道路建筑材料课件.ppt

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。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）人工开采的岩石（石料）和轧制的碎石（集料）（2）天然风化的松散颗粒（砂、石屑） 什么是有机和无机？【无机物】无机物是无机化合物的简称，通常指不含碳元素的化合物。少数含碳的化合物，如一氧化碳、二氧化碳、碳酸盐、氰化物等也属于无机物。无机物大致可分为氧化物、酸、碱、盐等。【有机物】有机物通常指含碳元素的化合物，或碳氢化合物及其衍生物总称为有机物。说明1.有机物是有机化合物的简称。2.有机物一般难溶于水，易溶于有机溶剂，熔点较低。绝大多数有机物受热容易分解、容易燃烧。有机物的反应一般比较缓慢，并常伴有副反应发生。3.有机物种类繁多，目前人类已知的有机物达900多万种，数量远远超过无机物。可分为烃和烃的衍生物两大类。根据有机物分子中所含官能团的不同，又分为烷、烯、炔、芳香烃和醇、醛、羧酸、酯等等。根据有机物分子的碳架结构，还可分成开链化合物、碳环化合物和杂环化合物三类。通俗的说（不严谨）：含碳的为有机不含碳的为无机如燃烧东西烧完后被烧掉的就是有机剩下的就是无机 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，乳化沥青和改性沥青等。有机结合料混合料主要指：（1）沥青混凝土（2）沥青碎石（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：指材料抵抗车辆荷载复杂力系综合作用的性能。通过测定材料的各种强度指标及耐磨、抗变形指标来反映。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：通过测定材料的各种物理常数来反映。（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：指材料抵抗各种周围环境对其化学作用的性能。研究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：是指材料适合于按一定工艺要求加工的性能。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、材料的使用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、新工艺之间的关系用桥梁跨径的变化及路面材料的变化来分析四、道路建筑材料的发展状况五、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（室内）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）道路材料质量的标准化与技术标准国家标准GB3935．l-83标准化基本术语第一部分对标准作如下定义：“标准是对重复性事物和概念所做的统一规定。它以科学、技术和实践经验的综合成果为基础，经有关方面协商一致，由主管机构批准，以特定形式发布，作为共同遵守的准则和依据。”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YB黑色冶金行业标准标准符号举例：JTGE41—2005公路工程岩石试验规程标准符号编号—制定修订年份标准名称公路工程标准体系中标准的代码：JTG：交、通、公（路）三字汉语拼音的第一个字母E—标准类别的排序，用字母表示。A—综合；B—基础；C—勘测；D—设计；E—检测F—施工；G—监理；H—养护与管理41—该类标准的序号六、本课程的要求本课程为考试课、完成学习后将有两门成绩，即理论成绩和实操成绩。建筑材料课在本专业中的位置：是路桥专业的重点课程 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）、工业冶金矿渣第一章砂石材料 天然石材是采自地壳，不经过加工或经过机械加工的天然岩石所制得的材料。这种石材具有较高的抗压强度、耐久性、耐磨性，产源分布广，便于就地取材。但石材性质较脆、抗拉强度低、表观密度大、硬度较高、开采加工困难。我国有丰富的天然石材资源，广泛用于公路与桥梁工程中，如重质致密的块状石材是主要的砌体材料，常用于砌筑基础、桥涵、挡土墙、护坡、沟渠等；经人工加工成不同粒径的碎石及自然条件作用形成的卵石、则广泛用做混凝土骨料。有些岩石是生产各种建筑材料的原料，例如，石灰石、天然石膏等是生产硅酸盐水泥、石灰、石膏等胶凝材料的原料。天然岩石根据生成条件可分为三大类：1、岩浆岩又称火成岩，是由地壳内的岩浆冷凝而成。在地壳深处生成的称为深成岩，如花岗岩、正长岩、闪长岩等；由岩浆喷出地面后冷凝而成的称为喷出岩，如玄武岩、安山岩、辉绿岩等。2、沉积岩又称水成岩，是岩浆岩经风化作用后再经沉积胶结而成。它包括化学沉积，如石膏、石灰岩、白云岩等；有机沉积，如贝壳岩、白垩、硅藻土等；机械沉积，如砂、砾石、砂岩、角砾岩等。3、变质岩由岩浆岩、沉积岩经过高温、高压作用变质后形成的岩石。这种岩石比沉积岩更致密，如片麻岩、大理岩、石英岩等。常用岩石类型：(1)花岗岩(2)玄武岩(3)辉长岩(4)石灰岩(5)砂岩(6)石英岩(7)片麻岩一、岩石的技术性质 主要从物理性质、力学性质、化学性质三方面进行评价。1、物理性质：包括物理常数、吸水性和抗冻性（耐久性）等。1）物理常数石料最常用的物理常数是密度和孔隙率。这些物理常数与石料的物理、力学性质有着密切的关系，在选用石料、进行混凝土配合比计算时，这些物理常数也是重要的设计参数石料的物理常数是反映材料矿物组成、结构状态和特征的参数。虽然石料中不同的矿物以不同的排列方式形成各种结构，但是从质量和体积的物理观点出发，其组成结构主要是由矿物质实体和孔隙(包括与外界连通的开口孔隙和内部的闭口孔隙)所组成，见图l一1。 ①真实密度真实密度是指在规定条件下，烘干石料矿质实体单位真实体积的质量，用t表示，按照下列公式计算。因故式中：ρt——石料的真实密度，g／cm3；ms—石料矿质实体的质量，g；Vs—石料矿质实体的体积，cm3。计算石料真实密度，需要测定石料矿质实体的真实体积。试验时，将已知质量的干燥石料磨成细粉，全部通过0.315mm的筛孔后，用“密度瓶”测定其真实体积Vs。 ②毛体积密度：毛体积密度是指在规定条件下，烘干石料矿质实体包括孔隙(闭口、开口孔隙)体积在内的单位毛体积的质量，由下列公式计算。式中：ρb——石料的毛体积密度，g／cm3；ms——石料矿质实体的质量，g；Vs——石料矿质实体的体积，cm3；Vn——石料矿质实体中闭口孔隙的体积，cm3；Vi——石料矿质实体中开口孔隙的体积，cm3。②毛体积密度：毛体积密度是指在规定条件下，烘干石料矿质实体包括孔隙(闭口、开口孔隙)体积在内的单位毛体积的质量，由下列公式计算。式中：ρb——石料的毛体积密度，g／cm3；ms——石料矿质实体的质量，g；Vs——石料矿质实体的体积，cm3；Vn——石料矿质实体中闭口孔隙的体积，cm3；Vi——石料矿质实体中开口孔隙的体积，cm3。 测定方法：可用静水称量法、量积法，亦可用蜡封法测定。据调查，在公路系统中，绝大多数单位采用静水称量法，少数用量积法，而蜡封法只在特殊情况下采用。上述三种方法各有明显的优点。静水称量法可以连续测定多种指标，但某些岩石受到限制；蜡封法适用于各种岩石和不规则试样，但测试技术较烦；量积法测试技术简易，但必须制备具有一定精度的规则试样。三种方法的测试成果，从理论上讲差别不大。 ③孔隙率：孔隙率是指石料孔隙体积占石料总体积(包括开口孔隙和闭口孔隙体积)的百分率，由下列公式计算。石料内部独立且封闭的孔隙实际上是不吸水的，只有那些开口且以毛细管连通的孔隙才是吸水的。孔隙构造相同的石料，孔隙越大，吸水率越大。开口孔隙又有大小之分，常压下，岩石吸水时，水只能进入大开口孔隙，只有在高压或真空条件下，水方能进入闭孔隙和小开口孔隙。岩石的空隙性指标一般不能实测，根据干密度和颗粒密度可计算总孔隙率，其它孔隙率常需通过干密度和吸水性指标换算求得。一般提到的岩石孔隙率系指岩石总孔隙率。岩石因形成条件及其后期经受的变化和埋藏深度不同，孔隙率变化范围很大，可自小于百分之一至百分之几十，新鲜的结晶岩类的孔隙率一般小于3％，而沉积岩则较高，为1％一10％，但有些胶结不良的砂砾岩，孔隙率可达10％一20％，甚至更大。 2)吸水性：指岩石在规定条件下吸水的能力。用吸水率和饱和吸水率表示。岩石吸水率采用自由吸水法测定，饱和吸水率采用煮沸法或真空抽气法测定。(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：20℃±2℃，真空条件下，吸水质量的百分率(3)饱水系数：Kw=wa/wsa(0.01)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。饱水系数，它是评价岩石抗冻性的一种指标。一般来说，岩石的饱水系数为0.5—0.8。饱水系数愈大，说明常压下吸水后留余的空间有限，岩石愈容易被冻胀破坏。因而岩石的抗冻性就差。 3）抗冻性：抗冻性是指石料在饱水状态下，能够经受反复冻结和融化而不破坏，并不严重降低强度的能力。岩石抗冻性对于不同的工程环境气候有不同的要求。冻融次数规定：在严寒地区(最冷月的月平均气温低于-15℃)为25次；在寒冷地区(最冷月的月平均气温低于-15℃--5℃)为15次。石料抗冻性的室内测定方法有直接冻融法和硫酸钠坚固性法。两种方法均需要将石料制成直径和高均为50mm的圆柱体试件，或边长为50mm的正立方体试件，在105士5℃的烘箱中烘至恒重，并称重。试验时首先使试件吸水达到饱和状态，然后置于-15℃低温箱中。冻结4h后取出试件，放入20±5℃的水中融解4h，如此为一个冻融循环过程。经历规定的冻融循环次数(如10次、15次、25次及50次)后，详细检查石料试件有无剥落、裂缝、分层及掉角现象，并记录检查情况。将冻融试验后的试件再烘至恒重，称其质量，然后测定石料的抗压强度，并分别计算石料的冻融质量损失率和冻融系数。 冻融质量损失率：冻融系数：（由于硫酸钠结晶后体积膨胀，产生犹如水结冰相似的作用，使石料孔隙壁受到压力，也是测定石料抗冻性的方法。）当水在石料孔隙内结冰时，体积膨胀约9％。如果孔隙处于吸水饱和状态下，水的结冰就给孔隙壁以很大的内压力，严重时导致石料的边角崩裂。岩石的抗冻性与其矿物成分、结构特征有关，而同岩石的吸水率指标关系更加密切。大开口孔隙越多，亲水性和可溶性矿物含量越高时，岩石的抗冻性越低；反之，越高。判断岩石抗冻性能好坏有三个指标，即(1)冻融后强度变化；(2)质量损失；(3)外形变化。一般认为，抗冻系数大于75％，质量损失率小于2％时，为抗冻性好的岩石；吸水率小于0.5％，软化系数大于0.75以及饱水系数小于0.8的岩石，具有足够的抗冻能力。对于一般公路工程，往往根据上述标准来确定是否需要进行岩石的抗冻性试验。 2、力学性质在结构工程中，石料应具备一定的抗压、抗剪、抗弯强度，以及抵抗荷载冲击、剪切和摩擦作用。本节中主要介绍石料的抗压强度和磨耗率，这两项指标用于评价石料技术等级。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）（1）测试方法我国现行《公路工程石料试验规程》(JTGE41--2005)中，采用单轴加载的方法对规则形状的石料试样进行抗压强度试验。路面工程用的石料试件尺寸为边长50±2mm的正方体或直径与高均为50±2mm的圆柱体。桥梁工程用的石料试件为边长70±2mm的立方体。按标准方法对试件进行饱水处理后施加荷载（加荷速率为0.5MPa/s-1.0MPa/s），直至破坏，石料的抗压强度和软化系数按下式计算。抗压强度：式中：R——石料的抗压强度，MPa：P——试验时石料试件破坏时的极限荷载，N；A——石料试件的受力截面积，mm2。 软化系数：式中：KP——软化系数：Rw——石料试件饱和状态下的单轴抗压强度，MPa；Rd——石料试件烘干状态下的单轴抗压强度，MPa。岩石的抗压强度是岩石力学性质中最重要的一项指标．它是岩石强度分级和岩性描述的主要依据。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能，以磨耗率表示。试验方法按《公路工程集料试验规程》(JTGE42—2005)采用洛杉矶式磨耗试验。①洛杉矶式磨耗试验：将一定质量且有一定级配的石料试样和钢球置于搁板式试验机中，以30～33r/min的转速转动至要求次数停止，取出试样过筛（1.7mm方孔筛），用水洗净留在筛上的试样，烘至恒重并称其质量，石料的磨耗率采用下式计算。 式中：Q磨——石料的磨耗率，％。m1——装入试验机圆筒中的石料试样质量，g；m2——试验后在1．7mm筛上洗净烘干的试样质量，g。