建筑材料課件

第1章土木工程材料的基本性質(zhì)

1.1材料的物理性質(zhì)

1.1.1物理常數(shù)

1.幾種密度（1）密度：材料在絕對(duì)密度狀態(tài)下，單位實(shí)體體積的干質(zhì)量。

*第1章土木工程材料的基本性質(zhì)

（2）表觀密度：材料單位表觀體積（閉口+實(shí)體）的干質(zhì)量。*第1章土木工程材料的基本性質(zhì)

若m為自然氣干質(zhì)量，則成為體積密度。三種密度區(qū)別：m為材料的烘干質(zhì)量；v不同，可為實(shí)體體積，表觀體積，毛體積。

（3）毛體積密度：材料單位毛體積（閉口+開口+實(shí)體）的干質(zhì)量。(測(cè)試方法不同,獲得體積大小不同）

*第1章土木工程材料的基本性質(zhì)

——反映散粒堆積的緊密（壓實(shí)）程度及可能的堆放空間。（4）堆積密度：散粒狀材料單位堆積體積（開口+閉口+實(shí)體+間隙）的質(zhì)量。*第1章土木工程材料的基本性質(zhì)

2.孔隙率和空隙率

（1）孔隙率與密實(shí)度(對(duì)應(yīng)概念)—單塊材料

孔隙率

密實(shí)度

同理，可計(jì)算出開口閉口孔隙率,實(shí)用意義不大。*第1章土木工程材料的基本性質(zhì)

（2）空隙率與填充率—散粒狀材料

空隙率

填充度

*第1章土木工程材料的基本性質(zhì)

1.1.2材料與水有關(guān)的性質(zhì)

1.親水性與憎水性

親水性材料：潤(rùn)濕角θ≤90°水分子間內(nèi)聚力＜材料分子間吸引力憎水性材料：潤(rùn)濕角θ＞90°水分子間內(nèi)聚力＞材料分子間吸引力*第1章土木工程材料的基本性質(zhì)

2.

吸水性與吸濕性（1）吸水性——飽水狀態(tài)（吸飽水飽和）恒值

質(zhì)量吸水率：材料飽水狀態(tài),所吸水分質(zhì)量占干質(zhì)量的百分率體積吸水率：材料飽水狀態(tài),所吸收水分體積占干體積的百分率（2）吸濕性——自然狀態(tài)變值

含水率：材料所含水分質(zhì)量占其干質(zhì)量的百分率m1——材料濕質(zhì)量mo——材料干質(zhì)量

*第1章土木工程材料的基本性質(zhì)

3.耐水性——材料長(zhǎng)期在水的作用下既不破壞強(qiáng)度又不顯著下降的性質(zhì)指標(biāo)：軟化系數(shù)fb-----材料飽水狀態(tài)抗壓強(qiáng)度，MPafg-----材料干燥狀態(tài)抗壓強(qiáng)度，MPa

注意：隨含水量增加，減弱其內(nèi)部結(jié)合力，導(dǎo)致強(qiáng)度下降。KR>0.85，稱為耐水材料

*第1章土木工程材料的基本性質(zhì)

4.抗?jié)B性——抵抗壓力水滲透的性質(zhì)

（1）滲透系數(shù)（2）抗?jié)B等級(jí)指石料、砼或砂漿所能承受的最大水壓力。如：最大承水壓力為0.2MPa，表示為P2，有P2、P4、P6、P8……滲透系數(shù)：透水量：Ks的意義：抗?jié)B系數(shù)越小，表明抗?jié)B性能越好。*第1章土木工程材料的基本性質(zhì)

5.抗凍性——材料飽水狀態(tài)下，能經(jīng)受多次凍融交替作用，既不破壞強(qiáng)度又不顯著下降的性質(zhì)。因素：水、負(fù)溫度抗凍等級(jí)：能經(jīng)受凍融循環(huán)的最大次數(shù)，記為F50、F100、F200、F300……

*第1章土木工程材料的基本性質(zhì)

1.2材料的力學(xué)性質(zhì)

1.2.1強(qiáng)度——材料抵抗外力破壞的能力。

1.幾種強(qiáng)度（1）抗壓、抗拉、抗剪強(qiáng)度

（2）抗彎強(qiáng)度（抗折強(qiáng)度）

單點(diǎn)加荷

三分點(diǎn)加荷

不同材料，強(qiáng)度等級(jí)有不同的劃分方法，具體劃分在各章分講*第1章土木工程材料的基本性質(zhì)

2.比強(qiáng)度

——指材料強(qiáng)度與其表觀密度之比。意義：反映材料輕質(zhì)高強(qiáng)的指標(biāo)。值越大，材料越輕質(zhì)高強(qiáng)*第1章土木工程材料的基本性質(zhì)

1.2.2彈性和塑性1.彈性——外力作用產(chǎn)生變形,外力取消能完全恢復(fù)。指標(biāo)：彈性模量

意義：E表示材料抵抗變形的指標(biāo)，E值越大，材料越不易變形，即抵抗變形的能力越強(qiáng)。2.塑性——外力作用產(chǎn)生變形,外力取消變形不能恢復(fù)*第1章土木工程材料的基本性質(zhì)

1.2.3韌性和脆性

1.脆性——無明顯塑性變形，突然破壞。脆性材料：石、磚、砼、陶瓷、玻璃、鑄鐵等

2.韌性——產(chǎn)生一定變形不破壞,能吸收較大的能量。韌性材料：低碳鋼、木材、玻璃鋼等。采用沖擊試驗(yàn)測(cè)定。*第1章土木工程材料的基本性質(zhì)

1.2.4硬度和耐磨性

1.硬度——抵抗外物壓入或刻劃的能力。

可采用摩氏硬度（石料、陶瓷等）；布氏、落氏硬度（金屬材料）。

特點(diǎn)：硬度高，耐磨性強(qiáng)，但不易加工。

2.耐磨性——材料表面抵抗磨損的能力。*第1章土木工程材料的基本性質(zhì)

1.3耐久性與環(huán)境協(xié)調(diào)性

1.3.1耐久性——材料抵抗外力破壞的能力。

綜合性質(zhì)：

(抗?jié)B性、抗凍性、抗蝕性、抗老化、耐熱性、耐磨性等)

不同環(huán)境中，應(yīng)考慮相應(yīng)的性質(zhì)。1.3.2環(huán)境協(xié)調(diào)性

——對(duì)資源和能源消耗少,對(duì)環(huán)境污染小,循環(huán)再生利用率高。

目前，提倡“綠色建材”*第1章土木工程材料的基本性質(zhì)

1.4材料的組成、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造及其對(duì)性能的影響

1.4.1材料的組成對(duì)性質(zhì)的影響

1.化學(xué)組成——化學(xué)元素及化合物的種類與數(shù)量。

2.礦物組成——天然的，人工燒制的。*第1章土木工程材料的基本性質(zhì)

1.4.2材料的結(jié)構(gòu)對(duì)性質(zhì)的影響

1.宏觀結(jié)構(gòu)

2.亞微觀結(jié)構(gòu)包括納米微觀結(jié)構(gòu)

3.微觀結(jié)構(gòu)

晶體

——按一定的規(guī)則在空間呈有規(guī)律的排列。

非晶體

——不定形。

原因：熔融物質(zhì)急冷,來不及成晶而成。如玻璃體,(粉煤灰、?；郀t礦渣、火山灰)

都屬玻璃體,化學(xué)潛能大,一定條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)*第1章土木工程材料的基本性質(zhì)

1.4.3材料的構(gòu)造對(duì)性能的影響——具有特定性質(zhì)的材料結(jié)構(gòu)單元間的相互組合搭配情況。

與結(jié)構(gòu)的區(qū)別：

構(gòu)造更強(qiáng)調(diào)相同材料或不同材料間的搭配組合關(guān)系。

如材料的(孔隙、層理、紋理、疵病等)

*第2章建筑金屬材料

2.1鋼材的分類

鋼材的化學(xué)成分生產(chǎn)鋼不可避免元素：Si、Mn、P、S、N…專門加入的合金元素：Si、Mn、Ti、V、

Ni、Nb及稀土元素鐵：主要元素碳：0.02%～2.06%其他元素第2章建筑金屬材料2.1.1分類1.按化學(xué)成分分類低碳鋼：含碳量<0.25%中碳鋼：低碳鋼：含碳量０.25%～0.6%高碳鋼：含碳量>0.6%（1）碳素鋼

（碳鋼）

（2）合成鋼——專門加入合金元素按合金元素含量分

低合金鋼：合金元素總含量<5%中合金鋼：合金元素總含量5%～10%高合金鋼：合金元素總含量>10%第2章建筑金屬材料2．按雜質(zhì)含量（品質(zhì)）分類普通鋼：含硫量

