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文檔簡介

道路建筑材料內(nèi)容演示文稿當(dāng)前1頁,總共287頁。建筑材料:是用于建筑物各個部位的各種構(gòu)件和結(jié)構(gòu)體并最終構(gòu)成建筑物的材料。道路建筑材料:是用于路橋建筑物各個部位的各種構(gòu)件和結(jié)構(gòu)體并最終構(gòu)成路橋的材料。緒論課程介紹當(dāng)前2頁,總共287頁。一、課程性質(zhì)

《道路建筑材料》是道路與橋梁工程的一門專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課,是研究道路與橋梁用材料組成、性能和應(yīng)用的一門課程。二、課程結(jié)構(gòu)

1、組成:理論課+試驗(yàn)課

◆課程設(shè)計(jì):水泥砼配合比設(shè)計(jì)瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)當(dāng)前3頁,總共287頁。2、內(nèi)容①石料與集料砂石材料是公路橋梁工程中用量最大的一種建筑材料砂石材料——經(jīng)過人工開采的巖石或軋制碎石以及地殼巖層巖石經(jīng)天然風(fēng)化而得到的松散材料。用途:直接用于鋪道路或各種橋梁結(jié)構(gòu)物作為集料來配制水泥砼和瀝青混合料當(dāng)前4頁,總共287頁。②無機(jī)結(jié)合料及制品石灰、水泥、水泥砼是橋梁建筑中鋼筋砼和預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)的主要材料③有機(jī)結(jié)合料及其混合料瀝青、瀝青混合料④土⑤高聚物材料⑥鋼材和木材當(dāng)前5頁,總共287頁。材料的組成→性能→指標(biāo)→試驗(yàn)→應(yīng)用→貯存、運(yùn)輸力學(xué)性質(zhì)物理性質(zhì)

化學(xué)性質(zhì)工藝性質(zhì)三、材料的技術(shù)性質(zhì)1、檢驗(yàn)方法常用的檢驗(yàn)方法有三種:試驗(yàn)室原始材料性能檢測試驗(yàn)室內(nèi)模擬機(jī)構(gòu)檢驗(yàn)測定現(xiàn)場修筑試驗(yàn)性機(jī)構(gòu)物測定2、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)見教材P3四、檢驗(yàn)方法與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)四項(xiàng)技術(shù)性質(zhì)當(dāng)前6頁,總共287頁。第一章砂石材料

第一節(jié)砂石材料的技術(shù)性質(zhì)砂石材料:集料(粒料)+石料(巖石)一、巖石的技術(shù)性質(zhì)(物理、力學(xué)、化學(xué))石料:應(yīng)符合設(shè)計(jì)規(guī)定的類別和強(qiáng)度等級,石質(zhì)均勻、不易風(fēng)化、無裂縫和良好耐久性能的巖石。

物理常數(shù)——各種密度和孔隙性石料物理性質(zhì)吸水性——含水量的程度耐候性——抗風(fēng)化性、抗凍性等當(dāng)前7頁,總共287頁。⒈物理性質(zhì)

不包括孔隙(開、閉)測量方法:密度瓶法。體積測定:石料磨粉⑴真實(shí)密度:石料在規(guī)定條件下,單位真實(shí)體積的質(zhì)量。公式:1)物理常數(shù)一塊砌體當(dāng)前8頁,總共287頁??諝庵蟹Q量m0=0當(dāng)前9頁,總共287頁。⑵毛體積密度:●定義:在規(guī)定條件下,烘干巖石單位體積的質(zhì)量。(包括孔隙體積)

●體積測定:量積法——吸水飽和24小時,稱其質(zhì)量(體積),蠟封法——測毛體積。單位:g/cm3、kg/m3

。一塊砌體公式:當(dāng)前10頁,總共287頁。⑶孔隙率:定義:石料孔隙體積占總體積的百分率。

問題:①孔隙率和空隙率不同點(diǎn)?②是否孔隙率大吸水率就大?(構(gòu)造有關(guān))(%)當(dāng)前11頁,總共287頁。2)吸水性石料的吸水性是石料在規(guī)定的條件下吸水的能力。采用吸水率和飽和吸水率兩項(xiàng)指標(biāo)來表征石料的吸水性。(1)吸水率

在規(guī)定條件下(室內(nèi)常溫20℃±2℃和大氣壓條件下),巖石試樣最大的吸水質(zhì)量與烘干巖石試件質(zhì)量之比,以百分率表示。吸水率公式wa——巖石吸水率(%)

m——烘至恒重時的試件質(zhì)量(g)

m1——吸水至恒重時的試件質(zhì)量(g)當(dāng)前12頁,總共287頁。(2)飽和吸水率

在室內(nèi)常溫(20℃±2℃)和真空抽氣(抽至真空度為殘壓2.67Kpa)后的條件下,石料最大吸水的質(zhì)量占烘干石料試件質(zhì)量的百分率。我國規(guī)范采用真空抽氣法和煮沸法測定。飽和吸水率公式wsa——巖石飽和吸水率(%)

m——烘至恒重時的試件質(zhì)量(g)

m2——試件經(jīng)強(qiáng)制飽和后的質(zhì)量(g)

飽和吸水率大于吸水率(吸水率、飽和吸水率能有效地反映巖石微裂隙的發(fā)育程度,可用來判斷巖石的抗凍性和抗風(fēng)化等性能)當(dāng)前13頁,總共287頁。(3)水對巖石工程性能的影響A、石料飽水系數(shù)(Kb)

Kb=Wa/WSaKb→1,石料抗凍性能差,Kb>0.85寒冷地區(qū)不用。B、石料軟化系數(shù)(Kr

Kr=Rb/Rg

Rb同種石料吸水飽和時抗壓強(qiáng)度;Rg同種石料干燥時抗壓強(qiáng)度

Kr→1,石料耐水性好,石料強(qiáng)度受水影響小,Kr<0.6不用,Kr<0.75不用于重要工程。當(dāng)前14頁,總共287頁。3)抗凍性

抗凍性是指石料在飽水狀態(tài)下,能抵抗多次凍結(jié)和融化作用而不破壞,強(qiáng)度不嚴(yán)重降低的性能。

我國現(xiàn)行抗凍性的試驗(yàn)方法是采用直接凍融法,該方法是將石料加工為規(guī)則的塊狀試樣,在常溫條件下(20℃±5℃),采用逐漸浸水的方法,使開口孔隙吸飽水分,然后置于負(fù)溫(通常采用-15℃)的冰箱中凍結(jié)4h,最后在常溫(20±5℃)的水中融解4h,如此為一凍融循環(huán)。經(jīng)過10、15、25或50次循環(huán)后,(D15、D20為巖石的抗凍標(biāo)號,其中15、20表示的是凍融循環(huán)次數(shù))觀察其外觀破壞情況并加以記錄。采用經(jīng)過規(guī)定凍融循環(huán)后的質(zhì)量損失百分率表征其抗凍性。當(dāng)前15頁,總共287頁。

定義:R=P/A

(抵抗撞擊、邊緣剪力和摩擦聯(lián)合作用的性能)磨耗率Q=(m1-m2)/m1×1002.力學(xué)性質(zhì)1)單軸抗壓強(qiáng)度2)磨耗性當(dāng)前16頁,總共287頁。

3.化學(xué)性質(zhì)

1)、化學(xué)成分對化學(xué)性質(zhì)影響2)、礦物成分對化學(xué)性質(zhì)影響3)、巖石酸堿性(石灰?guī)r為堿性巖石,巖漿巖為酸性巖石)巖漿巖的酸性根據(jù)SiO2的含量,巖漿巖石可分為:酸性巖石(大于65%)

中性巖石(52%~65%)基性、超基性巖石(小于52%)當(dāng)前17頁,總共287頁。㈠道路路面建筑用巖石制品⒈高級鋪砌用整齊塊石⒉路面鋪砌用半整齊塊石⒊鋪砌用不半整齊塊石⒋錐形塊石㈡橋梁建筑用主要巖石制品⒈片石⒉塊石⒊方塊石⒋粗料石⒌細(xì)料石⒍鑲面石二、道路和橋涵用巖石制品當(dāng)前18頁,總共287頁。三、集料的技術(shù)性質(zhì)

