道路建筑材料

緒論課前介紹：本課程是路橋?qū)I(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，是一門考試課程，本學(xué)期要求學(xué)習(xí)完教材內(nèi)容，能熟練掌握課堂理論教學(xué)內(nèi)容及試驗課的實踐內(nèi)容。成績評定包括幾方面：1、平時作業(yè)完成情況及考勤；2、期中考試及期末考試成績；3、試驗操作完成情況等。一、本課程的研究內(nèi)容與任務(wù)（一）內(nèi)容：本課程中主要學(xué)習(xí)以下幾種建筑材料：1、砂石材料（1）人工開采的巖石（石料）和軋制的碎石（集料）（2）天然風(fēng)化的松散顆粒（砂、石屑）什么是有機(jī)和無機(jī)？【無機(jī)物】無機(jī)物是無機(jī)化合物的簡稱，通常指不含碳元素的化合物。少數(shù)含碳的化合物，如一氧化碳、二氧化碳、碳酸鹽、氰化物等也屬于無機(jī)物。無機(jī)物大致可分為氧化物、酸、堿、鹽等。

【有機(jī)物】有機(jī)物通常指含碳元素的化合物，或碳?xì)浠衔锛捌溲苌锟偡Q為有機(jī)物。說明1.有機(jī)物是有機(jī)化合物的簡稱。2.有機(jī)物一般難溶于水，易溶于有機(jī)溶劑，熔點較低。絕大多數(shù)有機(jī)物受熱容易分解、容易燃燒。有機(jī)物的反應(yīng)一般比較緩慢，并常伴有副反應(yīng)發(fā)生。3.有機(jī)物種類繁多，目前人類已知的有機(jī)物達(dá)900多萬種，數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過無機(jī)物?？煞譃闊N和烴的衍生物兩大類。根據(jù)有機(jī)物分子中所含官能團(tuán)的不同，又分為烷、烯、炔、芳香烴和醇、醛、羧酸、酯等等。根據(jù)有機(jī)物分子的碳架結(jié)構(gòu)，還可分成開鏈化合物、碳環(huán)化合物和雜環(huán)化合物三類。通俗的說（不嚴(yán)謹(jǐn)）：含碳的為有機(jī)不含碳的為無機(jī)如燃燒東西燒完后被燒掉的就是有機(jī)剩下的就是無機(jī)2、無機(jī)結(jié)合料及其制品無機(jī)結(jié)合料：通常分為以下幾種：（1）石灰（2）水泥無機(jī)結(jié)合料制品：（1）水泥混凝土（2）半剛性路面材料3、有機(jī)結(jié)合料及其混合料有機(jī)結(jié)合料主要指瀝青類材料，如：石油瀝青，乳化瀝青和改性瀝青等。有機(jī)結(jié)合料混合料主要指：（1）瀝青混凝土（2）瀝青碎石（3）各種新型瀝青混合料4、高分子聚合物材料：主要包括塑料、合成橡膠、合成纖維等。功能：主要用以改善軟土地基、水泥混凝土、瀝青混合料的性能。5、鋼材和木材鋼材是橋梁結(jié)構(gòu)及鋼筋混凝土或預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的重要材料。木材較少直接用于修筑橋梁，目前主要用作混凝土工程的拱架和模板。（二）課程學(xué)習(xí)任務(wù)：1、論述材料組成、結(jié)構(gòu)、技術(shù)性質(zhì)與它們之間的關(guān)系；2、論述材料的檢驗方法（舉例水泥凝結(jié)時間測定方法）；3、利用測驗評定其技術(shù)性質(zhì)（舉例水泥對初凝、終凝時間的要求及規(guī)范的規(guī)定）。（三）課程學(xué)習(xí)目的：1、掌握各種材料的技術(shù)性能，包括：力學(xué)性質(zhì)、物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)及工藝性質(zhì)等；2、選擇、鑒定材料：能夠結(jié)合工程實際情況，合理地選擇材料，如水泥混凝土組成材料的選擇、瀝青混合料對組成材料的選擇及鑒別與評定；3、能正確使用材料（如石灰的消化、水泥應(yīng)用貯存等）二、建筑材料應(yīng)具備的工程性質(zhì)1、力學(xué)性質(zhì)：指材料抵抗車輛荷載復(fù)雜力系綜合作用的性能。通過測定材料的各種強(qiáng)度指標(biāo)及耐磨、抗變形指標(biāo)來反映。如，水泥混凝土的抗壓、抗折強(qiáng)度；瀝青混合料的穩(wěn)定度、流值；石料的磨耗度等。2、物理性質(zhì)：通過測定材料的各種物理常數(shù)來反映。（1）物質(zhì)指標(biāo)：如材料的密度、孔隙率、含水量（2）溫度穩(wěn)定性：如瀝青軟化點、脆點等。（3）水穩(wěn)定性等：如瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度等。3、化學(xué)性質(zhì)：指材料抵抗各種周圍環(huán)境對其化學(xué)作用的性能。研究各種材料的化學(xué)成分及其變化規(guī)律。如，水泥的各種成分與自然界之間的變化；瀝青的化學(xué)成分及其變化規(guī)律。4、工藝性質(zhì)：是指材料適合于按一定工藝要求加工的性能。

混凝土的流動性材料四個性質(zhì)之間是相互制約、相互聯(lián)系的。三、建筑材料與路橋工程的關(guān)系1、材料是工程結(jié)構(gòu)物的物質(zhì)基礎(chǔ)：其中材料質(zhì)量的好壞直接決定著工程質(zhì)量的等級。2、材料的使用與工程造價之間的密切關(guān)系工程建筑材料占工程造價的60

至70

，甚至80

，因此，如何合理地降低造價、節(jié)省開支，均與建筑材料之間有著密不可分的關(guān)系。3、新材料與新結(jié)構(gòu)、新工藝之間的關(guān)系用橋梁跨徑的變化及路面材料的變化來分析四、道路建筑材料的發(fā)展?fàn)顩r五、道路建筑材料的檢驗方法和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（一）檢驗方法：室內(nèi)、室外及模擬試驗方法。（二）檢驗內(nèi)容（室內(nèi)）包括四個方面1、物理性質(zhì)試驗；2、力學(xué)性質(zhì)試驗；3、化學(xué)性質(zhì)試驗；4、工藝性質(zhì)試驗。（三）道路材料質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)化與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)國家標(biāo)準(zhǔn)GB3935．l-83標(biāo)準(zhǔn)化基本術(shù)語第一部分對標(biāo)準(zhǔn)作如下定義：“標(biāo)準(zhǔn)是對重復(fù)性事物和概念所做的統(tǒng)一規(guī)定。它以科學(xué)、技術(shù)和實踐經(jīng)驗的綜合成果為基礎(chǔ)，經(jīng)有關(guān)方面協(xié)商一致，由主管機(jī)構(gòu)批準(zhǔn)，以特定形式發(fā)布，作為共同遵守的準(zhǔn)則和依據(jù)?！蹦壳拔覈ㄖ牧系臉?biāo)準(zhǔn)分為：國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)四個等級。其中：GB

指國家標(biāo)準(zhǔn)JTJ

交通部門基本建設(shè)方面的規(guī)范JC

建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SH

石油化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YB

黑色冶金行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)符號舉例：JTGE41—2005公路工程巖石試驗規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)符號編號—制定修訂年份標(biāo)準(zhǔn)名稱公路工程標(biāo)準(zhǔn)體系中標(biāo)準(zhǔn)的代碼：

JTG：交、通、公（路）三字漢語拼音的第一個字母E—標(biāo)準(zhǔn)類別的排序，用字母表示。A—綜合；B—基礎(chǔ)；C—勘測；D—設(shè)計；