≤0.050%，含磷量≤0.045%優(yōu)質(zhì)鋼：含硫量

≤0.035%，含磷量≤0.035%高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼：含硫量

≤0.025%，含磷量≤0.025%，牌號(hào)后加“高”或“A”特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼：含硫量

≤0.015%，含磷量≤0.015%，后加“E”

第2章建筑金屬材料3.按冶煉時(shí)脫氧程度分

沸騰鋼：脫氧不充分，代號(hào)“F”鎮(zhèn)靜鋼：脫氧充分，代號(hào)“2”半鎮(zhèn)靜鋼：脫氧程度介于“F”與“2”之間，代號(hào)“b”特殊鎮(zhèn)靜鋼：脫氧徹底，代號(hào)“TZ”

4．按用途分類結(jié)構(gòu)鋼：建筑結(jié)構(gòu)、機(jī)械制造（低、中碳鋼）工具鋼：各種工具（高碳鋼）特殊鋼：不銹鋼（具有各種特殊的物理化學(xué)性質(zhì)）

第2章建筑金屬材料2.1.2鋼材中的常存雜質(zhì)

硫：來自礦石燃料，生成FeS，鋼材加工時(shí)易裂縫，熱脆性。磷：來自礦石燃料，生成Fe3P，脆性很大。

碳：煉鋼氧化過程中存于缸中，害處大于一處，故歸于有害元素。錳：煉鋼時(shí)脫氧、硫殘留鋼中，具有很強(qiáng)的脫氧、硫能力，大大改善鋼材加工性能。硅：脫氧劑，較錳強(qiáng)。兩面性：硅很低時(shí)，強(qiáng)度增加；硅很高時(shí)，其他性能降低。氧：與碳、磷相似。

有害元素第2章建筑金屬材料2.2建筑材料的主要技術(shù)性能力學(xué)性質(zhì)：強(qiáng)度、彈性、塑性、耐磨性…工藝性質(zhì)（可加工性）：冷彎、可焊性

第2章建筑金屬材料2.2.1力學(xué)性能

1.抗拉性能——是建筑鋼材最重要的力學(xué)性能。

拉伸過程分四個(gè)階段：

OA：彈性階段

AB：屈服階段

BC：強(qiáng)化階段

CD：頸縮階段第2章建筑金屬材料

拉伸性能指標(biāo)：主要有屈服點(diǎn)、抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率等。

（1）屈服強(qiáng)度（屈服點(diǎn)）上屈服強(qiáng)度：試樣首次屈服前的最大應(yīng)力；

下屈服強(qiáng)度：不計(jì)初始瞬時(shí)效應(yīng)時(shí)的最小強(qiáng)度，即屈服點(diǎn)Fs

——屈服階段最小應(yīng)力(首次回針?biāo)鶎?duì)應(yīng)的力),N；Ao

——鋼材的截面積，mm2。

注意：有些鋼材無明顯屈服點(diǎn)（合金鋼、高碳鋼等硬鋼），應(yīng)采用產(chǎn)生殘余變形為0.2%原標(biāo)距長(zhǎng)度時(shí)的應(yīng)力作為屈服點(diǎn)（稱條件屈服點(diǎn)）,記為σ0.2或者σP0.2。第2章建筑金屬材料（2）抗拉強(qiáng)度：鋼材所能承受的最大強(qiáng)度。Fb——為最大應(yīng)力，N。相反，值越小，可靠性越低，安全性越低。因此，強(qiáng)屈比一般不低于1.2，抗震結(jié)構(gòu)一般不低于1.25?？煽啃詤?shù)

值得注意：強(qiáng)屈比的概念值越大可靠性越高，安全性越高，但利用率降低，浪費(fèi)增大。第2章建筑金屬材料（3）伸長(zhǎng)率：塑性指標(biāo)。意義：

值越大，塑性增強(qiáng)，可避免結(jié)構(gòu)過早破壞；加工性增強(qiáng)，安全性增強(qiáng)。

值有兩種：

5——表示l0=5d0，d0——鋼材直徑；

10——l0=10d0。lo——試件原始標(biāo)距長(zhǎng)度，mm；l1——試件拉斷后測(cè)定出伸長(zhǎng)后標(biāo)距部分的長(zhǎng)度，mm。

第2章建筑金屬材料

（4）斷面收縮率：塑性指標(biāo)。

AO——試樣拉斷后頸縮處的截面積，mm2；

A1——表示鋼材的原始截面積，mm2。伸長(zhǎng)率和斷面收縮率均表示鋼材斷裂前經(jīng)受塑性變形的能力。第2章建筑金屬材料

2.沖擊韌性

——指鋼材抵抗沖擊荷載的能力。

試驗(yàn)方法：標(biāo)準(zhǔn)試件的彎曲沖擊韌性試驗(yàn)。

指標(biāo)：試件缺口處單位截面積上所消耗的功,計(jì)作ak,J/cm2。

ak值愈大，鋼材的沖擊韌性愈好。3.耐疲勞性疲勞破壞：交變荷載反復(fù)作用，鋼材在應(yīng)力低于屈服強(qiáng)度時(shí),突然發(fā)出脆性斷裂的現(xiàn)象。

危害極大沖擊韌性試驗(yàn)原理圖第2章建筑金屬材料2.2.2工藝性能

冷彎性能：常溫下鋼材承受彎曲變形的能力。焊接性能：鋼結(jié)構(gòu)中90%以上為焊接結(jié)構(gòu),焊接性非常重要。第2章建筑金屬材料

（1）冷彎性能冷彎性能試驗(yàn)：試件被彎曲的角度（90°、180°）。

冷彎試驗(yàn)意義：能反映試件彎曲處的塑性變形，能揭示鋼材是否存在內(nèi)部組織不均勻、內(nèi)應(yīng)力和夾雜物等缺陷。冷彎試驗(yàn)也能對(duì)鋼材的焊接質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格的檢驗(yàn)，能揭示焊件受彎表面是否存在未熔合，裂縫及夾雜物等缺陷。判定標(biāo)準(zhǔn)：若試件彎曲處的外表面無裂斷、裂縫或起層，認(rèn)為冷彎性能合格。第2章建筑金屬材料（2）焊接性能

焊接方式：搭接、對(duì)接焊接要求：①焊接處（焊縫及其附近過熱區(qū)）不產(chǎn)生裂縫及硬脆傾向。

②焊接處與母材一致，即拉伸試驗(yàn)，強(qiáng)度不低于原鋼材強(qiáng)度。影響因素：碳、合金元素等雜質(zhì)元素越多，可焊性越小。第2章建筑金屬材料2.3鋼材的強(qiáng)化與加工

2.3.1冷加工

——指鋼材在常溫下進(jìn)行的加工。

常見的冷加工方式：冷拉、冷拔、冷軋、冷扭、刻痕等。

特點(diǎn)：鋼材經(jīng)冷加工產(chǎn)生塑性變形，從而提高其屈服強(qiáng)度，這一過程稱為冷加工強(qiáng)化處理。第2章建筑金屬材料

2.3.2時(shí)效處理

——將經(jīng)過冷拉的鋼筋于常溫下存放15～20d，或

加熱到100～200℃并保持一段時(shí)間,這個(gè)過程稱為時(shí)效處理。自然時(shí)效作用:

鋼筋冷拉以后再經(jīng)過時(shí)效處理，其屈服點(diǎn)進(jìn)一步提高，塑性繼續(xù)有所降低。

∵

時(shí)效過程中應(yīng)力的消減，∴

彈性模量可基本恢復(fù)。人工時(shí)效第2章建筑金屬材料2.4鋼材的銹蝕與防護(hù)

2.4.1鋼材的銹蝕

——鋼材表面與其周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而遭到的破壞，稱為鋼材的銹蝕?；瘜W(xué)銹蝕電化學(xué)銹蝕——鋼材直接與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生銹蝕，多數(shù)是由氧化作用在鋼材表面形成疏松氧化物。在干燥環(huán)境中反應(yīng)緩慢，但溫度和濕度較高，銹蝕則發(fā)展迅速?！摬谋旧斫M成上的原因和雜質(zhì)的存在，在表面介質(zhì)的作用下，各成分電極電位的不同，形成微電池，鐵元素失去了電子成為Fe2+進(jìn)入介質(zhì)溶液，與溶液中的OH-離子結(jié)合生成Fe（OH）2。銹蝕的結(jié)果：在鋼材表面形成疏松的氧化物，使鋼結(jié)構(gòu)斷面減小，降低鋼材的性能，因而承載力降低。第2章建筑金屬材料

2.4.2鋼材的防護(hù)

三個(gè)方面：從改變鋼材本身的易腐蝕性、隔離環(huán)境中的侵蝕性介質(zhì)或改變鋼材表面的電化學(xué)過程。（1）采用耐候鋼（耐大氣腐蝕鋼）（2）金屬覆蓋——電鍍或噴鍍的方法覆蓋在鋼材表面。（3）非金屬覆蓋——在鋼材表面用金屬材料做為保護(hù)膜,

