （）各种集料的筛折结果； （）按技术规范（或理论级配）要求的合成级配范围。 图解法 我国现行规范推荐采用的图解法为修正平衡面积法。由种以上的多种集料进行组配时，采用此方法进行设计十分方便。 修正平衡面积法的设计步骤如下： 1）制级配曲线图 2）确定各种集料用量 3）校核,思考题： 1.泰波公式较富勒理论有何发展？ 2.它在实际应用中所起的作用上什么？ 作业： 习题二 习题三,END THANK YOU！,材料组成结构示意图,R,砂的筛分曲线,R,R,R,土木工程材料教案 第二章,土木工程系 孙凌,2 气硬性胶凝材料,2.1 石 灰,主要内容：石灰的生产工艺 石灰的消

20、化和硬化 石灰的技术性质、技术标准 重点内容：石灰的消化和硬化 石灰的CaO+MgO含量 难 点：石灰的消化 要 求：掌握石灰的消化和硬化 掌握石灰的技术性质 参考资料：土木工程材料陈志源 道路建筑材料严家伋 道路建筑材料孙 凌 公路路面基层施工技术规范,2 气硬性胶凝材料,工程上用来将松散材料（如砂或石子）粘结为一个整体的材料，统称为胶凝材料（或胶结材）。胶凝材料分为两大类：有机胶凝材料和无机胶凝材料，无机胶凝材料按其硬化条件又可分为水硬性胶凝材料（如水泥）和气硬性胶凝材料（如石灰），道路上常用的无机胶结材料是水泥和石灰。,2.1 石 灰,石灰是由以碳酸钙（3）为主要成分的石灰石煅烧而得到的

21、一种胶凝材料。主要成分为氧化钙（）和氧化镁（）。 在道路工程中，随着半刚性基层在高等级路面中的应用，近年来石灰稳定土、石灰粉煤灰稳定土及其稳定碎石等广泛用于路面基层；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。,2.1.1石灰的生产工艺概述,.原料：富含氧化钙的岩石（如石灰石、白云石、白垩等）。 .原理：高温煅烧 优质的石灰，色质洁白或略带灰色，质量较轻，块状石灰堆积密度为3，具有多孔结构。,“欠火石灰”颜色发青，内部有未烧透的内核，使用时不能完全消化，有效氧化钙和氧化镁含量低，缺乏粘结力； “过火石灰”表面出现裂缝或玻璃状的外壳，体积收缩明显，颜色呈灰黑色，块体密度

22、大，消化缓慢，用于建筑结构物中仍能继续消化，以致引起体积膨胀，导致产生裂缝等破坏现象，危害极大。,二、石灰的消化和硬化,石灰的消化 烧制成的生石灰为块状的，在使用时必须加水使其“消化”成为粉未状的“消石灰”，这一过程亦称“熟化”，故消石灰亦称“熟石灰”。其化学反应式为： 石灰加水后，放出大量的热，体积膨胀，质纯且煅烧良好的石灰体积增大.倍。,.石灰的消化速度 块状生石灰，加水后产生热量达到最高温度时，所需要的时间称为消化速度。 快熟石灰就完成消化过程， 中熟石灰， 慢熟石灰则需以上的时间才能完成消化。 .消化后的石灰需要“陈伏”一段时间，然后使用。 .石灰的硬化 石灰的硬化过程包括干燥硬化和碳

23、酸化两部分。 ）石灰浆的干燥硬化 ）硬化石灰浆的碳化,三、石灰的技术要求和技术标准,.技术要求 用于道路或桥梁工程的石灰，应符合下列技术要求。 ）有效氧化钙和氧化镁含量 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首要指标。 ）生石灰产浆量和未消化残渣含量 产浆量是单位质量的生石灰经消化后，所产石灰浆体的体积（）。 未消化残渣含量是指生石灰消化后，未能消化而存留在圆孔筛上的残渣占试样的百分率。 ）二氧化碳含量 ）消石灰粉游离水含量 ）体积安定性 ）细度,.技术标准 建筑石灰按现行标准建筑生石灰（）、建筑生石灰粉（）和建筑消石灰粉（）的规定，按其氧化镁含量划分为钙质

24、石灰和镁质石灰两类。 由于生石灰和消石灰粉的分等技术指标不同，故分别提出不同要求。 ）生石灰技术标准 根据氧化镁含量按表-分为钙质生石灰和镁质生石灰两类，然后按有效钙氧化镁含量、产浆量、未消化残渣和等个项目的指标， 将生石灰分为优等品、一等品和合格品个等级。,思考题： 石灰消化时的两个特点？消化后的石灰为何要陈伏一段时间然后使用？ 如何判定石灰的等级？,土木工程材料教案 第三章,黑龙江工程学院 土木工程系 孙凌,第三章 水 泥,3.1 常用水泥 3.2 其它品种水泥,主要内容：常用（硅酸盐）水泥的生产工艺 常用（硅酸盐）水泥的特性 影响常用水泥性能的因素 重点内容：硅酸盐水泥矿物成分特点 硅酸