集料:為在混合料中起骨架或填充作用的粒料。分粗、細(xì)集料,有天然、機(jī)制、工業(yè)廢料概述:粗集料是在混合料中起骨架作用的粒料。有人工軋制的—碎石;天然風(fēng)化而成—卵礫石。瀝青混合料中粗集料粒徑大于2.36mm,水泥混凝土粗集料粒徑大于4.75mm。㈠

粗集料的技術(shù)性質(zhì)⒈物理性質(zhì)

1)物理常數(shù)⑴表觀密度:單位表觀體積的質(zhì)量。└Vs+Vn(閉口)公式:(g/㎝3)當(dāng)前19頁,總共287頁。表觀體積測定:網(wǎng)藍(lán)法。稱量完全干燥道路使用的集料規(guī)定:密實(shí)——不包括開口孔隙。當(dāng)前20頁,總共287頁。試驗(yàn):當(dāng)前21頁,總共287頁。⑵毛體積密度:

定義:粗集料在規(guī)定條件下,單位毛體積的質(zhì)量。

公式:測定方法:浸24h飽水后,用濕毛巾擦干后而求得飽和面干質(zhì)量。然后用排水法求得水中的質(zhì)量。飽和面干當(dāng)前22頁,總共287頁。堆積密度:集料裝填于容器中包括集料空隙和孔隙在內(nèi)單位體積的質(zhì)量。體積確定:容積升(自然堆積密度)⑶松方密度:

公式:

振動堆積密度當(dāng)前23頁,總共287頁。細(xì)集料堆積密度及緊裝密度試驗(yàn)當(dāng)前24頁,總共287頁??障堵剩杭显谧匀欢鸭瘯r的空隙占總體積的百分率。⑷空隙率

公式:

問題:空隙率和孔隙率有什么不同?當(dāng)前25頁,總共287頁。2)級配

標(biāo)準(zhǔn)篩為方孔篩,篩孔孔徑為70mm、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。其余性質(zhì)同細(xì)集料當(dāng)前26頁,總共287頁。3)堅(jiān)固性

按規(guī)范規(guī)定,對已軋制成的碎石或天然卵石用硫酸鈉溶液進(jìn)行干濕循環(huán)試驗(yàn)。經(jīng)5次循環(huán)后,觀察其表面破壞情況,用質(zhì)量損失百分率計(jì)算其堅(jiān)固性。2、力學(xué)性質(zhì)力學(xué)性質(zhì)壓碎值磨光值沖擊值磨耗值當(dāng)前27頁,總共287頁。1)壓碎值定義:討論與分析:集料在逐漸增加的荷載下,抵抗壓碎的能力。

將9.5-13.2mm集料試樣3Kg裝入壓碎值測定儀的鋼制圓筒內(nèi),放在壓力機(jī)上,在10min左右時間內(nèi)均勻的加荷載至400KN,穩(wěn)壓5s,立即卸載,稱其通過2.36mm的篩余質(zhì)量。按下式計(jì)算試驗(yàn)前試樣質(zhì)量(g)試驗(yàn)后通過2.36mm篩孔的細(xì)料質(zhì)量(g)

石料壓碎值(%)

當(dāng)前28頁,總共287頁。2)磨光值(PSV)討論與分析:

表示集料抵抗車輪磨光作用的能力,是保證路面(特別是高速公路、一級公路)具有足夠抗滑性能的重要力學(xué)性質(zhì),可采用加速磨光機(jī)和擺式摩擦系數(shù)測定儀測定。石料磨光值越高,表示其抗滑性越好。當(dāng)前29頁,總共287頁。3)沖擊值(AIV)定義:討論與分析:集料在逐漸增加的荷載下,抵抗壓碎的能力。試樣總質(zhì)量(g)沖擊破碎后通過2.36mm的試樣質(zhì)量(g)

集料沖擊值(%)

當(dāng)前30頁,總共287頁。4)磨耗值(AAV)定義:討論與分析:集料在逐漸增加的荷載下,抵抗壓碎的能力。集料表干密度(g/cm3)磨耗前試件的質(zhì)量(g)

集料道瑞磨耗值(%)

磨耗后試件的質(zhì)量(g)

當(dāng)前31頁,總共287頁。(一)細(xì)集料的技術(shù)性質(zhì)概述:產(chǎn)源:天然砂——山砂、河砂、人工砂——提高粘結(jié)力廢料——廢模型砂(砂——細(xì)碎如砂的物質(zhì),砂礫)(沙—極細(xì)碎的石礫,沙漠、風(fēng)沙)主要起填充作用考慮:產(chǎn)源、粒徑、物理、酸堿性、級配

總結(jié):瀝青混合料中的細(xì)集料是指粒徑——小于2.36mm;

水泥混凝土中的細(xì)集料是指粒徑——小于4.75mm。當(dāng)前32頁,總共287頁。⒈物理常數(shù)(同粗集料)

分析:與粗集料不同點(diǎn)——粒徑小、量少;

要求——干凈的(含泥量、雜質(zhì)量、有機(jī)質(zhì))⒉級配:是砂各級粒徑顆粒的分配情況。方法:采用篩析法(方孔篩——一套標(biāo)準(zhǔn)篩)分析:級配——目的:提高密實(shí)(耐久性好)細(xì)度模數(shù)——目的:控制抗折強(qiáng)度、節(jié)約水泥總結(jié):砂子的級配兩方面控制。同時滿足要求。當(dāng)前33頁,總共287頁。(舊篩方孔)5.0mm——4.75mm(新)

2.5mm——2.36mm1.25mm——1.18mm0.63mm——0.6mm

控制粒徑

0.315mm——0.3mm0.16mm——0.15mm

⒉級配總稱量500g篩析法:一套標(biāo)準(zhǔn)篩。0.6mm粒徑的含量決定它的區(qū)間。當(dāng)前34頁,總共287頁。有關(guān)級配的重要參數(shù)存留量:mi;總量:M=500g⑴分計(jì)篩余百分率⑵累計(jì)篩百分率⑶通過百分率目的:求100g砂中各篩上存留量.當(dāng)前35頁,總共287頁。⒊粗度:粗度是評價砂粗細(xì)的一種指標(biāo)。用細(xì)度模數(shù)表示,是各號篩的累計(jì)篩余百分率之和除以100之商。公式:規(guī)定:砂的細(xì)度模數(shù)分為三級。

MX

=3.7~3.1

粗砂

MX=3.0~2.3中砂

MX=2.2~1.6細(xì)砂“%”不代入計(jì)算A1:不是砂子當(dāng)前36頁,總共287頁。⑴細(xì)度模數(shù)——水泥裹覆著集料平均粒徑組成;

分析:①粒徑差太大,拌合困難;②粒徑差太小,細(xì)小顆粒多受力易斷裂;③細(xì)級料粒徑過小表面積大,浪費(fèi)水泥;④完全是一種顆粒的砂,密實(shí)度不夠。

——還必須考慮顆粒的級配。總結(jié)(1):問題:粗、中、細(xì)砂如何確定?⒈砂的粗細(xì)程度確定的指標(biāo)有哪兩項(xiàng)?當(dāng)前37頁,總共287頁。⑵顆粒級配:級配好——密實(shí)——耐久性好——強(qiáng)度高?;炷劣蒙暗募壟浒础督ㄖ蒙啊罚℅B/T14684—2001)的規(guī)定劃分為

3個級配區(qū)有:粗砂、中砂、細(xì)砂。完全粗的不行,小顆粒的也需要。要符合3-3規(guī)定。從級配來說,就是填滿骨架的空隙。詳見砂的分區(qū)及級配范圍表3-3:總結(jié)(2):當(dāng)前38頁,總共287頁。級配區(qū)

篩孔尺寸(mm)9.54.752.361.180.60.30.15累計(jì)篩余(%)Ⅰ(粗)010~035~565~3585~7195~80100~90Ⅱ(中)010~025~050~1070~4192~70100~90Ⅲ(細(xì))010~015~025~040~1685~55100~90

砂的分區(qū)及級配范圍

表3-3說明:

Ⅰ區(qū)砂屬于粗砂——采用較Ⅱ區(qū)大的砂率(不易搗實(shí));Ⅱ區(qū)砂屬于中砂——由中砂和一部分偏粗砂的細(xì)砂組成;Ⅲ區(qū)砂屬于細(xì)砂——采用較Ⅱ區(qū)小的砂率(易搗實(shí))。當(dāng)前39頁,總共287頁。0102030405060708090100累計(jì)篩余百分率(%)上限下限P62—控制粒徑偏粗偏細(xì)中砂——Ⅱ區(qū)砂樣當(dāng)前40頁,總共287頁。粗砂——Ⅰ區(qū)細(xì)砂——Ⅲ區(qū)規(guī)定:必須同時滿足級配和Mx兩項(xiàng)指標(biāo)。砂樣砂樣當(dāng)前41頁,總共287頁。注意:⒈砂樣的曲線完全在標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間之內(nèi),且Mx符合規(guī)定二者統(tǒng)一,如:都屬于二區(qū),該項(xiàng)砂是中砂;⒉除5.0mm和6.0mm篩孔外,允許超出分界線,但其總量不應(yīng)大于5%;⒊如何選擇細(xì)集料屬于哪個級配區(qū)?①先計(jì)算細(xì)度模數(shù),但超出量符合規(guī)定,來確定。②若有一方面不符合規(guī)定,該集料不符合要求。⒋若給定的集料不符合規(guī)定,可取用二種以上集料組合級配,直到符合要求為止。⒌集料一定要干凈,符合有害雜質(zhì)含量的規(guī)定。當(dāng)前42頁,總共287頁。

砂子類別確定的設(shè)計(jì)步驟例:已知砂子篩分的存留量設(shè)計(jì)步驟:計(jì)算分計(jì)篩余量⒈計(jì)算重要參數(shù):計(jì)算累計(jì)篩余量計(jì)算通過百分率⒉計(jì)算細(xì)度模數(shù)(結(jié)果)⒊用標(biāo)準(zhǔn)級配確定砂子的級配范圍(結(jié)果)⒋結(jié)論(根據(jù)細(xì)度模數(shù)和級配范圍)。當(dāng)前43頁,總共287頁。

四、冶金礦渣集料指黑色金屬冶金礦渣集料——

(高爐重礦渣、鋼渣)在空氣中冷卻形成堅(jiān)硬的材料—路用、集料冶金礦渣的化學(xué)成分——酸、中、堿礦渣物理性質(zhì)——相對密度2.97~3.32g/cm(2.67~2.7g/cm)

堆積密度約900㎏/m3力學(xué)性質(zhì)——強(qiáng)度較高(相當(dāng)于花崗巖)壓碎值磨光值磨耗值符合要求應(yīng)用:穩(wěn)定的礦渣集料可應(yīng)用于各種路面的基層和墊層。當(dāng)前44頁,總共287頁。Ⅰ類宜用于強(qiáng)度等級大于C60的混凝土;Ⅱ類宜用于強(qiáng)度等級C30-C60及抗凍、抗?jié)B或其它要求的混凝土;Ⅲ類宜用于強(qiáng)度等級小于C30的混凝土和建筑砂漿。砂子的用途當(dāng)前45頁,總共287頁。第二節(jié)礦質(zhì)混合料的組成設(shè)計(jì)

道路與橋梁用砂石材料,大我數(shù)是以礦質(zhì)混合料的形式與各種結(jié)合料(如水泥或?yàn)r青等)組成混合料使用。然而在礦質(zhì)混合料中各檔集料是相互搭配使用的,欲使混合料具備優(yōu)良的性能,除各種礦質(zhì)集料的技術(shù)性質(zhì)應(yīng)符合技術(shù)要求外,礦質(zhì)混合料還必須滿足最小空隙率和最大摩擦力的基本要求。

1、礦質(zhì)混合料級配優(yōu)良的標(biāo)準(zhǔn):

(1)、最大密實(shí)度、空隙率最??;

(2)、充分發(fā)揮粗礦料骨架支撐作用、形成最大磨擦力;

(3)、礦料表面積不太大,結(jié)合料(膠結(jié)材料)省。

2、礦質(zhì)混合料進(jìn)行組成設(shè)計(jì),其主要內(nèi)容包括:

(1)級配理論和級配范圍的確定;

(2)基本組成的設(shè)計(jì)方法。當(dāng)前46頁,總共287頁。一、礦質(zhì)混合料的級配理論(一)級配類型典型級配:連續(xù)級配和間斷級配。1.連續(xù)級配:篩孔尺寸由大到小,逐級粒徑均有,按比例互相搭配組成的礦質(zhì)混合料。2.間斷級配:在礦質(zhì)混合料中剔除其一個或幾個分級而形成一種不連續(xù)的混合料。(二)級配理論1.富勒(W.B.Fuller)理論:P2=kdP=100(d/D)0.5

式中:P—欲計(jì)算的某級粒徑d(mm)的通過百分率(%);

d—欲計(jì)算的某級粒徑d(mm);

D—礦質(zhì)混合料的最大粒徑(mm)。2.泰波(A.N.Talbal)理論:P=100(d/D)n式中:P—欲計(jì)算的某級粒徑d(mm)的通過百分率(%);n—試驗(yàn)指數(shù);d—欲計(jì)算的某級粒徑d(mm);D—礦質(zhì)混合料的最大粒徑(mm)。當(dāng)前47頁,總共287頁。3.魏茅斯(C.A.G.Weymouth)粒子干涉理論

魏矛斯提出的粒子干涉理論,認(rèn)為顆粒之間的空隙,應(yīng)由次小一級顆粒所填充;其所余空隙又由再次小顆粒所填充,但填隙的顆粒不得大于其間隙之距離,否則大小顆粒粒子之間勢必發(fā)生干涉現(xiàn)象。為避免干涉起見,大小粒子之間應(yīng)按一定數(shù)量分配,并從臨界干涉的情況下可導(dǎo)出前分級粒度的間距計(jì)算公式:當(dāng)前48頁,總共287頁。二、級配曲線范圍的繪制

理論級配曲線:以級配理論公式計(jì)算出的通過百分率(%)為縱坐標(biāo),以粒徑(mm)為橫坐標(biāo)繪制而成的曲線。級配曲線范圍: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,所配制的混合料必須在一定的范圍內(nèi)波動。若為常坐標(biāo),級配曲線明顯造成前密后疏,不便繪制和查閱,所以一般采用半對數(shù)坐標(biāo)進(jìn)行繪制。這種方法是用半對數(shù)坐標(biāo)繪制級配曲線。半對數(shù)坐標(biāo)就是以對數(shù)坐標(biāo)為橫坐標(biāo),以常坐標(biāo)為縱坐標(biāo)所繪制的坐標(biāo)網(wǎng)。建立半對數(shù)坐標(biāo)的一般方法如下:

1、先計(jì)算出各顆粒粒徑的對數(shù)lgdi2、求出各顆粒粒徑間的對數(shù)間距,即lgdi-lgdi-1(精確到0.01),并計(jì)算出各顆粒粒徑對數(shù)間距的總和,即Σ(lgdi-lgdi-1)

3、按下式求出各顆粒粒徑的間距系數(shù)K:當(dāng)前49頁,總共287頁。應(yīng)校核顆粒間距系數(shù)總和,調(diào)整使ΣK=1.004、選定橫坐標(biāo)長度L,各顆粒粒徑間距l(xiāng)i=KL5、計(jì)算出各顆粒粒徑在橫坐標(biāo)上的位置(即距原點(diǎn)的距離)6、根據(jù)各顆粒粒徑在橫坐標(biāo)上的位置確定橫坐標(biāo),以通過百分率為縱坐標(biāo),即為半對數(shù)坐標(biāo)。建立好坐標(biāo)網(wǎng)后,將按泰波實(shí)驗(yàn)指數(shù)(n1和n2)計(jì)算所得的各顆粒粒徑(di)的通過百分率(pi)繪于坐標(biāo)圖上,再將各點(diǎn)連接為光滑的曲線,兩條級配曲線之間所包括的范圍通常用陰影部分表示,即為級配曲線范圍。當(dāng)前50頁,總共287頁。三、礦質(zhì)混合料的組成設(shè)計(jì)方法