如噴涂涂料、搪瓷和塑料等。（4）混凝土用鋼筋的防銹第2章建筑金屬材料

2.5土木工程常用鋼材

2.5.1鋼結(jié)構(gòu)用鋼

2.5.2混凝土結(jié)構(gòu)用鋼第2章建筑金屬材料

2.5.1鋼結(jié)構(gòu)用鋼

1.碳素結(jié)構(gòu)鋼（1）碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)

表示按順序：屈服點(diǎn)字母（Q）、屈服點(diǎn)數(shù)值（單位MPa）、質(zhì)量等級(jí)（有A、B、C、D4級(jí)，逐級(jí)提高）和脫氧方法（F：沸騰鋼，b：半鎮(zhèn)鋼，Z：鎮(zhèn)靜鋼，TZ：特殊鎮(zhèn)鋼。牌號(hào)表示時(shí)Z、TZ可省略）。例如：Q235—A·F表示屈服點(diǎn)為235MPa，A級(jí)沸騰鋼。

Q235—B表示屈服點(diǎn)為235MPa，B級(jí)鎮(zhèn)靜鋼。第2章建筑金屬材料

（2）碳素結(jié)構(gòu)鋼的選用碳素結(jié)構(gòu)鋼依牌號(hào)增大，含碳量增加，其強(qiáng)度增大，但塑性和韌性降低。建筑工程中主要應(yīng)用Q235號(hào)鋼,可用于軋制各種型鋼、鋼板、鋼管與鋼筋。具有較高的強(qiáng)度，良好的塑性、韌性，可焊性及可加工等綜合性能好,且冶煉方便，成本較低，因此廣泛用于一般鋼結(jié)構(gòu)。其中C、D級(jí)可用在重要的焊接結(jié)構(gòu)。Q195、Q215號(hào)鋼材強(qiáng)度較低，但塑性、韌性較好，易于冷加工，可制作鉚釘、鋼筋等。Q225、Q275號(hào)鋼材強(qiáng)度高，但塑性、韌性、可焊性差，可用于鋼筋混凝土配筋及鋼結(jié)構(gòu)中的構(gòu)件及螺栓等。受動(dòng)荷載作用結(jié)構(gòu)、焊接結(jié)構(gòu)及低溫下工作的結(jié)構(gòu)，不能選用A、B質(zhì)量等級(jí)鋼及沸騰鋼。第2章建筑金屬材料

2.低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼（1）低合金高強(qiáng)度鋼的牌號(hào)

共有5個(gè)牌號(hào)牌號(hào)由三部分表示：含碳量、合金元素的種類及含量。前兩位數(shù)字表示平均含碳量的萬分?jǐn)?shù)；其后的元素符合表示按主次加入的合金元素；合金元素后面如未附數(shù)字，表示其平均含量在1.5%以下；如附有數(shù)字“2”,表示其平均含量在1.5%～2.5%之間最后如附有“b”，表示為半鎮(zhèn)靜鋼，否則為鎮(zhèn)靜鋼。例如：16Mn表示平均含碳量為0.16%，平均含碳量低于1.5%的鎮(zhèn)靜鋼。第2章建筑金屬材料

（2）低合金高強(qiáng)度鋼的選用低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼具有輕質(zhì)高強(qiáng)，耐蝕性、耐低溫性好，抗沖擊性強(qiáng)，使用壽命長(zhǎng)等良好的綜合性能；具有良好的可焊性及冷加工性，易于加工與施工，因此，低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼可以用作高層及大跨度建筑（如大跨度橋梁、大型廳館、電視塔等）的主體結(jié)構(gòu)材料。與普通碳素鋼相比可節(jié)約鋼材，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)?shù)秃辖痄撝械你t含量達(dá)11.5%時(shí)，鉻就在合金金屬的表面形成一層惰性的氧化鉻膜，成為不銹鋼。不銹鋼具有低的導(dǎo)熱性，良好的耐蝕性能等優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是溫度變化時(shí)膨脹性較大。不銹鋼既可以作為承重構(gòu)件，又可以作為建筑裝飾材料。第2章建筑金屬材料

2.5.2混凝土結(jié)構(gòu)用鋼

1.熱軋鋼筋（1）牌號(hào)熱軋鋼筋分為R235、HRB335、HRB400、HRB500四個(gè)牌號(hào)。

牌號(hào)意義：R代表熱軋光圓鋼筋、HRB代表熱軋帶肋鋼筋，其中熱軋光圓鋼筋由碳素結(jié)構(gòu)鋼軋制而成，表面光圓；熱軋帶肋鋼筋由低合金鋼軋制而成，外表帶肋。

牌號(hào)中的數(shù)字：表示熱軋鋼筋的屈服強(qiáng)度。第2章建筑金屬材料

（2）熱軋鋼筋的選用光圓鋼筋的強(qiáng)度較低，但塑性及焊接性好，便于冷加工，廣泛用做普通鋼筋混凝土。

HRB325，HRB400帶肋鋼筋的強(qiáng)度較高，塑性及焊接性也較好，廣泛用做大、中型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的受力鋼筋。

HRB500帶肋鋼筋強(qiáng)度高，但塑性與焊接性較差，適宜作預(yù)應(yīng)力鋼筋。第2章建筑金屬材料2.冷拉熱軋鋼筋

為了提高強(qiáng)度以節(jié)約鋼筋，工程中常按施工規(guī)程對(duì)熱軋鋼筋進(jìn)行冷拉。冷拉熱軋鋼筋分為：冷拉Ⅰ級(jí)、冷拉Ⅱ級(jí)、冷拉Ⅲ級(jí)、冷拉Ⅳ級(jí)第2章建筑金屬材料（3）冷拉熱軋鋼筋的選用冷拉I級(jí)鋼筋適用作非預(yù)應(yīng)力受拉鋼筋。冷拉Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級(jí)鋼筋強(qiáng)度較高，可用作預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力筋。由于冷拉鋼筋的塑性、韌性較差，易發(fā)生脆斷，因此，冷拉鋼筋不宜用于負(fù)溫度、受沖擊或重復(fù)荷載作用的結(jié)構(gòu)。第2章建筑金屬材料

3.冷軋帶肋鋼筋冷軋帶肋鋼筋是用低碳鋼熱軋圓盤條經(jīng)冷軋或冷拔減徑后，在其表面冷軋成三面有肋的鋼筋。冷軋帶肋鋼筋代號(hào)為CR，按抗拉強(qiáng)度分為三級(jí)：CRB550、CRB650、CRB800、CRB970、CRB1170，其中數(shù)值表示鋼筋應(yīng)達(dá)到的最小抗拉強(qiáng)度值。冷軋帶肋鋼筋提高了鋼筋的握裹力，可廣泛用于中、小預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件和普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件，也可用于焊接鋼筋網(wǎng)。第2章建筑金屬材料

4.冷軋扭鋼筋加工：冷軋扭鋼筋由低碳鋼熱軋圓盤條經(jīng)專用鋼筋冷軋扭機(jī)調(diào)直、冷軋并冷扭一次成型，具有規(guī)定截面形狀和節(jié)距的連續(xù)螺旋狀鋼筋。分類：按其截面形狀不同分為I型(矩形截面)和Ⅱ型(菱形截面)兩種類型。代號(hào)為L(zhǎng)ZN。應(yīng)用：冷軋扭鋼筋可適用于鋼筋混凝土構(gòu)件.特點(diǎn)：冷軋扭鋼筋與混凝土的握裹力與其螺距大小有直接關(guān)系。螺距越小,握裹力越大,但加工難度也越大,因此,

應(yīng)選擇適宜的螺距。冷軋扭鋼筋在拉伸時(shí)無明顯屈服臺(tái)階，為安全起見，其抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度采用0.8σb。第2章建筑金屬材料

5.熱處理鋼筋加工：熱處理鋼筋是用熱軋螺紋鋼筋經(jīng)淬火和回火的調(diào)質(zhì)處理而成的。代號(hào)為RB150。種類：按螺紋外形可分為有縱肋和無縱肋兩種。牌號(hào)：熱處理鋼筋有40SiMn、48Si2Mn和45Si2Cr等三個(gè)牌號(hào)。應(yīng)用：目前主要用于預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕，用以代替高強(qiáng)度鋼絲，配筋根數(shù)減少,制作方便,錨固性能好,建立預(yù)應(yīng)力穩(wěn)定。也用于預(yù)應(yīng)力混凝土板、梁和吊車梁，使用效果良好。熱處理鋼筋系成盤供應(yīng)（每盤長(zhǎng)約20mm），開盤后能自然伸直，不需調(diào)直、焊接，故施工簡(jiǎn)單，并可節(jié)約鋼材。第2章建筑金屬材料