25、盐水泥的凝结和硬化 难 点：硅酸盐水泥的凝结和硬化 要 求：掌握硅酸盐水泥的矿物成分特点 掌握硅酸盐水泥凝结和硬化 参考资料：土木工程材料陈志源 道路建筑材料严家伋 道路建筑材料孙 凌 公路工程水泥和水泥混凝土试验规程 道路建筑材料集中训练试验补充教材 硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥技术标准 GB175-1999,3. 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。 在道路与桥梁工程中通常应用的水泥有：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。,3.1常用水泥 凡由硅酸盐水泥熟料，石灰石或粒化高炉矿渣，适量石膏磨细制成

26、的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥（即国外通称的波特兰水泥）。,硅酸盐水泥分两种类型，不掺加混合材料的称型硅酸盐水泥，代号；在硅酸盐水泥熟料粉磨时掺加不超过质量石灰石或粒化高炉矿渣混合材料的称型硅酸盐水泥，代号。 普通硅酸盐水泥 矿渣硅酸盐水泥 火山灰质硅酸盐水泥 粉煤灰硅酸盐水泥 复合硅酸盐水泥,3.1.1常用水泥的生产 .硅酸盐水泥生产原料 原料： ）石灰质原料 主要提供， ）粘土质原料 主要提供 以及。 3）校正原料 补充两种原料中所缺少的铁。,.硅酸盐水泥生产工艺概述 1)把几种原材料按适当比例配合在磨机中磨成生料； 2)将制备好的生料入窑进行煅烧，至左右生成以硅酸钙为主要成分的硅酸盐水

27、泥“熟料”； 3)为调节水泥的凝结速度，在烧成的熟料中加入质量左右的石膏共同磨细，即为硅酸盐水泥。 因此，硅酸盐水泥生产工艺概括起来为“两磨一烧”。,3.1.2常用水泥的特性 硅酸盐水泥的主要矿物组成 硅酸盐水泥的主要矿物组成是： 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，,2硅酸盐水泥各矿物组成性能比较 硅酸盐水泥熟料中这四种矿物组成的特性是： ）反应速度 最快，较快，也较快，最慢； ）释热量 最大，较大，居中，最小； ）强度 最高， 早期低，但后期增长率较大。 故和为水泥强度主要来源。强度不高， 含量对抗折强度有利；,）耐化学侵蚀性 最优

28、，其次为、，最差； ）干缩性 和最小，居中，最大。,硅酸盐水泥主要矿物组成与特性,矿物组成对水泥性能的影响 以上是单个矿物组成的性能，水泥是几种熟料矿物的混合物，改变熟料矿物成分间的比例，水泥的性质即发生相应的变化。例如提高硅酸三钙的含量，可以制得高强水泥；又如降低铝酸三钙和硅酸三钙含量，提高硅酸二钙含量，可制得水化热低的水泥，如大坝用水泥；提高铁铝酸四钙含量，可获得抗折强度较高的水泥，如道路水泥。,4硅酸盐水泥的凝结和硬化 （）硅酸盐水泥的水化 水泥颗粒与水接触，水泥熟料矿物即与水发生水化反应，生成水化产物并放出一定热量 水泥的水化主要是四种矿物成分的水化： ）硅酸三钙 ）硅酸二钙 ）铝酸三

29、钙 ）铁铝酸四钙,）硅酸二钙,1）硅酸三钙,）铁铝酸四钙,）铝酸三钙,为了调节水泥的凝结硬化速度，在磨细水泥时，掺人适量石膏，水化铝酸钙与石膏反应生成三硫型水化硫铝酸钙，亦称钙矾石。当石育消耗完毕后，水泥中尚未水化的铝酸三钙与钙矾石反应生成单硫型的水化硫铝酸钙。反应式如下： 三硫型水化硫铝酸钙（即钙矾石）是难溶于水的稳定的针状结晶体，它在生成结晶体时体积大大膨胀。因此，水泥中加入石膏数量不可过多，防止水泥凝结硬化过程中硫铝酸钙超过限制，产生体积变化不均匀。尤其是形成水泥构件后，还继续水化，其危害更大。,（）硅酸盐水泥的凝结和硬化 硅酸盐水泥的凝结硬化大致可划分为以下四个阶段： 第阶段为初始反应

30、期（诱导前期） 第阶段为潜伏期 （诱导期） 第阶段为凝结期 （凝结期） 第阶段为硬化期 （硬化期）,水泥水化放热曲线,3.1.3影响常用水泥性能的主要因素 ）水泥组成成分的影响 ）水泥细度的影响 ）温度与湿度的影响 ）水泥强度与龄期的关系 5）拌和用水量的影响 6）贮存条件的影响 此外，水泥矿物成分的含量、水泥颗粒细度等，对水泥的凝结硬化以及强度，都有一定的影啊。,思考题： .水泥磨细过程中加入石膏的目的是什么？ .水泥四种矿物成分的特性是什么？ .影响水泥凝结硬化的因素有哪些？,主要内容：硅酸盐水泥的技术性质 硅酸盐水泥的技术标准 常用水泥的选用 其它品种水泥 重点内容：硅酸盐水泥的技术性质

31、 硅酸盐水泥的技术标准 难 点：硅酸盐水泥的强度检验方法及评定 要 求：掌握硅酸盐水泥的技术性质 掌握硅酸盐水泥的技术标准 参考资料：土木工程材料陈志源 道路建筑材料严家伋 道路建筑材料孙 凌 公路工程水泥和水泥混凝土试验规程 道路建筑材料集中训练试验补充教材 硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥技术标准 GB175-1999,3.1.4常用水泥的选用 各类建筑工程，针对其工程性质、结构部位、施工要求和使用环境条件等，进行选用。,3.1.5常用水泥的技术性质和技术标准 .技术性质 按照我国现行国家标准硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥（一）规定，硅酸盐水泥的技术性质包括下列项目： ）化学性质 为了保证水泥的使用

32、质量，水泥的化学指标主要是控制水泥中有害的化学成分含量，若其超过最大允许限量，即意味着对水泥性能和质量可能产生有害或潜在的影响。 （）氧化镁含量 （）三氧化硫含量 （）烧失量 （）不溶物,）物理力学性质 （）细度 细度是指水泥颗粒粗细的程度。细度愈细，水泥与水起反应的面积愈大，水化速度愈快并较完全。实践表明，细度提高，可使水泥混凝土的强度提高，工作性得到改善。但是，水泥细度提高，在空气中的硬化收缩也较大，使水泥发生裂缝的可能性增加。因此，对水泥细度必须予以合理控制。 （）水泥净浆标准稠度 为使水泥凝结时间和安定性的测定结果具有可比性，在此两项测定时必须采用标准稠度的水泥净浆。我国国标规定，水泥

33、净浆稠度是采用标准维卡仪测定的，以试杆沉入净浆距底板时的稠度为“标准稠度”，此时的用水量为标准稠度用水量。,水泥标准稠度与凝结时间测定,（）凝结时间 凝结时间是水泥从加水开始，到水泥浆失去可塑性所需的时间。凝结时间分为初凝时间和终凝时间。 初凝时间是从水泥加水到水泥浆开始失去塑性的时间； 终凝时间是水泥加水到水泥浆完全失去塑性并开始产生强度的时间。 水泥的凝结时间对水泥混凝土的施工有重要意义。如果凝结过快，混凝土会很快失去流动性，以致无法浇筑，所以初凝时间不宜过短，以便有足够的时间在初凝之前完成混凝土各工序的施工操作；但终凝时间又不宜太迟，以便混凝土在浇捣完毕后，尽早完成凝结硬化。我国现行国标

34、（）规定，硅酸盐水泥初凝时间不得早于；终凝时间不得迟于。普通硅酸盐水泥初凝时间不得早于，终凝时间不得迟于。,（）体积安定性 水泥硬化后体积变化的均匀性称为水泥体积安定性。 水泥与水拌制成的水泥浆体，在凝结硬化过程中，一般都会发生体积变化，如果这种变化是发生在凝结硬化过程中，则对建筑物的质量并没有什么影响。但是，在水泥硬化后若产生不均匀的体积变化，将使混凝土产生膨胀裂缝，降低使用质量，甚至引起严重事故。这既是水泥体积安定性不良。 体积安定性不良的原因，一般是由于熟料中所含的游离氧化钙过多；也可能是熟料中所含的游离氧化镁过多或掺入的石膏过多，致使水泥已经凝结硬化后，甚至已经应用于结构物中，这些成分