E—檢測F—施工；G—監(jiān)理；H—養(yǎng)護(hù)與管理41—該類標(biāo)準(zhǔn)的序號六、本課程的要求本課程為考試課、完成學(xué)習(xí)后將有兩門成績，即理論成績和實操成績。建筑材料課在本專業(yè)中的位置：是路橋?qū)I(yè)的重點課程第一節(jié)砂石材料的技術(shù)性質(zhì)概述：砂石材料按形狀分類1）、塊狀石料：簡稱石料如塊石、片石等；2）、粒狀石料：簡稱集料集料又按大小分為：粗集料：如碎石、卵石細(xì)集料：如砂、石屑砂石材料按來源分類1）、天然石料2）、人工軋制的集料3）、工業(yè)冶金礦渣第一章砂石材料天然石材是采自地殼，不經(jīng)過加工或經(jīng)過機(jī)械加工的天然巖石所制得的材料。這種石材具有較高的抗壓強(qiáng)度、耐久性、耐磨性，產(chǎn)源分布廣，便于就地取材。但石材性質(zhì)較脆、抗拉強(qiáng)度低、表觀密度大、硬度較高、開采加工困難。我國有豐富的天然石材資源，廣泛用于公路與橋梁工程中，如重質(zhì)致密的塊狀石材是主要的砌體材料，常用于砌筑基礎(chǔ)、橋涵、擋土墻、護(hù)坡、溝渠等；經(jīng)人工加工成不同粒徑的碎石及自然條件作用形成的卵石、則廣泛用做混凝土骨料。有些巖石是生產(chǎn)各種建筑材料的原料，例如，石灰石、天然石膏等是生產(chǎn)硅酸鹽水泥、石灰、石膏等膠凝材料的原料。天然巖石根據(jù)生成條件可分為三大類：1、巖漿巖又稱火成巖，是由地殼內(nèi)的巖漿冷凝而成。在地殼深處生成的稱為深成巖，如花崗巖、正長巖、閃長巖等；由巖漿噴出地面后冷凝而成的稱為噴出巖，如玄武巖、安山巖、輝綠巖等。2、沉積巖又稱水成巖，是巖漿巖經(jīng)風(fēng)化作用后再經(jīng)沉積膠結(jié)而成。它包括化學(xué)沉積，如石膏、石灰?guī)r、白云巖等；有機(jī)沉積，如貝殼巖、白堊、硅藻土等；機(jī)械沉積，如砂、礫石、砂巖、角礫巖等。3、變質(zhì)巖由巖漿巖、沉積巖經(jīng)過高溫、高壓作用變質(zhì)后形成的巖石。這種巖石比沉積巖更致密，如片麻巖、大理巖、石英巖等。常用巖石類型：(1)花崗巖(2)玄武巖(3)輝長巖(4)石灰?guī)r(5)砂巖(6)石英巖(7)片麻巖一、巖石的技術(shù)性質(zhì)主要從物理性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)三方面進(jìn)行評價。1、物理性質(zhì)：包括物理常數(shù)、吸水性和抗凍性（耐久性）等。1）物理常數(shù)石料最常用的物理常數(shù)是密度和孔隙率。這些物理常數(shù)與石料的物理、力學(xué)性質(zhì)有著密切的關(guān)系，在選用石料、進(jìn)行混凝土配合比計算時，這些物理常數(shù)也是重要的設(shè)計參數(shù)石料的物理常數(shù)是反映材料礦物組成、結(jié)構(gòu)狀態(tài)和特征的參數(shù)。雖然石料中不同的礦物以不同的排列方式形成各種結(jié)構(gòu)，但是從質(zhì)量和體積的物理觀點出發(fā)，其組成結(jié)構(gòu)主要是由礦物質(zhì)實體和孔隙(包括與外界連通的開口孔隙和內(nèi)部的閉口孔隙)所組成，見圖l一1。①真實密度真實密度是指在規(guī)定條件下，烘干石料礦質(zhì)實體單位真實體積的質(zhì)量，用

t

表示，按照下列公式計算。因故式中：ρt——石料的真實密度，g／cm3；

ms—石料礦質(zhì)實體的質(zhì)量，g；

Vs—石料礦質(zhì)實體的體積，cm3。計算石料真實密度，需要測定石料礦質(zhì)實體的真實體積。試驗時，將已知質(zhì)量的干燥石料磨成細(xì)粉，全部通過0.315mm的篩孔后，用“密度瓶”測定其真實體積Vs。

②毛體積密度：毛體積密度是指在規(guī)定條件下，烘干石料礦質(zhì)實體包括孔隙(閉口、開口孔隙)體積在內(nèi)的單位毛體積的質(zhì)量，由下列公式計算。式中：ρb——石料的毛體積密度，g／cm3；

ms——石料礦質(zhì)實體的質(zhì)量，g；

Vs——石料礦質(zhì)實體的體積，cm3；

Vn——石料礦質(zhì)實體中閉口孔隙的體積，cm3；

Vi——石料礦質(zhì)實體中開口孔隙的體積，cm3。②毛體積密度：毛體積密度是指在規(guī)定條件下，烘干石料礦質(zhì)實體包括孔隙(閉口、開口孔隙)體積在內(nèi)的單位毛體積的質(zhì)量，由下列公式計算。式中：ρb——石料的毛體積密度，g／cm3；

ms——石料礦質(zhì)實體的質(zhì)量，g；

Vs——石料礦質(zhì)實體的體積，cm3；

Vn——石料礦質(zhì)實體中閉口孔隙的體積，cm3；

Vi——石料礦質(zhì)實體中開口孔隙的體積，cm3。測定方法：可用靜水稱量法、量積法，亦可用蠟封法測定。據(jù)調(diào)查，在公路系統(tǒng)中，絕大多數(shù)單位采用靜水稱量法，少數(shù)用量積法，而蠟封法只在特殊情況下采用。上述三種方法各有明顯的優(yōu)點。靜水稱量法可以連續(xù)測定多種指標(biāo)，但某些巖石受到限制；蠟封法適用于各種巖石和不規(guī)則試樣，但測試技術(shù)較煩；量積法測試技術(shù)簡易，但必須制備具有一定精度的規(guī)則試樣。三種方法的測試成果，從理論上講差別不大。③孔隙率：孔隙率是指石料孔隙體積占石料總體積(包括開口孔隙和閉口孔隙體積)的百分率，由下列公式計算。

石料內(nèi)部獨立且封閉的孔隙實際上是不吸水的，只有那些開口且以毛細(xì)管連通的孔隙才是吸水的?？紫稑?gòu)造相同的石料，孔隙越大，吸水率越大。

開口孔隙又有大小之分，常壓下，巖石吸水時，水只能進(jìn)入大開口孔隙，只有在高壓或真空條件下，水方能進(jìn)入閉孔隙和小開口孔隙。巖石的空隙性指標(biāo)一般不能實測，根據(jù)干密度和顆粒密度可計算總孔隙率，其它孔隙率常需通過干密度和吸水性指標(biāo)換算求得。一般提到的巖石孔隙率系指巖石總孔隙率。巖石因形成條件及其后期經(jīng)受的變化和埋藏深度不同，孔隙率變化范圍很大，可自小于百分之一至百分之幾十，新鮮的結(jié)晶巖類的孔隙率一般小于3％，而沉積巖則較高，為1％一10％，但有些膠結(jié)不良的砂礫巖，孔隙率可達(dá)10％一20％，甚至更大。2)吸水性：指巖石在規(guī)定條件下吸水的能力。用吸水率和飽和吸水率表示。巖石吸水率采用自由吸水法測定，飽和吸水率采用煮沸法或真空抽氣法測定。(1)吸水率：20℃±2℃和大氣壓狀態(tài)下，吸水質(zhì)量的百分率。(2)飽水率：20℃±2℃，真空條件下，吸水質(zhì)量的百分率(3)飽水系數(shù)：Kw=wa/wsa

(0.01)

通常認(rèn)為在常壓下測定的吸水率，此時水分只充填部分孔隙，而當(dāng)石料開口孔隙內(nèi)部空氣被排空時，水分幾乎充滿開口孔隙的全部體積。飽水系數(shù)，它是評價巖石抗凍性的一種指標(biāo)。一般來說，巖石的飽水系數(shù)為0.5—0.8。飽水系數(shù)愈大，說明常壓下吸水后留余的空間有限，巖石愈容易被凍脹破壞。因而巖石的抗凍性就差。3）抗凍性：抗凍性是指石料在飽水狀態(tài)下，能夠經(jīng)受反復(fù)凍結(jié)和融化而不破壞，并不嚴(yán)重降低強(qiáng)度的能力。巖石抗凍性對于不同的工程環(huán)境氣候有不同的要求。凍融次數(shù)規(guī)定：在嚴(yán)寒地區(qū)(最冷月的月平均氣溫低于-15℃)為25次；在寒冷地區(qū)(最冷月的月平均氣溫低于-15℃--5℃)為15次。石料抗凍性的室內(nèi)測定方法有直接凍融法和硫酸鈉堅固性法。兩種方法均需要將石料制成直徑和高均為50mm的圓柱體試件，或邊長為50mm的正立方體試件，在105士5℃的烘箱中烘至恒重，并稱重。試驗時首先使試件吸水達(dá)到飽和狀態(tài)，然后置于-15℃低溫箱中。凍結(jié)4h后取出試件，放入20±5℃的水中融解4h，如此為一個凍融循環(huán)過程。經(jīng)歷規(guī)定的凍融循環(huán)次數(shù)(如10次、15次、25次及50次)后，詳細(xì)檢查石料試件有無剝落、裂縫、分層及掉角現(xiàn)象，并記錄檢查情況。將凍融試驗后的試件再烘至恒重，稱其質(zhì)量，然后測定石料的抗壓強(qiáng)度，并分別計算石料的凍融質(zhì)量損失率和凍融系數(shù)。