6.預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲和鋼絞線（1）預(yù)應(yīng)力鋼絲分類：按交貨狀態(tài)分為冷拉鋼絲及消除應(yīng)力鋼絲兩種；按外形分為光面鋼絲、刻痕鋼絲、螺旋鋼絲三種；按松馳能力分為I級(jí)松馳和Ⅱ級(jí)松馳兩級(jí)。代號(hào)：RCD（冷拉鋼絲）、S（消除應(yīng)力鋼絲）、SI（消除應(yīng)力刻痕鋼絲）、SH（消除應(yīng)力螺旋肋鋼絲）。（2）預(yù)應(yīng)力鋼絞線分類：按捻制結(jié)構(gòu)分為三類：用兩根鋼絲捻制的鋼絞線（表示為1×2）、用三根鋼絲捻制的鋼絞線（表示為1×3）、用七根鋼絲捻制的鋼絞線（表示為1×7）。按應(yīng)力松馳能力分為I級(jí)松馳和Ⅱ級(jí)松馳兩種。第2章建筑金屬材料（3）預(yù)應(yīng)力鋼絲和鋼絞線的應(yīng)用

主要用于大跨度、大負(fù)荷的橋梁、電桿、枕軌、屋架、大跨度吊車梁等，安全可靠，節(jié)約鋼材，且不需冷拉，焊接接頭等加工，因此，在土木工程中得到廣泛應(yīng)用。第3章砂石材料

砂石材料是道路與橋梁建筑中用量最大的一種建筑材料，按照用途不同，砂石材料可以分為石料、集料和礦質(zhì)混合料。

3.1石料

3.2集料

3.3礦質(zhì)混合料*3.1石料

3.1.1石料的技術(shù)性質(zhì)

石料主要指可以加工成一定規(guī)則形狀的，塊石可以直接用于土木工程建筑。石料的技術(shù)性質(zhì)物理性質(zhì)力學(xué)性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)*1.物理性質(zhì)石料的物理性質(zhì)包括：物理常數(shù)、吸水性，以及耐候性。（1）物理常數(shù)石料的物理常數(shù)是石料礦物組成結(jié)構(gòu)狀態(tài)的反映。礦物實(shí)體閉口孔隙開口孔隙三部分組成*1）密度

——石料在規(guī)定條件（105土5℃烘干至恒重，溫度20℃）下，單位實(shí)體體積（閉口孔隙+礦質(zhì)實(shí)體的體積）的質(zhì)量。

公式：式中：

t——石料的真實(shí)密度，g/cm3；

ms——石料礦質(zhì)實(shí)體的質(zhì)量，g；

vs——石料礦質(zhì)實(shí)體的體積，cm3。

在空氣中稱量石料質(zhì)量，m0=0，ms=M*2）毛體積密度

——指在規(guī)定條件下，石料單位毛體積（礦質(zhì)實(shí)體+孔隙的體積）的質(zhì)量。公式：式中：

h——石料的毛體積密度，g/cm3；

ms、vs——意義同前式；

vi——石料開口孔隙的體積，cm3；

vn——石料閉口孔隙的體積，cm3。

V——石料的毛體積，cm3。*3）孔隙率

——石料的孔隙體積占其總體積的百分率。

定義式為：

式中：n——石料的孔隙率，％；

V0——石料的孔隙（開口+閉口孔隙）的體積，cm3；

V——石料的總體積，cm3。計(jì)算式：

*（2）吸水性

——石料在規(guī)定的條件下吸水的能力。工程上常采用吸水率和飽水率這兩項(xiàng)指標(biāo)表征。

1）吸水率

吸水率是指在室內(nèi)常溫和大氣壓條件下，石料試件最大的吸水質(zhì)量占烘干（105土5℃干燥至恒重）石料試件質(zhì)量的百分率。式中：W——石料吸水率，％；

m1——石料烘干至恒量時(shí)的質(zhì)量，g；

m2——石料試件吸水至恒量時(shí)的質(zhì)量，g。*

2）飽水率

——在內(nèi)常溫（20±2℃）和真空（真空度為2.67kPa）條件下，石料試件的最大吸水質(zhì)量占烘干石料試件質(zhì)量的百分率。

計(jì)算方法與吸水率相似，但飽水率＞吸水率。*（3）耐候性

——石料抵抗大氣等自然因素作用的性能稱為耐候性。試驗(yàn)方法：抗凍性和堅(jiān)固性。

1）抗凍性

——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的性能。表征指標(biāo)：

①抗凍損失率（質(zhì)量損失率）

按下式計(jì)算：式中：

Qfr——抗凍質(zhì)量損失率％；

m1——試驗(yàn)前烘干試件質(zhì)量,g；

m2——試驗(yàn)后烘干試件質(zhì)量,g。

*

②耐凍系數(shù)

計(jì)算公式：

式中：

Kfr——試件的耐凍系數(shù)；

fsc——試驗(yàn)前石料試件飽水抗壓強(qiáng)度，MPa；

fsc(fr)——經(jīng)凍融循環(huán)試驗(yàn)后石料試件飽水抗壓強(qiáng)度，MPa。

公路工程用石料技術(shù)要求：一般要求其耐凍系數(shù)大于0.75；質(zhì)量損失率不大于5%。同時(shí)試件應(yīng)無明顯缺損(包括剝落、裂縫和邊角損壞等情況)*2）堅(jiān)固性

測(cè)定方法：采用硫酸鈉堅(jiān)固性法，將硫酸鈉飽和溶液浸入石料孔隙后，經(jīng)烘干、硫酸鈉結(jié)晶體積膨脹，產(chǎn)生有如水結(jié)凍相似的作用，使石料孔隙周壁受到張應(yīng)力，經(jīng)過多次循，引起石料破壞。

堅(jiān)固性是測(cè)定石料耐候性的一種簡(jiǎn)易、快速的方法。

有條件者均應(yīng)采用直接凍融法。

*2.力學(xué)性質(zhì)

——主要討論確定石料等級(jí)的抗壓強(qiáng)度和磨耗率兩項(xiàng)性質(zhì)。

（1）單軸抗壓強(qiáng)度石料的工程用途不同，抗壓強(qiáng)度的測(cè)試方法也不相同。道路工程、建筑工程用石料的單軸抗壓強(qiáng)度按下式計(jì)算：式中：fsc——石料的抗壓強(qiáng)度，MPa；

Fmax——極限破壞時(shí)的荷載，N；

A——試件的截面積，mm2。*

（2）磨耗性

——石料抵抗沖擊、邊緣剪切和摩擦等的聯(lián)合作用的性能。也是評(píng)定石料等級(jí)的依據(jù)之一。測(cè)定方法：可采用洛杉礬試驗(yàn)法或狄法爾試驗(yàn)法確定。

1）洛杉磯試驗(yàn)法石料磨耗率計(jì)算公式：式中：Q磨——石料的磨耗率,％；

m1——裝入磨耗機(jī)的試樣質(zhì)量，g；

m2——試驗(yàn)后洗凈烘干的試樣質(zhì)量，g。*2）狄法爾試驗(yàn)法石料的磨耗率同樣是以通過2mm圓孔篩或1.6mm方孔篩的質(zhì)量損失百分率來表示。計(jì)算公式同上。

*3.化學(xué)性質(zhì)（1）石料化學(xué)性質(zhì)石料按SiO2的含量劃分為：酸性石料：SiO2>65%性石料：SiO2=52%～65%堿性石料：SiO2<52%（2）石料與瀝青粘附性測(cè)定方法

按照我國(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，可采用水煮法和水浸法。*3.1.2石料的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

1.石料的技術(shù)分級(jí)根據(jù)公路工程對(duì)巖石的不同要求，自然界的巖石可劃分為四個(gè)巖類：2.石料的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)道路建筑用石料按其技術(shù)性質(zhì)（飽水后的抗壓強(qiáng)度和磨耗率）劃分為四個(gè)等級(jí)：Ⅰ類——巖漿巖類Ⅱ類——石灰?guī)r類Ⅲ類——砂巖和片巖類Ⅳ類——礫石類1級(jí)——最堅(jiān)硬巖石2級(jí)——堅(jiān)硬巖石3級(jí)——中等強(qiáng)度的巖石4級(jí)——較軟的巖石*公路工程用石料的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)*3.2集料

3.2.1集料的分類集料包括巖石天然風(fēng)化而成的礫石（卵石）和砂等、巖石經(jīng)機(jī)械和人工軋制的各種尺寸的碎石，以及工業(yè)冶金礦渣。根據(jù)集料在工程混合料中的不同作用，可以按粒徑將其劃分為粗集料和細(xì)集料兩種。