在生產(chǎn)中,天然的或人工軋制的單一集料的級配一般很難完全符合某一合適級配范圍的要求。其中天然的集料往往是通過多種天然集料搭配使集料級配符合規(guī)范級要求,如在級配碎石中往往是礫石和砂相摻配而達(dá)到要求。而人工軋制的碎石則往往是通過將碎石加工成幾種不同規(guī)格(粒度)后再進(jìn)行搭配,使其混合級配符合規(guī)范要求。相對應(yīng)的,我們對不同規(guī)格的集料用不同的名字。通俗的叫法有:寸半子、寸子、瓜子片、石屑。正式的文件名稱用該集料的最大公稱粒徑與最小顆粒直徑表示,如:“10mm~31.5mm碎石”是指這種集料的最大公稱粒徑為31.5mm,最小顆粒粒徑為10mm的碎石。礦質(zhì)混合料的設(shè)計(jì)方法主要采用試算法和圖解法。在應(yīng)用設(shè)計(jì)方法時應(yīng)具備以下兩項(xiàng)條件:(1)各種集料的篩析結(jié)果(2)按技術(shù)規(guī)范(或理論級配)要求礦質(zhì)混合料的級配范圍當(dāng)前51頁,總共287頁。(一)試算法——數(shù)解法設(shè)計(jì)步驟1、建立基本計(jì)算方程設(shè)有A、B、C三種集料在某一篩孔i上的分計(jì)篩余百分率分別為αA(i)

、αB(i)

、αC(i)

,打算配制礦質(zhì)混合料M,混合料M在相應(yīng)篩孔上的分計(jì)篩余百分率為αM(i)

。設(shè)A、B、C三種集料在混合料中的比例分別是X、Y、Z,則得到下面兩式:

X+Y+Z=100

(1—23)

αA(i).X

+αB(i)

.

Y+α

C(i).

Z=αM(i)

(1—24)2、基本假設(shè)在礦質(zhì)混合料中,假定混合料中某一級粒徑的顆粒僅由三種集料中的一種集料來提供,而其它兩種集料中不含有這一粒徑的顆粒,此時這兩種集料相應(yīng)的分計(jì)篩余百分率為0。例如設(shè)在粒級上僅集料在此粒級上存在分計(jì)篩余,其它兩個集料和的分計(jì)篩余全部是0,從而簡化計(jì)算過程。當(dāng)前52頁,總共287頁。3、計(jì)算1)計(jì)算A集料在混合料中所占的比例根據(jù)上述假設(shè),(1—24)式成為:

αA(i).X

=αM(i)

則A集料在混合料中所占的比例為:

X

=αM(i)

/

αA(i)(1—25)2)計(jì)算C集料在混合料中所占的比例同理,按此假設(shè)在計(jì)算集料在混合料中的比例時,在粒級上其它兩種則C集料和在該粒徑上的分計(jì)篩余百分率也是0,則有:αC(j).X

=αM(j)

即C集料在混合料中比例是:

Z

=αM(j)

/

αC(j)(1—26)3)最后計(jì)算B集料在混合料中的比例:

Y=100–(X+Z

)

(1—27)4、校核調(diào)整對以上計(jì)算得到的各集料的比例即配合比進(jìn)行驗(yàn)算,如得到的合成級配不在所要求的級配范圍,應(yīng)調(diào)整初步配合比重新驗(yàn)算,直到滿足級配要求為止。如經(jīng)數(shù)次調(diào)整仍不能達(dá)到要求,可摻加單粒級集料或調(diào)換其它集料。當(dāng)前53頁,總共287頁。1.試算法:[例題1-2]P25

材料名稱配合比13.24.752.361.180.600.300.150.075<0.075原材料篩分碎石100%0.860.023.514.41.30000砂100%0010.522.119.436.07.03.02.0礦粉100%00004.04.05.53.283.3級配情況碎石49%0.429.411.57.10.60000砂30%003.26.65.810.82.10.90.6礦粉21%00000.80.81.20.717.5合成級配ai(%)100%0.429.414.713.77.211.63.31.618.1Ai(%)100%0.429.844.558.265.477.080.381.9100Pi(%)100%99.670.255.541.834.623.019.718.10標(biāo)準(zhǔn)級配范圍100%10063~7840~6330~5322~4515~3512~3010~250中值100%10070.551.541.533.5252117.50當(dāng)前54頁,總共287頁。(二)圖解法設(shè)計(jì)步驟1、準(zhǔn)備工作

(1)對所用的各集料篩分,并計(jì)算出各自的通過量百分率。

(2)明確設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)級配要求的級配范圍。

(3)并計(jì)算出該要求標(biāo)準(zhǔn)級配范圍的中值。2、繪制框圖(1)繪制一矩形框圖:通常縱橫邊各為100mm和150mm,從左下向右上引對角線作為合成級配的中值。圖1-8。(2)標(biāo)縱坐標(biāo):按算數(shù)坐標(biāo)標(biāo)通過量百分率刻度(%)。(3)標(biāo)橫坐標(biāo):表示篩孔位置(單位mm),方法各篩孔的具體位置則根據(jù)合成級配要求的通過量百分率中值,在縱坐標(biāo)上找出該值的位置,然后從縱坐標(biāo)引平行線與對角線相交,再從交點(diǎn)處向下作垂線,垂線與橫坐標(biāo)的相交點(diǎn)即為各篩孔相應(yīng)位置。當(dāng)前55頁,總共287頁。繪制框圖坐標(biāo)體系(圖1-8)

當(dāng)前56頁,總共287頁。3、繪制各集料級配曲線(圖1-9

將參與級配合成的各集料通過量繪制在框圖中,用折線的形式連成級配曲線。4、確定各集料的用量比例

根據(jù)框圖中相鄰兩條曲線關(guān)系,確定各集料在混合料中的摻配比例,有三種情況:1)重疊關(guān)系:相鄰兩條曲線相互重疊,圖1—8中集料的級配曲線下部與集料的級配曲線上部搭接。在兩條級配曲線之間引一條垂線,要求該垂線與集料、的級配曲線截距相等,即。此時垂線與對角線相交于點(diǎn),再通過點(diǎn)作一水平線與縱坐標(biāo)交于點(diǎn),線段的幾何長度(以mm計(jì))就是集料的用量比例(%)。2)相接關(guān)系:相鄰兩條曲線首尾相接,圖4—2中集料的末端與集料的首端正好相接。此時只需從集料的首端向集料的末端引垂線,該垂線與對角線相交于點(diǎn),過點(diǎn)作水平線與縱坐標(biāo)交于點(diǎn),則線段的幾何長度就是集料的用量(%)。3)分離關(guān)系:相鄰兩條曲線分離,圖4—2中集料的級配曲線與集料的級配曲線在水平方向彼此分離。此時作一條垂線平分這段水平距離,要求。垂線與對角線交于點(diǎn),通過該點(diǎn)作一水平線與縱坐標(biāo)交于點(diǎn),則線段的幾何長度就代表集料的用量(%)。剩余的即為集料的用量??梢哉f,框圖中相鄰集料級配曲線的關(guān)系只可能是這三種情況,但實(shí)際操作過程中以第一種關(guān)系即重疊關(guān)系為最常見。5、校核與調(diào)整

根據(jù)圖解求得的各集料用量比例,計(jì)算出合成級配的結(jié)果,合成級配超出級配范圍時,要調(diào)整各集料的用量,直到滿足設(shè)計(jì)級配的要求為止。如經(jīng)數(shù)次調(diào)整仍不能達(dá)到要求,可摻加單粒級集料或調(diào)換其它集料。當(dāng)前57頁,總共287頁。

確定各集料的用量比例(圖1-9)

當(dāng)前58頁,總共287頁。2.圖解法

材料名稱配合比通過下列篩孔(mm)的百分率(%)16.013.29.54.752.361.180.600.300.150.075原材料篩分碎石100%1009563288210砂100%100100100100100906035101礦粉100%1001001001001001001001009788級配情況碎石61%6157.938.417.14.91.20.60砂29%292929292926.117.410.22.90.2礦粉10%10101010101010109.78.8碎石63%6359.939.715.85.01.30.60砂30%303030303027.018.010.53.00.3礦粉7%777777776.86.2合成級配100%10097.077.456.143.937.328.020.212.69.1100%10096.976.753.642.035.325.617.59.86.5標(biāo)準(zhǔn)級配范圍100%10095~10070~8848~6836~5324~4118~3012~228~164~8中值100%10097.5795844.532.52417126當(dāng)前59頁,總共287頁。第二章石灰和水泥思考:什么是石灰?

石灰在工程中有什么用途?工程用石灰怎么選擇?工地現(xiàn)場石灰堆放工地現(xiàn)場石灰過篩當(dāng)前60頁,總共287頁。內(nèi)容提要及知識要點(diǎn)本章闡述了石灰的消化、硬化過程和質(zhì)量檢驗(yàn)評定指標(biāo);通過學(xué)習(xí),要求學(xué)生能夠:具有石灰消化與硬化、硅酸鹽水泥熟料各礦物成分特性方面的知識;具有石灰、技術(shù)性質(zhì)的知識,并能進(jìn)行檢驗(yàn);能根據(jù)工程情況合理選用石灰。當(dāng)前61頁,總共287頁。膠凝材料有機(jī)膠凝材料

無機(jī)膠凝材料氣硬性膠凝材料水硬性膠凝材料當(dāng)前62頁,總共287頁。

膠凝材料:在建筑工程中,能以自身的物理化學(xué)作用將松散材料(如砂、石)膠結(jié)合成為具有一定強(qiáng)度的整體結(jié)構(gòu)的材料,統(tǒng)稱為膠凝材料。返回前頁當(dāng)前63頁,總共287頁。

氣硬性膠凝材料:如石灰、石膏、菱苦土的水玻璃等只能在空氣中硬化、保持或繼續(xù)提高強(qiáng)度的膠凝材料。返回前頁當(dāng)前64頁,總共287頁。

水硬性膠凝材料如各種水泥,則不僅能在空氣中硬化、而且能更好的在水中硬化,且可在水中或適宜的環(huán)境中保持并繼續(xù)提高速度。返回前頁當(dāng)前65頁,總共287頁。第一節(jié)石灰1.石灰:為石灰石經(jīng)高溫煅燒而獲得的產(chǎn)品。2.石灰基本類型:鈣石灰:MgO

<5%

鎂石灰:MgO

≥5%3.石灰類型1)生石灰:(1)塊狀生石灰(2)生石灰粉2)消石灰:(1)消生石灰粉

(2)石灰漿①石灰膏②石灰乳當(dāng)前66頁,總共287頁。

石灰根據(jù)化學(xué)成分的不同分為生石灰和熟石灰。石灰的主要化學(xué)成分是CaO,熟石灰的主要成分是Ca(OH)2。根據(jù)成品加工方法的不同,可分為塊狀生石灰、生石灰粉、消石灰粉、石灰漿、石灰乳。當(dāng)前67頁,總共287頁。一、石灰的生產(chǎn)工藝概述

石灰是由富含碳酸鈣的巖石(如石灰石、白云石、白堊等)為主,亦可應(yīng)用含有氧化鈣和部分氧化鎂的巖石經(jīng)過煅燒,逸出二氧化碳?xì)怏w后得到的塊狀材料。煅燒過程中,碳酸鈣的分解需要吸收熱量,通常需加熱至900℃以上,其化學(xué)反應(yīng)可表示如下:CaCO3——CaO+CO2↑(178kJ/mol)900℃178kJ/mol1、優(yōu)質(zhì)的石灰:色質(zhì)潔白或帶灰色,多孔,質(zhì)量較輕。石灰在燒制過程中,往2、欠火石灰:未燒透石灰,質(zhì)量大,色顯白、硬度大。3、過火石灰:燒制的溫度過高或時間過長,石灰表面出現(xiàn)玻璃狀的外殼,體積收縮明顯,顏色呈灰黑色,塊體密度大,消化緩慢14天。4、過火石灰危害及防治:用于建筑結(jié)構(gòu)物中仍能繼續(xù)消化,以致引起成型的結(jié)構(gòu)物體體積膨脹,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)物表面產(chǎn)生鼓包、隆起、起皮、剝落或產(chǎn)生裂縫等破壞現(xiàn)象,故危害極大。防治方法“陳伏”15天。灰漿在陳伏期間,在其表面應(yīng)有一層水分,使之與空氣隔絕,以防止碳化。當(dāng)前68頁,總共287頁。二、石灰的消化和硬化1.石灰的消化

燒制成的生石灰,在使用時必須加水使其“消化”成為“消石灰”,這一過程亦稱“熟化”,故消石灰亦稱“熟石灰”.其化學(xué)反應(yīng)為:CaO+H20—Ca(OH)2+64.9kJ/mol

消石灰主要化學(xué)成分為氫氧化鈣Ca(OH)2。上式理論需水量僅為石灰的32%,但是由于石灰消化是一個放熱反應(yīng)過程,實(shí)際加水量達(dá)70%以上。根據(jù)加水量的不同,可以得到不同形態(tài)的熟石灰,加水量恰好完成上述反應(yīng),可得到細(xì)粉狀的熟石灰即消石灰粉;加入超過上述反應(yīng)所需的水,可得石灰漿;加入更多的水稀釋石灰漿可得到石灰乳。

當(dāng)前69頁,總共287頁。消解速度:塊狀石灰從加水至產(chǎn)生熱量達(dá)到最高溫度所需的時間。在石灰消化時,應(yīng)注意加水速度。對消解速度快、活潑性大的石灰,如加水過慢,水量不夠,則已消化的石灰顆粒生成Ca(OH)2包圍于未消化顆粒周圍,使內(nèi)部石灰不易消化,這種現(xiàn)象稱為“過燒”現(xiàn)象;相反,對于消解速度慢、活潑性差的石灰,如加水過快,則發(fā)熱量少,水溫過低,增加了未消化顆粒,這種現(xiàn)象稱為“過冷”現(xiàn)象。

當(dāng)前70頁,總共287頁。

2.石灰的硬化石灰的硬化過程包括干燥硬化和碳酸化兩部分。2)石灰漿的干燥硬化(結(jié)晶作用)

石灰漿體干燥過程,由于水分蒸發(fā)形成網(wǎng)狀孔隙,這時滯留在孔隙中的自由水由于表面張力的作用而產(chǎn)生毛細(xì)管壓力,使石灰粒子更加密實(shí),而獲得“附加強(qiáng)度”。此外,由于水分的蒸發(fā),引起Ca(OH):。溶液過飽和而結(jié)晶析出,并產(chǎn)生“結(jié)晶強(qiáng)度”。但從溶液中析出Ca(OH)2數(shù)量極少,因此強(qiáng)度增長不顯著。其反應(yīng)為:

Ca(OH)2+nH2O——Ca(OH)2·nH2O2)硬化石灰漿的碳化(碳化作用)

氫氧化鈣與空氣中的二氧化碳作用生成碳酸鈣晶體,為熟石灰的“碳化”,石灰漿體經(jīng)碳化后獲得的最終強(qiáng)度,稱為“碳化強(qiáng)度”。其化學(xué)反應(yīng)式為:

Ca(OH)2+C02+nH20——CaCO3+(n+1)H2O

該反應(yīng)主要發(fā)生在與空氣接觸的表面,當(dāng)漿體表面生成一層CaCO3薄膜后,碳化進(jìn)程減慢,同時內(nèi)部的水分不易蒸發(fā),所以石灰的硬化速度隨時間增長逐漸減慢。結(jié)晶碳化當(dāng)前71頁,總共287頁。三、石灰的技術(shù)要求和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

1.技術(shù)要求1)有效氧化鈣和氧化鎂含量(理論內(nèi)容)

石灰中產(chǎn)生粘結(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(yàn)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。2)生石灰產(chǎn)漿量和未消化殘?jiān)浚ɡ碚搩?nèi)容)

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?jiān)渴巧蚁?,未能消化而存留?mm圓孔篩上的殘?jiān)荚嚇拥陌俜致省F浜坑?,石灰質(zhì)量愈差,須加以限制。按現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《建筑石灰物理試驗(yàn)方法》(JC/T478.1—92)規(guī)定,取石灰試樣1kg,倒人裝有2500mL(20±5℃)清水的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)漿桶內(nèi)的篩筒中,蓋上蓋子,靜置消化20min,用圓木棒連續(xù)攪動2min,繼續(xù)靜置消化40min,再攪動2min。提取篩筒,用清水沖洗篩筒內(nèi)殘?jiān)?,至水流不渾濁,沖洗殘?jiān)那逅缘谷氘a(chǎn)漿桶內(nèi),水的總體積控制在3000mL。將殘?jiān)?00~105~C烘箱烘干至恒重,冷卻至室溫后用5mm圓孔篩篩分,稱量篩余物,計(jì)算未消化殘?jiān)?。石灰漿體在產(chǎn)漿桶中靜置24h后,用鋼尺量出漿體高度,計(jì)算產(chǎn)漿量。當(dāng)前72頁,總共287頁。