凍融質(zhì)量損失率：凍融系數(shù)：（由于硫酸鈉結(jié)晶后體積膨脹，產(chǎn)生猶如水結(jié)冰相似的作用，使石料孔隙壁受到壓力，也是測定石料抗凍性的方法。）當(dāng)水在石料孔隙內(nèi)結(jié)冰時，體積膨脹約9％。如果孔隙處于吸水飽和狀態(tài)下，水的結(jié)冰就給孔隙壁以很大的內(nèi)壓力，嚴(yán)重時導(dǎo)致石料的邊角崩裂。巖石的抗凍性與其礦物成分、結(jié)構(gòu)特征有關(guān)，而同巖石的吸水率指標(biāo)關(guān)系更加密切。大開口孔隙越多，親水性和可溶性礦物含量越高時，巖石的抗凍性越低；反之，越高。判斷巖石抗凍性能好壞有三個指標(biāo)，即(1)凍融后強(qiáng)度變化；(2)質(zhì)量損失；(3)外形變化。一般認(rèn)為，抗凍系數(shù)大于75％，質(zhì)量損失率小于2％時，為抗凍性好的巖石；吸水率小于0.5％，軟化系數(shù)大于0.75以及飽水系數(shù)小于0.8的巖石，具有足夠的抗凍能力。對于一般公路工程，往往根據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)來確定是否需要進(jìn)行巖石的抗凍性試驗。2、力學(xué)性質(zhì)在結(jié)構(gòu)工程中，石料應(yīng)具備一定的抗壓、抗剪、抗彎強(qiáng)度，以及抵抗荷載沖擊、剪切和摩擦作用。本節(jié)中主要介紹石料的抗壓強(qiáng)度和磨耗率，這兩項指標(biāo)用于評價石料技術(shù)等級。1）單軸抗壓強(qiáng)度（試驗條件要求：試件形狀、尺寸、吸水飽和、加荷速度等）（1）測試方法我國現(xiàn)行《公路工程石料試驗規(guī)程》(JTGE41--2005)中，采用單軸加載的方法對規(guī)則形狀的石料試樣進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗。路面工程用的石料試件尺寸為邊長50±2mm的正方體或直徑與高均為50±2mm的圓柱體。橋梁工程用的石料試件為邊長70±2mm的立方體。按標(biāo)準(zhǔn)方法對試件進(jìn)行飽水處理后施加荷載（加荷速率為0.5MPa/s-1.0MPa/s），直至破壞，石料的抗壓強(qiáng)度和軟化系數(shù)按下式計算。抗壓強(qiáng)度：式中：R——石料的抗壓強(qiáng)度，MPa：

P——試驗時石料試件破壞時的極限荷載，N；

A——石料試件的受力截面積，mm2。軟化系數(shù)：式中：KP——軟化系數(shù)：

Rw——石料試件飽和狀態(tài)下的單軸抗壓強(qiáng)度，MPa

；

Rd——石料試件烘干狀態(tài)下的單軸抗壓強(qiáng)度，MPa

。巖石的抗壓強(qiáng)度是巖石力學(xué)性質(zhì)中最重要的一項指標(biāo)．它是巖石強(qiáng)度分級和巖性描述的主要依據(jù)。2）磨耗性：指石料抵抗撞擊、邊緣剪力和磨擦等聯(lián)合作用的性能，以磨耗率表示。試驗方法按《公路工程集料試驗規(guī)程》(JTGE42—2005)采用洛杉磯式磨耗試驗。①洛杉磯式磨耗試驗：將一定質(zhì)量且有一定級配的石料試樣和鋼球置于擱板式試驗機(jī)中，以30～33r/min的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動至要求次數(shù)停止，取出試樣過篩（1.7mm方孔篩），用水洗凈留在篩上的試樣，烘至恒重并稱其質(zhì)量，石料的磨耗率采用下式計算。式中：Q磨——石料的磨耗率，％。m1——裝入試驗機(jī)圓筒中的石料試樣質(zhì)量，g；m2——試驗后在1．7mm篩上洗凈烘干的試樣質(zhì)量，g。3、化學(xué)性質(zhì)按克羅斯的分類法，根據(jù)SiO2含量，將石料劃分為①酸性巖SiO2>65%，如花崗巖、石英巖等；②中性巖52%≤SiO2≤65%，如閃長巖、輝綠巖等；③堿性巖SiO2<52%，如石灰?guī)r、玄武巖等。所以在選擇與瀝青結(jié)合的巖石時，應(yīng)考慮巖石的酸堿性對瀝青與巖石黏結(jié)性的影響。選用巖石應(yīng)盡量選用堿性巖石。由于堿性巖石與瀝青具有較強(qiáng)的黏附力，組成瀝青混合料可得到較高的力學(xué)強(qiáng)度。在缺少堿性巖石的情況下，也可采用酸性巖石代替，但必須對瀝青或粗集料進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?，以增加混合料的黏聚力。此外，在道路路面和機(jī)場道面工程實踐中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)石料以集料的形式應(yīng)用于水泥混凝土中時，某些含有活性二氧化硅或活性碳酸鹽成分的集料會與水泥中的堿性氧化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，稱“堿一集料反應(yīng)”。這種反應(yīng)會對混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性產(chǎn)生非常不利的影響。三、集料的技術(shù)性質(zhì)集料是由不同粒徑礦質(zhì)顆粒組成的混合料，它包括各種天然砂、人工砂、卵石和碎石，以及各類工業(yè)冶金礦渣。集料按其粒徑范圍分為粗集料和細(xì)集料。在水泥混凝土中粗細(xì)集料的分界尺寸4.75㎜,但在瀝青混合料中，該尺寸界限通常為2.36mm。粗、細(xì)集料在混合料中分別起骨架和填充作用，由于所起的作用不同，對它們的技術(shù)要求也有所不同。碎石卵石

砂礦渣（一）粗集料的技術(shù)性質(zhì)課題:粗集料的技術(shù)性質(zhì)教具用品

:相關(guān)試驗儀器教學(xué)目的:了解粗集料的物理、力學(xué)性質(zhì)的含義及測定、評價方法重點難點:粗集料的表觀密度、堆積密度及篩分試驗物理性質(zhì)：1）物理常數(shù)集料是礦質(zhì)顆粒的散狀混合物，其體積組成除了包括礦物及礦物間孔隙外，還包括礦質(zhì)顆粒之間的空間，稱為空隙。集料的質(zhì)量與體積的關(guān)系見圖所示：（1）表觀密度粗集料表觀密度是指在規(guī)定條件（105℃±5℃烘干至恒重）下，單位表觀體積（包括礦質(zhì)實體和閉口孔隙體積）的質(zhì)量。測定粗集料表觀體積時，需將已知質(zhì)量的干燥粗集料浸水，使其開口孔隙吸飽水，然后稱出飽水后粗集料在水中的質(zhì)量，兩者之差即為粗集料的包括閉口孔隙在內(nèi)的粗集料表觀體積。

式中：ρa(bǔ)——石料的表觀密度，g／cm3；ms——石料礦質(zhì)實體的質(zhì)量，g；Vs——石料礦質(zhì)實體的體積，cm3；Vn——石料礦質(zhì)實體中閉口孔隙的體積，cm3。②毛體積密度：是指在規(guī)定條件下，烘干粗集料礦質(zhì)實體包括孔隙(閉口、開口孔隙)體積在內(nèi)的單位毛體積的質(zhì)量，由下列公式計算。式中：ρb——粗集料的毛體積密度，g／cm3；

ms——粗集料礦質(zhì)實體的質(zhì)量，g；

Vs——粗集料礦質(zhì)實體的體積，cm3；

Vn——粗集料礦質(zhì)實體中閉口孔隙的體積，cm3；

Vi——粗集料礦質(zhì)實體中開口孔隙的體積，cm3。（3）堆積密度集料是沒有固定形狀的混合物，其體積和形狀取決于裝填容器。堆積密度是指烘干集料顆粒礦質(zhì)實體的單位裝填體積(包括集料顆粒間空隙體積、集料礦質(zhì)實體及其閉口、開口孔隙體積)的質(zhì)量。

ρ——粗集料的堆積密度，g／cm3

ms——粗集料顆粒礦質(zhì)實體的質(zhì)量，g；

Vs——粗集料顆粒礦質(zhì)實體的體積，cm3；Vn

、Vi—為粗集料顆粒礦質(zhì)實體中閉口和開口孔隙的體積，cm3；

Vv——粗集料顆粒間的空隙體積，㎝3。集料的堆積體積是將干燥的散粒集料試樣裝入規(guī)定尺寸的容器來測定的，堆積密度的大小取決于顆粒排列的松緊程度，即取決于裝樣方式。根據(jù)裝樣方法的不同，集料的堆積密度分為自然堆積密度、振實密度和搗實密度。自然堆積密度是指以自由落入方式裝填集料，所測的密度又稱松裝密度；振實密度是將集料分三層裝入容器筒中，在容器筒底部放置一根直徑25mm的圓鋼筋，每裝一層集料后，將容器筒左右交替顛擊地面25次；搗實密度是將集料分三層裝入容器中，每層用搗棒搗實25次。振實密度和搗實密度又可稱作緊裝密度。（4）空隙率：是指集料在某種堆積狀態(tài)下的空隙體積(含開口孔隙)占粗集料總體積（堆積體積）的百分率。式中：n——集料的空隙率，％；