*集料粗集料：在混合料中起骨架作用（碎石、礫石等）

細(xì)集料：在混合料中起填充作用（天然砂、人工砂和石屑）

在水泥混凝土中，粒徑＞5mm（以圓孔篩計(jì)）在瀝青混合料中，粒徑＞2.36mm（以方孔篩計(jì)）

在水泥混凝土中，粒徑＜5mm（以圓孔篩計(jì)）在瀝青混合料中，粒徑＜2.36mm（以方孔篩計(jì)）

*3.2.2集料的技術(shù)性質(zhì)

1.粗集料的技術(shù)性質(zhì)

（1）物理性質(zhì)

1）物理常數(shù)集料的物理常數(shù)，要考慮到集料顆粒中的孔隙（開口孔隙或閉口孔隙），以及顆粒間的空隙。

①表觀密度（簡(jiǎn)稱視密度）

———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(shí)體和閉口孔隙的體積）的質(zhì)量。*由右圖體積與質(zhì)量的關(guān)系，可表示為：

式中：′t——粗集料的表觀密度，g/cm3；ms——礦質(zhì)實(shí)體質(zhì)量，g；Vs——礦質(zhì)實(shí)體體積，cm3；Vn——礦質(zhì)實(shí)體中閉口孔隙體積，cm3。*②毛體積密度

粗集料的毛體積密度指在規(guī)定的條件下，單位毛體積（包括礦質(zhì)實(shí)體、閉口孔隙和開口孔隙）的質(zhì)量?？捎上率角蟮茫?/p>

式中：

h——粗集料的毛體積密度，g/cm3；

ms——礦質(zhì)實(shí)體質(zhì)量，g；vs、vi、vn——分別為粗集料礦質(zhì)實(shí)體、閉口孔隙和開口孔隙體積，cm3

。*③堆積密度

————將集料裝填于容器中包括集料空隙（顆粒之間的）和孔隙（顆粒內(nèi)部的）在內(nèi)的單位體積的質(zhì)量。

計(jì)算公式：式中：

f——粗集料的堆積密度，g/cm3

；

ms——礦質(zhì)實(shí)體質(zhì)量，g；vs、vp、vv——分別為粗集料礦質(zhì)實(shí)體、孔隙和空隙的體積,cm3。按堆積的松緊程度不同分類：自然堆積密度與振實(shí)堆積密度。*④空隙率

————指集料在自然堆積（或緊密堆積）時(shí)空隙體積占總體積的百分率。計(jì)算公式：

式中：n

——粗集料的空隙率,％；

′t——粗集料的表觀密度，g/cm3

；

′f——粗集料的自然（或緊密）堆積密度，g/cm3

。*

2）級(jí)配

————指粗集料中各組成顆粒的分級(jí)和搭配?？赏ㄟ^篩析試驗(yàn)來確定。

級(jí)配的三參數(shù)：①分計(jì)篩余百分率；

②累計(jì)篩余百分率；

③通過百分率。3）堅(jiān)固性可參照石料的抗凍性和堅(jiān)固性試驗(yàn)。對(duì)已碎石或卵石，可采用規(guī)定級(jí)配的各粒級(jí)集料試驗(yàn)。*（2）路用粗集料的力學(xué)性質(zhì)

————主要是壓碎值和磨耗度；其次磨光值、道瑞磨耗值和沖擊值。

1）集料壓碎值

————指集料在連續(xù)增加的荷載下，抵抗壓碎的能力。

計(jì)算公式：

式中：

m0——試驗(yàn)前試樣質(zhì)量，g；

m1——試驗(yàn)后通過2.36mm篩孔細(xì)料質(zhì)量，g。*2）集料磨光值高速公路要求的力學(xué)性質(zhì)：集料的抗磨光性。按我國(guó)現(xiàn)行試驗(yàn)規(guī)程，是采用石料磨光值（PolishedStoneValue簡(jiǎn)稱PSV）來表示。

意義：石料磨光值愈高，表示其抗滑性愈好。抗滑面層應(yīng)選用磨光值高的集料，如玄武巖、安山巖、砂巖和花崗巖等。*3）集料沖擊值集料抵抗多次連續(xù)重復(fù)沖擊荷載作用的性能，稱為抗沖擊韌性。指標(biāo)：沖擊值。計(jì)算公式：式中：

LSV——集料的沖擊值，%m1——試驗(yàn)后通過2.36mm的試樣質(zhì)量，g；

m——原試樣質(zhì)量，g。*4）集料磨耗值（道瑞試驗(yàn)）————用于評(píng)定抗滑表層所用粗集料抵抗車輪撞擊及磨耗的能力。磨耗值的計(jì)算公式：

式中：

AAV——集料磨耗值；

m1——磨耗前試件的質(zhì)量，g；

m2——磨耗后試件的質(zhì)量，g；

s——集料表干密度,g/cm3。

*

意義：磨耗值愈高，表示集料耐磨性愈差。

要求：不同道路等級(jí)對(duì)抗滑表層集料的磨光值、道瑞磨耗值和沖擊值的技術(shù)要求見下表。

抗滑表層用集料技術(shù)要求指標(biāo)高速公路、一級(jí)公路其他公路石料磨光值不小于4235道瑞磨耗值不大于1416集料沖擊值不大于/%2830*2.細(xì)集料的技術(shù)性質(zhì)（1）物理常數(shù)

————包括表觀密度、堆積密度和空隙率等物理常數(shù)，其含義與粗集料完全相同，但是由于它的粒徑較小，測(cè)定與計(jì)算的方法稍有不同。（2）級(jí)配

————各級(jí)粒徑顆粒的分配情況，可通過砂的篩分試驗(yàn)確定。篩分試驗(yàn)：將500g試樣，置于一套標(biāo)準(zhǔn)篩進(jìn)行篩分，分別稱出試樣存留在各篩上質(zhì)量，并計(jì)算其級(jí)配有關(guān)參數(shù)：*1）分計(jì)篩余百分率

————某號(hào)篩上的篩余質(zhì)量占試樣總質(zhì)量的百分率。

計(jì)算公式：式中：ai——某號(hào)篩的分計(jì)篩余，％；

mi——存留在某號(hào)篩上的質(zhì)量，g；

M——試樣總質(zhì)量，g。*2）累計(jì)篩余百分率

————某號(hào)篩的分計(jì)篩余百分率和大于某號(hào)篩的各篩分計(jì)篩余百分率之總和。

計(jì)算公式：式中：Ai——累計(jì)篩余，％；

a1、a2、…

ai——從5mm、2.5mm、……至計(jì)算的某號(hào)篩的分計(jì)篩余（圓孔篩），％。*3）通過百分率

————通過某篩的質(zhì)量占試樣總質(zhì)量的百分率，即100與累計(jì)篩余百分率之差。

計(jì)算公式：

式中：Pi——通過百分率，％；

Ai——累計(jì)篩余，％。*

（3）粗度

粗度是評(píng)價(jià)砂粗細(xì)程度的一種指標(biāo)。

指標(biāo)：細(xì)度模數(shù)（或細(xì)度模量），是各號(hào)篩的累計(jì)篩余百分率之和除以100之商?？砂聪率接?jì)算：當(dāng)砂中含有大于5mm的顆粒時(shí)，則按下式計(jì)算：*按細(xì)度模數(shù)可將砂分為下列三級(jí)：

式中：Mx——細(xì)度模數(shù)；

A5、A2.5、A1.25、A0.63、A0.316、A0.16——5mm、2.5mm、……、0.16mm各篩累計(jì)篩余，％。Mx=3.7～3.1為粗砂Mx=3.0～2.3為中砂Mx=2.2～1.6為細(xì)砂結(jié)論：細(xì)度模數(shù)越大，表示細(xì)集料越粗。*3.3礦質(zhì)混合料

3.3.1礦質(zhì)混合料的級(jí)配類型砂石集料在土木工程中，主要以礦質(zhì)混合料的形式與結(jié)合料組配使用。

組配要求：多種集料按照一定的比例搭配起來，以達(dá)到

較高的密實(shí)度

和較大的摩擦力?？刹捎玫募?jí)配類型：有連續(xù)級(jí)配和間斷級(jí)配兩種。如圖所示：*3.3.2礦質(zhì)混合料的級(jí)配理論

1.最大密度曲線理論（富勒理論）

觀點(diǎn)：礦質(zhì)混合料的顆粒級(jí)配曲線愈接近拋物線，則其密度愈大。當(dāng)?shù)V質(zhì)混合料的級(jí)配曲線為拋物線時(shí)，具有最大密實(shí)度。a）b）a）常坐標(biāo)；b）半對(duì)數(shù)坐標(biāo)理想最大密度級(jí)配曲線*