3、化学性质按克罗斯的分类法，根据SiO2含量，将石料划分为①酸性岩SiO2>65%，如花岗岩、石英岩等；②中性岩52%≤SiO2≤65%，如闪长岩、辉绿岩等；③碱性岩SiO2<52%，如石灰岩、玄武岩等。 所以在选择与沥青结合的岩石时，应考虑岩石的酸碱性对沥青与岩石黏结性的影响。选用岩石应尽量选用碱性岩石。由于碱性岩石与沥青具有较强的黏附力，组成沥青混合料可得到较高的力学强度。在缺少碱性岩石的情况下，也可采用酸性岩石代替，但必须对沥青或粗集料进行适当的处理，以增加混合料的黏聚力。此外，在道路路面和机场道面工程实践中发现，当石料以集料的形式应用于水泥混凝土中时，某些含有活性二氧化硅或活性碳酸盐成分的集料会与水泥中的碱性氧化物发生化学反应，称“碱一集料反应”。这种反应会对混凝土结构强度和稳定性产生非常不利的影响。 三、集料的技术性质集料是由不同粒径矿质颗粒组成的混合料，它包括各种天然砂、人工砂、卵石和碎石，以及各类工业冶金矿渣。集料按其粒径范围分为粗集料和细集料。在水泥混凝土中粗细集料的分界尺寸4.75㎜,但在沥青混合料中，该尺寸界限通常为2.36mm。粗、细集料在混合料中分别起骨架和填充作用，由于所起的作用不同，对它们的技术要求也有所不同。 碎石卵石砂矿渣 （一）粗集料的技术性质课题:粗集料的技术性质教具用品:相关试验仪器教学目的: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 物理性质：1）物理常数集料是矿质颗粒的散状混合物，其体积组成除了包括矿物及矿物间孔隙外，还包括矿质颗粒之间的空间，称为空隙。集料的质量与体积的关系见图所示： （1）表观密度粗集料表观密度是指在规定条件（105℃±5℃烘干至恒重）下，单位表观体积（包括矿质实体和闭口孔隙体积）的质量。测定粗集料表观体积时，需将已知质量的干燥粗集料浸水，使其开口孔隙吸饱水，然后称出饱水后粗集料在水中的质量，两者之差即为粗集料的包括闭口孔隙在内的粗集料表观体积。式中：ρa——石料的表观密度，g／cm3；ms——石料矿质实体的质量，g；Vs——石料矿质实体的体积，cm3；Vn——石料矿质实体中闭口孔隙的体积，cm3。 ②毛体积密度：是指在规定条件下，烘干粗集料矿质实体包括孔隙(闭口、开口孔隙)体积在内的单位毛体积的质量，由下列公式计算。式中：ρb——粗集料的毛体积密度，g／cm3；ms——粗集料矿质实体的质量，g；Vs——粗集料矿质实体的体积，cm3；Vn——粗集料矿质实体中闭口孔隙的体积，cm3；Vi——粗集料矿质实体中开口孔隙的体积，cm3。 （3）堆积密度集料是没有固定形状的混合物，其体积和形状取决于装填容器。堆积密度是指烘干集料颗粒矿质实体的单位装填体积(包括集料颗粒间空隙体积、集料矿质实体及其闭口、开口孔隙体积)的质量。ρ——粗集料的堆积密度，g／cm3ms——粗集料颗粒矿质实体的质量，g；Vs——粗集料颗粒矿质实体的体积，cm3；Vn、Vi—为粗集料颗粒矿质实体中闭口和开口孔隙的体积，cm3；Vv——粗集料颗粒间的空隙体积，㎝3。集料的堆积体积是将干燥的散粒集料试样装入规定尺寸的容器来测定的，堆积密度的大小取决于颗粒排列的松紧程度，即取决于装样方式。根据装样方法的不同，集料的堆积密度分为自然堆积密度、振实密度和捣实密度。自然堆积密度是指以自由落入方式装填集料，所测的密度又称松装密度；振实密度是将集料分三层装入容器筒中，在容器筒底部放置一根直径25mm的圆钢筋，每装一层集料后，将容器筒左右交替颠击地面25次；捣实密度是将集料分三层装入容器中，每层用捣棒捣实25次。振实密度和捣实密度又可称作紧装密度。 （4）空隙率：是指集料在某种堆积状态下的空隙体积(含开口孔隙)占粗集料总体积（堆积体积）的百分率。式中：n——集料的空隙率，％；ρ——集料的堆积密度，g／㎝3；ρa——集料的表观密度，g／㎝3。空隙率反映了集料的颗粒间相互填充的致密程度。试验结果表明，在松装和紧装状态下，粗集料的空隙率范围分别为43％～48％和37%～42%；细集料空隙率范围分别为35％～50％和30％～40％。 2）级配:是指集料中各种粒径颗粒的搭配比例或分布情况。级配对水泥混凝土及沥青混合料的强度、稳定性及施工和易性有着显著的影响，级配设计也是水泥混凝土和沥青混合料配合比设计的重要组成部分。级配是通过筛分试验确定的。对水泥混凝土用粗集料可采用干筛法筛分试验，对沥青混合料及基层用粗集料必须采用水洗法筛分试验。筛分试验就是将粗集料经过一系列筛孔尺寸的标准筛(标准筛为方孔筛），测出各个筛上的筛余量，根据集料试样的质量与存留在各筛孔上的集料质量，就可求得一系列与集料级配有关的参数一一①分计筛余百分率；②累计筛余百分率；③通过百分率。粗集料的筛分试验中采用的标准套筛尺寸范围及试样质量与细集料筛分试验有所不同，但级配参数的计算方法与细集料相同，详见“细集料的技术性质”内容。 3)坚固性对已轧制成的碎石或天然卵石亦可采用规定级配的各粒级集料，按现行试验规程《公路工程集料试验规程》(JTGE42—2005)选取规定数量，分别装在金属网篮浸入饱和硫酸钠溶液中进行干湿循环试验。经5次循环后，观察其表面破坏情况，并用质量损失百分率来计算其坚固性(也称安定性)。2．力学性质粗集料力学性质主要是压碎值和磨耗率；其次是抗滑表层用集料的三项试验，即磨光值、道瑞磨耗值和冲击值。 1)压碎值：粗集料压碎值是集料在逐渐增加的荷载下，抵抗压碎的能力。它作为相对衡量集料强度的一个指标，用以评价其在公路工程中的适用性。按《公路工程集料试验规程》(JTGE42--2005)的规定，粗集料压碎值试验是将9.5~13.2mm集料试样约3kg装入压碎值测定仪的金属筒内，放在压力机上，在10min左右时间内均匀地加荷至400kN，稳压5s然后卸载，称其通过2.36mm的筛余质量。式中：Q’a—集料的压碎值，％；m0—试验前试样的质量，g；m1—试验后通过2.36mm筛孔的细料质量，g。 数字式压力试验机压碎值测定仪 2)磨光值(PSV）在现代高速行车条件下，要求路面集料既不要产生较大的磨损，也不要被磨光，也就是说对路面粗糙度提出了更高的要求。集料磨光值是反映集料抵抗轮胎磨光作用能力指标，是利用加速磨光机磨光集料并以摆式摩擦系数测定仪测得的磨光后集料的摩擦系数值来确定。集料磨光值愈高，表示其抗滑性愈好。用高磨光值的石料来铺筑道路路面表层，可以提高路表的抗滑能力，保障车辆的安全行驶。 3)冲击值(AIV)冲击值是反映集料抵抗多次连续重复冲击荷载作用的性能，可采用冲击试验仪测定。由于路表集料直接承受车轮荷载的冲击作用，这一指标对道路表层用集料非常重要。冲击试验方法是选取粒径为9.5—13.2mm的集料试样，用金属量筒分三次捣实的方法确定试验用集料数量，将集料装于冲击值试验仪的盛样器中，用捣实杆捣实25次使其初步压实，然后用质量为13.75kg±0.05kg的冲击锤，沿导杆自380mm±5mm处，自由落下锤击集料并连续锤击15次，每次锤击间隔时间不少于1s。将试验后的集料用2.36mm的筛子筛分并称量。式中：AIV--集料的冲击值(％)；m--试样总质量(g)；m1--冲击破碎后通过2.36mm的试样质量(g)。该值越小，表明集料的抗冲击性能越好。 4)磨耗值(AAV)集料磨耗值用于评定抗滑表层的集料抵抗车轮撞击及磨耗的能力。按我国现行试验规程《公路工程集料试验规程》(JTGE42—2005)采用道瑞磨耗试验机来测定集料磨耗值。其方法是选取粒径为9.5-13.2mm的洗净集料试样，单层紧排于两个试模内(不少于24粒)，然后用细砂填平空隙吹去多余砂并用环氧树脂砂浆填充密实。经养护24h，拆模取出试件，准确称出试件质量，试件、托盘和配重总质量为2000g士10g。将试件安装在道瑞磨耗机附的托盘上，道瑞磨耗机的磨盘以28-30r／min的转速旋转，磨500转后，取出试件，刷净残砂，准确称出试件质量。式中：AAV—集料的道瑞磨耗率；m1—磨耗前试样的质量，g；m2—磨耗后试样的质量，g；ρs—集料的表干密度，g／cm3。集料磨耗值愈高，表示集料耐磨性愈差。 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。 （二）细集料的技术性质课题:细集粒的技术性质教具用品:相关试验仪器教学目的: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 （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：细集料内部结构特征与粗集料的一致，只是粒径大小不同，故其质量与体积之间的关系图与粗集料的一致，各物理常数的含义亦与粗集料的相同。（略） 2、级配:是指集料中各种粒径颗粒的搭配比例或分布情况。是通过筛分试验确定的。对水泥混凝土用细集料可采用干筛法筛分试验，如需要也可采用水洗法筛分。对沥青混合料及基层用细集料必须采用水洗法筛分试验。（注：对沥青路面来说，矿料级配中0.075mm通过率至关重要，所以在对细集料筛分时要求进行水筛，以准确测定0.075以下部分的含量，这对于石屑等粉尘含量大的材料影响更大。而对水泥混凝土用砂，因考虑到级配的影响不大，故仍保留原来的干筛方法。）筛分试验是将预先通过9.5mm筛(水泥混凝土用天然砂)或4.75mm筛(沥青路面及基层用的天然砂、石屑、机制砂等)的试样，称取500g(M)置于一套孔径为4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.6mm、0.3mm、0.15mm、0.075mm的方孔筛上，分别求出试样存留在各筛上的质量，即筛余量．然后按下述方式计算其有关级配参数。级配对水泥混凝土及沥青混合料的强度、稳定性及施工和易性有着显著的影响，级配设计也是水泥混凝土和沥青混合料配合比设计的重要组成部分。 集料用标准筛均以方孔筛为准，相应的筛孔尺寸依次为:75mm、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。 粒径的定义：集料颗粒的大小（粗细）程度，亦称粒度。集料最大粒径：指集料的100%都要求通过的最小标准筛筛孔尺寸。集料公称最大粒径：指集料可能全部通过或允许有少量不通过(一般容许筛余不超过10%)的最小标准筛筛孔尺寸。这两个定义涉及的粒径有着明显区别，通常集料公称最大粒径比最大粒径要小一个粒级。但在实际使用过程中、甚至在一些书本资料上也经常不加严格区别，容易引起混淆。实际工程中所指的最大粒径往往是指公称最大粒径，这一点在今后的应用中要加以区分。 （1）分计筛余百分率:ai——各号筛的分计筛余百分率(％)，0.1%;mi——某号筛上的筛余质量(g);M——集料试样的总质量，g。（2）累计筛余百分率:各号筛的累计筛余百分率为该号筛及大于该号筛的各号筛的分计筛余百分率之和，准确至0.1％。（3）通过百分率:指100减去该号筛的累计筛余百分率之差，准确至0.1％。即通过某号筛的试样质量占试样总质量的百分率。 3、粗度：用于评价细集料粗细程度的指标，通常用细度模数（细度模量）表示，准确至0.01。Mx——砂的细度模数；A0.15、A0.3、…、A4.75——分别为0.15mm、0.3mm、…、4.75mm筛的累计筛余百分率（%）。细度模数愈大，表示细集料愈粗。砂按细度模数分为粗、中、细三种规格。砂的粗度分类：Mx=3.7～3.1为粗砂Mx=3.0～2.3为中砂Mx=2.2～1.6为细砂细度模数虽能表示砂的粗细程度，但不能完全反映出砂的颗粒级配情况，因为相同细度模数的砂可有不同的颗粒级配。因此，要全面表征砂的颗粒性质，必须同时使用细度模数和级配两个指标。 [例1-1]工地现有砂500g，筛分试验后的筛分结果如表所示。计算该砂的细度模数，并评价其粗细程度。[解]按题所给筛分结果计算如表:筛孔尺寸（mm）9.54.752.361.180.60.30.15盘底筛余量（g）010204510013515535筛孔尺寸（mm）9.54.752.361.180.60.30.15盘底筛余量（g）010204510013515535分计筛余百分率（%）02492027317累计筛余百分率（%）02615356293100通过百分率（%）100989485653870 根据公式计算细度模数：由于细度模数为2.05在2.2~1.6之间，所以，此砂为细砂。 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。 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具用品:相关试验仪器教学目的:了解矿质混合料的组成设计原理及设计方法重点难点:图解法及级配曲綫的绘制 1—2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①最大密实度曲线理论Y连续级配②粒子干涉理论Y连续、间断级配1、富勒理论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d等于最大粒径D时，矿质混合料的通过率等于100％，即。） 