35、继续水化，体积膨胀，引起不均匀的体积膨胀，造成水泥石开裂。,雷氏夹,雷氏夹测定仪,（）强度 强度是水泥技术要求中最基本的指标，也是水泥的重要技术性质之一。 水泥的强度除了与水泥本身的性质（如熟料的矿物组成、细度等）有关外，并与水灰比、试件制作方法、养护条件和时间等有关。多年来，我国水泥强度的检验一直按国家标准水泥胶砂强度检验方法（一）简称软练法进行，该标准规定，以的水泥和标准砂，按规定的水灰比（或），用标准制作方法制成的标准试件，在标准养护条件下，达规定龄期（，）时，按国家标准（一）规定的最低强度值来评定其所属标号。,水泥胶砂试模集振动台,我国现行国家标准水泥胶砂强度检验方法（）简称法规定，以

36、的水泥和标准砂（标准砂满足级配要求），采用.的水灰比，用标准制作方法制成的标准试件，在标准养护条件下，达到规定龄期（，）时，按国家标准（）规定的最低强度值来确定其强度等级。 我国现行国家标准（一）规定：凡氧化镁、三氧化硫、初凝时间、安定性中的任一项不符合标准规定，均为废品。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，或强度低于商品标号规定的指标时，称为不合格品，废品水泥在工程中严禁使用。,技术标准 硅酸盐水泥石的腐蚀和防止 .水泥石的腐蚀 ）淡水侵浊 ）硫酸盐的侵蚀 ）镁盐侵蚀 ）碳酸侵蚀 水泥石腐蚀的防止 针对以上分析产生腐蚀的原因，在选用水泥及施工

37、中，可考虑以下措施来防止腐蚀。 ）根据建筑物环境特点，合理选用水泥品种 ）提高水泥石的密实度 ）加做保护层,R,3.2 其它品种水泥 3.2.1高铝水泥 凡以铝酸钙为主，氧化铝含量约的熟料，经磨细而得的水硬性胶凝材料称为高铝水泥。又名矾土水泥。 工程应用 高铝水泥的特点是早期强度增长快，强度高，主要用于紧急抢修和早期强度要求高的工程。高铝水泥的缺点是后期强度倒缩，在使用年后高铝水泥混凝土的强度只有早期强度的一半左右。 高铝水泥不宜作结构工程。它的使用温度不宜超过，如有蒸汽养护不宜超过，不得与其它品种水泥混合使用。,3.2.2膨胀水泥 膨胀水泥是硬化过程中不产生收缩，而具有一定膨胀性能的水泥。

38、工程应用 在道桥工程中，膨胀水泥常用于水泥混凝土路面、机场道面或桥梁修补混凝土。此外用于防止渗漏、修补裂缝及管道接头等工程。,3.2.3白色和彩色硅酸盐水泥 白色水泥的主要矿物组成仍是硅酸盐，只是水泥中着色物质（氧化铁、氧化锰、氧化钛、氧化铬等）的含量极少。 生产彩色硅酸盐水泥有三种方法：（1）在水泥生料中混入着色物质，烧成彩色熟料再粉磨成彩色水泥；（2）将白水泥熟料或硅酸盐水泥熟料、适量石膏和碱性着色物质共同磨细制成彩色水泥；（3）将干燥状态的着色物质掺入白色水泥或硅酸盐水泥中。 白色和彩色水泥在装饰工程中，常用于配制各类彩色水泥浆、砂浆和混凝土，用以制造各种水磨石、水刷石、等饰面及雕塑和装

39、饰部件等制品。,补充：道路硅酸盐水泥 .定义 以适当成分的生料烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主要成分和较多量的铁铝酸钙的硅酸盐水泥熟料称为道路硅酸盐水泥熟料。由道路硅酸盐水泥熟料，活性混合材料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）。,.技术要求 ）化学组成 在道路水泥或熟料中含有下列有害成分必须加以限制： （）氧化镁含量 道路水泥中氧化镁含量不得超过.。 （）三氧化硫含量 道路水泥中三氧化硫不得超过.。 （）烧失量 道路水泥中的烧失量不得大于.。 （）游离氧化钙含量 道路水泥熟料中游离氧化钙含量，旋窑生产不得大于.；立窑生产不得大于.。 （）碱含量 如用户提出要求

40、时，由供需双方商定。,）矿物组成 （）铝酸三钙含量 道路水泥熟料中铝酸三钙的含量不得大于.。 （）铁铝酸四钙含量 道路水泥熟料中铁铝酸四钙的含量不得小于.。 铝酸三钙（）和铁铝酸四钙（）的含量，先按方法求出三氧化二铝（）和三氧化二铁（）的含量，然后按下式求得： .（.） .,）物理力学性质 （）细度 按国标水泥细度检验方法，筛的筛余量不得大于。 （）凝结时间 按国标试验方法，初凝不得早于，终凝不得迟于。 （）安定性 按国标试验方法，安定性用沸煮法必须合格。 （）干缩性 按国标水泥胶砂干缩性试验，干缩率不得大于.。 （）耐磨性 按行业标准水泥胶砂耐磨性试验，磨损率不得大于。 （）强度 道路水泥分