3)二氧化碳(CO2)含量控制生石灰或生石灰粉中CO2的含量,是為了檢測石灰石在煅燒時“欠火”造成產(chǎn)品中未分解完成的碳酸鹽的含量。CO2含量越高,即表示未分解完全的碳酸鹽含量越高,則(CaO+MgO)含量相對降低,導(dǎo)致石灰的膠結(jié)性能的下降。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,留下孑L隙會加劇消石灰粉的碳化作用,以致影響石灰的質(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粘結(jié)性。現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《建筑生石灰粉》(JC/T480—92)和《建筑消石灰粉》(JC/T481—92)以0.9mm和0.125mm篩余百分率控制。當(dāng)前73頁,總共287頁。2.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≥4當(dāng)前74頁,總共287頁。1)生石灰技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)氧化鎂含量按表2-1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?jiān)虲O2含量等4個項(xiàng)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(xiàng)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?jiān)?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當(dāng)前75頁,總共287頁。2)生石灰粉技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)氧化鎂含量分為鈣質(zhì)石灰和鎂質(zhì)石灰兩類后,再按(CaO+MgO)含量、CO2含量和細(xì)度等項(xiàng)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(xiàng)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8580758075702.C02(%)不大于791181012細(xì)度0.9mm篩篩余(%)不大于0.20.51.50.20.51.50.125mm篩篩余(%)不大于7.012.018.07.012.018.0當(dāng)前76頁,總共287頁。3)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(xiàng)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—2.03.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當(dāng)前77頁,總共287頁。四、石灰石的應(yīng)用和儲存1.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。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。(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)三合土: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)穩(wěn)定土: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。2.石灰的儲存(1)磨細(xì)的生石灰粉應(yīng)儲存于干燥倉庫內(nèi),采取嚴(yán)格防水措施。(2)如需較長時間儲存生石灰,最好將其消解成石灰漿,并使表面隔絕空氣,以防碳化。當(dāng)前78頁,總共287頁。石灰試驗(yàn)石灰有效氧化鈣試驗(yàn)試驗(yàn)?zāi)康募斑m用范圍石灰的質(zhì)量主要取決于有效氧化鈣和氧化鎂的含量,它們的含量愈高,則石灰粘結(jié)力愈好。本方法適用于測定各種石灰的有效氧化鈣含量。注:石灰中的有效氧化鈣是指游離的氧化鈣,它不同于總鈣量,因?yàn)橛行а趸}不包括碳酸鈣、硅酸鈣以及其他鈣鹽中的鈣。石灰中氧化鈣的含量,以能溶解于蔗糖溶液中,并能與鹽酸作用生成蔗糖鈣的鈣含量占石灰原試樣的重量的百分率表示。試驗(yàn)儀器

試驗(yàn)過程當(dāng)前79頁,總共287頁。石灰有效氧化鈣試驗(yàn)過程試驗(yàn)步驟

1.稱取約0.5g(用減量法稱準(zhǔn)至0.0005g)試樣,放人干燥的250ml具塞三角瓶中,取5g蔗糖覆蓋在試樣表面,投入干玻璃珠15粒;然后迅速加入新煮沸并已冷卻的蒸餾水50mL,立即加塞振蕩15min(如有試樣結(jié)塊或粘于瓶壁現(xiàn)象,則應(yīng)重新取樣)。

2.打開瓶塞,用水沖洗瓶塞及瓶壁,加人2~3滴酚酞指示劑,以0.5N鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定(滴定速度以每秒2~3滴為宜),至溶液的粉紅色顯著消失,并在30s內(nèi)不再復(fù)現(xiàn)即為終點(diǎn)。

3.讀出中和后鹽酸消耗的滴定管讀數(shù),減去初讀數(shù),即為實(shí)際消耗的鹽酸數(shù)量(mL)。

4.計(jì)算結(jié)果。返回前頁當(dāng)前80頁,總共287頁。

水泥混凝土路面拉法基水泥廠一角拉法基水泥廠一角拉法基水泥廠一角思考:什么叫水泥?水泥有些什么技術(shù)要求?水泥品種如何選擇?第二節(jié)水泥當(dāng)前81頁,總共287頁。內(nèi)容提要及知識要點(diǎn)

本章重點(diǎn)闡述了硅酸鹽水泥熟料的礦物組成、凝結(jié)硬化機(jī)理和技術(shù)性質(zhì)。同時也簡要介紹了摻混合料的硅酸鹽水泥和其他品種水泥。

通過學(xué)習(xí),要求學(xué)生應(yīng)掌握石灰消化、硬化過程,質(zhì)量評定方法;重點(diǎn)掌握硅酸鹽水泥熟料各礦物成分特性、凝結(jié)硬化的機(jī)理和技術(shù)性質(zhì)的檢驗(yàn)測定方法,以及其他水泥的特性和應(yīng)用。當(dāng)前82頁,總共287頁。

水泥的分類按化學(xué)成分分類按用途和性能分類硅酸鹽類水泥鋁酸鹽類水泥硫鋁酸鹽類水泥鐵鋁酸鹽類水泥氟鋁酸鹽類水泥通用水泥專用水泥特性水泥

水泥是一種水硬性膠凝材料,也是建筑工程中用量最大的建筑材料之一。當(dāng)前83頁,總共287頁。

通用水泥是指土木建筑工程中大量使用的具有一般用途的水泥,即硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥和粉煤灰硅酸鹽水泥等五大品種水泥。

當(dāng)前84頁,總共287頁。1.硅酸鹽水泥的生產(chǎn)工藝可概括為三個階段:1.1生料制備。以石灰石、粘土和鐵礦粉為主要原料(有時需加入校正原料),將其按一定比例配合、磨細(xì),制得具有適當(dāng)化學(xué)成分、質(zhì)量均勻的生料。1.2熟料煅燒。將生料在水泥窯內(nèi)經(jīng)1450℃高溫煅燒至部分熔融,得到以硅酸鈣為主要成分的硅酸鹽水泥熟料。1.3水泥粉磨。將熟料加適量石膏和0—5%的石灰石或?;郀t礦渣共同磨細(xì),即得到硅酸鹽水泥。

生產(chǎn)示意圖(含化學(xué)成分及礦物組成)一、硅酸鹽水泥與普通硅酸鹽水泥(一)硅酸鹽水泥生產(chǎn)工藝概述當(dāng)前85頁,總共287頁。

現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB175—1999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(波特蘭水泥)。硅酸鹽水泥分兩種類型,不摻加混合材料的稱I型硅酸鹽水泥,代號P-I。在硅酸鹽水泥熟料粉磨時摻加不超過水泥質(zhì)量5%的石灰石或?;郀t礦渣混合材料的稱II型硅酸鹽水泥,代號P.II。返回前頁當(dāng)前86頁,總共287頁。硅酸鹽水泥生產(chǎn)流程示意圖石灰質(zhì)原料粘土質(zhì)原料校正原料生料按比例混合磨細(xì)煅燒熟料石膏石灰石或?;郀t礦渣硅酸鹽水泥由上圖,硅酸鹽水泥生產(chǎn)工藝可以概括為:“兩磨一燒”返回(CaO)(SiO2、Al2O3)(Fe2O3)Al2O3Fe2O3CaOSiO2當(dāng)前87頁,總共287頁。

1.硅酸鹽水泥的礦物組成

生料主要化學(xué)成分:,,和。經(jīng)高溫煅燒后,以上四種化學(xué)成分化合為熟料中的主要礦物組成:硅酸三鈣簡式為硅酸二鈣簡式為鋁酸三鈣簡式為鐵鋁酸四鈣簡式為

(二)硅酸鹽水泥的化學(xué)成分和礦物組成當(dāng)前88頁,總共287頁。2.水泥孰料主要組成礦物的性質(zhì)1)硅酸三鈣水泥中主要礦物組成,含量通常為50﹪左右,對硅酸鹽水泥影響大。水化速度較快,水化熱高,早期強(qiáng)度大。2)硅酸二鈣水化速度較慢,水化熱很低。早期強(qiáng)度較低而后期強(qiáng)度較高(但仍然低于)。耐化學(xué)侵蝕和干縮性較好。

當(dāng)前89頁,總共287頁。3)鋁酸三鈣水化反應(yīng)速度最快,水化熱最高。耐化學(xué)腐蝕性差,干縮性大。(注:的含量決定水泥的凝結(jié)速度和釋放熱量,通常為調(diào)節(jié)水泥凝結(jié)速度,需摻加石膏或硅酸三鈣與石膏形成的水化產(chǎn)物)。4)鐵鋁酸四鈣遇水反應(yīng)較快,水化熱較高。強(qiáng)度較低,對水泥抗折強(qiáng)度和抗沖擊性能起重要作用。耐化學(xué)腐蝕性好,干縮性小。(注:道路水泥應(yīng)提高的含量)當(dāng)前90頁,總共287頁。3.水泥熟料主要礦物組成的性質(zhì)比較

1)水化反應(yīng)速度2)水化熱3)抗壓強(qiáng)度早期后期可見,和是水泥強(qiáng)度的主要來源。4)對抗折強(qiáng)度有利。5)耐化學(xué)腐蝕性6)干縮性小,中,大。當(dāng)前91頁,總共287頁。(三)硅酸鹽水泥的凝結(jié)和硬化1.水泥的水化作用1)硅酸三鈣:3CaO.SiO2+mH2O→3CaO.SiO2.H2O+(m-1)Ca(OH)2反應(yīng)快2)硅酸二鈣:2CaO.SiO2+nH2O→2CaO.SiO2.nH2O反應(yīng)慢3)鋁酸三鈣:3CaO.Al2O3+6H2O→3CaO.Al2O3.6H2O

反應(yīng)極快,凝結(jié)硬化極快,使水泥“閃凝”,來不及施工,加石膏調(diào)凝,減緩凝結(jié)硬化速度。3CaO.Al2O3.6H2O+3(CaSO4.2H2O)+19H2O→3CaO.Al2O3.3CaSO4.31H2O含水鋁酸三鈣與石膏再反應(yīng)生成鈣礬石(水泥桿菌)4)鐵鋁酸四鈣4CaO.Al2O3.Fe2O3+7H2O→3CaO.Al2O3.6H2O+CaO.Fe2O3.H2O反應(yīng)條件①Ca(OH)2達(dá)到飽和;②石膏被反應(yīng)完。當(dāng)前92頁,總共287頁。2、硅酸鹽水泥的凝結(jié)和硬化階段1)溶解階段(初始反應(yīng)期)需要幾十分鐘。1)初凝階段(誘導(dǎo)期、潛伏期)需要一小時左右,開始失去可塑性。1)終凝階段(凝結(jié)期、加速期)需要六小時左右,最終失去可塑性。1)硬化階段(硬化期)需要若干年,為強(qiáng)度逐漸生成過程。當(dāng)前93頁,總共287頁。2)物理性質(zhì)

(1)細(xì)度:細(xì)度是指水泥顆粒的粗細(xì)程度。一般情況下,水泥顆粒越細(xì),其總表面積越大,與水反應(yīng)時接觸的面積也越大,水化反應(yīng)速度就越快,所以相同礦物組成的水泥,細(xì)度越大,凝結(jié)硬化速度越快,早期強(qiáng)度越高。一般認(rèn)為,水泥顆粒粒徑小于40微米時才具有較大的活性。

但水泥顆粒太細(xì),在空氣中的硬化收縮也較大,使混凝土發(fā)生裂縫的可能性增加,此外,水泥顆粒細(xì)度提高會導(dǎo)致粉磨能耗增加,生產(chǎn)成本提高。

為充分發(fā)揮水泥熟料的活性,改善水泥性能,同時考慮能耗的節(jié)約,要合理控制水泥細(xì)度。

返回前頁當(dāng)前94頁,總共287頁。

(2)水泥凈漿標(biāo)準(zhǔn)稠度(標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量)在測定水泥的凝結(jié)時間和安定性時,為使其測定結(jié)果具有可比性,必須采用標(biāo)準(zhǔn)稠度的水泥凈漿進(jìn)行測定。①標(biāo)準(zhǔn)法(新維卡儀法(試桿)法):現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)(JTGE30T0505-2005)規(guī)定,以標(biāo)準(zhǔn)法維卡儀的試桿沉人凈漿距底板的距離為6±1mm時的水泥漿的稠度作為標(biāo)準(zhǔn)稠度。水泥凈漿達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)稠度時所需的拌和水量稱為標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量。②試錐法(代用法)a、調(diào)整水量法:試錐沉入深度28mm±2mmm。b、固定水量法:測沉入深度(S)

稱水泥500g,量水142.5ml水,測沉入深度(S)mm

Pw=33.4-0.185S(mm)。當(dāng)前95頁,總共287頁。

(3)凝結(jié)時間:是指水泥從加水時至水泥漿失去可塑性所需的時間。凝結(jié)時間分初凝時間和終凝時間。①初凝時間:是從水泥加水至水泥漿開始失去可塑性所經(jīng)歷的時間(min)。試針沉人凈漿距底板的距離為4±1mm時②終凝時間:是從水泥加水至水泥漿完全失去可塑性所經(jīng)歷的時間(min)。試桿沉人凈漿表面距離不大于為0.5mm。水泥的凝結(jié)時間,對水泥混凝土的施工具有十分重要的意義。水泥的初凝時間不宜過短,以便在施工過程中有足夠的時間對混凝土進(jìn)行攪拌、運(yùn)輸、澆筑和振搗等操作;終凝時間不宜過長,以使混凝土能盡快硬化,產(chǎn)生強(qiáng)度,提高模具周轉(zhuǎn)率,加快施工進(jìn)度。硅酸鹽水泥初凝不得早45min,終凝不得遲于6.5h。普通硅酸鹽水泥初凝不得早于45min,終凝不得遲于10h。當(dāng)前96頁,總共287頁。

(4)體積安定性:是指水泥在凝結(jié)硬化過程中體積變化的均勻程度。

各種水泥在凝結(jié)硬化過程中,都可能產(chǎn)生不同程度的體積變化。如果這種體積變化是輕微的均勻的,則對建筑物的質(zhì)量沒什么影響,但是如果混凝土硬化后,由于水泥中某些有害成分的作用,在水泥石內(nèi)部產(chǎn)生了劇烈的、不均勻的體積變化,則會在建筑物內(nèi)部產(chǎn)生破壞應(yīng)力,導(dǎo)致建筑物的強(qiáng)度降低。若破壞應(yīng)力發(fā)展到超過建筑物的強(qiáng)度,則會引起建筑物開裂、崩塌等嚴(yán)重質(zhì)量事故,這種現(xiàn)象稱為水泥的體積安定性不良。(引起體積安定性不良的原因)

測試方法

①試餅法:D=70-80mm、H=10mm、24小時、煮30分鐘,恒沸3小時②雷氏法:24小時、煮30分鐘、恒沸3小時、兩試件<5mm。當(dāng)前97頁,總共287頁。引起水泥體積安定性不良的原因

①水泥中含有過多的游離CaO和MgO

當(dāng)水泥原料比例不當(dāng)或煅燒工藝不正常時,會產(chǎn)生較多的處于游離狀態(tài)的CaO和MgO,它們和熟料一起,同樣經(jīng)歷了1450℃的高溫煅燒,屬嚴(yán)重過火的CaO和MgO,水化反應(yīng)速度極慢,在水泥凝結(jié)硬化很長時間后才進(jìn)行水化,生成ca(0H)2和Mg(0H)2,在已經(jīng)硬化的水泥石中膨脹,使水泥石出現(xiàn)開裂、翹曲、疏松和崩潰等現(xiàn)象。②石膏摻量過多水泥粉磨時,若摻人過量的石膏,當(dāng)水泥硬化后,這些多余的石膏還會繼續(xù)與C3AH6反應(yīng)生成鈣礬石,體積膨脹,引起水泥石開裂。返回前頁當(dāng)前98頁,總共287頁。

(5)強(qiáng)度:是水泥技術(shù)要求中最基本的指標(biāo),它直接反映了水泥的質(zhì)量水平和使用價值。水泥的強(qiáng)度越高,其膠結(jié)能力也越大。硅酸鹽水泥的強(qiáng)度主要取決于熟料的礦物組成和水泥的細(xì)度,此外還與水灰比、試驗(yàn)方法、試驗(yàn)條件、養(yǎng)護(hù)齡期等因素有關(guān)。①水泥強(qiáng)度等級:P41表2-1042.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R。②水泥型號:普通型、早強(qiáng)型(R),3d抗壓強(qiáng)度提高:10-24%,3d達(dá)28d抗壓強(qiáng)度50%。③水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn):水泥:標(biāo)準(zhǔn)砂=1:3、水/水泥=0.5、標(biāo)準(zhǔn)試件:40mm×40mm×160mm、測規(guī)定齡期(3d、28d)抗折、抗壓強(qiáng)度,以28d抗壓強(qiáng)度值(MPa)為強(qiáng)度等級。標(biāo)準(zhǔn)砂規(guī)格P41表2-9當(dāng)前99頁,總共287頁。2.技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)P41表2-11

序號項(xiàng)目品質(zhì)指標(biāo)1不溶物I型硅酸鹽水泥不超過0.75%;II型硅酸鹽水泥不超過1.5%2氧化鎂熟料中氧化鎂的含量不得超過5.0%。如水泥經(jīng)壓蒸安定性試驗(yàn)合格,則允許放寬到6.0%3三氧化硫水泥中三氧化硫的含量不得超過3.5%4燒失量I型硅酸鹽水泥不大于3%,II型硅酸鹽水泥不大于3.5%,普通水泥不大于5%5細(xì)度

硅酸鹽水泥比表面積大于300m2/kg,普通硅酸鹽水泥80微米方孔篩篩余不得超過10.0%6凝結(jié)時間

初凝時間不得早于45min,終凝時間,硅酸鹽水泥不得遲于6.5h,普通硅酸鹽水泥不得遲于10h7安定性

用沸煮法檢驗(yàn),必須合格8強(qiáng)度各齡期強(qiáng)度不低于表2-10中規(guī)定的數(shù)值9堿含量水泥中堿含量按Na20+o.658K20計(jì)算值表示。若使用活性骨料,用戶要求提供低堿水泥時,水泥中堿含量不得大于0.60%或由供需雙方商定返回前頁當(dāng)前100頁,總共287頁。3、國家標(biāo)準(zhǔn)<通用硅酸鹽水泥>(GB175-2007)規(guī)定(1)凡氧化鎂、三氧化硫、凝結(jié)時間、安定性中任一項(xiàng)不符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定(表2—11)時,均為不合格品(廢品水泥)。(2)凡細(xì)度、終凝時間、不溶物和燒失量中的任一項(xiàng)不符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定或混合材料摻加量超過最大限量和強(qiáng)度低于商品強(qiáng)度等級的指標(biāo)時為不合格品。(3)水泥包裝標(biāo)志中水泥品種、強(qiáng)度等級、生產(chǎn)者名稱和出廠編號不全的也屬于不合格品。廢品水泥嚴(yán)禁在工程中使用。當(dāng)前101頁,總共287頁。

硅酸鹽水泥硬化后形成的水泥石,在正常環(huán)境條件下將繼續(xù)硬化,強(qiáng)度不斷增長。但在某些腐蝕性液體或氣的長期作用下,水泥石就會受到不同程度的腐蝕,嚴(yán)重時會使水泥石強(qiáng)度明顯降低,甚至完全破壞。這種現(xiàn)象稱為水泥石的腐蝕。(五)硅酸鹽水泥石的腐蝕和防治當(dāng)前102頁,總共287頁。

1.水泥石的腐蝕類型:1)淡水侵蝕;2)各種鹽侵蝕:常見(1)硫酸鹽侵蝕;(2)鎂鹽侵蝕。3)各種酸侵蝕。2.水泥石的腐蝕原因:1)內(nèi)因:(1)具能被侵蝕水化物。(2)水泥石中裂隙。(3)水泥石中孔隙。2)外因:環(huán)境中存在有侵蝕能力的各種侵蝕介質(zhì),如淡水、鹽、酸。

當(dāng)前103頁,總共287頁。3、常見侵蝕

1)淡水侵蝕

又稱溶析性侵蝕,是指硬化后混凝土中的水泥水化產(chǎn)物被淡水溶解而帶走,從而造成混凝土孔隙率增大、強(qiáng)度降低的一種侵蝕現(xiàn)象。水泥石中的各種水化物與水作用時,Ca(OH)2溶解度最大,首先被溶出。在靜水或無水壓的情況下,由于周圍的水會被Ca(OH)2所飽和,使溶出作用停止,因此,溶出僅限于表層,對整體水泥石影響不大。但在流水及壓力水的作用下,溶出的Ca(OH)2不斷被流水帶走,水泥石中的Ca(OH)2就會不斷被溶析,使混凝土的孔隙率增大,強(qiáng)度降低,而且水泥石液相中Ca(OH)2的濃度降低,還會導(dǎo)致水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣的不斷分解,使水泥石內(nèi)部不斷受到破壞,強(qiáng)度不斷降低,最終可能導(dǎo)致整個結(jié)構(gòu)物的破壞。當(dāng)前104頁,總共287頁。2)鹽類侵蝕

(1)硫酸鹽侵蝕

通過海灣、沼澤或跨越污染河流的線路,沿線橋涵墩臺,有時會受到海水、沼澤水、工業(yè)污水的侵蝕,這時如水中含有堿性硫酸鹽,就會與水泥石中的Ca(OH)2作用形成硫酸鈣,硫酸鈣會結(jié)晶析出,并與水泥石中的水化鋁酸鈣發(fā)生反應(yīng),生成鈣礬石,體積膨脹,在水泥石內(nèi)產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力,使混凝土強(qiáng)度降低,造成結(jié)構(gòu)物的破壞。返回前頁當(dāng)前105頁,總共287頁。(2)鎂鹽侵蝕

在海水或地下水中,常含有較多的鎂鹽,主要以氯化鎂、硫酸鎂形態(tài)存在。鎂鹽與水泥石中的氫氧化鈣起置換作用,生成強(qiáng)度低無膠結(jié)能力的氫氧化鎂,液相中氫氧化鈣濃度降低,還會引起水泥石中氫氧化鈣、水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣等強(qiáng)度組分的分解,導(dǎo)致水泥石的破壞。

此外,氯化鈣易溶于水,二水石膏能引起硫酸鹽的破壞作用。返回前頁當(dāng)前106頁,總共287頁。3)酸類侵蝕

產(chǎn)生酸類侵蝕的酸包括各種有機(jī)酸和無機(jī)酸碳酸侵蝕

在工業(yè)污水或地下水中常溶解有較多的CO2,這種水對水泥石有侵蝕作用。CO2與水泥石中的Ca(OH)2作用,可生成碳酸鈣,碳酸鈣再與水中的碳酸作用,生成可溶的碳酸氫鈣,從而使水泥石的強(qiáng)度降低。返回前頁當(dāng)前107頁,總共287頁。4.水泥石腐蝕的防止1.根據(jù)環(huán)境特點(diǎn),合理選擇水泥品種當(dāng)水泥石遭受淡水侵蝕時,可使用水化產(chǎn)物中Ca(OH)2含量少的水泥;若水泥石遭受硫酸鹽的腐蝕,可選擇C2A含量小的水泥;在水泥生產(chǎn)時摻入適當(dāng)?shù)幕旌喜牧希梢越档退a(chǎn)物中的Ca(OH)2含量,提高水泥的抗腐蝕能力。2.提高水泥石的密實(shí)度,降低孔隙率

在施工過程中,合理選擇水泥混凝土的配合比,降低水灰比,改善集料級配,摻加外加劑等措施均可使水泥石的密實(shí)度提高。另外,在水泥石表面進(jìn)行碳化處理或采取其他的表面密實(shí)措施,也可以提高水泥石的表面密實(shí)度,從而減少腐蝕介質(zhì)進(jìn)入水泥石內(nèi)部,起到防腐作用。3.在水泥石表面設(shè)置保護(hù)層當(dāng)腐蝕作用較強(qiáng)時,可在混凝土表面敷設(shè)一層耐腐蝕性強(qiáng)且不透水的保護(hù)層,如陶瓷、玻璃、塑料、瀝青、耐酸巖石等,可以隔斷腐蝕介質(zhì)與水泥石接觸,保護(hù)水泥石不受腐蝕。

返回前頁當(dāng)前108頁,總共287頁。(六)、普通硅酸鹽水泥(代號P.O)P43表2-12、131.定義:P466~15%、窯灰5%、非活性10%2.強(qiáng)度等級:32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R強(qiáng)度等級。當(dāng)前109頁,總共287頁。

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