最大密度級(jí)配曲線公式：可用礦料顆粒粒徑（d）與通過量（p）表示。式中：d——礦質(zhì)混合料各級(jí)顆粒粒徑，mm；

p——各級(jí)顆粒粒徑集料的通過量，%；

k——常數(shù)。*2.最大密度曲線n冪公式（泰波理論）

觀點(diǎn)：最大密度曲線是一種理論的級(jí)配曲線，實(shí)際上，級(jí)配曲線應(yīng)該有一定的波動(dòng)范圍。

公式：

式中：

p、d和D——意義同前；n——實(shí)驗(yàn)指數(shù)。

實(shí)際研究認(rèn)為：在瀝青混合料中應(yīng)用，當(dāng)n=0.45時(shí)密度最大；在水泥混凝土中應(yīng)用，當(dāng)n=0.25～0.45時(shí)工作性較好。通常使用的礦質(zhì)混合料的級(jí)配范圍（包括密級(jí)配和開級(jí)配）n=0.3～0.7

*3.粒子干涉理論

式中：t——前粒級(jí)的間隙距離，即等于次粒級(jí)的粒徑；

D——前粒級(jí)的粒徑；

0——次粒級(jí)的理論實(shí)積率（即堆積密度與表觀密度之比）；

s——次粒級(jí)的實(shí)用實(shí)積率。公式：*3.3.3礦質(zhì)混合料的組成設(shè)計(jì)方法目前礦質(zhì)混合料的組成設(shè)計(jì)方法主要有數(shù)解法與圖解法兩大類。1.數(shù)解法用數(shù)解法解礦質(zhì)混合料組成的方法很多，最常用的方法有試算法和正規(guī)方程法。試算法適用于3～4種礦料組配，正規(guī)方程法可用于多種礦料組成，所得結(jié)果準(zhǔn)確，但計(jì)算較為繁雜，不如圖解法簡(jiǎn)便。下面主要介紹試算法。*

（1）試算法

1）按題意作下列兩點(diǎn)假設(shè)：

①

設(shè)A、B、C三種集料在混合料M中的用量比例分別為X、Y、Z，則

②

又設(shè)混合料M中某一級(jí)粒徑（i）要求的含量為M（i），A、B、C三種集料中該粒徑的含量分別為

A(i)、

B(i)

、

C(i)

。則：2）計(jì)算步驟

①

計(jì)算A集料在礦質(zhì)混合料中的用量比例首先，找出A集料占優(yōu)勢(shì)含量的某一粒徑，如粒徑（i），而忽略B、C

集料在此粒徑的含量，即B集料和C集料該粒徑的含量aB(i)和aC(i)均等于零。

A集料在混合料中的用量：*②

計(jì)算C集料在礦質(zhì)混合料中的用量比例原理同前，設(shè)C集料的優(yōu)勢(shì)粒徑為j（mm），則A集料和B集料在該粒徑的含量aA(j)和aB(j)均等于零。

C集料在混合料中的用量：

③

計(jì)算B集料在礦質(zhì)混合料中的用量比例由前式得出B集料在礦質(zhì)混合料中的用量：

④

校核調(diào)整按以上計(jì)算的配合比計(jì)算合成級(jí)配，如不在要求的級(jí)配范圍內(nèi)，應(yīng)調(diào)整。重新計(jì)算和復(fù)核配合比，經(jīng)幾次調(diào)整，直到符合要求為止。如經(jīng)計(jì)算確不能滿足級(jí)配要求時(shí)，可摻加某些單粒級(jí)集料，或調(diào)換其它原始集料。*（2）正規(guī)方程法

基本原理：根據(jù)各種集料的篩分?jǐn)?shù)據(jù)和規(guī)范要求的級(jí)配中值列出正規(guī)方程，然后用數(shù)學(xué)回歸的方法或電算的方法求解。

方法：①設(shè)有k種集料,各集料在n級(jí)篩分的通過百分率為Pi（j）,

欲配制為符合級(jí)配范圍中值要求的礦質(zhì)混合料。

②設(shè)礦質(zhì)混合料任何一級(jí)篩孔的通過率為P（j）,它等于由各種組成集料在該級(jí)的通過百分率Pi乘各種集料在混合料中的用量（xi）之和，即式中:i——集料種類,=1，2，…k；j——篩孔數(shù),=1，2，…n。*③按下式列出方程組方程組可用數(shù)學(xué)回歸法或電算法求解………………*2.圖解法

（1）基本原理

通常級(jí)配曲線圖采用半對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖繪制，所繪出的級(jí)配范圍中值為一拋物線。圖解法中，為使要求級(jí)配中值呈一直線，采用縱坐標(biāo)的通過量（Pi）為算術(shù)坐標(biāo)，而橫坐標(biāo)的粒徑采用(d/D)n表示，則繪出的級(jí)配曲線中值為直線。如圖：a）b）圖解法級(jí)配曲線坐標(biāo)圖*（2）計(jì)算步驟

1）繪制級(jí)配曲線坐標(biāo)圖

2）確定各種集料用量

①兩相鄰級(jí)配曲線重疊，等分；

②兩相鄰級(jí)配曲線相接，連分；

③兩相鄰級(jí)配曲線相離，平分。

3）校核按圖解所得的各種集料用量，校核計(jì)算所得合成級(jí)配是否符合要求。如不能符合要求，即超出級(jí)配范圍，應(yīng)調(diào)整各集料的用量。*礦質(zhì)混合料配合比設(shè)計(jì)工程實(shí)例試采用圖解法設(shè)計(jì)某高速公路用細(xì)粒式瀝青混凝土的礦質(zhì)混合料配合比。

1.原始資料（1）現(xiàn)有碎石、石屑、砂和礦粉四種礦質(zhì)集料，現(xiàn)場(chǎng)取樣進(jìn)行篩分如下表：材料名稱篩孔尺寸（方篩孔）/mm16.O13.29.54.752.361.180.60.30.150.075通過百分率/%碎石1009426OOOOOOO石屑100100100804017OOOO砂1001001001009490763817O礦粉10010010010010010010010010083*（2）確定礦質(zhì)混合料的工程級(jí)配范圍如下表：級(jí)配類型篩孔尺寸(方孔篩)/mm16.O13.29.54.752.361.180.60.30.150.075細(xì)粒式瀝青混凝土（AC-13）10095～10070～8848～6836～5324～4118～3012～228～164～8

級(jí)配中值10098795745

3324

17

12

6*

2.設(shè)計(jì)步驟（1）繪制級(jí)配曲線圖，在縱坐標(biāo)上按算術(shù)坐標(biāo)繪出通過百分率Pi，如下圖。（2）連對(duì)角線OO′作為級(jí)配范圍通過率中值。在縱坐標(biāo)上找出各個(gè)篩孔通過率中值作水平線，通過與對(duì)角線OO′的交點(diǎn)作垂線，與橫坐標(biāo)的交點(diǎn)，即為相應(yīng)的篩孔在橫坐標(biāo)上的位置。（3）將碎石、石屑、砂和礦粉四種集料的級(jí)配曲線繪于下圖。（4）從碎石、石屑、砂和礦粉四條級(jí)配曲線依次分析，均為重疊的位置關(guān)系。在其重疊部分分別作垂線AA′、BB′、CC′與對(duì)角線OO′依次相交于M、N、R；過M、N、R分別引水平線，可以確定

碎石:石屑:砂:礦粉=36%:31%:25%:8%。*1009080706050403020100Pi(%)di（mm）9879574533241712616.013.29.54.752.361.180.60.30.150.075碎石石屑砂礦粉碎石36%石屑31%砂25%礦粉8%AA′BB′CC′MNR級(jí)配中值線*

3.校核

（1）計(jì)算得合成級(jí)配結(jié)果，并繪制合成級(jí)配曲線；（2）調(diào)整配合比。

配合比調(diào)整原則：對(duì)高速公路和一級(jí)公路，宜在工程設(shè)計(jì)級(jí)配范圍內(nèi)計(jì)算

1～3組粗細(xì)不同的配合比，繪制設(shè)計(jì)級(jí)配曲線，分別位于工程設(shè)計(jì)級(jí)配范圍的上方、中值及下方。設(shè)計(jì)合成級(jí)配不得有太多的鋸齒形交錯(cuò)，且在0.3～0.6mm范圍內(nèi)不出現(xiàn)“鴕峰”。當(dāng)反復(fù)調(diào)整不能滿意時(shí)，宜更換材料設(shè)計(jì)。*（1）計(jì)算合成級(jí)配結(jié)果表（表3.4）*

（2）繪制級(jí)配曲線，并調(diào)整配合比從圖中可以看出，計(jì)算的合成級(jí)配曲線接近級(jí)配范圍中值。由于高速公路交通量大、軸載重，為使瀝青混合料具有較高的高溫穩(wěn)定性，合成級(jí)配曲線應(yīng)偏向級(jí)配曲線范圍的下限，因此需要調(diào)整。*