41、为、和三个标号。,.工程应用 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、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，可减少水泥混疑土路面的裂缝和磨耗等病害，减少维修、延长路面使用年限，因而可获得显著的社会效益和经济效益。,思考题： .什么是水泥的初凝和终凝？凝结时间对工程有何影响？ .什么是水泥的合格品、不合格品及废品？工程中有何要求？ .法与软练法的主要区别是什么？,R,END THANK YOU！,土木工程材料教案 第四章,土木工程系 孙凌,4 水泥混凝土,4.1混凝土概述 4

42、.2普通混凝土的组成材料 4.3新拌混凝土的和易性 4.4硬化后混凝土强度 4.5硬化混凝土的耐久性 4.6硬化混凝土的变形 4.7普通混凝土的配合比设计,主要内容：概述 组成混凝土各组成材料的技术要求 重点内容：组成混凝土各组成材料的技术要求 难 点：级配的影响 要 求：了解混凝土各组成材料的技术要求 掌握材料本身性能的好坏对混凝土的影响 及技术指标要求 参考资料：土木工程材料陈志源 道路建筑材料严家伋 道路建筑材料孙 凌 公路工程水泥和水泥混凝土试验规程 道路建筑材料集中训练试验补充教材,4 水泥混凝土,4.1混凝土概述 定义：以水泥和水组成的水泥浆为粘结介质，将分散其中的不同粒径的粗细集

43、料胶结起来，在一定的条件下，硬化成为具有一定力学性能的一种人工石材为水泥混凝土。,分类：,按胶结材料分类：水泥混凝土、硅酸盐混凝土、聚合物混凝土 按密度分类： 轻混凝土、普通混凝土、重混凝土 按强度分类： 低强度混凝土、中强度混凝土、高强度混凝土 按施工工艺分类：泵送混凝土、喷射混凝土、真空脱水混凝土、碾压混凝土、压力灌浆混凝土、（预填骨料混凝土）等 按用途分类：防水混凝土、放射线混凝土、耐酸混凝土、装饰混凝土、耐火混凝土、补偿收缩混凝土、水下浇筑混凝土等,R,4.2普通混凝土的组成材料 4.2.1水泥 1水泥品种的选择 2水泥强度等级的选择 1.01.5倍 4.2.2骨料 细骨料 1.级配和

44、细度模数 0.63mm为控制粒级 2.有害杂质含量 3.细集料含水率和湿涨,粗骨料 1.强度通常以压碎值指标控制 2.坚固性 3.级配 4.最大粒径的选择 5.表面特征和形状 针状颗粒 片状颗粒 6.含泥量及泥块含量 7.有害杂质含量 8.碱活性检验,4.2.3水 4.2.4外加剂 混凝土外加剂是指在拌制混凝土过程中掺入的用以改善混凝土性能的物质，其掺量一般不大与水泥重量的5（特殊情况除外）。 常用的外加剂有： 减水剂在混凝土拌合物坍落度基本相同的条件下，能减少拌和用水量的外加剂。 引气剂在搅拌混凝土过程中能引入大量均匀分布、稳定而封闭的微小气泡的外加剂。 早强剂能加速混凝土早期强度发展的外加

45、剂。 缓凝剂能延缓混凝土凝结时间，而不显著影响混凝土后期强度的外加剂。,思考题： 减水剂对混凝土主要有哪些技术经济效益？,R,主要内容：水泥混凝土的技术性质 新拌混凝土的工作性 硬化后混凝土的力学性质 重点内容：新拌混凝土工作性测定方法，影响因素 混凝土强度标准值，强度等级 难 点：混凝土强度标准值，强度等级 要 求：掌握塑性混凝土工作性的测定方法坍落度 了解干硬性混凝土工作性测定方法维勃稠度 掌握水灰比、砂率对混凝土工作性的影响 了解其他影响因素 掌握混凝土强度标准值的概念， 会确定强度等级 参考资料：土木工程材料陈志源 道路建筑材料严家伋 道路建筑材料孙 凌 公路工程水泥和水泥混凝土试验规程 道路建筑材料集中训练试验补充教材,4.3新拌混凝土的和易性 优质的混凝土应具备三方面性质 良好的工作性（和易性） 硬化后足够的力学性质