ρ——集料的堆積密度，g／㎝3；

ρa(bǔ)——集料的表觀密度，g／㎝3?？障堵史从沉思系念w粒間相互填充的致密程度。試驗結(jié)果表明，在松裝和緊裝狀態(tài)下，粗集料的空隙率范圍分別為43％～48％和37%～42%；細(xì)集料空隙率范圍分別為35％～50％和30％～40％。2）級配:是指集料中各種粒徑顆粒的搭配比例或分布情況。級配對水泥混凝土及瀝青混合料的強(qiáng)度、穩(wěn)定性及施工和易性有著顯著的影響，級配設(shè)計也是水泥混凝土和瀝青混合料配合比設(shè)計的重要組成部分。

級配是通過篩分試驗確定的。對水泥混凝土用粗集料可采用干篩法篩分試驗，對瀝青混合料及基層用粗集料必須采用水洗法篩分試驗。篩分試驗就是將粗集料經(jīng)過一系列篩孔尺寸的標(biāo)準(zhǔn)篩(標(biāo)準(zhǔn)篩為方孔篩），測出各個篩上的篩余量，根據(jù)集料試樣的質(zhì)量與存留在各篩孔上的集料質(zhì)量，就可求得一系列與集料級配有關(guān)的參數(shù)一一①分計篩余百分率；②累計篩余百分率；③通過百分率。粗集料的篩分試驗中采用的標(biāo)準(zhǔn)套篩尺寸范圍及試樣質(zhì)量與細(xì)集料篩分試驗有所不同，但級配參數(shù)的計算方法與細(xì)集料相同，詳見“細(xì)集料的技術(shù)性質(zhì)”內(nèi)容。

3)堅固性對已軋制成的碎石或天然卵石亦可采用規(guī)定級配的各粒級集料，按現(xiàn)行試驗規(guī)程《公路工程集料試驗規(guī)程》(JTGE42—2005)選取規(guī)定數(shù)量，分別裝在金屬網(wǎng)籃浸入飽和硫酸鈉溶液中進(jìn)行干濕循環(huán)試驗。經(jīng)5次循環(huán)后，觀察其表面破壞情況，并用質(zhì)量損失百分率來計算其堅固性(也稱安定性)。

2．力學(xué)性質(zhì)粗集料力學(xué)性質(zhì)主要是壓碎值和磨耗率；其次是抗滑表層用集料的三項試驗，即磨光值、道瑞磨耗值和沖擊值。1)壓碎值：粗集料壓碎值是集料在逐漸增加的荷載下，抵抗壓碎的能力。它作為相對衡量集料強(qiáng)度的一個指標(biāo)，用以評價其在公路工程中的適用性。

按《公路工程集料試驗規(guī)程》(JTGE42--2005)的規(guī)定，粗集料壓碎值試驗是將9.5~13.2mm集料試樣約3kg裝入壓碎值測定儀的金屬筒內(nèi)，放在壓力機(jī)上，在10min左右時間內(nèi)均勻地加荷至400kN，穩(wěn)壓5s然后卸載，稱其通過2.36mm的篩余質(zhì)量。式中：Q’a—集料的壓碎值，％；

m0—試驗前試樣的質(zhì)量，g；

m1—試驗后通過2.36mm篩孔的細(xì)料質(zhì)量，g。

數(shù)字式壓力試驗機(jī)壓碎值測定儀2)磨光值(PSV）在現(xiàn)代高速行車條件下，要求路面集料既不要產(chǎn)生較大的磨損，也不要被磨光，也就是說對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輪胎磨光作用能力指標(biāo)，是利用加速磨光機(jī)磨光集料并以擺式摩擦系數(shù)測定儀測得的磨光后集料的摩擦系數(shù)值來確定。集料磨光值愈高，表示其抗滑性愈好。用高磨光值的石料來鋪筑道路路面表層，可以提高路表的抗滑能力，保障車輛的安全行駛。

3)沖擊值(AIV)

沖擊值是反映集料抵抗多次連續(xù)重復(fù)沖擊荷載作用的性能，可采用沖擊試驗儀測定。由于路表集料直接承受車輪荷載的沖擊作用，這一指標(biāo)對道路表層用集料非常重要。沖擊試驗方法是選取粒徑為9.5—13.2mm的集料試樣，用金屬量筒分三次搗實的方法確定試驗用集料數(shù)量，將集料裝于沖擊值試驗儀的盛樣器中，用搗實桿搗實25次使其初步壓實，然后用質(zhì)量為13.75kg±0.05kg的沖擊錘，沿導(dǎo)桿自380mm±5mm處，自由落下錘擊集料并連續(xù)錘擊15次，每次錘擊間隔時間不少于1s。將試驗后的集料用2.36mm的篩子篩分并稱量。式中：AIV--集料的沖擊值(％)；

m--試樣總質(zhì)量(g)；

m1--沖擊破碎后通過2.36mm的試樣質(zhì)量(g)。該值越小，表明集料的抗沖擊性能越好。4)磨耗值(AAV)

集料磨耗值用于評定抗滑表層的集料抵抗車輪撞擊及磨耗的能力。按我國現(xiàn)行試驗規(guī)程《公路工程集料試驗規(guī)程》(JTGE42—2005)采用道瑞磨耗試驗機(jī)來測定集料磨耗值。其方法是選取粒徑為9.5-13.2mm的洗凈集料試樣，單層緊排于兩個試模內(nèi)(不少于24粒)，然后用細(xì)砂填平空隙吹去多余砂并用環(huán)氧樹脂砂漿填充密實。經(jīng)養(yǎng)護(hù)24h，拆模取出試件，準(zhǔn)確稱出試件質(zhì)量，試件、托盤和配重總質(zhì)量為2000g士10g。將試件安裝在道瑞磨耗機(jī)附的托盤上，道瑞磨耗機(jī)的磨盤以28-30r／min的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，磨500轉(zhuǎn)后，取出試件，刷凈殘砂，準(zhǔn)確稱出試件質(zhì)量。式中：AAV—集料的道瑞磨耗率；

m1—磨耗前試樣的質(zhì)量，g；

m2—磨耗后試樣的質(zhì)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。課后小結(jié)：粗集料主要指碎石，它廣泛應(yīng)用于水泥混凝土及瀝青混合料中，學(xué)生必須掌握好其各項技術(shù)指標(biāo)、測定方法及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，從而達(dá)到保證材料質(zhì)量的目的。（二）細(xì)集料的技術(shù)性質(zhì)課題:細(xì)集粒的技術(shù)性質(zhì)教具用品:

相關(guān)試驗儀器教學(xué)目的:了解細(xì)集料的各項技術(shù)性質(zhì)及測定方法重點難點:細(xì)集料的級配（二）細(xì)集料的技術(shù)性質(zhì)定義：在瀝青混合料中，指粒徑小于2.36mm天然砂，人工砂及石屑。在水泥混凝土中，指粒徑小于4.75mm的天然砂、人工砂。分類：1、天然砂：由巖石在自然條件下風(fēng)化形成的。天然砂通常包括以下幾種類型：（1）河砂：性質(zhì)較好，多用。（2）山砂：含泥量及有機(jī)雜質(zhì)多。（3）海砂：混有貝殼和鹽分等有害雜質(zhì)。2、人工砂：由巖石軋碎而成的顆粒，表面有棱角，較潔凈，但價格較高，無特殊情況多不采用。上述幾種細(xì)集料中，一般工程上多使用河砂。1、物理常數(shù)：細(xì)集料內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征與粗集料的一致，只是粒徑大小不同，故其質(zhì)量與體積之間的關(guān)系圖與粗集料的一致，各物理常數(shù)的含義亦與粗集料的相同。（略）2、級配:是指集料中各種粒徑顆粒的搭配比例或分布情況。是通過篩分試驗確定的。對水泥混凝土用細(xì)集料可采用干篩法篩分試驗，如需要也可采用水洗法篩分。對瀝青混合料及基層用細(xì)集料必須采用水洗法篩分試驗。（注：對瀝青路面來說，礦料級配中0.075mm通過率至關(guān)重要，所以在對細(xì)集料篩分時要求進(jìn)行水篩，以準(zhǔn)確測定0.075以下部分的含量，這對于石屑等粉塵含量大的材料影響更大。而對水泥混凝土用砂，因考慮到級配的影響不大，故仍保留原來的干篩方法。）篩分試驗是將預(yù)先通過9.5mm篩(水泥混凝土用天然砂)或4.75mm篩(瀝青路面及基層用的天然砂、石屑、機(jī)制砂等)的試樣，稱取500g(M)置于一套孔徑為4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.6mm、0.3mm、0.15mm、0.075mm的方孔篩上，分別求出試樣存留在各篩上的質(zhì)量，即篩余量．然后按下述方式計算其有關(guān)級配參數(shù)。級配對水泥混凝土及瀝青混合料的強(qiáng)度、穩(wěn)定性及施工和易性有著顯著的影響，級配設(shè)計也是水泥混凝土和瀝青混合料配合比設(shè)計的重要組成部分。集料用標(biāo)準(zhǔn)篩均以方孔篩為準(zhǔn)，相應(yīng)的篩孔尺寸依次為: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。粒徑的定義：集料顆粒的大小（粗細(xì)）程度，亦稱粒度。集料最大粒徑：指集料的100%都要求通過的最小標(biāo)準(zhǔn)篩篩孔尺寸。集料公稱最大粒徑：指集料可能全部通過或允許有少量不通過(一般容許篩余不超過10%)的最小標(biāo)準(zhǔn)篩篩孔尺寸。這兩個定義涉及的粒徑有著明顯區(qū)別，通常集料公稱最大粒徑比最大粒徑要小一個粒級。但在實際使用過程中、甚至在一些書本資料上也經(jīng)常不加嚴(yán)格區(qū)別，容易引起混淆。實際工程中所指的最大粒徑往往是指公稱最大粒徑，這一點在今后的應(yīng)用中要加以區(qū)分。（1）分計篩余百分率:ai——各號篩的分計篩余百分率(％)，0.1%;mi——某號篩上的篩余質(zhì)量(g);M——集料試樣的總質(zhì)量，g。（2）累計篩余百分率:各號篩的累計篩余百分率為該號篩及大于該號篩的各號篩的分計篩余百分率之和，準(zhǔn)確至0.1％。（3）通過百分率:指100減去該號篩的累計篩余百分率之差，準(zhǔn)確至0.1％。即通過某號篩的試樣質(zhì)量占試樣總質(zhì)量的百分率。3、粗度：用于評價細(xì)集料粗細(xì)程度的指標(biāo)，通常用細(xì)度模數(shù)（細(xì)度模量）表示，準(zhǔn)確至0.01。

Mx——砂的細(xì)度模數(shù)；A0.15、A0.3

、…、A4.75——分別為0.15mm、0.3mm、…、4.75mm篩的累計篩余百分率（%）。細(xì)度模數(shù)愈大，表示細(xì)集料愈粗。砂按細(xì)度模數(shù)分為粗、中、細(xì)三種規(guī)格。砂的粗度分類：

Mx=3.7～3.1為粗砂

Mx=3.0～2.3為中砂

Mx=2.2～1.6為細(xì)砂細(xì)度模數(shù)雖能表示砂的粗細(xì)程度，但不能完全反映出砂的顆粒級配情況，因為相同細(xì)度模數(shù)的砂可有不同的顆粒級配。因此，要全面表征砂的顆粒性質(zhì)，必須同時使用細(xì)度模數(shù)和級配兩個指標(biāo)。[例1-1]

工地現(xiàn)有砂500g，篩分試驗后的篩分結(jié)果如表所示。計算該砂的細(xì)度模數(shù)，并評價其粗細(xì)程度。[解]按題所給篩分結(jié)果計算如表:

篩孔尺寸（mm）9.54.752.361.180.60.30.15盤底篩余量（g）010204510013515535篩孔尺寸（mm）9.54.752.361.180.60.30.15盤底篩余量（g）010204510013515535分計篩余百分率（%）02492027317累計篩余百分率（%）02615356293100通過百分率（%）100989485653870根據(jù)公式計算細(xì)度模數(shù)：由于細(xì)度模數(shù)為2.05在2.2~1.6之間，所以，此砂為細(xì)砂。課后小結(jié)：細(xì)集料主要指砂，它廣泛應(yīng)用于水泥混凝土及瀝青混合料中，學(xué)生必須掌握好其各項技術(shù)指標(biāo)、測定方法及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，從而達(dá)到保證材料質(zhì)量的目的。第二節(jié)礦質(zhì)混合料的組成設(shè)計課題:礦質(zhì)混合料的組成設(shè)計教具用品:相關(guān)試驗儀器教學(xué)目的:了解礦質(zhì)混合料的組成設(shè)計原理及設(shè)計方法重點難點:圖解法及級配曲綫的繪制1—2礦質(zhì)混合料的組成設(shè)計概述礦質(zhì)混合料顆粒級配應(yīng)滿足的基本要求：1、最小空隙率：即使不同粒徑的各級礦質(zhì)集料按一定的比例搭配后，應(yīng)有最大密實度。2、最大磨擦力：各級礦質(zhì)集料在進(jìn)行比例搭配時，應(yīng)使各級集料排列緊密，形成一個多級空間骨架結(jié)構(gòu)，且具有最大的摩擦力。礦質(zhì)混合料組成設(shè)計內(nèi)容：1、級配理論和級配范圍的確定2、基本組成的設(shè)計方法一、礦質(zhì)混合料的級配理論（一）級配類型先講級配曲線1、連續(xù)級配是采用標(biāo)準(zhǔn)篩對某一混合料進(jìn)行篩分試驗，所得級配曲線平順圓滑，具有連續(xù)性。2、間斷級配是在礦質(zhì)混合料中剔除其中一個分級或幾個分級而形成的不連續(xù)的混合料。（二）級配理論①最大密實度曲線理論Y連續(xù)級配②粒子干涉理論Y連續(xù)、間斷級配1、富勒理論級配曲線愈接近拋物線時，則其密度愈大。因此．當(dāng)級配曲線為拋物線時為最大密度曲線。（當(dāng)粒徑d等于最大粒徑D時，礦質(zhì)混合料的通過率等于100％，即。）2、泰波理論

通常取n=0.3—0.6。3、魏矛斯粒子干涉理論二、級配曲線范圍的繪制礦質(zhì)混合料按級配理論公式計算出各粒級的通過百分率，以粒徑(mm)為橫坐標(biāo)，以通過百分率為縱坐標(biāo)，繪制理論級配曲線。但由于礦料在軋制過程中的不均勻性，以及混合料配制時的誤差等因素影響，使所配制的混合料往往不可能與理論級配完全相符合。因此，必須允許配料時的合成級配在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)波動，這就是“級配范圍”。常坐標(biāo)，級配曲線明顯造成前疏后密，不便繪制和查閱，為此，通常用半對數(shù)坐標(biāo)代替，即橫坐標(biāo)顆粒粒徑(即篩孔尺寸)采用對數(shù)坐標(biāo)，而縱坐標(biāo)通過百分率采用常坐標(biāo)．L總=12.78mmL50=8.933mm設(shè)計依據(jù)(已知條件）：①各種集料的篩分結(jié)果②按規(guī)范要求的級配范圍即標(biāo)準(zhǔn)級配（一）試算法1.基本原理試算法適用于2—3種集料組成的混合料，是最簡單的一種方法。此方法的基本原理是，現(xiàn)有幾種礦質(zhì)集料，欲配制成某一種符合一定級配要求的礦質(zhì)混合料，在決定各組成集料在混合料中的比例時先假定混合料中某種粒徑的顆粒是由某一種對這一粒徑占優(yōu)勢的集料成，而其他各種集料中不含有此粒徑。這樣即可根據(jù)各個主要粒徑去試算各種集料在混合料中的大致比例，再經(jīng)過校核調(diào)整，最終獲得滿足混合料級配要求的各集料的配合比例。

三、礦質(zhì)混合料的組成設(shè)計方法例如現(xiàn)有A、B、C三種集料，欲配制成某一級配要求的混合料M。確定這三種集料在混合料M中的配合比例(即配合比)，按題意作下列兩點假設(shè)：①設(shè)X、Y、Z為A、B、C三種集料組成礦質(zhì)混合料M的配合比例，則：

X+Y+Z=100②又設(shè)混合料M中某一級粒徑(i)要求的含量為aM（i），A、B、C三種集料在原來級配中此粒徑(i)顆粒的含量分別為aA（i），aB（i），aC（i），則

aA（i）·X+aB（i）·Y

+aC（i）·Z=aM（i）

2．計算步驟(1)由假設(shè)①，混合料M中某一級粒徑(i)主要由A集料所提供(即A料占優(yōu)勢)，而忽略其他集料在此粒徑的含量，這樣即可計算出A料在混合料中的用量比例。按假設(shè)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)由假設(shè)②，混合料M中某一級粒徑(j)由C集料占優(yōu)勢，同理可計算出C料在混合料中的用量比例。按假設(shè)②得aC（j）·Z=aM（j），故：(3)由公式可計算出B料在混合料中的用量比例，即：

Y=100-

(X+Z)(4)校核按上述步驟即可計算A、B、C三種集料組成礦質(zhì)混合料的配合比X、Y、Z。經(jīng)校核如不在要求的級配范圍內(nèi)，應(yīng)調(diào)整配合比，重新計算和復(fù)核。

[例1-2]現(xiàn)有碎石、砂和礦粉三種集料，經(jīng)篩分試驗，各集料的分計篩余百分率列于表I-2,并列出按推薦要求設(shè)計混合料的級配范圍，試求碎石、砂和礦粉三種集料在要求級配混合料中的用量比例。

[解]（1）先將礦質(zhì)混合料要求級配范圍的通過百分率換算為分計篩余百分率，計算結(jié)果列于表1-3，并設(shè)碎石、砂、礦粉的配合比為X、Y、Z。(2)由表1-3可知，碎石中4.75mm粒徑顆粒含量占優(yōu)勢，假設(shè)混合料中4.75mm的粒徑全部由碎石提供aB（4.75）=

aC（4.75）=0，可以得到碎石在礦質(zhì)混合料中的用量比例：(3)同理，由表1-3可知，礦粉中＜0.075mm粒徑顆粒含量占優(yōu)勢，忽略碎石和砂中此粒徑顆粒的含量，即aA（＜0.075）=

aB（＜0.075）=0，則可得礦粉在礦質(zhì)混合料中的用量比例：

(4)由此可得砂在礦質(zhì)混合料中的用量比例：

Y=100-

(X+Z)=100-（49+21）=30（%）(5)校核。以試算所得配合比X=49%，Y=30%，Z=21%，按表1-4進(jìn)行校核。根據(jù)校核結(jié)果，符合級配范圍要求。如不符合級配范圍，應(yīng)調(diào)整配合比再進(jìn)行試算，經(jīng)幾次調(diào)整，逐步接近，直至達(dá)到要求。如經(jīng)計算確實不能符合級配要求，應(yīng)調(diào)整或增加集料品種。（二）圖解法又稱修正平衡而積法，是目前工程單位用的較多的一種方法。步驟①繪制級配曲線圖②確定各種集料的用量比例：兩線相疊、兩線相接、兩線相離。③校核及調(diào)整課后小結(jié)：礦質(zhì)混合料級配的好壞，直接地影響著水泥混凝土或瀝青混合料的技術(shù)性質(zhì)，因此學(xué)生必須掌握礦料的級配理論及設(shè)計方法。圖解法是本次課的重點。第二章石灰、水泥和穩(wěn)定土課題:無機(jī)膠凝材料教具用品:樣品教學(xué)目的:了解石灰、石膏等常用無機(jī)氣硬膠凝材料重點難點:石灰、石膏的技術(shù)性質(zhì)和用途膠凝材料的定義和分類膠凝材料的定義經(jīng)過一系列的物理和化學(xué)變化，能夠產(chǎn)生凝結(jié)硬化，將塊狀或粉狀材料膠結(jié)起來，形成為一個整體的材料。膠凝材料的分類如瀝青、聚合物等膠凝材料無機(jī)膠凝材料有機(jī)膠凝材料氣硬性膠凝材料水硬性膠凝材料如：石灰、石膏、水玻璃等通稱為“水泥”無機(jī)膠凝材料氣硬性膠凝材料加水拌合均勻后形成的漿體，只能在空氣中凝結(jié)硬化，而不能在水中硬化的膠凝材料。如石灰、石膏、水玻璃、鎂質(zhì)膠凝材料等。水硬性膠凝材料加水拌合均勻后形成的漿體，不僅能在干燥空氣中凝結(jié)硬化，而且能更好地在水中硬化，保持或發(fā)展其強(qiáng)度。如各種水泥。2-1石灰石灰按成品的加工方法分塊狀生石灰、磨細(xì)生石灰粉、消石灰粉、石灰膏、石灰乳等。一、石灰的生產(chǎn)工藝概述主要原料：石灰石，其主要化學(xué)成分CaCO3MgCO3以及雜質(zhì)。生產(chǎn)工藝——煅燒石灰生產(chǎn)過程，是石灰石煅燒過程。根據(jù)煅燒程度可分為欠火石灰、正火石灰、過火石灰。CaCO3==CaO+CO2MgCO3==MgO+CO2生石灰900℃700℃生石灰分類1、優(yōu)質(zhì)生石灰：潔白或帶灰色，密度輕，一般800—1000kg/m3.2、過火石灰：過火石灰表面有裂縫或玻璃狀的外殼，體積收縮明顯，顏色呈灰黑色，密度大。“過火石灰”使用時則消解緩慢，甚至用于建筑結(jié)構(gòu)物中仍能繼續(xù)消化，以致引起體積膨脹，導(dǎo)致灰層表面剝落或產(chǎn)生裂縫等破壞現(xiàn)象，故危害極大。3、欠火石灰：含有未燒透的內(nèi)核，效率低，欠火石灰的顏色發(fā)青且未消化殘渣含量高，有效氧化鈣和氧化鎂含量低，使用時缺乏黏結(jié)力。二、石灰的熟化和硬化1、生石灰的熟化熟化的過程生石灰+水熟石灰熟化的方式淋灰——生石灰粉（消石灰粉）化灰——熟石灰膏熟化過程的特點放出大量的熱；體積膨脹1～2.5倍。熟化過程的注意事項熟石灰在使用前必須陳伏15d以上（石灰熟化后，必須在隔絕空氣的條件下，放置兩個星期以上的時間，方可使用。這個過程叫做陳伏。）——防止過火石灰的危害；陳伏期間在化灰池表面保留一層水——防止石灰碳化。

將生石灰磨細(xì)成生石灰粉，則可不必預(yù)先熟化、陳狀，可直接使用，可節(jié)約場地，改善施工環(huán)境，但成本高，存期不能過長。

MgO+H2O==Mg（OH）2

CaO+H2O==Ca（OH）2+64.83kJ/mol2、石灰的硬化A、干燥硬化（結(jié)晶作用）：Ca（OH）2從飽和溶液中析出，晶體互相交叉連生，從而提高強(qiáng)度。B、碳化作用：Ca（OH）2和空氣中的CO2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成CaCO3使石灰的強(qiáng)度逐漸提高。石灰漿體的硬化包括上面兩個同時進(jìn)行的過程，即表層以碳化為主，內(nèi)部則以干燥硬化為主?？諝庵械腃02含量較少，碳化作用主要發(fā)生在石灰漿體與空氣接觸的表面上。表面上生成的CaC03膜層會阻礙C02的進(jìn)一步滲入，同時也阻礙內(nèi)部水分的蒸發(fā)，使Ca（OH）2的結(jié)晶作用也進(jìn)行得比較緩慢。所以在相當(dāng)長的時間里石灰漿體仍然處于表層為CaC03，內(nèi)部為Ca（OH）2的狀態(tài)，其硬化是一個相當(dāng)緩慢的過程。石灰硬化后的強(qiáng)度不高，其硬化過程主要依靠水分蒸發(fā)促便Ca（OH）2的結(jié)晶以及碳化作用。但Ca（OH）2易溶于水，在潮濕的環(huán)境中，石灰遇水溶解潰散，強(qiáng)度會降低，因此石灰不宜在長期潮濕的環(huán)境中或有水的環(huán)境中使用。純石灰漿硬化時發(fā)生收縮開裂，所以工程上常配制成石灰砂漿使用。三、石灰的技術(shù)要求和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（一）技術(shù)要求1、有效CaO和MgO的含量石灰中產(chǎn)生黏結(jié)性的有效成分是活性氧化鈣和氧化鎂。它們的含量是評價石灰質(zhì)量的主要指標(biāo)，其含量愈多，活性愈高，質(zhì)量也愈好。有效氧化鈣和氧化鎂含量的測定方法，按我國現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程規(guī)定，有效氧化鈣含量用中和滴定法測定，氧化鎂含量用絡(luò)合滴定法測定。有效CaO的概念：石灰中氧化鈣分為“結(jié)合氧化鈣”和“游離氧化鈣”兩類。結(jié)合氧化鈣是在煅燒中生成的鈣鹽(如硅酸鈣、鋁酸鈣和鐵酸鈣等)，在石灰中不起凝膠作用。游離氧化鈣又分為“活性”和“非活性”兩種。非活性氧化鈣是由“渣化”或“過燒”造成的，如通過粉碎，可變成活性的氧化鈣。有效氧化鈣是指在普通條件下，能與水反應(yīng)的那部分氧化鈣，主要來源于活性的游離氧化鈣．生石灰在空氣中存放時間過長，會吸收水分而消化成消石灰粉，再與空氣中的C02作用形成失去膠凝作用的CaC03粉末，將降低石灰的使用質(zhì)量。2、生石灰產(chǎn)漿量和未消化顆粒含量產(chǎn)漿量是單位質(zhì)量(1kg)的生石灰經(jīng)消化后，所產(chǎn)石灰漿體的體積(L)。石灰產(chǎn)漿量愈高，則表示其質(zhì)量越好。未消化殘渣含量是生石灰消化后，未能消化而存留在5mm圓孔篩上的殘渣質(zhì)量占試樣質(zhì)量的百分率。其含量愈多，石灰質(zhì)量愈差，須加以限制。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”的數(shù)量，C02含量越高，表示石灰中未完全分解的碳酸鈣比例越高，而Ca0+MgO含量則相對較低，影響石灰的膠結(jié)性能。4、消石灰游離水含量游離水含量，指化學(xué)結(jié)合水以外的含水量。生石灰在消化過程中加入的水是理論需水量的2~3倍，除部分水被石灰消化過程中放出的熱蒸發(fā)掉外，多加的水分殘留于氫氧化鈣(除結(jié)合水外)中，殘余水分蒸發(fā)后，留下孔隙會加劇消石灰粉碳化作用，以致影響石灰的使用質(zhì)量，因此對消石灰粉的游離水含量需加以限制。5、細(xì)度細(xì)度與石灰的質(zhì)量有密切聯(lián)系，過量的篩余物影響石灰的黏結(jié)性。現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定以0.9mm和0.125mm篩余百分率控制。試驗方法是，稱取試樣50g，倒入0.9mm、0.125mm套篩內(nèi)進(jìn)行篩分，分別稱量篩余物，按原試樣計算其篩余百分率。（二）石灰的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

建筑石灰按現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《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)的規(guī)定，按其氧化鎂含量劃分為鈣質(zhì)石灰和鎂質(zhì)石灰兩類，其分類界限按下表的規(guī)定。生石灰生石灰粉消石灰粉鈣質(zhì)石灰≤5≤5<4鎂質(zhì)石灰>5>5≥41）生石灰技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：根據(jù)氧化鎂含量分為鈣質(zhì)生石灰和鎂質(zhì)生石灰兩類，然后再按有效氧化鈣和氧化鎂含量、產(chǎn)漿量、未消解殘渣和CO2含量等4個項目的指標(biāo)分為優(yōu)等品、一等品和合格品3個等級，如下表：項目鈣質(zhì)生石灰鎂質(zhì)生石灰優(yōu)等品一等品合格品優(yōu)等品一等品合格品1.(CaO+Mg0)含量(％)不小于9085808580752.未消化殘渣含量(5mm)圓孔篩篩余量(％)不大于51015510153.C02(％)不大于57968104.產(chǎn)漿量(L／kg)不小于2.82.32.02.82.32.0消石灰粉技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：消石灰粉按氧化鎂含量<4％時稱為鈣質(zhì)消石灰粉，4％≤氧化鎂含量<24％時稱為鎂質(zhì)消石灰粉，24％≤氧化鎂含量<30％時稱為白云石消石灰粉。按等級分為優(yōu)等品、一等品和合格品等3個等級，如下表。項目鈣質(zhì)生石灰鎂質(zhì)生石灰白云石消石灰優(yōu)等品一等品合格品優(yōu)等品一等品合格品優(yōu)等品一等品合格品1．(CaO+Mgo)含量(％)

不小于7065606560556560552．游離水(％)0.4—2.00.4—2.00.4—2.0

3．體積安定性合格合格--合格合格--合格合格--4.細(xì)度0.9mm篩篩余(％)

不大于000.5000.5000.50.125mm篩余(％)

不大于310153101531015四、石灰的應(yīng)用及儲存（一）石灰的特點1.可塑性好；2.生石灰吸濕性強(qiáng)，保水性好；3.凝結(jié)硬化慢、強(qiáng)度低，28d的強(qiáng)度只有0.2—0.5Mpa

；4.硬化后體積收縮大，易開裂；5.耐水性差（因Ca(OH)2易溶于水）。水分揮發(fā)，體積收縮，故石灰一般不宜單獨使用，必須摻入骨料（如砂）或纖維材料等，起到抗收縮開裂的作用。（二）石灰的應(yīng)用

1、石灰砂漿主要用于地面以上部分的砌筑工程，并可用于抹面等裝飾工程。

2、加固軟土地基，在軟土地基中打人生石灰樁，可利用生石灰吸水產(chǎn)生膨脹對樁周土壤起擠密作用，利用生石灰和粘土礦物間產(chǎn)生的膠凝反應(yīng)使周圍的土固結(jié)，從而達(dá)到提高地基承載力的目的。

3、石灰和粘土按一定比例拌和制成石灰土或與粘土、砂石、爐渣制成三合土，用于道路工程的墊層。

4、在道路工程中，隨著半剛性基層在高等級路面中的應(yīng)用，石灰穩(wěn)定土、石灰粉煤灰穩(wěn)定土及其穩(wěn)定碎石等廣泛用于路面基層。在橋梁工程中，石灰砂漿、石灰水泥砂漿、石灰粉煤灰砂漿廣泛用于圬工砌體。（三）石灰的儲存1、防潮，不得與易燃、易爆等危險液體物品混合存放和混合運(yùn)輸。2、生石灰儲存時間不宜過長，一般不超過一個月。作到“隨到隨化”。如需要較長時間貯存生石灰，則應(yīng)將其消化后存放，并使表面隔絕空氣，以防碳化。3、熟石灰在使用前必須陳伏15d以上，以防止過火石灰對建筑物產(chǎn)生的危害。課后小結(jié)：石灰是無機(jī)結(jié)合料，屬氣硬性材料，只能用于大氣中，而不能用于水中。第二節(jié)水泥課題:水泥教具用品:相關(guān)試驗儀器教學(xué)目的:了解水泥的常見品種、水泥生產(chǎn)制造過程及主要礦物成分重點難點:水泥的主要礦物成分特征及其對水泥技術(shù)性質(zhì)的影響第二節(jié)水泥水泥概述1、水泥歷史不長，只100多年的歷史，但發(fā)展驚人2、水泥品種1）按化學(xué)成分為：①硅酸鹽類水泥有六大類：硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、火山灰硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、復(fù)合硅酸鹽水泥。②鋁酸鹽類水泥③無熟料（少熟料）類水泥2）按用途分為：①普通水泥②特殊水泥目前，在道路工程中，仍以硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥為主，故本節(jié)著重介紹這兩個品種的水泥。此外，由于道路路面對水泥的特殊要求，近年來已生產(chǎn)了道路水泥。特殊水泥是為了滿足一些特殊工程所生產(chǎn)的水泥，如：快硬水泥、早強(qiáng)水泥、膨脹水泥等。一、硅酸鹽水泥定義：凡由硅酸鹽水泥熟料、0—5%的石灰石或粒化高爐礦渣，適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱為硅酸鹽水泥。即國外的波特蘭水泥（Portlandcement），分為不摻混合材料P?I和摻不超過5%混合材料P?II。(一)硅酸鹽水泥生產(chǎn)工藝概述1、生產(chǎn)原料1）石灰質(zhì)原料提供CaO2）粘土質(zhì)原料提供SiO2Al2O3Fe2O3等3）校正材料一般為鐵礦，用來補(bǔ)充原材料中鐵質(zhì)的不足。2、生產(chǎn)工藝①按比例配生料并磨細(xì)將以上三種原材料按一定的比例配好，并并磨細(xì)制成生產(chǎn)水泥的生料。②窯中煅燒至1450°C，形成熟料。在高溫煅燒過程中，原材料之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成各種有用物質(zhì)，尤其是1450°C時最關(guān)鍵，它是水泥中最重要的成分硅酸三鈣生成的溫度。③加入石膏磨細(xì)制成水泥（調(diào)節(jié)水泥凝結(jié)速度）。即“兩磨一燒”。石灰質(zhì)原料粘土質(zhì)原料校正原料按比例混合磨細(xì)煅燒石膏石灰石或?；郀t礦渣硅酸鹽水泥（CaO）（SiO2、Al2O3）（Fe2O3）Al2O3Fe2O3CaOSiO2生料熟料磨細(xì)由上圖，硅酸鹽水泥生產(chǎn)工藝可以概括為：“兩磨一燒”（二）硅酸鹽水泥的化學(xué)成分與礦物組成1、硅酸鹽水泥的礦物組成[原料][化學(xué)成分][熟料礦物組成]

[簡式]石灰質(zhì)CaO3CaO.SiO2

C3S粘土質(zhì)SiO22CaO.SiO2

C2SAl2O33CaO.Al2O3

C3AFe2O34CaO.Al2O3.Fe2O3

C4AF2、水泥熟料主要礦物組成的性質(zhì)

C3S:主要成分，含量50%左右，水化速度快，水化熱高，且早期強(qiáng)度高，水化物對水泥早期強(qiáng)度起主要作用。

C2S:含量15-37%，水化速度慢，水化熱低，早期強(qiáng)度低，后期強(qiáng)度高，耐化學(xué)侵蝕性和干縮性較好。C3A:含量在15%以下，水化速度最快，水化熱最高，耐化學(xué)侵蝕性差，干縮性大。C4AF:含量10%-18%，水化速度較快，水化熱較高，強(qiáng)度低，但對于抗折強(qiáng)度起重要作用，耐化學(xué)侵蝕性好，干縮性小。3、水泥熟料主要成分特性比較（由高至低排列）1）反應(yīng)速度C3AC3SC4AFC2S2）釋熱量C3AC3SC4AFC2S3）強(qiáng)度C3SC2SC3A不高C4AF對抗折強(qiáng)度有利4）耐侵蝕性C4AFC2SC3SC3A5）干縮性C3A最大C3S居中C4AFC2S最小4、礦物組成對水泥性能的影響不同的礦物成分，表現(xiàn)出不同的特性。水泥是由多種礦物成分組成的，改變各種礦物成分的含量比例以及它們之間的匹配，則可以生產(chǎn)出性能各異的水泥。如：大壩水泥（低熱）：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。高強(qiáng)水泥：提高C3S的含量。課后小結(jié)：水泥的發(fā)展歷史只有100多年，但是由于其自身的良好工程性質(zhì)，因而被普遍地應(yīng)用于種類建筑物中。本次課重點學(xué)習(xí)水泥的礦物組成、特點及其對水泥的技術(shù)性質(zhì)的影響。課題:水泥之二教具用品:無教學(xué)目的:了解水泥凝結(jié)、硬化過程水化反應(yīng)及物理變化重點難點:水化反應(yīng)的過程對水泥凝結(jié)時間的影響（三）硅酸鹽水泥的凝結(jié)和硬化概念凝結(jié)：水泥加水后成為可塑的水泥漿體，由于水泥的水化作用，水泥逐漸變稠失去流動性和可塑性和未具強(qiáng)度的過程，稱為水泥的凝結(jié)。硬化：水泥凝結(jié)后產(chǎn)生強(qiáng)度，逐漸發(fā)展成為堅硬的人造石的過程稱為水泥的“硬化”1、水泥的水化水泥遇水后，發(fā)生下列水化反應(yīng)：1）C3S

3CaO.SiO2+nH2OxCaO.SiO2yH2O+(3-x)Ca(OH)22)C2S

2CaO.SiO2+mH2OxCaO.SiO2yH2O+(2-x)Ca(OH)23)C3A

3CaO.Al2O3+6H2O3CaO.Al2O3.6H2O

水化鋁酸鈣在石膏激發(fā)下，發(fā)生水化反應(yīng)

3CaO.Al2O3+3CaSO4.2H2O+26H2O3CaO.Al2O3.3CaSO4

.32H2O

（鈣礬石）4）C4AF4CaO.Al2O3.Fe2O3+7H2OCaO.Al2O3.6H2O+CaO.Fe2O3.H2O石膏存在的情況下，繼續(xù)反應(yīng)4CaO.Al2O3.Fe2O3+3CaSO4.2H2O+26H2O3CaO.(Al2O3.Fe2O3)3CaSO4.32H2O三硫型水化鐵鋁酸鈣無論是C3A還是C4AF，在水泥中石膏消耗完畢后，水泥中尚未消化的C3A或C4AF將與其三硫型水化物反應(yīng)，生成單硫化物：3CaO.Al2O3

.3CaSO4

.32H2O+2[3CaO.Al2O3]+4H2O3[3CaO.Al2O3

.CaSO4

.12H2O]因此，水泥水化后，其主要水化物有六種，列于下表：

硅酸鹽水泥水化產(chǎn)物的化學(xué)組成

序號水化產(chǎn)物名稱化學(xué)組成常用縮寫含量1水化硅酸鈣xCaOSiO2yH2OC-S-H70%2氫氧化鈣Ca(OH)2

CH20%3三硫型水化硫鋁酸鈣（鈣礬石）3CaO(Al2O3Fe2O3)3CaSO432H2OC3A3CSH32

7%4單硫型水化硫鋁酸鈣（單硫鹽）CaO(Al2O3Fe2O3)CaSO412H2OC3A3CSH12

5三硫型水化鐵鋁酸鈣3CaOAl2O33CaSO412H2OC3（AF）3CSH32小于3%6單硫型水化鐵鋁酸鈣3CaOAl2O3CaSO412H2OC3（AF）CSH12

2、水泥的凝結(jié)及硬化1）初始反應(yīng)期2）誘導(dǎo)期3）凝結(jié)期4）硬化期3、影響水泥凝結(jié)、硬化的主要因素1）水灰比對水泥凝結(jié)、硬化的影響水灰比越大，水泥凝結(jié)、硬化的速度越慢。2）石膏對水泥凝結(jié)、硬化的影響水泥中加入適量的石膏，起到緩凝的作用，提高了水泥的應(yīng)用性能。過量的石膏將會與水化鋁酸鈣反應(yīng)，生成過多的水化硫鋁酸鈣，引起水泥石結(jié)構(gòu)破壞。3）溫度、濕度對水泥凝結(jié)、硬化的影響水泥水化必須在一定的溫度與濕度下才能進(jìn)行，當(dāng)溫度低于零度時，水泥水化不再進(jìn)行，并且結(jié)構(gòu)亦因水的結(jié)冰，體積膨脹而引起水泥結(jié)構(gòu)破壞。4）水泥的齡期與強(qiáng)度的關(guān)系早期增長快，后期增長慢3—7d強(qiáng)度發(fā)展快4周后顯著減慢課題:水泥的技術(shù)性質(zhì)與標(biāo)準(zhǔn)教具用品:相關(guān)儀器一套教學(xué)目的:了解硅酸鹽水泥的各項技術(shù)性質(zhì)及其含義、標(biāo)準(zhǔn)要求重點難點:各性質(zhì)的測定方法及要求（四）硅酸鹽水泥的技術(shù)性質(zhì)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)1、技術(shù)性質(zhì)1）化學(xué)性質(zhì)①氧化鎂的含量：指水泥中游離的MgO含量，其水化反應(yīng)速度慢，體積膨脹，引起水泥體積不安定。規(guī)定5.0%②三氧化硫酸含量過多時，亦引起體積膨脹，不安定，規(guī)定3.5%③燒失量由于受潮或煅燒不佳引起的，要求PI3.0%,PII3.5%PO5.0%④不溶物用鹽酸溶解后的不溶殘渣規(guī)定PI0.75%,PII1.50%2）物理性質(zhì)①細(xì)度：指水泥顆粒的粗細(xì)程度細(xì)度對水泥的影響：越細(xì)則凝結(jié)快，早期強(qiáng)度高；過細(xì)，則干縮性大測定方法：1、篩析法：負(fù)壓篩、水篩，適用于其它幾種水泥

2、比表面積法：適用于硅酸鹽水泥規(guī)定：硅酸鹽水化比表面積大于300m2/kg，其它幾種水泥在80方孔篩篩余10%②水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)稠度時的用水質(zhì)量占水泥質(zhì)量百分比計算公式如下：式中：mw——水泥達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)稠度時的用水量（g）mc——水泥質(zhì)量（g）測定方法：1、標(biāo)準(zhǔn)法試桿法，試桿沉至距底板6mm±1mm2、代用法：a、固定水量法(p=33.4—0.185s)。b、調(diào)整水量法s=28mm±2mm即測定水泥的錐入深度達(dá)到要求時的水質(zhì)量③凝結(jié)時間定義：水泥從加水到失去可塑性所需的時間其測定方法只有標(biāo)準(zhǔn)方法，沒在代用方法：分為1、初凝時間試針沉入距底板：4mmE1mm2、終凝時間試針沉入試樣：0.5mm凝結(jié)時間對公路施工的影響：初凝不能太快，終凝不能太慢規(guī)定：1、對硅酸鹽水泥，其初凝不早于45min的，終凝不遲過6.5h（390min）2、對普通硅酸鹽水泥，其初凝不早于45min的，終凝不遲過10h④體積安定性定義：反映水泥漿在凝結(jié)、硬化過程中，體積變化的均勻程度。影響因素：三氧化鎂含量、三氧化硫含量測定：煮沸法（試餅法、雷氏夾法）水泥凈漿攪拌機(jī)水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度及凝結(jié)時間測定儀水泥沸煮箱雷氏夾

(5)強(qiáng)度強(qiáng)度是水泥技術(shù)要求中最基本的指標(biāo)，也是水泥的重要技術(shù)性質(zhì)之一。水泥強(qiáng)度除了與水泥本身的性質(zhì)(熟料礦物成分、細(xì)度等)有關(guān)外，并與水灰比、試件制作方法、養(yǎng)護(hù)條件和時間有關(guān)。按行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規(guī)程》(JTGE30—2005)規(guī)定，用水泥膠砂強(qiáng)度法(ISO法)作為水泥強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)檢驗方法。

水泥膠砂強(qiáng)度法(ISO法)水泥：標(biāo)準(zhǔn)砂：水=1：3：0.5標(biāo)準(zhǔn)試件尺寸：40mmx40mmx160mm規(guī)定齡期：3d，28d。