經(jīng)調(diào)整，各種材料用量為碎石:石屑:砂:礦粉=41%:36%:15%:8%。按此結(jié)果重新計(jì)算合成級(jí)配，計(jì)算結(jié)果如表3.4(表中括號(hào)部分)并繪圖，可見調(diào)整后的合成級(jí)配曲線光滑、平順，且接近級(jí)配曲線的下限。結(jié)論*第4章無機(jī)膠凝材料

概述膠凝材料（結(jié)合料）——經(jīng)物理、化學(xué)作用，能將散粒狀或塊狀材料粘結(jié)為整體的材料。*第4章無機(jī)膠凝材料

無機(jī)膠凝材料（以無機(jī)化合物為基本成分）有機(jī)膠凝材料（天然的或合成的有機(jī)高分子化合物為基本成分）（瀝青、樹脂）

按凝結(jié)硬化條件分類

氣硬性膠凝材料——只在空氣中硬化

（石灰、石膏）

水硬性膠凝材料——空氣、水中皆可硬化（水泥）

*4.1石灰

4.1.1石灰的生產(chǎn)

1.原料

——以CaCO3為主要成分的巖石(石灰石、白堊等)

富含CaCO3

部分MgCO3*

2.煅燒塊狀生石灰的特點(diǎn)：

CaO質(zhì)量幾乎下降一半,但體積縮小很少,故優(yōu)質(zhì)生石灰應(yīng)為白色疏松結(jié)構(gòu)。欠火石灰：溫度過低/時(shí)間不夠/石灰石不能充分燒透,存在硬心過火石灰：溫度過高/時(shí)間過長(zhǎng)/顏色深（褐、黑）塊狀生石灰1005644注意過火石灰可以使用，但應(yīng)陳伏半個(gè)月*

4.1.2石灰分類2.石灰的存在形成

塊狀生石灰——煅燒直接獲得生石灰粉——塊狀生石灰磨細(xì)

消石灰粉——生石灰消解石灰膏/乳——生石灰+過量水鈣質(zhì)石灰（MgO≤5％）鎂質(zhì)石灰（MgO>5％）特點(diǎn)：熟化較慢，但硬化強(qiáng)度稍高。1.按MgO含量分類CaOCa(OH)2*4.1.3石灰的熟化與硬化

1.石灰的熟化（消化）

CaO+H2O——Ca(OH)2+Q（64.9KJ）注意：

消解安全措施：分層消解*

2.硬化

1）干燥結(jié)晶硬化：水分蒸發(fā)，氫氧化鈣過飽和析晶——結(jié)晶強(qiáng)度產(chǎn)生2種強(qiáng)度2）碳化：

Ca（OH）2＋CO2＋H2O——CaCO3

碳化強(qiáng)度水分蒸發(fā)，產(chǎn)生毛細(xì)管壓力，壓密石灰粒子——附加強(qiáng)度*石灰的生產(chǎn)、消解、硬化小結(jié)過火石灰存在,陳伏半個(gè)月左右

——常見實(shí)例：陳伏時(shí)間不夠，引起房屋抹面層凸起開裂消解為石灰膏/乳的作用

——水層隔絕空氣，避免發(fā)生碳化消解安全

——分層消解，熱量較快散釋*4.1.4石灰的技術(shù)要求

根據(jù)我國(guó)建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JC/T479-92《建筑生石灰》與JC/T480-92《建筑生石灰粉》、JC/T481-92《建筑消石灰粉》的規(guī)定，按照技術(shù)指標(biāo)分為優(yōu)等品、一等品、合格品三個(gè)等級(jí)。生石灰、生石灰粉及消石灰的技術(shù)指標(biāo)見表4.1、4.2、4.3。

建筑工程中所使用的石灰通常分為三個(gè)品種：建筑生石灰、建筑生石灰粉和建筑消石灰粉。

橋涵用石灰技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)滿足建筑石灰的技術(shù)要求。

路面基層用石灰技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)滿足JTJ034-2000《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》要求，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)見表4.4。*表4.1生石灰的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

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CaO+MgO含量/%≮908580858075

C02含量/%≯

5796810未消化殘?jiān)浚?mm圓孔篩余）/%≯5101551015產(chǎn)漿量/L·kg-1≮

2.82.32.02.82.32.0*表4.2生石灰粉的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)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CaO+MgO含量/%≮858075807570

C02含量/%≯

791181012細(xì)度0.90mm篩篩余/%≯0.20.51.50.20.51.50.125mm篩篩余/%≯7.012.018.07.012.018.0*表4.3消石灰粉的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目鈣質(zhì)消石灰粉鎂質(zhì)消石灰粉白云石消石灰粉優(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CaO+MgO含量/%≮706560656055656055游離水/%0.4～２體積安定性合格合格—合格合格—合格合格—細(xì)度0.90mm篩篩余/%≯000.5000.5000.50.125mm篩篩余%≯310153101531015*表4.4路面基層用石灰的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目鈣質(zhì)生石灰鎂質(zhì)生石灰鈣質(zhì)消石灰鎂質(zhì)消石灰等級(jí)ⅠⅡⅢⅠⅡⅢⅠⅡⅢⅠⅡⅢCaO+MgO含量/%≮858075807570656055605550未消化殘?jiān)?5mm圓孔篩余/%≯71117101420含水量/%≯444444細(xì)度0.71mm篩篩余/%≯—11—110.125mm篩篩余%≯1320—1320—MgO含量/%≤5＞5≤4＞4*工程實(shí)例

某工地要使用一種生石灰粉，現(xiàn)取試樣，應(yīng)如何判該石灰的品質(zhì)？

1.檢測(cè)石灰中CaO和MgO的含量,二氧化碳的含量,細(xì)度。2.根據(jù)MgO含量，判定該石灰的類別(屬鈣質(zhì)/鎂質(zhì)石灰)

3.根據(jù)表4.1判定該石灰的等級(jí)。

*4.1.5石灰的應(yīng)用1.石灰乳、涂料2.砂漿、石灰砂漿、水灰水泥混合砂漿3.石灰土和三合土石灰＋粘土——石灰土(灰土)：用于道路的底基層、基層

拌和

按比例5%～12%

石灰＋粘土＋砂（爐渣/石膏）——三合土：應(yīng)用歷史悠久主要用于建筑物的地基、基礎(chǔ)，也用于道路的基層、墊層*第4章無機(jī)膠凝材料

4.2石膏

石膏——CaSO4為主要成分。分為建筑石膏和高強(qiáng)度石膏兩種。石膏的存在形式天然二水石膏化工石膏天然無水石膏建筑石膏高強(qiáng)石膏CaSO4·H2OCaSO4·H2O與CaSO4混合廢渣CaSO4·H2O，硬β-CaSO4·1/2H2Oα-CaSO4·1/2H2O*4.2.1建筑石膏的水化特點(diǎn)：極快,全過程約7～12min。4.2.2建筑石膏的凝結(jié)硬化

自由水水化和蒸發(fā)，石膏漿體可塑性減小，漿體變稠——凝結(jié)晶體逐漸長(zhǎng)大，漿體產(chǎn)生強(qiáng)度，直到干燥——硬化*4.2.3建筑石膏的技術(shù)性質(zhì)和要求

1.技術(shù)性質(zhì)密度和堆積密度小，屬輕質(zhì)材料凝結(jié)硬化快凝結(jié)硬化時(shí)體積略膨脹硬化后孔隙率高防火性能好耐水性和耐凍性差*2.技術(shù)要求等級(jí)2h強(qiáng)度細(xì)度0.2mm方孔篩篩余/%≯凝結(jié)時(shí)間/min抗壓抗折初凝終凝優(yōu)等品4.92.55.0≮6≯30一等品3.92.110.0合格品2.91.815.0*4.2.4建筑石膏的應(yīng)用

制備石膏砂漿和粉刷石膏——石膏表面堅(jiān)硬、光滑細(xì)膩、不起灰，便于再裝飾，

常用于室內(nèi)高級(jí)抹灰和粉刷。

石膏板及裝飾件——石膏板質(zhì)輕、保溫隔熱、吸聲防火、尺寸穩(wěn)定、便于施工，

廣泛用于高層建筑和大跨度建筑隔墻。常用制品：紙面石膏板、纖維石膏板、空心石膏板、穿孔石膏板、裝飾石膏板、石膏角線等裝飾件。*第4章無機(jī)膠凝材料

4.3水硬性膠凝材料

水泥——即能在水中凝結(jié)，又能在空氣中凝結(jié)的膠凝材料。*4.3.1水泥分類硅酸鹽水泥鋁酸鹽水泥硫酸鹽水泥鐵鋁酸鹽水泥(2)按性能和用途分類通用水泥專用水泥特性水泥⑴按化學(xué)成分??*4.3.2硅酸鹽水泥