2、泰波理论通常取n=0.3—0.6。 3、魏矛斯粒子干涉理论 二、级配曲线范围的绘制矿质混合料按级配理论公式计算出各粒级的通过百分率，以粒径(mm)为横坐标，以通过百分率为纵坐标，绘制理论级配曲线。但由于矿料在轧制过程中的不均匀性，以及混合料配制时的误差等因素影响，使所配制的混合料往往不可能与理论级配完全相符合。因此，必须允许配料时的合成级配在适当的范围内波动，这就是“级配范围”。常坐标，级配曲线明显造成前疏后密，不便绘制和查阅，为此，通常用半对数坐标代替，即横坐标颗粒粒径(即筛孔尺寸)采用对数坐标，而纵坐标通过百分率采用常坐标． L总=12.78mmL50=8.933mm 设计依据(已知条件）：①各种集料的筛分结果②按规范要求的级配范围即标准级配（一）试算法1.基本原理试算法适用于2—3种集料组成的混合料，是最简单的一种方法。此方法的基本原理是，现有几种矿质集料，欲配制成某一种符合一定级配要求的矿质混合料，在决定各组成集料在混合料中的比例时先假定混合料中某种粒径的颗粒是由某一种对这一粒径占优势的集料成，而其他各种集料中不含有此粒径。这样即可根据各个主要粒径去试算各种集料在混合料中的大致比例，再经过校核调整，最终获得满足混合料级配要求的各集料的配合比例。三、矿质混合料的组成设计方法 例如现有A、B、C三种集料，欲配制成某一级配要求的混合料M。确定这三种集料在混合料M中的配合比例(即配合比)，按题意作下列两点假设：①设X、Y、Z为A、B、C三种集料组成矿质混合料M的配合比例，则：X+Y+Z=100②又设混合料M中某一级粒径(i)要求的含量为aM（i），A、B、C三种集料在原来级配中此粒径(i)颗粒的含量分别为aA（i），aB（i），aC（i），则aA（i）·X+aB（i）·Y+aC（i）·Z=aM（i） 2．计算步骤(1)由假设①，混合料M中某一级粒径(i)主要由A集料所提供(即A料占优势)，而忽略其他集料在此粒径的含量，这样即可计算出A料在混合料中的用量比例。按假设①得aB（i）=aC（i）=0,代入式aA（i）·X+aB（i）·Y+aC（i）·Z=aM（i）得aA（i）·X=aM（i），故：(2)由假设②，混合料M中某一级粒径(j)由C集料占优势，同理可计算出C料在混合料中的用量比例。按假设②得aC（j）·Z=aM（j），故：(3)由公式可计算出B料在混合料中的用量比例，即：Y=100-(X+Z)(4)校核按上述步骤即可计算A、B、C三种集料组成矿质混合料的配合比X、Y、Z。经校核如不在要求的级配范围内，应调整配合比，重新计算和复核。 [例1-2]现有碎石、砂和矿粉三种集料，经筛分试验，各集料的分计筛余百分率列于表I-2,并列出按推荐要求设计混合料的级配范围，试求碎石、砂和矿粉三种集料在要求级配混合料中的用量比例。 [解]（1）先将矿质混合料要求级配范围的通过百分率换算为分计筛余百分率，计算结果列于表1-3，并设碎石、砂、矿粉的配合比为X、Y、Z。 (2)由表1-3可知，碎石中4.75mm粒径颗粒含量占优势，假设混合料中4.75mm的粒径全部由碎石提供aB（4.75）=aC（4.75）=0，可以得到碎石在矿质混合料中的用量比例：(3)同理，由表1-3可知，矿粉中＜0.075mm粒径颗粒含量占优势，忽略碎石和砂中此粒径颗粒的含量，即aA（＜0.075）=aB（＜0.075）=0，则可得矿粉在矿质混合料中的用量比例：(4)由此可得砂在矿质混合料中的用量比例：Y=100-(X+Z)=100-（49+21）=30（%）(5)校核。以试算所得配合比X=49%，Y=30%，Z=21%，按表1-4进行校核。 根据校核结果，符合级配范围要求。如不符合级配范围，应调整配合比再进行试算，经几次调整，逐步接近，直至达到要求。如经计算确实不能符合级配要求，应调整或增加集料品种。 （二）图解法又称修正平衡而积法，是目前工程单位用的较多的一种方法。步骤①绘制级配曲线图②确定各种集料的用量比例：两线相叠、两线相接、两线相离。③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。 第二章石灰、水泥和稳定土课题:无机胶凝材料教具用品:样品教学目的: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 胶凝材料的定义和分类胶凝材料的定义经过一系列的物理和化学变化，能够产生凝结硬化，将块状或粉状材料胶结起来，形成为一个整体的材料。胶凝材料的分类如沥青、聚合物等胶凝材料无机胶凝材料有机胶凝材料气硬性胶凝材料水硬性胶凝材料如：石灰、石膏、水玻璃等通称为“水泥” 无机胶凝材料气硬性胶凝材料加水拌合均匀后形成的浆体，只能在空气中凝结硬化，而不能在水中硬化的胶凝材料。如石灰、石膏、水玻璃、镁质胶凝材料等。水硬性胶凝材料加水拌合均匀后形成的浆体，不仅能在干燥空气中凝结硬化，而且能更好地在水中硬化，保持或发展其强度。如各种水泥。 2-1石灰石灰按成品的加工方法分块状生石灰、磨细生石灰粉、消石灰粉、石灰膏、石灰乳等。一、石灰的生产工艺概述主要原料：石灰石，其主要化学成分CaCO3MgCO3以及杂质。生产工艺——煅烧石灰生产过程，是石灰石煅烧过程。根据煅烧程度可分为欠火石灰、正火石灰、过火石灰。CaCO3==CaO+CO2MgCO3==MgO+CO2生石灰900℃700℃ 生石灰分类1、优质生石灰：洁白或带灰色，密度轻，一般800—1000kg/m3.2、过火石灰：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。“过火石灰”使用时则消解缓慢，甚至用于建筑结构物中仍能继续消化，以致引起体积膨胀，导致灰层表面剥落或产生裂缝等破坏现象，故危害极大。3、欠火石灰：含有未烧透的内核，效率低，欠火石灰的颜色发青且未消化残渣含量高，有效氧化钙和氧化镁含量低，使用时缺乏黏结力。 二、石灰的熟化和硬化1、生石灰的熟化熟化的过程生石灰+水熟石灰熟化的方式淋灰——生石灰粉（消石灰粉）化灰——熟石灰膏熟化过程的特点放出大量的热；体积膨胀1～2.5倍。熟化过程的注意事项熟石灰在使用前必须陈伏15d以上（石灰熟化后，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。）——防止过火石灰的危害；陈伏期间在化灰池表面保留一层水——防止石灰碳化。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。MgO+H2O==Mg（OH）2CaO+H2O==Ca（OH）2+64.83kJ/mol 2、石灰的硬化A、干燥硬化（结晶作用）：Ca（OH）2从饱和溶液中析出，晶体互相交叉连生，从而提高强度。B、碳化作用：Ca（OH）2和空气中的CO2发生化学反应，形成CaCO3使石灰的强度逐渐提高。石灰浆体的硬化包括上面两个同时进行的过程，即表层以碳化为主，内部则以干燥硬化为主。 空气中的C02含量较少，碳化作用主要发生在石灰浆体与空气接触的表面上。表面上生成的CaC03膜层会阻碍C02的进一步渗入，同时也阻碍内部水分的蒸发，使Ca（OH）2的结晶作用也进行得比较缓慢。所以在相当长的时间里石灰浆体仍然处于表层为CaC03，內部为Ca（OH）2的状态，其硬化是一个相当缓慢的过程。石灰硬化后的强度不高，其硬化过程主要依靠水分蒸发促便Ca（OH）2的结晶以及碳化作用。但Ca（OH）2易溶于水，在潮湿的环境中，石灰遇水溶解溃散，强度会降低，因此石灰不宜在长期潮湿的环境中或有水的环境中使用。纯石灰浆硬化时发生收缩开裂，所以工程上常配制成石灰砂浆使用。 三、石灰的技术要求和技术标准（一）技术要求1、有效CaO和MgO的含量石灰中产生黏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，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。 有效CaO的概念：石灰中氧化钙分为“结合氧化钙”和“游离氧化钙”两类。结合氧化钙是在煅烧中生成的钙盐(如硅酸钙、铝酸钙和铁酸钙等)，在石灰中不起凝胶作用。游离氧化钙又分为“活性”和“非活性”两种。非活性氧化钙是由“渣化”或“过烧”造成的，如通过粉碎，可变成活性的氧化钙。有效氧化钙是指在普通条件下，能与水反应的那部分氧化钙，主要来源于活性的游离氧化钙．生石灰在空气中存放时间过长，会吸收水分而消化成消石灰粉，再与空气中的C02作用形成失去胶凝作用的CaC03粉末，将降低石灰的使用质量。 2、生石灰产浆量和未消化颗粒含量产浆量是单位质量(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圆孔筛上的残渣质量占试样质量的百分率。其含量愈多，石灰质量愈差，须加以限制。 3、二氧化碳（CO2）含量生石灰或生石灰粉中C02含量反映了石灰中“欠火石灰”的数量，C02含量越高，表示石灰中未完全分解的碳酸钙比例越高，而Ca0+MgO含量则相对较低，影响石灰的胶结性能。 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2~3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，留下孔隙会加剧消石灰粉碳化作用，以致影响石灰的使用质量，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黏结性。现行标准规定以0.9mm和0.125mm筛余百分率控制。试验方法是，称取试样50g，倒入0.9mm、0.125mm套筛内进行筛分，分别称量筛余物，按原试样计算其筛余百分率。 （二）石灰的技术标准建筑石灰按现行标准《建筑生石灰》(JC/T479—92)、《建筑生石灰粉》(JC/T480—92)和《建筑消石灰粉》(JC/T481—92)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。生石灰生石灰粉消石灰粉钙质石灰≤5≤5<4镁质石灰>5>5≥4 1）生石灰技术标准：根据氧化镁含量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：项目钙质生石灰镁质生石灰优等品一等品合格品优等品一等品合格品1.(CaO+Mg0)含量(％)　　　　　　　不小于9085808580752.未消化残渣含量(5mm)圆孔筛筛余量(％)不大于51015510153.C02(％)　　　　　　　　　　　　不大于57968104.产浆量(L／kg)　　　　　　　　　不小于2.82.32.02.82.32.0 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。项目钙质生石灰镁质生石灰白云石消石灰优等品一等品合格品优等品一等品合格品优等品一等品合格品1．(CaO+Mgo)含量(％)不小于7065606560556560552．游离水(％)0.4—2.00.4—2.00.4—2.03．体积安定性合格合格--合格合格--合格合格--4.细度0.9mm筛筛余(％)不大于000.5000.5000.50.125mm筛余(％)不大于310153101531015 四、石灰的应用及储存（一）石灰的特点1.可塑性好；2.生石灰吸湿性强，保水性好；3.凝结硬化慢、强度低，28d的强度只有0.2—0.5Mpa；4.硬化后体积收缩大，易开裂；5.耐水性差（因Ca(OH)2易溶于水）。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、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。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、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、在道路工程中，随着半刚性基层在高等级路面中的应用，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。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。 （三）石灰的储存1、防潮，不得与易燃、易爆等危险液体物品混合存放和混合运输。2、生石灰储存时间不宜过长，一般不超过一个月。作到“随到随化”。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。3、熟石灰在使用前必须陈伏15d以上，以防止过火石灰对建筑物产生的危害。 课后小结：石灰是无机结合料，属气硬性材料，只能用于大气中，而不能用于水中。 第二节水泥课题:水泥教具用品:相关试验仪器教学目的: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，但发展惊人2、水泥品种1）按化学成分为：①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。②铝酸盐类水泥③无熟料（少熟料）类水泥 2）按用途分为：①普通水泥②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、硅酸盐水泥定义：凡由硅酸盐水泥熟料、0—5%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（Portlandcement），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1）石灰质原料提供CaO2）粘土质原料提供SiO2Al2O3Fe2O3等3）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①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。②窑中煅烧至1450°C，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1450°C时最关键，它是水泥中最重要的成分硅酸三钙生成的温度。③加入石膏磨细制成水泥（调节水泥凝结速度）。即“两磨一烧”。 石灰质原料粘土质原料校正原料按比例混合磨细煅烧石膏石灰石或粒化高炉矿渣硅酸盐水泥（CaO）（SiO2、Al2O3）（Fe2O3）Al2O3Fe2O3CaOSiO2生料熟料磨细由上图，硅酸盐水泥生产工艺可以概括为：“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][化学成分][熟料矿物组成]　　　[简式]石灰质CaO3CaO.SiO2C3S粘土质SiO22CaO.SiO2C2SAl2O33CaO.Al2O3C3AFe2O34CaO.Al2O3.Fe2O3C4AF 2、水泥熟料主要矿物组成的性质C3S: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起主要作用。C2S:含量15-37%，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10%-18%，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C3AC3SC4AFC2S2）释热量C3AC3SC4AFC2S3）强度C3SC2SC3A不高C4AF对抗折强度有利4）耐侵蚀性C4AFC2SC3SC3A5）干缩性C3A最大C3S居中C4AFC2S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（低热）：降低C3AC3S的含量，提高C2S的含量。道路水泥（高抗折）：提高C3S和C4AF的含量。高强水泥：提高C3S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:水泥之二教具用品:无教学目的: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 （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，逐渐发展成为坚硬的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）C3S3CaO.SiO2+nH2OxCaO.SiO2yH2O+(3-x)Ca(OH)22)C2S2CaO.SiO2+mH2OxCaO.SiO2yH2O+(2-x)Ca(OH)2 3)C3A3CaO.Al2O3+6H2O3CaO.Al2O3.6H2O水化铝酸钙在石膏激发下，发生水化反应3CaO.Al2O3+3CaSO4.2H2O+26H2O3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O（钙矾石） 4）C4AF4CaO.Al2O3.Fe2O3+7H2OCaO.Al2O3.6H2O+CaO.Fe2O3.H2O石膏存在的情况下，继续反应4CaO.Al2O3.Fe2O3+3CaSO4.2H2O+26H2O3CaO.(Al2O3.Fe2O3)3CaSO4.32H2O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：3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O+2[3CaO.Al2O3]+4H2O3[3CaO.Al2O3.CaSO4.12H2O] 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水化硅酸钙xCaOSiO2yH2OC-S-H70%2氢氧化钙Ca(OH)2CH20%3三硫型水化硫铝酸钙（钙矾石）3CaO(Al2O3Fe2O3)3CaSO432H2OC3A3CSH327%4单硫型水化硫铝酸钙（单硫盐）CaO(Al2O3Fe2O3)CaSO412H2OC3A3CSH125三硫型水化铁铝酸钙3CaOAl2O33CaSO412H2OC3（AF）3CSH32小于3%6单硫型水化铁铝酸钙3CaOAl2O3CaSO412H2OC3（AF）CSH12 2、水泥的凝结及硬化1）初始反应期2）诱导期3）凝结期4）硬化期 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3—7d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具用品:相关仪器一套教学目的: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 （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①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%②三氧化硫酸含量过多时，亦引起体积膨胀，不安定，规定3.5%③烧失量由于受潮或煅烧不佳引起的，要求PI3.0%,PII3.5%PO5.0%④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①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% ②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6mm±1mm2、代用法：a、固定水量法(p=33.4—0.185s)。b、调整水量法s=28mm±2mm即测定水泥的锥入深度达到要求时的水质量 ③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：4mmE1mm2、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） 2、对普通硅酸盐水泥，其初凝不早于45min的，终凝不迟过10h④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） 水泥净浆搅拌机 水泥标准稠度及凝结时间测定仪 水泥沸煮箱 雷氏夹 (5)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。水泥强度除了与水泥本身的性质(熟料矿物成分、细度等)有关外，并与水灰比、试件制作方法、养护条件和时间有关。按行业标准《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》(JTGE30—2005)规定，用水泥胶砂强度法(ISO法)作为水泥强度的标准检验方法。 水泥胶砂强度法(ISO法)水泥：标准砂：水=1：3：0.5标准试件尺寸：40mmx40mmx160mm规定龄期：3d，28d。在标准状态下，经养护后，测定3d、28d的抗折、抗压强度。在进行水泥胶砂强度试验时，要用到中国ISO标准砂。此砂的粒径为0.08~2.0mm，分粗、中、细三级，各占三分之一。其中粗砂为1.0~2.0mm；中砂为0.5~1.0mm；细砂为0.08~0.5mm。 水泥胶砂搅拌机 水泥胶砂试模 水泥胶砂振实台 水泥胶砂试件成型 标准养护箱 水泥胶砂抗折机 水泥抗压夹具 ①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表2．10数值。水泥28d以前强度称为早期强度，28d及其以后强度称为后期强度。在规定各龄期的抗压强度和抗折强度均符合某一强度等级的最低强度值要求时，以28d抗压强度值(MPa)作为强度等级，硅酸盐水泥强度等级分为42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R六个强度等级。 ②水泥型号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％，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。为了确保水泥在工程中的使用质量，生产厂在控制出厂水泥28d的抗压强度时，均留有一定的富余强度。在设计混凝土强度时，可采用水泥实际强度。通常富余强度系数为1.00~1.13。 2.技术标准硅酸盐水泥的技术标准，按我国现行国标《通用硅酸盐水泥》(GB175-2007)的有关规定列于表2-11。其中规范规定：检验结果符合不溶物、烧失量、氧化镁、三氧化硫、氯离子、初凝时间、终凝时间、安定性及强度的规定为合格品；检验结果不符合上述规定中的任何一项技术要求为不合格品。 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具用品:无教学目的: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 （五）、硅酸盐水泥石的腐蚀与防治1、水泥石的腐蚀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。水泥石腐蚀的类型（1）溶析性侵蚀（淡水的腐蚀）在大量或流动的水中，由于Ca(OH)，不断被溶析，不仅混凝土的密度和强度降低，还导致了水化硅酸钙和水化铝酸钙的分解，最终可能引起整体结构物的破坏。 2)硫酸盐的侵蚀海水、沼泽水、工业污水中，常含有易溶的硫酸盐类，它们与水泥石中的氢氧化钙反应生成石膏，石膏在水泥石孔隙中结晶时体积膨胀，且石膏与水泥中的水化铝酸钙作用，生成水化硫铝酸钙(即钙矾石)，其体积可增大1.5倍。因此水泥石产生很大的内应力，使混凝土结构的强度降低，甚至破坏。 3)镁盐侵蚀在海水、地下水或矿泉水中，常含有较多的镁盐，如氯化镁、硫酸镁。镁盐与水泥石中的氢氧化钙反应生成无胶结能力、极易溶于水的氯化钙，或生成二水石膏导致水泥石结构破坏。 4)碳酸侵蚀在工业污水或地下水中常溶解有较多的二氧化碳(CO2)，CO2与水泥石中的氢氧化钙作用，生成不溶于水的碳酸钙，碳酸钙再与水中的碳酸作用生成易溶于水的碳酸氢钙，其可溶性使水泥石的强度下降。 2．水泥石腐蚀的防止1)根据腐蚀环境特点，合理选用水泥品种选用硅酸三钙含量低的水泥，使水化产物中Ca(OH)2的含量减少，可提高抗淡水侵蚀能力；选用铝酸三钙含量低的水泥，则可降低硫酸盐的腐蚀作用。 2)提高水泥石的密实度水泥石内部存在的孔隙是水泥石产生腐蚀的内因之一。通过采取诸如合理设计混凝土配合比、降低水灰比、合理选择集料、掺外加剂及改善施工方法等，可以提高水泥石的密实度，增强其抗腐蚀能力。另外也可以对水泥石表面进行处理，如碳化等，增加其表层密实度，从而达到防腐的目的。 3)敷设耐蚀保护层当腐蚀作用较强时，可在混凝土表面敷设一层耐腐蚀性强且不透水的保护层(通常可采用耐酸石料、耐酸陶瓷、玻璃、塑料或沥青等)。 课后小结：水泥是水硬性胶凝材料，被广泛地应用于各个领域的工程建设中，正确认识水泥的腐蚀，有效地采取相应的预防及补救措施。 课题:稳定土教具用品:无教学目的:了解稳定土的组成材料的种类及技术性质与组成设计重点难点:稳定土的强度试验方法及结合料剂量确定方法 稳定土的施工铺筑稳定土稳定土原材料碾压成型 第三节稳定土材料一、概述1、定义：稳定土是在粉碎的或原来松散的土中，掺入足量的石灰、水泥、工业废渣、沥青及其它材料后，经拌合、压实及养生后，得到的具有较高后期强度，整体性和水稳定性均较好的一种材料。2、适用范围：适用于路面的基层及底基层（抗变形能力较大），不适用于路面的面层（耐磨性较差）。3、分类：按所用结合料可分为以下几种：1）石灰稳定土；2）水泥稳定土；3）沥青稳定土；4）石灰稳定工业废渣；5）综合稳定土等。 二、稳定土材料的组成（一）稳定土的基本材料（二）稳定土的外掺材料1、石灰石灰的稳定效果：可使土粒胶结成整体，密实性提高，水稳定性提高，强度提高。2、水泥各种水泥均可都可用于稳定土，通常情况下硅酸盐水泥比铝酸盐水泥的稳定效果好。在保证质量的前提下，应尽可能降低水泥的用量。水泥的作用是在塑性土中加入水泥后能大大降低土的塑性，增加土的强度和稳定性。3、粉煤灰粉煤灰加入土中既能起填充的作用，又能与石灰反应，生成起胶结作用的产物，从而达到改善稳定土的水稳定性、提高强度与密实度的目的。 三、稳定土的性质（一）强度1、强度形成原理（1）离子交换作用所谓离子交换作用是指稳定剂中高价阳离子在一定的条件下替换土中某些低价金属离子等的作用。通过离子交换，使土粒凝聚而增强了粘聚力，并使其水稳定性提高。能发生离子交换作用的稳定剂有石灰、水泥等。{土+Na+、K+}+Ca2+→{土+Ca2+}+Na+（或K+） （2）碳酸化作用碳酸化指消解石灰或水泥产物Ca(OH)2吸咐空气中的CO2气体，生成碳酸钙的过程，其化学反应式如下：Ca(OH)2+CO2+nH2O→CaCO3+(n+1)H2O（3）结晶作用当土中Ca(OH)2浓度达到一定程度时，Ca(OH)2即会由饱和溶液转变成过饱和溶液，形成晶体，其化学反应式如下：Ca(OH)2+nH2O→Ca(OH)2.nH2O由此作用，使土的密实度得以改善，强度提高，水稳定性也因晶体Ca(OH)2溶解度比非晶体Ca(OH)2小而改善。 （4）火山灰反应火山灰反应指活性SiO2和Al2O3在Ca(OH)2激发下产生的化学反应，生成类似硅酸盐水泥的水化产物，即水化硅酸钙和水化铝酸钙的过程，其反应式如下：mCa(OH)2+SiO2+(n-1)H2O→mCaO.SiO2.nH2OmCa(OH)2+Al2O3+(n-1)H2O→mCaO.Al2O3nH2O（5）硬凝反应此作用主要是水泥水化生成胶结性很强的各种物质，能够将松散的颗粒胶结成整体材料，提高材料的稳定性能。（6）吸咐作用某些稳定剂加入土中后能吸咐于土颗粒表面，使土颗粒表面具有憎水性或使土颗粒表面粘结性增加，如沥青材料。 2、影响稳定土强度的因素（1）、土质对于石灰稳定土和石灰粉煤灰稳定土，用塑性指数为10%~20%的粘性土较适宜，不适宜用塑性指数小于10%的低塑性土及重粘土。对于水泥稳定土，可用各种砂砾、粉土和粘土，但级配良好的粗、中颗粒的土比单纯粘性土较适宜。（2）、稳定剂品种及用量当采用石灰稳定剂时，必须测定石灰中有效氧化钙和氧化镁的含量，宜用技术等级为3级以上的石灰。石灰的最佳剂量，对粘性土和粉性土为干土重8%~16%，对砂性土为干土重的10%~18%。用水泥稳定时，硅酸盐水泥比铝酸盐水泥效果好一些，不宜采用快硬或早强水泥。水泥稳定土的强度随水泥剂量增加而增加，石灰稳定土的强度则存在一个最佳石灰剂量值，超过或低于此值，石灰稳定土的强度则降低。 （3）、含水量存在一个最佳含水量。（4）、密实度希望密实度越大越好。（5）、施工时间长短的影响主要针对水泥稳定土，要求其从开始加水到完全压实的时间尽可能短，一般不要超过6h。（6）、养生条件稳定土必须在适当的温度、湿度下养护，其强度才会不断提高。 （二）、稳定土材料的变形性能1、缩裂特性干缩：随着无机结合料稳定土强度的不断形成，水分逐渐消耗以及蒸发，体积发生收缩，收缩变形受到约束时，逐渐产生裂缝，即为干缩裂缝。温缩：无机结合料稳定土具有热胀冷缩性质，随着气温的降低，稳定土会产生冷却收缩变形，收缩变形受到约束时，逐渐形成裂缝，即为温缩裂缝。2、裂缝防治措施（1）、改善土质：稳定土用土越粘，则缩裂越严重。（2）、控制含水量及压实度。（3）、掺加粗粒料。 （三）稳定土材料的疲劳特性石灰粉煤灰稳定材料的抗疲劳性能优于水泥砂砾，但水泥稳定土的强度因素对提高疲劳寿命也有利。（四）、稳定土材料水稳定性和冰冻稳定性可用浸水强度试验和冻融循环试验来评价。影响稳定土材料水稳定性和冰冻稳定性的因素有：土类、稳定剂种类及剂量、密实度及龄期。 四、稳定类材料组成设计稳定类材料组成设计，也称混合料设计，即根据对某种材料规定的技术要求，选择合适的原材料，摻配用料(需要时)。确定结合料的种类和数量及混合料的最佳含水量（一）、设计标准：主要考虑强度和耐久性。我国《公路路面基层施工技术规范》规定：对石灰粉煤灰集料(或土)混合料进行组成设计时，采用7d无侧限抗压强度为设计标准。各种无机结合料稳定土的强度标准(按7d龄期)初步建议值见表2—26。 (二)材料组成设计步骤1．原材料试验对于粗粒土和中粒土应做筛分或压碎值试验，对于稳定剂主要测定石灰的钙、镁含量和水泥的胶砂强度及凝结时间。2．拟定混合料配合比(1)选定不同的石灰(或水泥)剂量，制备同一种土样的混合料试件若干个，规范建议的剂量如表2-27、表2-28。 对于石灰粉煤灰稳定土，采用石灰粉煤灰土做基层或底基层时，石灰与粉煤灰的比例常用1：2~1：4(对于粉土，以1：2为合适)，石灰粉煤灰与细粒土的比例可以是30：70~10：90；采用石灰粉煤灰集料作基层时，石灰与粉煤灰的比例常用1：2~1：4，，石灰粉煤灰与级配集料(中粒土和粗粒土)的比应是20：80~15：85。 (2)通过击实试验确定混合料的最佳含水量和最大干密度。至少要做三组不同石灰(或水泥)剂量混合料的击实试验(即最小、中间和最大剂量)。按工地预定达到的压实度计算不同石灰(或水泥)剂量时试件应有的干密度。(3)按最佳含水量和计算得的干密度制备试件进行强度试验，试件数应符合表2-29。 3．试件的强度试验试件在规定温度下保温养生6d，浸水1d后，进行无侧限抗压强度试验，计算试验结果平均值和偏差系数。4．选定石灰或水泥剂量根据试验结果和表2-27的强度标准，选定合适的水泥或石灰剂量。此剂量试件的室内试验结果的平均抗压强度应符合下式的要求：式中：Rd--设计抗压强度(MPa)；CV--试验结果的偏差系数(以小数计)；Za--保证率系数，高速公路和一级公路应取保证率95％，此时Za=1.645；一般公路应取保证率90％，即Za=1.282。工地实际采用的石灰(或水泥)剂量应按室内确定的剂量多0.5%~1.0%，二灰土多2%~3%。 [例2-1]某新建二级公路，因地处潮湿地带类型，选用石灰土作底基层。设计强度要求7d龄期的饱水抗压强度为0.7MPa。试设计石灰剂量。有关试验结果如下：现场土样：wL=33.34%，IP=12.31%，为中液限黏土。按不同剂量最大干密度制件试验结果见表2-30。 [解]由表列计算结果可知：当石灰剂量为11%时的试件的平均抗压强度最高。故验算其抗压是否满足要求。平均强度Ŕ=0.756MPa，标准差S=0.0189MPa，变异系数CV=0.025，因为系二级公路，应取保证率90％，即Za=1.282，依据设计强度要求Rd=0.7MPa，代入公式(2-16)得：所以11％的石灰剂量的石灰土强度满足表2-27、式(2-16)的要求。同理验算石灰剂量8％、10％、12％、14％的石灰土试件强度均不满足上述要求。故从强度选择，该石灰土的石灰剂量为11％。但剂量的选用，不能单纯追求高强度，还应工地实际的施工条件来确定。 课后小结：各种类型的稳定材料是路面基层常用材料，其强度及变形受诸多因素的影响，其中最重要的是土质、稳定剂品种及数量、含水量等。 第三章水泥混凝土和砂浆课题:普通水泥混凝土对组成材料要求教具用品:无教学目的:了解混凝土组成材料的种类及技术要求重点难点:水泥品种与强度等级选用 第三章水泥混凝土和砂浆定义：水泥混凝土是由水泥和水组成的水泥浆体，为粘结介质，将分散其间的不同粒径的粗、细集料胶结起来，在一定条件下，硬化成为具有一定力学性能的一种人工石材。 混凝土的分类低强度混凝土＜20MPa中强度混凝土20～60MPa高强度混凝土≥60MPa按密度（表观密度）分按抗压强度标准值分（fcu,k）重砼＞2800kg/m3普通砼2000～2800kg/m3轻砼＜1950kg/m3 混凝土的分类防水混凝土、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、预拌混凝土（商品混凝土）等按施工工艺分按用途分 混凝土的优缺点优点：1、抗压强度较高，耐久性好，耐火性好，养护费用极少；2、新拌混凝土具有良好塑性，可加工成任何形状；3、材料来源广泛，便于就地取材，价格便宜；4、可以根据工程要求改变材料配合比来满足需要。缺点：1、抗拉强度低；2、由于干缩(温度、湿度），易出现裂缝；3、施工日期长；4、自重较大；5、结构拆除比较困难。 3—1普通水泥混凝土一、普通水泥混凝土组成材料1、水泥2、水此两者组成水泥浆，起流动胶结作用3、粗集料4、细集料此两者起骨架作用各种材料所占比例见下表所示： 混凝土组成及各组分材料绝对体积比组成成分水泥水砂石空气占混凝土总体积的（%）10~1515~2020~3335~481~322~3566~781~3 骨料通常所用的砂、石的强度高于水泥石的强度，因此在混凝土中，砂、石起骨架作用，称为骨料；主要限制混凝土的干缩、减少水泥的用量和水化热、降低成本，并提高混凝土的强度和耐久性的作用。 混凝土的强度由于骨料的强度一般高于水泥石的的强度，因此混凝土的强度一般决定于水泥石和界面粘结的强度，而界面粘接的强度又决定于水泥石的强度和表面状况（粗糙程度，棱角的多少、粘附的泥等杂质的多少、吸水性的大小）凝结硬化条件及混凝土拌合物的泌水性等 （一）水泥水泥是混凝土中最重要的组分。水泥品种的选择，应当根据混凝土工程性质与特点，工程的环境条件及施工条件，结合各种水泥特性进行合理的选择。水泥强度等级的选择应当与混凝土的设计强度等级相适应。经验证明，配制C30以下的混凝土（中低强度），水泥强度等级为混凝土强度等级的1.5～2倍，配制Ｃ40以上的高强混凝土，水泥强度等级为混凝土强度等级的0.9～1.5倍，同时宜掺入高效减水剂。 用高强度等级水泥配制低强度等级的混凝土时，较少的水泥用量即可满足混凝土的强度，但水泥用量过少会严重影响混凝土拌合物的和易性及混凝土的耐久性；用低强度等级水泥配制高强混凝土时，会因水灰比太小及水泥用量过大而影响混凝土拌合物的流动性，并会显著增加混凝土水化热和干缩。 （二）细集料粒径小于4.75mｍ的岩石颗粒（砂）称为细骨料.混凝土用的细骨料有天然砂和人工砂。天然砂：河砂、湖砂、山砂和淡化海砂。混凝土用砂的质量技术要求分述如下。1、有害杂质含量集料中含有妨碍水泥水化、或能降低集料与水泥石黏附性，以及能与水泥水化产物产生不良化学反应的各种物质，称为有害杂质。 （1）含泥量、石粉含量和泥块含量含泥量是指天然砂中粒径小于0.075mm的颗粒含量；石粉含量是指人工砂中粒径小于0.075mm的颗粒含量；泥块含量是指原颗粒粒径大于1.18mm，经水洗、手捏后可破碎成小于0.6mm的颗粒含量。这些颗粒的存在影响混凝土的强度和耐久性。（2）云母含量云母呈薄片状，表面光滑，且极易沿节理裂开，因此它与水泥石的黏附性极差，对混凝土拌和物的和易性和硬化后混凝土的抗冻性和抗渗性都有不利的影响。 （3）轻物质含量砂中的轻物质是指相对密度小于2.0的颗粒(如煤和褐煤等)。（4）有机质含量天然砂中有时混杂有有机物质(如动植物的腐殖质、腐殖土等)，这类有机物质将延缓水泥的硬化过程，并降低混凝土的强度，特别是早期强度。（5）硫化物与硫酸盐含量在天然砂中，常掺杂有硫铁矿(FeS2)或石膏(CaSO4。·2H2O)的碎屑，如含量过多．将在已硬化的混凝土中与水化铝酸钙发生反应，生成水化硫铝酸钙晶体，体积膨胀，在混凝土内产生破坏作用。 2.压碎值和坚固性混凝土中所用细集料也应具备一定的强度和坚固性。人工砂应进行压碎值测定，天然砂采用硫酸钠溶液进行坚固性试验，经5次循环后测其质量损失。细集料的技术要求具体规定见表3-2。细集料按技术要求分为Ι、Π、Ш三级。Ι级宜用于强度等级大于C60的混凝土；II级宜用于强度等级C30-C60及抗冻、抗渗或有其他要求的混凝土；Ш级宜用于强度等级小于C30的混凝土。 3.砂的粗细程度和颗粒级配目的：使所配制混凝土即达到设计强度等级又能节约水泥。砂的粗细程度，是指不同粒径的砂粒，混合在一起后的总体的粗细程度，通常有粗砂、中砂与细砂之分。在相同用量条件下，细砂的总表面积较大，而粗砂的总表面积较小。在混凝土中，砂子的表面需要由水泥浆包裹，砂子的总表面积愈大，则需要包裹砂粒表面的水泥浆就愈多。因此，一般说用粗砂拌制混凝土比用细砂所需的水泥浆为省。 砂的颗粒级配，即表示砂中大小颗粒的搭配情况。在混凝土中砂粒之间的空隙是由水泥浆所填充，为达到节约水泥和提高强度的目的，就应尽量减小砂粒之间的空隙。要减小砂粒间的空隙，就必须有大小不同的颗粒搭配。 因此，在拌制混凝土时，砂的颗粒级配和粗细程度应同时考虑。当砂中含有较多的粗粒径砂，并以适当的中粒径砂及少量细粒径砂填充其空隙，则可达到空隙及总表面积均较小，这样的砂比较理想，不仅水泥浆用量较少，而且还可提高混凝土的密实度与强度。 细度模数（Ｍx）愈大，表示砂愈粗，砂的细度模数范围一般为3.7～0.7，其中Ｍx在3.7～3.1为粗砂，Ｍx在3.0～2.3为中砂，Ｍx在2.2～1.6为细砂，Ｍx在1.5～0.7为特细砂。普通混凝土用砂的细度模数一般.在2.2～3.2之间较为适宜。根据《建筑用砂》(GB／T14684--2001)的规定将细度模数为3.7～1.6的普通混凝土用砂，以0.60㎜筛孔的累计筛余量分成三个级配区。砂的级配应符合表3-3或图3-1任何一个级配区所规定的级配范围。 I区砂属于粗砂范畴，用I区砂配制混凝土时，应较II区砂采用较大的砂率。否则，新拌混凝土的内摩擦阻力较大、保水差、不易捣实成型。Il区砂是由中砂和一部分偏粗的细砂组成。III区砂系由细砂和一部分偏细的中砂组成。当应用Ill区砂配制混凝土时，应较II区砂采用较小的砂率，因应用Ill区砂所配制成的新拌混凝土黏性略大，比较细软，易振捣成型，而且由于Ill区砂的级配细、比表面积大，所以对新拌混凝土的工作性影响比较敏感。 （三）粗集料普通混凝土常用的粗集料是指粒径大于4.75mm的卵石(砾石)和碎石。普通混凝土用粗集料的主要技术要求如下。1.强度和坚固性1)强度为保证混凝土的强度要求，粗集料必须具有足够的强度。对于碎石和卵石的强度采用岩石立方体强度和压碎指标两种方式表示。。 通常岩石的抗压强度，由碎石生产单位提供。如混凝土强度等级为C60或以上时，用于混凝土的碎石应进行岩石抗压强度检验。此外，如对碎石质量有怀疑或特殊需要，亦可进行岩石抗压强度检验。根据国标《建筑用卵石、碎石》(GB／T14685-2001)规定，按照技术要求将粗集料分为I级、II级、III级。具体要求见表3-4 2)坚固性为保证混凝土的耐久性，用作混凝土的粗集料应具有足够的坚固性，以抵抗冻融和自然因素的风化作用。现行标准《建筑用卵石、碎石》(GB／T14685—2001)规定：用硫酸钠溶液进行坚固性试验，经5次循环后测其质量损失。具体规定见表3—4。 2有害杂质含量粗集料中常含有一些有害杂质，如黏士、淤泥、硫酸盐及硫化物和有机物等，它们的危害作用与在细集料中相同。其含量不应超过表3-4的规定。 3.最大粒径及颗粒级配1）最大粒径粗集料中公称粒径的上限称为该粒级的最大粒径。如：对5～25mm粒级而言，其上限25mm即为最大粒径。石子的最大粒径增大，则相同质量石子的总表面积减小，混凝土中包裹石子所需水泥浆体积减少，即混凝土用水量和水泥用量都可减少。在一定的范围内，石子最大粒径增大，可因用水量的减少提高混凝土的强度。所以，粗集料的最大粒径在条件允许情况下，尽量选择大些为好。 然而石子最大粒径过大时，则由于骨料与水泥砂浆粘结面积下降等原因造成混凝土的强度下降。同时，最大粒径的选用，要受结构上诸因素和施工条件等方面的限制。故规范规定：粗集料的最大粒径不得超过结构物最小尺寸的1／4和钢筋最小净距的3／4；对于混凝土空心板，允许采用最大粒径为1／2板厚的颗粒级配，但最大粒径不得超过50mm。另外还受搅拌机以及输送管道等条件的限制。 2）颗粒级配为获得密实、高强的混凝土，并能节约水泥，要求粗细集料组成的矿质混合料要有良好的级配。矿质混合料的级配首先取决于粗集料的级配。混凝土用粗集料的级配，采用连续级配或间断级配均可。 连续级配矿质集料的要求级配范围，可按第一章所述级配理论计算；亦可参考表3-5的连续粒级的矿质混合料。当连续粒级不能配合成满意的混合料时，可掺加单粒级集料配合。在特殊情况下，通过试验证明混凝土无离析现象时，也可采用单粒级。间断级配矿质混合料的级配要求，可根据第一章所述粒子干涉理论计算，亦可参考各种经验的级配。 连续级配矿质混合料的优点是所配制的新拌混凝土可较为密实，特别是具有优良的工作性，不易产生离析等现象，故为经常采用的级配。但连续级配与间断级配矿质混合料相比较，配制相同强度的混凝土，所需要的水泥耗量较高。间断级配矿质混合料的最大优点是它的空隙率低，可以配制成密实高强的混凝土，而且水泥耗量较小，但是间断级配混凝土拌和物容易产生离析现象，适宜于配制稠硬性拌合物，并须采用强力振捣。 4.颗粒形状及表面特征粗集料的颗粒形状大致可以分为蛋圆形、棱角形、针状及片状。一般来说，比较理想的颗粒形状是接近正立方体，而针状、片状颗粒不宜较多。针状颗粒足指长度大于其平均粒径的2.4倍的颗粒；片状颗粒是指其厚度小于其平均粒径的0.4倍的颗粒。（测定方法：规准仪法）当针、片状颗粒含量超过一定界限时，使集料空隙增加，不仅使混凝土拌和物和易性变差，而且会使混凝土的强度降低，所以混凝土粗集料中针、片状颗粒含量应当限制。 集料表面特征主要指集料表面的粗糙程度及孔隙特征等。一般情况下，表面粗糙且多棱角的碎石与表面光滑圆形的卵石相比较，碎石配制成的混凝土，由于对水泥石的粘附性好，故具有较高的强度，卵石配制的新拌混凝土具有较好的和易性。在相同单位用水量(即相同水泥浆用量)下，碎石混凝土比卵石混凝土的强度高10％左右。 5.碱活性检验对于重要的水泥混凝土工程用粗集料，应进行集料碱活性检验。原理：水泥中碱性氧化物氢氧化物﹢集料中活性二氧化硅碱-硅酸凝胶（附在集料表面）危害：凝胶吸水体积膨胀，使集料与水泥石界面胀裂，粘结强度下降，砼结构破坏可采用下列方法鉴定集料与碱发生潜在有害反应，即水泥混凝土碱-硅酸盐反应和碱-硅酸反应的可能性。水解 (1)用岩相法检验确定哪些集料可能与水泥中的碱发生反应。当集料中下列材料含量为1％或更少时即有可能成为有害反应的集料，这些材料包括下列形式的二氧化硅：蛋白石、玉髓、鳞石英；在流纹岩、安山岩或凝灰岩中可能存在的中性重酸性(富硅)的火山玻璃，某些沸石和千枚岩等。(2)用砂浆长度法检验集料产生有害反应的可能性。如果用高碱硅酸盐水泥制成的砂浆长度膨胀率3个月低于0.05％或者6个月低于0.10％，即可判定为非活性集料。超过上述数值时，应通过混凝土试验结果作出最后评定。 (四)混凝土拌和用水混凝土拌和用水水源，可分为饮用水、地下水、海水以及经适当处理或处置后的工业废水、符合国家标准的生活用水，都可以用来拌制混凝土，不需再进行检验。在拌制混凝土用水中，不得含有影响水泥正常凝结与硬化的有害杂质，如油脂、糖类等。地表水或地下水，首次使用，必须进行适用性检验，合格才能使用。海水只允许用来拌制素混凝土，但不得用于拌制钢筋混凝土和预应力混凝土。 在对水质有疑问时，可将待检验水配制水泥砂浆或混凝土，并测定其28d抗压强度(若有早期强度要求时，需增做7d抗压强度)，其强度值不应低于蒸馏水(或符合国家标准的生活用水)拌制的相应砂浆或混凝土抗压强度的90％，则该水可用于拌制混凝土。对混凝土拌和用水的要求见．表3-6． 课后小结：水泥混凝土的基本组成材料包括粗集料、细集料、水泥及水。如何控制各项材料的质量是保证混凝土质量的关键，亦是本次课的重点内容。 3-2普通水泥混凝土的技术性质对于水泥混凝土的技术性质，通常分两种情况进行分析：一是新拌混凝土混合料的性质，二是凝结硬化的混凝土的性质，本次课重点讲解新拌混凝土混合料的工作性。（一）新拌水泥混凝土的工作性（和易性）1、新拌混凝土工作性的概念指混凝土拌和物易于施工操作且成型后质量均匀密实的性质。它包括以下三个方面：①流动性：指混凝土拌和物在自身或机械振捣下，能产生流动且能均匀密实地填滿模板的性能。②粘聚性：组成材料之间有一定的粘聚力③保水性：具有保持一定水分能力，不致产生泌水 2、新拌混凝土工作性的测定方法目前缺少全面的测定方法，主要偏重于测定流动性1）坍落度（mm）试验按规定拌和水泥混凝土混合料，将坍落筒按要求湿水，然后分三层将拌和物装入筒内，每层捣实25次，测定坍落度H(mm)。坍落度试验只适用于集料最大粒径D不大于31.5mm，坍落度H大于10mm的新拌混凝土。 在试验测定的同时，必须观察棍度，含砂情况、粘聚性、保水性，以定性评价其工作性。2）维勃稠度适用于D不超过31.5mm，维勃稠度5—30s之间的干硬性混凝土的稠度测定3、影响混凝土混合料工作性的因素1）水泥浆的数量和集浆比①正常情况：水泥浆充满集料间隙略有剩余②用浆过多：流浆，浪费水泥，且影响强度，耐久性③用浆过少：产生分层，泌水 维勃稠度仪 2）水灰比的影响过大：可使水泥浆变稀，但易产生流浆、离析，甚至影响强度。过小：可使水泥浆变稠，但拌和物流动性小。所以要选择合理水灰比 3）单位用水量4）砂率砂率对坍落度的影响见下图 5）水泥的品种和集料的性质①水泥品种不同的水泥，达到标准稠度用水量不同，其所表现出的工作性亦不一样。②集料表面特征，如碎石与卵石6）外加剂使用外加剂，可在不增加用水量及水泥用量的前提下，有效地改善水泥混凝土的工作性。如减水剂等。 7）温度与搅拌时间如夏季与冬季在施工中注意的问题不一样，搅拌时间过短，拌和物的工作性差。4、改善工作性的措施1）调节材料组成设计合理的配合比，使之有较好的工作性。2）掺加外加剂合理地利用外加剂，改善混凝土的工作性。3）提高振捣的效能 课后小结：水泥混凝土拌和马歇尔物的施工和易性包括了流动性、可塑性、稳定性和易密性，它们之间既有联系又有区别。 课题:混凝土的技术性质教具用品:相关仪器教学目的:了解硬化后混凝土的各项技术性质及要求重点难点:混凝土的抗压、抗折强度含义及测量方法 3-1普通水泥混凝土的技术性质二、水泥混凝土的技术性质（二）硬化后混凝土的力学性质1、强度1）抗压强度标准值和强度等级①立方体抗压强度fcu制作150X150X150mm试件，养护28d，测定强度三个值的算术平均值作为测定值，误差±15%，若任一个超过15%，取中值作为测定值，若两个超过15%，则测定结果无效。 混凝土搅拌机 振动台 抗压试模 ②立方体抗压强度标准值fcu,k指保证率为95%时的抗压强度③强度等级C7.5C10C15C60共12个强度等级，由抗压强度标准值确定。2）抗折强度（fcf）试件尺寸为150x150x150mm30，养护28d，测定其强度值。数据取舍方法同抗压强度试验加荷速度3.8kN—5.3kN/s3）轴心抗压强度用尺寸为150mmx150mmx300mm的棱柱体试件，进行测定： 4）劈裂抗拉强度制作尺寸为150mmX150mmX150mm的试块，试件中心间内用圆弧为垫条施加两个方向的均布压力2、影响混凝土强度的因素1）材料组成对混凝土强度的影响①水泥强度和水灰比式中：fce为水泥的实际强度，可经过试验测定，亦可用下列经验 公式计算：该公式经1919年美国、1925年挪威、1930年瑞士学者们论证。②集料特征、形状及表面特征特别是粗集料的形状与表面特征对强度有着直接的影响。③就混凝土强度而言，存在着最优浆集比。2）养护条件：温度、湿度混凝土拌和后必须保持适当的温度和湿度，使水泥充分水化，以保证混凝土强度不断提高。 3）龄期：混凝土在正常养护条件下，强度随龄期的增长而增长，它们之间的关系可用下式表示：4）试验条件：试件形状与尺寸、试件湿度、试件温度、支承条件和加载方式等3、提高混凝土强度的措施1）采用高强度水泥2）增加混凝土密实度3）蒸气养护、蒸压养护4）掺外加剂 4、混凝土的变形1）非荷载作用变形（1）化学收缩由水化反应引起，不能恢复（2）干湿变形收缩值>膨胀值约30—60%（3）温度变形2）荷载的变形：弹性变形、塑性变形、徐变形（三）混凝土的耐久性1、抗冻性100mmx100mmx400mm的棱柱体-170C—50C冻融循环，测定混凝土试件所能承受的循环次数，有确定其抗冻能力：抗冻标号等级：D25D50D100D150D200D300 2、耐磨性测定150mmx150mmx150mm试件，养护17d60C烘干后，在200N负荷下磨50转，测其单位面积质量损失3、碱集料反应我国现行规范用最大水比灰及最水水泥来控制混凝土的耐久性，见教材表3-18所示课后小结：硬化后的水泥混凝土的技术性质主要包括强度及变形两个方面，影响强度的因素有很多，水泥的强度等级及水灰比是最重要的因素。 课题:普通混凝土的组成设计教具用品:挂图教学目的:掌握普通水泥混凝土配合比设计的方法、基本要求及步骤重点难点:试配强度与设计强度的关系 3-1普通水泥混凝土三、普通水泥混凝土的组成设计：（一）概述混凝土各组成材料用量之比即为混凝土的配合比，混凝土配合比设计的内容，包括选料和配料两部分，本节重点讲解配料方面的内容。1、混凝土配合比表示方法（1）单位用量表示法：以1m3混凝土中各种材料的用量表示水泥：水：砂：石=X：Y：Z：A（2）相对用量表示法以水泥质量为1，并按水泥：细集料：粗集料；水灰比的顺序表示。2、混凝土配合比设计的基本要求 1）满足结构设计强度的要求试配强度>设计强度2)满足施工工作性的要求3)满足环境耐久性的要求设计配合比时，应考虑最大水灰比、最小水泥用量4）满足经济性的要求在满足前三项的前提下，尽量节约水泥，合理使用材料，以降低成本。3、水泥混凝土配合比设计的三个参数：①水灰比W/C②砂率③单位用水量（水泥浆与集料的关系） 4、混凝土配合比设计的步骤（1）计算初步配合比（2）提出基准配合比（3）确定试验室配合比（4）换算工地配合比 （二）普通混凝土配合比设计方法（以抗压强度为指标）1、初步配合比计算1）确定试配强度fcu,0式中： 2）计算水灰比①按强度计算式中：②复核耐久性按砝码耐久性要求，复核水灰比不得大于表中的规定。3）选定单位用水量mw0根据粗集料品种、粒径及施工要求的混凝土稠度，查表选择。 4）计算单位水泥用水量复核耐久性5）选定砂率方法一：查表确定（坍落度、粗集料品种、最大粒径及水灰比）方法二：对坍落度大于60mm的混凝土，查表后应作调整。方法三：坍落度小于10mm的混凝土，其砂率应经试验确定。6）计算粗、细集料单位用量（mgomso） ①质量法②体积法 2、试配、调整提出基准配合比1）试配：按初步配合比称取相应的材料作工作性及强度试验2）校核工作性，确定基准配合比3、检验强度，确定试验室配合比1）制作试件，检验强度三组试件：一组为基准配合比，一组试件水灰比为，第三组试件的水灰比为2）确定试验室配合比测定强度与湿表观密度选择既满足强度要求，工作性又满足要求的配合比作为试验室配合比。 4、施工配合比换算设施工现场砂、石含水率分别为a%、b%，则施工配合比中各材料单位用量为： 课后小结：水泥混凝土配合比设计共分四大步骤：初步配合比设计、基准配合比设计、试验室配合比设计及施工配合比设计。正确掌握各个步骤的实质是本节课的关键。 课题:混凝土配合比设计教具用品:无教学目的:通过例题进一步了解掌握混凝土配合比设计方法重点难点:例题、试拌与调整的方法 3-1普通水泥混凝土的技术性质五、混凝土配合比设计5、混凝土配合比设计例题[题目]试设计钢筋混凝T型桥梁用混凝土配合比[原始资料]（1）已知混凝土设计强度等级为C30，无强度历史统计资料，要求混凝土拌和物坍落度为30-50mm，桥梁所在地区属寒冷地区 （2）材料组成：可供硅酸盐水泥，等级为42.5，富裕系数，砂为中砂，表观密度含水量w=3%，碎石最大粒径为dmax=31.5mm，表观密度，含水量w=1%[设计要求]（1）按资料计算初步配合比（2）按初步配合比在试验室进行材料调整得出试验室配合比 [设计步骤]1、计算初步配合比1）确定混凝土配制强度（fm,o）2）计算水灰比w/c①计算水泥实际强度 ②计算水灰比2）按耐久性复核水灰比查表P84表3-18允许最大水灰比0.55故取w/c=0.543)确定单位用水量（mwo）查表3-20P85mwo=185 4）计算单位水泥用量（mco）（1）计算（2）复核耐久性查表3-18最小水泥用量=280kg/m3，则mco=343kg/m35）选定砂率()查表3-21P84取6）计算砂石用量 (1)采用质量法设则即解方程得 (2)采用体积法解方程得mso=615mgo=12482、调整工作性，提出基准配合比1）计算试拌材料用量 拌合混合料各材料用量（设试拌15L混凝土混合料）水泥：343×0.015=5.15kg水：185×0.015=2.78kg砂：615×0.015=9.25kg碎石：1248×0.015=18.72kg2）调整工作性将上述各材料拌和后，测定工作性，按以下几种情况调整：①测得坍落度值符合设计要求，其它各项性能良好，则该盘混凝土用来浇制检验强度或其它指标的试块②坍落度值符合要求，其它性能不要求，则应加大砂率，重新称料，搅拌检测③坍落度低于设计要求，可把所有拌和物收集，保持水灰比不变，增加水泥浆用量，重新搅拌后再检验其坍落度，若一次添料后即能满足要求，则此调整后的配合比即为基准配合比，如果一次添料不能满足要求，则该盘混凝土作废，重新称料调整，直至符合要求为止 ④如坍落度大于设计要求，则该盘混凝土作废，保持水灰比不变，减少水泥浆用量，称料拌合进行测定。3）提出基准配合比3、检验强度，测定试验室配合比1）检验强度三组试件，水灰比分别为A：0.49水泥用量：2.92/0.49=5.96B：0.54水泥用量：2.92/0.65=5.41C：0.59水泥用量：2.92/0.59=4.95作图找出标准水灰比经作图，混凝土的标准水灰比为0.55。2）确定试验室配合比用水量 体积法： 解得 密度核实计算湿表观密度实测湿表观密度4、换算工地配合比已知砂的含水量为5%，碎石的含水量为1%，则该混凝土的施工配合比为L水泥用量砂用量碎石用量 课后小结：工作性调整及试验室配合比确定是正确理解例题的关键。 课题:路面混凝土配合比设计教具用品:无教学目的:了解掌握路面混凝土配合比设计方法重点难点:水灰比及单位用水量计算公式 3-1普通水泥混凝土三、普通混凝土配合比设计方法（三）路面水泥混凝土配合比设计方法（以抗弯拉强度为指标的设计方法）基本要求：施工工作性、抗弯拉强度、耐久性（包括耐磨性）、经济合理性1、计算初步配合比（1）确定配制强度k为系数，施工水平较高者取1.10，一般者取1.15 （2）计算水灰比（w/c）对碎石混凝土对于卵石混凝土规范规定，路面混凝土水灰比一般不小于0.40，不大于0.50 （3）计算单位用水量（）对于碎石混凝土对于卵石混凝土确定砂率查表3-25P94(4)计算单位水泥用量规范规定：路面混凝土单位水泥用量一般不小于300kg/m3，不大于360kg/m3 （5）计算砂石材料单位用量(，)，用绝对体积法2、试拌调整，提出基准配合比（1）试拌一般拌制30L混合料（2）测工作性（3）调整配合比①流动性不合格：增减水泥浆用量②保水性、粘聚性不合格：应调整砂率 （4）提出基准配合比3、强度测定，确定试验室配合比①三组试件，水灰比相差0.03②测定强度，养护28d后，测定混凝土的抗折强度。③选定既符合强度要求，且最经济的配合比4、换算工地配合比根据施工现场材料性质，砂石材料颗粒表面含水率，对理论配合比进行换算，最后得出施工配合比。换算时注意，试验室配合比是以砂石材料饱和面干含水率为准 课后小结：路面混凝土配合比设计相对于普通混凝土有较大的区别，且集料均以饱和面干状态作为标准状态进行计算，因此，在换算施工配合比时，不能算错。 课题:混凝土的质量控制教具用品:无教学目的:了解混凝土质量的影响因素及质量控制方法重点难点:混凝土抗压强度的质量评定方法 3-1普通水泥混凝土四、普通水泥混凝土的质量控制（一）混凝土质量的波动影响混凝土质量的因素有：1、原材料的质量和配合比原材料中对质量影响最大的是水泥配合比：①现场含水率变化时，应及时调整施工配合比②防止杂质混入③配合比应得到正确、准确地执行称料容许误差：水、水泥为±1%砂、石±2% 2、施工工艺①拌合方式：人工、机械②运输时间：应考虑水泥的水化反应速度对运输时间的限制。③浇灌或振捣情况④养护时间、湿度3、养护方法①保湿：覆盖、洒水②保温：保证水泥能在正常的温度范围内水化。 4、试验条件取样方法：试件成型，养护条件等①浇注一般体积的结构物（如基础，墩石等）时每一单元结构物应制取2组试件②连续浇注大体积结构时，每80—200m3或第一工作班应制取2组上部结构，主要构件长16m以下应制取1组，16—30m制取2组，31—50m制取3组，50m以上者不少于5组，小型构件批或第工作班至少应制取2组③每根钻孔桩至少应制取2组，桩长20m以上者不少于3组，桩径大、浇注时间长时，不少于4组，如换班工作时，每工作班应制取2组④构筑物（小桥涵、挡土墙）每座，每处或每工作班制取不少于2组⑤另取n组作为施工阶段的强度依据 （二）混凝土质量评定方法混凝土质量评定一般以抗压强度作为评定指标1、统计方法（已知标准差方法）当强度等级<=C20时，尚应满足‑‑‑‑‑当强度等级>C20时，尚应满足 2、统计方法（未知标准差方法）n>=10组为验收系数，见P99表3-28Sfm必须>=0.6fm,k3、非统计方法：n<10 （三）混凝土生产质量水平混凝土抗压强度评为合格得满分，不合格为零分抗弯拉强度评定n>10组时，n>20时，允许有一组R<0.85RS2但不得小于0.75RS2，高速、一级路均不得小于0.85RS2N<=10时，试验组数列11--1415—19>=20k0.750.700.65 课后小结：水泥混凝土质量控制于许多因素，且在有关质量统计时，具体方法随试样数量的不同而异。 课题:建筑砂浆教具用品:分层度仪教学目的:了解建筑砂浆的材料组成及技术性质、技术标准重点难点:分层度、沉入度 建筑砂浆定义：砂浆是由胶结料、细集料、掺合料和水配制而成的建筑工程材料。作用：在工程起粘结、衬垫和传递应力的作用用途：用于砌筑挡土墙、桥涵或隧道等圬工砌体及砌体表面的抹面分类：按用途分为砌筑砂浆和抹面砂浆一、砌筑砂浆常见类别：1、水泥砂浆2、水泥混合料砂浆（一）组成材料1、水泥：宜与砂浆强度等级相对应，一般不宜用较高强度等级的水泥。2、掺合料：石灰、粘土、粉煤灰等 3、砂：一般用中砂与混凝土相比在最大粒径D及含泥量两个方面有所不同：最大粒径要求：不应超过灰缝的1/4—1/5对于砖砌体：D=2.5mm对于石砌体：D=5.0mm含泥量较混凝土有所放宽。4、水：要求同混凝土5、外加剂：适当加入外加剂可改善砂浆的使用性能。 （二）技术性质1、新拌砂浆的和易性1）流动性：是指新拌砂浆在自重或外力作用下，易于产生流动的性质，用稠度表示测定指标沉入度cm砌筑砂浆的稠度选用见表3-46P1242)保水性用分层度表示将新拌砂浆装入内径15cm、高30cm的圆桶内静置30min后，分别对上部及底部各1/3的砂浆测稠度，计算其差值要求：分层度不得大于30mm 2、硬化后砂浆强度制成70.7X70.7X70.7mm的正立方体，养护28d，测抗压强度6个试件作为一组，取平均值，若最大值或最水值与平均值相差20%，则取中间的四个作为测定结果。3、粘结力与强度关系密切，一般认为强度越高，粘结力越大4、耐久性：考虑其抗渗、抗冻、抗侵蚀等性能，主要提高其密实度 （三）配合比设计1、配合比计算1）计算设计试配强度2）水泥用量计算3)掺合料用量 4）每立方砂浆中的砂子用量以干燥状态为准5）用水量根据稠度选240—310kg2、水泥砂浆配合比选用见表3-483、配合比试配、调整与确定1）试拌，测沉入度、分层度，调整至符合要求为止，得实际基准配合比2）试配三个不同的配合比①水泥用量-10%②基准配合比③水泥用量+10%3)测抗压强度，选符合要求的，且水泥用量最低的配合比作为砂浆配合比 课后小结：建筑砂浆的技术性质主要包括和易性与力学性质两个方面，分别用沉入度、分层度及抗压强度来表示。 课题:沥青材料的概述及组分教具用品:无教学目的:了解沥青材料的主要类别及石油沥青的结构与组分重点难点:石油沥青的化学组分及结构类型 第四章沥青材料定义：沥青材料是一种有机胶凝材料，其内部组成是一些十分复杂的碳氢化合物及其非金属衍生物的混合物。分类：1、地沥青：包括天然沥青和石油沥青2、焦油沥青：包括煤沥青、页岩沥青和木沥青 4-1石油沥青一、石油沥青的生产和分类（一）石油沥青生产工艺概述原油提炼成汽油、煤油、柴油和润清油，然后再加工成沥青材料（二）石油沥青的分类1、按原油成分分类①石蜡基沥青②环烷基沥青③中间基沥青2、按加工方法分类①直馏沥青：常压基馏减压蒸馏或深拔装置 ②氧化沥青：吹入250℃—300℃空气，数小时产生氧化反应③溶剂沥青：用溶剂提取一部分石蜡3、按沥青在常温下的稠度分类①针入度>300，液体沥青②针入度<=300，粘稠沥青，又分为固体沥青（<40）和半固体沥青(40--300) 二、石油沥青的组成和结构（一）元素组成Cn。H２n+a．Ob．Sc．Nd其中C占80—87%，H占10%--15%（二）石油沥青的化学组分1、三组分分析法将沥青分为油分、树脂、沥青质三个组分2、四组分分析法将沥青分为沥青质、饱和分、环烷芳香分和酸性芳香分（胶质）化学组分对路用性能的影响油分：使沥青具有流动性树脂：使沥青具有塑性酸性树脂：是一种表面活性物质，能增强沥青与砂质材料表面的粘附性沥青质：能提高沥青的粘结性和热稳定性 3、含蜡量高温时，石蜡变软，导致沥青路面的高温稳定性降低，出现车辙，另一方面，低会使沥青变脆硬，导致路面低温抗裂性降低，出现裂缝，且蜡会使石料与沥青之间的粘附性降低，使路面石子与沥青产生剥落，石蜡的存在还会降低沥青路面的抗滑性能（三）石油沥青的结构1、胶体理论沥青是分散相，油分和是分散介质沥青质吸附胶质形成胶团后分散于芳香分和饱和分中 2、胶体的结构类型（1）溶胶结构：沥青质含量少，油和树脂多。这种结构的特点是粘滞性小，流动性大，塑性好，温度稳定性差，是液体沥青特有的结构类型。（2）溶凝胶结构：沥青质适中，油和树脂亦适中。在常温下，这种结构的沥青处于溶胶型结构与凝胶型结构之间，其性质亦介于两者之间。（3）凝胶结构：沥青质较多，油分和树脂料少。这种结构的特点是弹性和粘性较高，温度敏感性较小，流动性、塑性低。 3、胶体结构类型的判定胶体结构类型与沥青路用性能之间有密切的关系，一般工程中用针入度指数PI划分沥青的胶体结构：①当PI<-2溶胶型②当PI>+2凝胶型③当-2+2凝胶型结构p.I=-2~+2溶凝胶型结构2、劲度横量 根据沥青材料的针入度指数、软化点、路面温度及荷载作用时间等因素，查表4-14获得沥青的劲度模量。3、粘附性与沥青及集料性质有关，一般应优先使用碱性集料测定方法：1、水浸法DO13.2mm2、水煮法D>13.2mm水煮法：取13.2—19mm颗粒5个，烘干，加热，置于热沥青中，冷却5min，水煮微沸，3min后观察沥表剥落情况，评价等级，5—1级，5级最好，1级最差 4、老化沥青在自然因素作用下，产和不可逆的化学变化，导致路用性能劣化，称之为老化。沥青老化后，在物理力学性质方面，表现为针入度减少，延度降低，软化点升高，绝对粘度提高，脆点降低等。在化学组分含量方面，表现为饱和分变化较少，芳香分明显转变为胶质（速度较慢），而胶质又转变为沥青质（速度较快），由于芳香分转变为胶质，不足以补偿胶质转变为沥青质，所以最终是胶质明显减少，而沥青质显著增加。 四、石油沥青的技术标准（一）粘稠石油沥青的技术标准1、重交通量见教材表4-3所示根据针入度分为AH-50，AH-70，AH-90，AH-110，AH-130五个标号。2、中、轻交通量见教材表4-4所示根据针入度为A-60甲，A-60乙，A-100甲，A-100乙，A-140甲，A-180，A-200七个标号。（二）液体沥青见教材表4-5所示 课后小结：沥青的老化问题是影响沥青使用的一个重要因素。石油沥青按照其稠度的大小划分为若干个标号等级。 课题:沥青混合料特点教具用品:无教学目的:了解沥青混合料的类型、特点及其组成结构和强度理论重点难点:结构沥青与自由沥青 第五章沥青混合料一、定义沥青混合料是经人工合理选择级配组成的矿质混合料与适量沥青材料，在一定温度下经拌和而成的高等级路面材料。沥青混凝土混合料（Asphaltconcretemixture）：[粗集料+细集料+填料+沥青]简称AC沥青碎石混合料（Asphaltmacadanmixture）[粗集料+细集料+填料+沥青]简称AM二、沥青混合料的特点1、良好的力学性能：弹塑性，无需设置施工缝、伸缩缝，路面平整且有弹性2、良好的抗滑性能：平整且有一定的粗糙度，不反光，行车安全3、施工方便，速度快 4、可分期改造和再生利用5、晴天无尘，雨天不泞，便于汽车高速行驶缺点：1、老化表层产生松散2、温度稳定性差：高温软化，产生过分变形；低温脆化，产生裂缝三、沥青混合料分类1、按胶凝材料种类（1）石油沥青混合料（2）煤沥青混合料 2、按砂料最大粒径可分为以下几种（1）特粗式D>=37.5mm（2）粗粒式D=31.5/26.5mm用于基层、下面层（3）中粒式D=19/16mm面层或下面层（4）细粒式D=13.2/9.5mm面层（5）砂粒式D<=4.75mm磨耗层3、按砂质混合料级配类型分类 （1）连续级配如沥青混凝土混合料（2）间断级配如SMAstonemasticAsphalt4、按连续级配密实度分（1）密级配沥青混合料ACVV<10%其中：3%~6%I型4~10%II型（2）半开级配沥青混合料VV>10%AM（3）开级配沥青混合料VV>15%AK5、按施工温度分（1）热拌热铺沥青混合料（2）热拌冷铺沥青混合料（3）冷拌冷铺沥青混合料 课后小结：沥青混合料是由粗集料、细集料、矿粉及沥青混合而成的混合材料。具有良好的力学性能及路用性能。 课题:沥青混合料结构教具用品:无教学目的:了解沥青混合料的结构、类型、强度理论重点难点:最佳沥青用量及砂粉 5-2热拌沥青混合料定义：热拌沥青混合料是经人工组配的矿质混合料与粘稠沥青在专门设备中加热拌和而成，用保温运输工具运送至施工现场，并在热态下进行摊铺和压实的混合料，通称：热拌热铺沥青混合料，简称：热拌沥青混合料热拌沥青混合料是目前路面材料中最典型的品种，故本文着重介绍该品种。一、沥青混合料的组成结构和强度理论（一）沥青混合料组成结构1、结论理论1）表面理论：矿料形成矿质骨架，沥青胶结料分布在矿料表面起粘聚作用2）胶浆理论多级网络分散体系粗分散系：以粗集为为分散相，分散在沥青砂浆的介质中 细分散系：以细集料为分散相，分散在沥青胶浆中微分散系：矿填料分散相，分散在高稠度的沥青介质中2、沥青混合料组成结构类型1）悬浮—密实结构：由连续级配形成，粗集料较少特点：粘聚力大，内摩阻角小，高温性差，是AC特有的结构2）骨架—空隙结构（AK）：属于连续开级配，粗集料多，细集料少特点：空隙率大，耐久性差，沥青与矿料间的粘聚力差，但热稳定性好，内摩阻力大 3）骨架—密实结构（SMA）：是一种理想结构，它既有一定的粗集料形成骨架，又有足够的细集料充填空隙，既有较高的粘聚力，又有较高的内摩阻角（二）沥青混合料的强度理论要求沥青混合料在高温时，必须具备一定的抗剪强度和抵抗变形的能力，一般采用库伦理论（三）影响沥青混合料抗剪强度的因素1、沥青粘度的影响通常沥青的粘度越高，沥青混合料的抗剪强度越高。C随着沥青粘度升高而升高，略有上升 2、沥青与矿料之间的吸附作用①物理吸附与沥青表面活性物质含量有关，另外，碎石干燥时才产生物理吸附②化学吸附受化学吸附力影响的沥青叫做结构沥青，不受化学吸附力影响的沥青叫做自由沥青。3、沥青与矿粉用量比例沥青用量过少：不足以包裹矿料表面增加沥青，逐渐形成结构沥青沥青用量过多：形成自由沥青 故存在着最佳沥青用量这个概念。见下图所示： 4、矿料级配类型及表面状态的影响密级配：C大，小开级配：C小，大间断配：C大，大5、加荷速度对沥青混合料抗剪强度影响温度升高：C降变形升温度降低：C升升变形能力降加荷频率高，产生不可生永久变形 课后小结：热拌沥青混合料的强度有很多方面，目前重点研究其在高温时的抗剪强度。混合料中结构沥青的比例是影响强度的最重要的因素，对过控制沥青用量及矿粉用量等手段来实现。 课题:沥青混合料技术性质和技术标准教具用品:相关仪器教学目的:了解沥青混合料各项技术性质和内容、测定方法及规范要求重点难点:混合料的高温稳定性及马歇尔试验指标 5-2热拌热铺沥青混合料（一）沥青混合料的技术性质1、高温稳定性指混合料在高温（通常为600C）条件下，经车辆荷载长期重复作用后，不产生车辙和波浪等病害的性能评价方法：马歇尔稳定度试验及动稳定度试验即抗车辙试验1）马歇尔试验①稳定度：指标准尺寸试件在规定温度下和加荷速度下，在马歇尔试验仪中最大的破坏荷载（KN）②流值：达到最大破坏荷重时，试件的垂直变形，以0.1mm计③马歇尓模数 车辙试验300G300G50mm的试件，在60℃的温度条件下，以一定的荷重的轮子在同一轨迹上作一定时间的反复行走，形成一定的车辙深度，然后计算试件变形1mm所需车轮行驶次数，即为动稳定度规定：高速公路，不宜小于800次/mm一级公路、城市主干道，不宜小于600次/mm影响混合料高温稳定性的因素：沥青用量、沥青的粘度、矿料的级配、矿料尺寸、形状2、低温抗裂性混合料随温度降低，变形能力下降，路面由于低温而收缩以及行车荷载的作用，在薄弱部位产生裂缝引起原因：混合料低温脆化、低温缩裂、温度疲劳引起措施：设计时选择沥青要稠度较低、温度敏感性低、抗老化能力强 3、耐久性指在长期的荷载作用和自然因素影响下，保持正常使用状态而不出现剥落和松散等损坏的能力影响因素：沥青的化学性质、矿料的矿物成分、混合料的组成结构、混合料的空隙率控制指标：空隙率、饱和度（沥青填隙率）、残留稳定度4、抗滑性：矿质集料的微表面性质、混合料级配、沥青用量、含蜡量 5、施工和易性指混合料在施工过程中是否容易拌的、摊铺和压实的性能影响因素：砂料级配、沥青品种及用量、施工环境条件等（二）热拌沥青混合料的技术标准分为三个等级：①高速公路、一级公路、城市快速路、主干道②其它等级公路和城市道路③行人道路见表5-1P161 课后小结:沥青混合料有几项技术性质，且相互间既有联系又有矛盾，目前作重考虑其高温时的稳定性。通过马歇尔试验测定稳定度、流值等指标来控制。 课题:马歇尓试验教具用品:相关仪器教学目的:马歇尓试验方法重点难点:成型、物理、力学指标测定及计算 沥青混合料试验1沥青混合料试件制作方法（击实法）一、仪器1、击实筒小：10.16mm+-0.02mm，高87cm底座和套筒大：高115mm2、击实锤标准：98.5mm，锤重4536E9g落高457.2+-1.5mm大：149.5mm457.2+-1.5mm落高锤质量10210+-10g 3、试件：当D<=26.5mm时，做标准试件当D<=37.5mm时，做加大试件尺寸：标准：加大：4、击实仪5、搅拌机6、脱模机 二、试验准备1、确定温度（拌和及压实温度）查表试表5-12、试验室备料1）炼干各材料2）测各材料的密度3）加热砂料，砂粉单独加热，按组备料4）取沥青，加热3、做试模，擦黄油，并在100℃烘箱中，加热1h试验步骤1、拌合混合料2、击实成型用量：标准试件约1200g，大试件约4050g 确定用量备模垫纸装料插捣击实反转面击实调整用量再击实对试件的高度有如下要求：63.5+-1.3mm（标准试件）95.3+-2.5mm（大试件）养护脱模 5-2压实沥青混合料密度试验一、仪器：静水天平二、步骤1、称取干燥试件在空气中质量ma2、称取试件在水中质量mw3、称取表干质量mf三、结果整理1、计算吸水率2、计算试件的毛体积相对密度和抟体积密度 3、试件实隙率4、计算理论最大相对密度①已知油石比Pa ②当已知沥青含量Pb时③理论密度5、沥青体积百分率 6、砂料间隙率7、沥青体积饱和度8、粗集料骨架间隙率 沥青混合料马歇尔试验一、设备：马歇尔试验仪、加压压头二、步骤（一）标准方法1、检查高度：恒温60oC标准试件恒温30—40min加大试件恒温45—60min后，测定试件的稳定度及流值。（二）浸水马歇尔试验应将试件浸水48h后，再测定试件的稳定度及流值。 课后小结：马歇尔试验包括试件成型、物理指标测定及力学指标测定几个方面。较复杂的是各项物理指标的换算。 课题:沥青混合料配合比设计教具用品:无教学目的:掌握沥青混合料配合比设计的方法与内容重点难点:最佳沥青用量确定 5-2热拌沥青混合料四、沥青混合料配合比的设计包括三个设计阶段1、试验室配合比设计2、配合比设计3、试拌试铺配合比调整试验室配合比设计包括两部分：砂质混合料配合比设计、沥青最佳用量确定1、矿质混合料组成设计目的：选配一个具有足够密实度，并且有较高内摩阻力的矿质混合料级配范围（标准级配）：可用理论计算，但一般查规范确定 设计步骤1）确定沥青混合料类型依据道路等级、路面类型，所处结构层作选择2）确定矿质混合料的级配范围由混合料类型查表5-9找级配范围P1663）矿质混合料配合比计算选料①组成材料（原始数据测定）：取样、筛分、没密度②计算组成材料的配合比：试算法、图解法③调整配合比a：一般情况下应接近中值，尤其是0.075、2.36、4.75mm三个粒径，必须满足规范的要求。b：高等级公路偏下限一般公路偏上限c：合成级配，合理适用 2、确定沥青混合料的最佳用量方法：理论计算法、试验法（维姆法、马歇尔试验法）步骤：1）制备试样①计算矿料用量②查表5-9找沥青用量范围2）马歇尔试验①测定物理指标②测定力学指标3）马歇尔试验结果分析 ①绘物理—力学性质与沥青用量的关系图 图中：1线-马歇尔稳定度曲线2线-饱和度曲线3线-流值曲线4线-密度曲线5线-空隙率曲线②确定③确定④综合确定OAC 验证OAC1对应各指标应合格由OAC1与OAC2综合确定OAC热区、重交通在OAC2与OACmin中取值0.5%寒区、中轻交通在OAC2与OACmax中取值0.2%5）水稳定性检查三组试件OACOAC1OAC2测定MS0当MS0>=75%I型MS0>=50%II型6）抗辙能力检验OACOAC1OAC2三组作车辙试验 课后小结：沥青混合料的配合比设计包括矿料配比设计及最佳沥青用量设计两个方面。矿料配比设计一般用图解法，最佳沥青用量一般用马歇尔试验法。 课题:建筑钢材教具用品:无教学目的:了解建筑钢材的技术性质和技术标准，通过学习掌握钢材的基本性质、选用及检测方法重点难点:钢材的主要技术性质及技术标准、钢材的选用及质量检测 作业布置：1、钢有哪些分类方法，钢号表示的含意是什么？2、桥梁常用哪些钢，为什么？有什么特殊要求？课后小结：钢材由于具有较高强度和硬率，有一定的塑性和韧性，并能进行焊拉、铆接及切割，因而被广泛地应用于各项工程建设中。 第六章建筑钢材6-1钢材一、钢材分类（一）按化学成分1、碳素钢①低碳钢<0.25%②中碳钢0.25—0.6%③高碳钢>0.6%2、合金钢①低合金钢<5%②中合金钢5—10%③高合金钢>10%（二）按用途分 （三）按冶炼时脱氧程度分1、沸腾钢2、镇静钢3、半镇静钢（四）钢号的含义15Mn其中15是平均含碳量（万分数），n是主加合金元素，含量少于1.5%时不标明二、建筑钢材的主要技术性质（一）机械性能1、抗拉强度A点：弹性极限B下：屈服点屈服强度 万能材料试验机 C点：抗拉强度屈服比对工程设计有较大意义2、塑性（1）伸长率（2）断面收缩率3、冷弯性能4、冲击韧性5、硬度HB （二）化学成分对性能的影响1、碳2、锰：<0.8%时，无影响；>0.8%时，提高强度、硬度及耐磨性，降低冲击韧性3、硅：<0.15%无影响4、硫：热脆，规定要求<0.055%5、磷：冷脆，规定要求<0.045%三、建筑钢材的技术标准（一）钢结构用钢1、碳素结构钢 （1）牌号：Q235—AF其中Q为屈服强度；A为等级；F为脱氧方法F：沸腾钢b：半镇定钢Z：镇定钢TZ：半镇定钢（2）碳素结构钢性能化学成分及力学性能均有详细要求（3）桥梁用钢：16桥，甲3桥，16q，A3q2、低合金钢16Mn15MnV15MnVN（二）钢筋混凝土用钢材