1.硅酸鹽水泥的生產(chǎn)工藝概述2.硅酸鹽水泥的組成材料3.硅酸鹽水泥的水化和硬化4.硅酸鹽水泥的技術(shù)性質(zhì)5.硅酸鹽水泥的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)6.硅酸鹽水泥石的腐蝕與防止▲▲▲*

1.硅酸鹽水泥的生產(chǎn)工藝概述

（1）生產(chǎn)工藝

兩磨一燒——生料制備、熟料煅燒和水泥粉磨三個(gè)過程（2）生產(chǎn)原料石灰石質(zhì)原料——石灰石、白堊等粘土質(zhì)原料——粘土、頁(yè)巖等校正原料（少量）——鐵粉CaOSiO2、Al2O3、Fe2O3Fe2O3*2.硅酸鹽水泥的組成材料（1）硅酸鹽水泥熟料（2）石膏（3）混合材料*（1）硅酸鹽水泥熟料（簡(jiǎn)稱為熟料）1）硅酸鹽水泥熟料的礦物組成硅酸三鈣主要礦物組成分子式分子簡(jiǎn)式

3CaO·SiO2C3SC2SC3AC4AF2CaO·SiO23CaO·Al2O34CaO·Al2O3·Fe2O3硅酸二鈣鋁酸三鈣鐵鋁酸四鈣名稱*注意水泥中的其它成分：原因：煅燒水泥中反應(yīng)：危害：影響水泥體積安定性石灰石質(zhì)原料富含潛在危害非常嚴(yán)重*2）硅酸鹽水泥熟料礦物組成的反應(yīng)特性礦物組成

硅酸三鈣硅酸二鈣鋁酸三鈣

鐵鋁酸四鈣

C3SC2SC3AC4AF含量/%

37～60

最多15～37次之

7～15少

10～18少

水化速度

較快慢快中水化熱

中低高中強(qiáng)度

高早期低后期高低中（抗折強(qiáng)度）耐化學(xué)侵蝕

中良差優(yōu)干縮性

中小大小*實(shí)例快硬水泥：3d抗壓強(qiáng)度高，熟料中C3A、C3S含量高。

適用于緊急搶修工程、軍事工程、冬季施工工程。道路水泥：抗折強(qiáng)度高，耐磨、抗沖擊、抗凍和抗硫酸性好、干縮性小。C4AF、C2S含量高。

適用于道路路面、機(jī)場(chǎng)道面、城市廣場(chǎng)等工程。大壩水泥：簡(jiǎn)稱中熱水泥低熱礦渣水泥：加入礦渣適用于大壩工程、大型構(gòu)筑物、大型房屋的基礎(chǔ)等大體積工程。水化放熱較低，C2S含量高，

C3A含量低*

（2）石膏作用：緩凝劑水泥熟料磨成細(xì)粉與水相遇會(huì)很快凝結(jié)，無法施工。加入適量的石膏會(huì)延緩凝結(jié)時(shí)間，同時(shí)還有利于提高水泥早期強(qiáng)度、降低干縮變形等性能。石膏品種：主要采用天然石膏、工業(yè)副產(chǎn)石膏。*（3）混合材料1）活性混合材料2）非活性混合材料*1）活性混合材料

——系指具有火山灰性或潛在水硬性的混合料。煉鋼廠冶煉生鐵時(shí)的副產(chǎn)品。主要成分：CaO、Al2O3、SiO2。具有較高的化學(xué)潛能，但穩(wěn)定性差。?；郀t礦渣山灰質(zhì)混合材料粉煤灰火力發(fā)電廠煤粉燃料排出的細(xì)顆粒廢渣。主要成分：較多的SiO2、Al2O3和少量的CaO具有較高的活性。天然的人工的主要成分：Al2O3、SiO2。本身不硬化，+石灰+水起膠凝作用。*2）非活性混合材料

定義：在水泥中主要起填充作用，本身不具有（或具有微弱的）潛在的水硬性或火山灰性。

目的：調(diào)節(jié)水泥強(qiáng)度，增加水泥產(chǎn)量，降低水化熱。

常用種類：磨細(xì)的石灰石、石英巖、粘土、慢冷礦渣、高硅質(zhì)爐灰等。*五大品種硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥普通硅酸鹽水泥礦渣硅酸鹽水泥火山灰硅酸鹽水泥粉煤灰硅酸鹽水泥

不摻混合材+少量混合材（≤水泥量5%）

硅酸鹽水泥熟料+適量石膏+多量混合材

P·Ⅰ

P·Ⅱ

+少量混合材（水泥量6%～15%）

P·O

?；郀t礦渣

P·P

P·F

P·S

火山灰

粉煤灰*3.硅酸鹽水泥的水化硬化（1）水化

①②③

水化速度快

④

長(zhǎng)纖維狀

短纖維狀六方板結(jié)晶緩凝機(jī)理：同上針狀結(jié)晶

立方板狀結(jié)晶

*第一階段：大約在水泥拌水起至初凝時(shí)止，C3S迅速反應(yīng)生成Ca(OH)2。石膏和C3A反應(yīng)生成鈣礬石晶體。水泥漿呈塑性狀態(tài)。第二階段：大約從初凝起至24h止，水泥水化加速，生成較多的Ca(OH)2、鈣礬石晶體、水化硅酸鈣凝膠。水化產(chǎn)物大量生成，水泥凝結(jié)。第三階段：指24h以后直到水化結(jié)束。所有水化產(chǎn)物生成，數(shù)量不斷增加，結(jié)構(gòu)更加致密，強(qiáng)度不斷提高。（2）水泥的硬化*水泥硬化研究理論水化過程在不同的情況下會(huì)有不同的水化機(jī)理；不同的礦物在不同的階段，水化機(jī)理也會(huì)不完全相同。*4、硅酸鹽水泥的技術(shù)性質(zhì)

（1）化學(xué)性質(zhì)

①不溶物——主要指煅燒過程中存留的殘?jiān)?，不溶物的含量?huì)影響水泥的粘結(jié)質(zhì)量。

②燒失量——水泥煅燒不理想或者受潮后，會(huì)導(dǎo)致燒失量增加因此，燒失量是檢驗(yàn)水泥質(zhì)量的一項(xiàng)指標(biāo)。

③氧化鎂第4章無機(jī)膠凝材料

水化慢、體積膨脹,影響安定性

④三氧化硫

⑤堿——限制發(fā)生堿-集料反應(yīng)，按（Na2O+0.658K2O）值計(jì)。*（2）物理力學(xué)性質(zhì)

①細(xì)度

0.08mm方孔篩篩余量:%

——負(fù)壓篩法（適用于其它水泥）比表面積：m2/kg，cm2/g——勃氏法（適用于硅酸鹽水泥）a.指標(biāo)▲*

b.試驗(yàn)方法1.篩析試驗(yàn)前：調(diào)節(jié)負(fù)壓至4000～6000Pa范圍內(nèi)。2.稱取試樣25g，置于負(fù)壓篩，篩析2min。3.篩畢，稱量篩余物ms。4.結(jié)果計(jì)算(1)水泥試樣篩余百分?jǐn)?shù)：篩余結(jié)果的修正:C——修正系數(shù)，0.80～1.20*

②凝結(jié)時(shí)間

a.定義：水泥加水拌和起至水泥漿失去可塑性所需的時(shí)間,稱為凝結(jié)時(shí)間。初凝狀態(tài)：水泥加水起至水泥漿剛剛失去可塑性所需的時(shí)間——初凝時(shí)間。終凝狀態(tài)：水泥加水起至水泥漿完全失去可塑性

所需的時(shí)間——終凝時(shí)間。c.凝結(jié)時(shí)間的測(cè)定：b.兩種狀態(tài)（1）采用凝結(jié)時(shí)間測(cè)定儀（維卡儀）；（2）采用水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度凈漿。*d.水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度凈漿1.目的：試驗(yàn)結(jié)果具有可比性，用于測(cè)定凝結(jié)時(shí)間和安定性。

2.測(cè)定：試驗(yàn)儀器：維卡儀試驗(yàn)方法：標(biāo)準(zhǔn)法/調(diào)整水量法3.標(biāo)準(zhǔn)稠度凈漿標(biāo)準(zhǔn):

試桿距底板距離為6mm±1mm。4.標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量:達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)稠度凈漿時(shí)的用水量。*

初凝時(shí)間：

試桿距底板距離為4mm±1mm。終凝時(shí)間：

當(dāng)試針沉入試體0.5mm時(shí)，即環(huán)形附件開始不能在試體上留下痕跡時(shí)。e.凝結(jié)時(shí)間測(cè)定*③安定性

a.定義:指水泥在凝結(jié)硬化過程中體積變化的均勻性。b.安全性不良的因素：（1）MgO過量；（2）石膏摻量過多；（3）水泥中游離過多CaO。c.試驗(yàn)方法: