6.25 第一章 建筑材料(2003版本）.ppt

第一章 建筑材料,考试大纲10.1砂石材料 砂石材料的技术性质要求、检测方法 矿质混合料的组成设计方法。10.2水泥和石灰 水泥：水泥的技术性质要求、水泥的质量检定方法、硅酸盐水泥熟料各矿物成分特性、凝结硬化。石灰：技术性质要求、质量检定方法和消化、硬化过程。10.3无机结合料稳定材料 石灰稳定粒料、水泥稳定粒料、石灰粉煤灰稳定粒料的技术性质；无机稳定材料配合比设计方法和石灰粉煤灰稳定粒料的强度形成机理10.4水泥混凝土和砂浆 混凝土：普通水泥混凝土的主要技术性质及其影响因素、配合比设计方法、质量评定、水泥混凝土的特性、水泥混凝土强度测定方法和混凝土常用外加剂的作用和品种。砂浆：砂浆的特性。,10.5沥青材料 石油沥青：技术性质、要求及应用；测定方法 和组成结构。改性石油沥青：技术性质、要求和应用。10.6沥青混合料 沥青混合料技术性质和技术标准、现行的沥青混合料配合比设计方法及相关试验沥青混合料的结构类型、强度形成原理。10.7建筑钢材 建筑钢材的主要技术性能和技术标准和建筑钢材的试验方法10.8其他建筑材料 纤维、土工合成材料及木材的主要技术性能、土工合成材料的试验方法,10.1砂石材料,一、砂石材料的技术性质及测定方法（一）岩石性质物理性质 岩石的物理性质包括:密度、毛体积密度、孔隙率、吸水率、饱和吸水率、抗冻性、坚固性等。密度（10-1）式中：-岩石的真实密度(g/cm3)ms-岩石矿质实体的质量(g)Vs-岩石矿质实体的体积(cm3),毛体积密度 毛体积密度是指在规定试验条件下，烘干岩石(包括孔隙在内)的单位体积的质量。根据岩石含水状态，毛体积密度可分为干密度、饱和密度和天然密度，用字母p0表示:（10-2）式中p0岩石的毛体积密度(g/cm3)；Vi、Vn岩石开口孔隙和闭口孔隙的体积(cm3)；岩石毛体积密度的测定方法，按我国现行公路工程岩石试验规程(JTG E412005)规定，可分为量积法、水中称量法和蜡封法。,孔隙率 岩石的孔隙率是指岩石孔隙体积占岩石总体积的百分率。岩石孔隙率可表示为:（10-3a）式中：n岩石的孔隙率(%)；Vo岩石的孔隙(包括开口孔隙和闭口孔隙)的体积(cm3)；V岩石的总体积(cm3)。孔隙率也可用真实密度和毛体积密度计算求得 n=(1-p0/pt)100%（10-3b）式中：n岩石的孔隙率(%)；岩石的毛体积密度(g/cm3)pt 岩石的真实密度(g/cm3),集料的质量与体积的关系见图所示：,（一）物理性质,吸水性 岩石的吸水性是岩石在规定条件下吸水的能力，采用吸水率、饱和吸水率 两项指标来表征。1)吸水率。岩石吸水率是指在规定条件下，岩石试样最大的吸水质量与烘干岩石试件质量之比，以百分率表示。按下式计算:(10-4)式中：岩石吸水率(%)m 烘至恒重时的试件质量(g)m1吸水至恒重时的试件质量(g),2)饱和吸水率 岩石的饱和吸水率是指在强制条件下，岩石试样最大的吸水质量与烘干 岩石试件质量之比，以百分率表示。我国规定采用煮沸法或真空抽气法测定。按下式计算:(10-5)式中：岩石饱和吸水率(%)m 烘至恒重时的试件质量(g)m2 试件经强制饱和后的质量(g),抗冻性 岩石抗冻性是指岩石在吸水饱和状态下，经受规定次数的冻融循环后抵抗破坏的能力。岩石抗冻性试验通常采用直接冻融法。(10-6)式中：试件经冻融后的质量损失率(%)ms 试验前烘干试件的质量(g)mf 试验后烘干试件的质量(g),坚固性 坚固性是评定岩石试样经饱和硫酸锅溶液多次浸泡与烘干循环后，不发生显著破坏或强度降低的性能。（10-8）式中:Q试件经硫酸纳溶液浸泡后的质量损失率(%)m1试验前烘干试件的质量(g)m2试验后烘干试件的质量(g),力学性质 工程结构物中用的岩石除受上述物理性质影响外，还受到外力的作用，所以岩石还应具一定的力学性质。除了一般的抗压、抗拉、抗剪、抗弯、弹性模量等纯力学性质外，还有一些特殊要求的力学指标，如抗磨光、抗冲击和抗磨耗等。(1)单轴抗压强度。岩石的单轴抗压强度是指岩石试件抵抗单轴压力时保持自身不破坏的极限应力，按下式计算:（10-9）式中：R岩石的抗压强度(MPa)P试件破坏时的荷载(N)A试件的截面面积(mm2),（2)磨耗性。磨耗性是岩石抵抗撞击、边缘剪力和摩擦的联合作用的性能，以磨耗率表示，我国铁路工程和公路工程规范规定，岩石磨耗试验方法与粗集料的磨耗试验方法相同，采用洛杉矶式磨耗试验。岩石磨耗率按下式计算:（10-10）式中：Q洛杉矶磨耗率(%)m1装入圆筒中的试样质量(g)m2试验后在1.7 mm筛上洗净烘干的试样质量(g),化学性质 风化是指岩石在各种因素的复合或者相互促进下发生的物理或化学变化，直至破坏的复杂现象。风化包括物理风化和化学风化。物理风化是地表岩石发生机械破碎而不改变其化学性质，也不形成新矿物的风化作用。化学风化是指雨水和大气中的气体(02、CO2、CO、S02，S03等)与造岩矿物发生化学反应的现象。由于这些作用在表面产生，风化破坏表现为岩石表面有剥落现象。化学风化与物理风化经常相互促进，例如，在物理风化作用下石材产生裂缝，雨水就渗入其中，因此促进了化学风化作用。,(二)集料的技术性质1、物理性质(1)物理常数 在计算粗集料的物理常数时，不仅要考虑到粗集料颗粒中的孔隙(开口孔隙或闭口孔隙)，还要考虑颗粒间的空隙。1)表观密度 2)毛体积密度 3)堆积密度 4)空隙率（2)级配 粗集料中各组成颗粒的分级和搭配称为级配，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。(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 验规程选取规定数量，分别装在金属网篮中浸入饱和硫酸纳溶液中进行干湿循环试验。经过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 粗集料的力学性质主要是强度。粗集料的强度可用岩石立方体抗压强度和压碎指标来表示。(1)压碎值 粗集料压碎值用于衡量集料在逐渐增加的荷载下，抵抗压碎的能力。(2)冲击值 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。(3)磨耗值 集料道瑞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(JTG E42-2005)采用道瑞磨耗试验机来测定集料磨耗值。(4)磨光值 集料磨光值是反映集料抵抗轮胎磨光作用能力的指标，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的。,二）细集料的技术性质 细集料技术性质主要包括物理常数、级配和粗度。1.物理常数 细集料的物理常数主要有表观密度、堆积密度和空隙率等，其含义与粗集料完全相同，具体数值可通过试验测定。细集料的物理常数计算方法与粗集料相同，详见粗集料技术性质部分。2.级配 级配是集料各级粒径颗粒的分配情况，砂的级配可通过筛分试验确定。对水泥混凝土用细集料可采用干筛法，如果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用水洗法筛分。3、粗度 粗度是评价砂粗细程度的一种指标，用细度模数表示。,碎石标准筛,二、矿质混合料的组成设计方法 1、数解法 用数解法解矿质混合料组成的方法很多，最常用的为试算法和正规方程法(或称线性规划法)。前者用于34种矿料组成，后者可用于多种矿料组成，所得结果准确，但计算较为繁杂，不如图解法简便。图解法 2、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 绘制级配曲线图 确定各种集料的用量比例：两线相叠、两线相接、两线相离。校核及调整,粒子干涉理论Y连续、间断级配1、富勒理论2、泰波理论 通常取 n=0.30.6,（二）级配理论,1.最大密实度曲线理论Y连续级配,3、我国简化公式 一般取i=0.70.8x为级数 当d=D时,x=1 当d=1/2D时,x=2 当d=1/4D时,x=34、魏矛斯粒子干涉理论,10.2水泥和石灰,一、水泥 水泥属于水硬性胶凝材料，品种很多，按其用途和性能可分为通用水泥、专用水泥与特种水泥三大类。用于一般建筑工程的水泥为通用水泥，如硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥等;适应专门用途的水泥称为专用水泥，如道路水泥、砌筑水泥、大坝水泥等；具有比较突出的某种性能的水泥称为特种水泥，如：快硬硅酸盐水泥、膨胀水泥等。按主要水硬性物质名称，水泥又可分为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥等。建筑工程常用的主要是各种硅酸盐水泥。（一）硅酸盐水泥1、硅酸盐水泥的熟料各矿物成分特性 熟料是以适当成分的生料(由石灰质原料与粘土质原料等配成)烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主要成分的产物。熟料的主要矿物组成有硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙与铁铝酸四钙，其中硅酸钙占绝大部分。,2、硅酸盐水泥的水化及凝结硬化 硅酸盐水泥是由多种化合物组成的，这些化合物与水作用后，最终将导致水泥的凝结、硬化。（1）硅酸盐水泥的水化 硅酸盐水泥的性能是由其熟料矿物的性能决定的，水泥具有许多优良的技术性能，主要是水泥熟料中几种主要矿物水化作用的结果。熟料矿物与水发生的水解或水化作用统称为水化，熟料矿物与水发生水化反应，生成水化产物，并放出一定的热量。水泥单矿物水化的反应式如下 2(3CaO.Si02)+6H20=3CaO 2Si02 3H20+3Ca(OH)2 2(2 CaO Si02)+4H2 0=3CaO 2Si02 3H2 0+Ca(OH)2 3CaO Al203+6H20=3 CaO Al2 03 6H2O 4 CaO Al2 03 Fe203+7H2 0=3 CaO Al2 03 6H2O+CaO Fe2 03 H2O 水泥中掺入的石膏与铝酸三钙反应生成高硫型水化硫铝酸钙(钙矶石，3CaO Al203 3CaS04 32H2O和单硫型水化硫铝酸钙(3CaO A1203 CaS04 12H2 0)，这两种水化物均为难溶于水的针状晶体。水泥水化后生成的主要水化产物有凝胶与晶体两类。,(2)硅酸盐水泥的凝结、硬化 水泥加水生成的胶体状水化产物聚集在颗粒表面形成凝胶薄膜，使水泥反应减慢，并使水泥浆体具有可塑性，由于生成的胶体状水化产物不断增多并在某些点接触，构成疏松的网状结构，使浆体失去流动性及可塑性，这就是水泥的凝结。此后由于生成的水化产物(凝胶、晶体)不断增多，它们相互接触连接，到一定程度，建立起比较紧密的网状结晶结构，并在网状结构内部不断充实水化产物，使水泥具有初步的强度，此后水化产物不断增加，强度不断提高，最后形成有较高强度的水泥石，这就是水泥的硬化。硬化后的水泥石是由水泥水化产物、未水化究的水吨泥颗粒、孔隙与水所组成。水泥的水化、凝结、硬化，除了与水泥矿物组成有关外，还与水泥的细度、拌和水量、温度、湿度、养护时间及石膏掺量等有关。瞬凝与缓凝。如果硅酸盐水泥中未掺石膏或石膏掺量不足，则水泥凝结中将出现瞬凝(或急凝)。这是一种不正常的凝结现象，其特征是；水泥与水拌和后，水泥浆很快凝结，形成一种很粗糙、非塑性的混合物，并放出大量热量。这主要是由于熟料中C3A含量高，水泥中未掺石膏或石膏掺量不足引起的。解决瞬凝问题的方法是缓凝，即掺加石膏。石膏能够与水化铝酸钙反应，生成水化硫铝酸钙，该产物阻止C3A的迅速水化，从而延缓了水泥的凝结，起到了缓凝的作用。,3、硅酸盐水泥的技术性质 国家标准通用硅酸盐水泥（GB 175一2007）规定，硅酸盐水泥有不溶物、氧化镇、S03、烧失量、细度、凝结时间、安定性、强度、碱含量和氯离子含量10项技术要求。其中影响水泥性质的主要指标有细度、凝结时间、安定性与强度四项。1）细度 水泥的细度是指水泥的粗细程度。水泥颗粒越细，与水起反应的表面积越大，因而水泥颗粒细，水化迅速且完全，早期强度及后期强度均较高，但在空气中的硬化收缩较大，成本也较高。若水泥颗粒过粗，则不利于水泥活性的发挥。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2）凝结时间 水泥的凝结时间分初凝时间与终凝时间。初凝时间为自加水起至水泥净浆开始失去可塑性所需的时间;终凝时间为自加水起至水泥净浆完全失去可塑性并开始产生强度所需的时间。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）国家标准规定，硅酸盐水泥的初凝时间不得早于45min，终凝时间不得迟于6.h，其他通用水泥的初凝时间不得早于45min，终凝时间不得迟于10h。,3）体积安定性 水泥的体积安定性是反映水泥加水硬化后体积变化均匀性的物理指标。体积安定性不良，是指水泥硬化后，产生不均匀的体积变化。使用体积安定性不良的水泥，会使构件产生膨胀性裂缝，降低建筑物质量，甚至引起严重事故，因此体积安定性不良的水泥，在工程中应严禁使用。水泥体积安定性不良的主要原因是熟料中所含的游离氧化钙或游离氧化缓过多，或水泥磨细时掺入的石膏过量。4）强度 水泥的强度是表征水泥质量的重要指标。国标规定，水泥与标准砂和水以1：3：0.5的比例混合，按规定的方法制成40mmX 40mmX 160mm的试件，在标准温度（20C2C)的水中养护，分别测定其3d与28d的抗压强度与抗折强度。根据测定结果，将硅酸盐水泥分为42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R，其中有代号R者为早强型水泥。测定方法：水泥胶砂强度试验，ISO法5）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 测定方法：1、标准法 试杆法，试杆沉至距底板6mmE1mm 2、代用法：a、固定水量法(p=33.40.185s)。,水泥净浆搅拌机,水泥标准稠度及凝结时间测定仪,二、石灰,（一）石灰的性质(1)保水性和可塑性好 生石灰消解为石灰浆时生成Ca(OH)2其颗粒极微小，呈胶体状态，比表面积大，对水的吸附能力强，表面吸附了一层较厚的水膜，因而保水性能好，同时水膜使颗粒间的摩擦力减小，故可塑性好。(2)硬化慢、强度低 由于空气中CO2的体积分数低，而且表面碳化后，形成紧密的CaCO2硬壳，不但不利于CO2向内部扩散，同时也阻止水分向外蒸发，致使CaCO3和Ca(OH)2结晶体生成量减少，所以石灰浆硬化慢，强度低。(3)耐水性差 在石灰硬化体中，大部分仍然是尚未碳化的Ca(OH)2，Ca(OH)2微溶于水，在流水中易溶解流失，当已硬化的石灰浆体受潮时强度丧失，耐水性极差，软化系数近于零。(4)体积收缩大 石灰浆体中游离水，特别是吸附水蒸发，引起硬化时体积收缩、开裂。碳化过程也引起体积收缩。故石灰浆一般不宜单独使用，通常掺入一定量的骨料(如砂子)或纤维材料(如麻刀、纸筋等)。,（二）石灰的技术标准 建筑工程中使用的石灰，分成三个品种；建筑生石灰、建筑生石灰粉和建筑消石灰粉。根据建材行业标准，可将其各分成三个等级，相应的技术标准如表10-3、表10-4、表10-5所示。,（三）石灰的消解、硬化 1、石灰的熟化 石灰的熟化或称消化，是指生石灰与水发生水化反应，生成Ca(OH)2的水化过程，其反应式如下 CaO+H20=Ca(OH)2+64.9kJ 熟化过程的特点；(1)速度快锻烧良好的生石灰与水接触时反应速度快。(2)体积膨胀生石灰与水反应生成熟石灰时，体积膨胀1.5-3.5倍。(3)放出大量的热 1mol CaO熟化生成1mol Ca(OH)2约产生64.9kJ热量。由于石灰中常含有过火石灰，它表面覆盖一层玻璃袖状物，熟化很慢。若在石灰使用并硬化后再继续熟化，则产生的体积膨胀将引起局部起泡，隆起和开裂。为消除过火石灰的危害，石灰熟化使用前应在化灰池中存放2周以上，使过火石灰充分熟化，这个过程叫做陈伏。陈伏期间，石灰浆表面应留有一层水，与空气隔绝，以免石灰碳化。,2、石灰的凝结硬化 石灰浆体在空气中的硬化，是由下列两个同时进行的过程完成的。(1)干燥硬化与结晶硬化 石灰浆在干燥过程中，因游离水分蒸发毛细管紧缩，使Ca(OH)2颗粒相互靠扰并产生良好的搭接，同时Ca(OH)2逐渐从过饱和溶液中结晶析出，促进石灰浆硬化。(2)碳化作用 空气中的CO2遇水生成弱碳酸，再与Ca(OH)2 发生化学反应生成CaCO3晶体。Ca(OH)2+CO2+nH2O=CaCO3+(n+1)H2O 硬化石灰浆体的强度一般不高，受潮后更低，强度增长慢，硬化过程中体积收缩大，通常需加入砂子、纸筋等，以防止收缩开裂。,10.3无机结合料稳定材料,一、石灰稳定粒料、水泥稳定粒料、石灰粉煤灰稳定粒料的技术性质(一)水泥稳定材料 1、水泥稳定土的强度作用原理利用水泥来稳定土的过程中，水泥、土和之间发生了多种非常复杂的作用，从而使土的性能发生了明显的变化。这些作用可以分为；1)化学作用；如水泥颗粒的水化;硬化作用，有机物的聚合作用以及水泥化产物与粘土矿物之间的化学作用等。2)物理一化学作用；如粘土颗粒与水泥及水泥水化产物之间的吸附作用，位的凝聚作用，水及水化产物的扩散、渗透作用，水化产物的溶解、结晶作用等 3)物理作用；如土块的机械粉碎作用，混合料的拌和、压实作用等。,2、水泥的水化作用 在水泥稳定土中，首先发生的是水泥自身的水化反，从而产生出具有胶结能力的水化产物，这是水泥稳定土强度的主要来源。水泥的水化反应简式：硅酸三钙：2C3S+6H20C3 S2 H3+3CH 硅酸二钙：2C2S+4H20C3S2H3+CH 铝酸三钙：C3A+6H20C3AH6 铁铝酸四钙：C4AF+7H20C4AFH3、离子交换作用 在硅酸盐水泥中，硅酸三钙和硅酸二钙占主要部分，其水化后所生成的氢氧化钙所占的比例也较高，可达水化产物质量的25%，大量的氢氧化钙溶于水以后，在土中形成了一个富含Ca2+的碱性溶液环境。当溶液中富含Ca2+时，因为Ca2+的电价高于K+、Na+等离子，因此与电位离子的吸引力较强，从而取代K+、Na+成为反离子，同时Ca2+双电层申位的降低速度加快。因而使电动电位减小、双电层的厚度减小，使粘土颗粒之间的距离减小，相互靠拢，导致土的聚，从而改变土的塑性，使土具有一定的强度和稳定度。这种作用就称为离子交换作用。,4、化学激发作用 钙离子的存在不仅影响到了粘土颗粒表面双电层的结构，而且在这种碱性溶液环境下，土本身的化学性质也将发生变化。土的矿物组成基本上都属于硅铝酸盐，粘土矿物中的部分Si02和AI03的活性将被激发出和与溶液中的Ca2+进行反应，生成新的矿物，这些矿物主要是硅酸钙和铝酸钙系列，具有胶凝能力。生成的这些胶结物质包裹着粘土颗粒表面，与水泥的水化产一起将粘土颗粒凝结成一个整体。因此，氢氧化钙对粘土矿物的激发作用，进一步提高水泥稳定土的强度和水稳定性。5、碳酸化作用 水泥水化生成的Ca(OH)2，除了可与粘土矿物发生化学反应外，还可以进一步与空气中的CO2发生碳化反应并生成碳酸钙晶体。,(二)石灰稳定土材料 石灰加入土中后，由于石灰与土的相互作用，使土的性质得到了改善，以满工程的要求。在初期，主要表现在土的结团，塑性降低，最佳含水量的增加和大干密度的减小等。在后期，由于结品结构的形成，提高了板体性、强度和耐久性。因此，对石灰稳定土作用原理的研究是一个复杂的综合性课题。国内外研究资料表明，石灰与土的作用可以归纳为以下四种反应过程；(1)离子交换作用 石灰加入土中后，氢氧化钙能够溶解于水，所以其进入带被内并离解成带正电荷的钙离子和带负荷的氢氧根离子；Ca(OH)2=Ca2+2OH-同样，石灰中的氢氧化钙离解成续离子和氢氧根离子。当土中的粘土胶体颗的扩散层大都是一价的K+、Na+等离子时，由离子Ca2+和Mg2+与土的吸附综合体中的低价阳离子汇、Na+进行交换作用。这种离子交换作用，在初期进行得很迅速，随着Ca2+和Mg2+矿+在土中的扩散逐步地进行，这是土加入石灰后初期性质得到改善的主要原因。(2)氢氧化钙的碳酸化反应 石灰加入土中后，氢氧化钙从空气中吸收水分 和二氧化碳可以生成不溶解的碳酸钙，此种反应称为氢氧化钙的碳酸化反应，简称碳化反应。其化学反应式为 Ca(OH)2+CO2+nH20=CaC03+(n+1)H20,(3)火山灰反应 石灰加入土中后，氢氧化钙与土中的活性氧化硅和氧化自 作用，生成水化硅酸钙和水化铝酸钙，此种反应称为火山灰反应。其反应式为 活性SiO2+xCa(OH)2+mH2OxCaO Si02 nH2O 活性Al2O3+xCa(OH)2+mH2Ox CaO Al2 03 n H2O 生成的水化硅酸钙和水化铝酸钙的化学组成不固定，其类型和结晶程度不仅与石灰土中CaO和Si02或CaO和A1203的比值有关，而且与温度、湿度等有关它们具有水硬性，是一种强度较高、水稳性较好的反应生成物。由于它们的形成、长大以及晶体之间互相接触和连生，使得土颗粒之间的联结得到加强，即增加了土颗粒之间的固化凝聚力，因此提高了石灰土的强度和水稳定性，并促使石灰土在相当长的时期内增长强度。(4)氢氧化钙的结晶反应 石灰加入土中后，氢氧化钙溶解于水，形成Ca(OH)2的饱和溶液，随着水分的蒸发和石灰土反应的进行，特别是石灰剂量较高时，有可能会引起土中溶液某种程度的过饱和。Ca(OH)2晶体即从过饱溶液中析出，从而产生Ca(OH)2的结晶反应。其反应可用下式表达 Ca(O H)2+n H2 OCa(OH)2 nH2 O,（三）石灰工业废渣稳定材料（1）粉煤灰粉煤灰是以煤为燃料的火力发电厂排出的一种工业废料。在火发电厂的锅炉中，磨成一定细度的煤粉在1100-1600 C的高温下剧烈燃烧，不可燃烧部分随尾气排出，经收尘器收集下来的细灰就称为粉煤灰。（2）粉煤灰的化学组成粉煤灰的化学组成主要为氧化硅、氧化铝，两者总的质量分数可达60%以上。粉煤灰的活性取决于Al2O3、Si02的质量分数。我国的粉煤灰中Si O2+Al2 03+Fe2O3电03的质量分数都大于70%。CaO对粉煤灰的活性极为有利，有些粉煤灰由于原料特殊，其中CaO的质量分 可达34%-45%，加水后粉煤灰可自行水化。（3）石灰粉煤灰的水化活性 由于粉煤灰中的CaO的质量分数较小，所以通常不能自行水化。但在适宜的激发条件下，粉煤灰的活性可以发挥出来，激发条件包括生石灰、熟石灰、水泥水化生成的Ca(OH)2、石膏、碱性物质等，特别是Ca(OH)2由于活性非常高，因此对粉煤灰具有明显的激发效果。CaO+H2OCa(OH)2 Ca(OH)2+CO2CaC03+H20 Ca(OH)2+SiO2+H2OxCaOySi02ZH2 O Ca(O H)2+Al2 O3+H2OxCaOyA1203zH2O Ca(O H)2+Si O2+Al2O3+H2OxCaOyAl2O3zSiO2 wH2O Ca(O H)2+SO2-+Al2O3+H2OxCaO yAl2O3 zCaS04 wH2O,二、无机稳定材料配合比设计方法 1.强度标准 进行无机结合料稳定混合料的组成设计时，不同的无机结合料相应的强度标准如表10-6表10-7所示。表10-6 二灰土混合料的强度标准,表10-7水泥稳定粒料的颗粒组成,2.材料组成设计步骤 1)从沿线料场或计划使用的远运料场选取有代表性的试样。2)制备同一种试样、不同结合料剂量(以干试样的质量百分率计)的混合料，一般情况可按下列剂量配制。对于石灰稳定土；a.当做基层用时，结合料按以下比例采用；砂砾土和碎石土；4%、5%、6%、7%、8%。砂性土；8%、10%、12%、14%、16%。粉性土和粘性土；6%、8%、10%、12%、14%b.当做底基层用时，结合料按以下比例采用；砂性土；同基层。粉性土和粘性土；5%、7%、9%、11%、13%。对于水泥稳定土；a.当做基层用时，结合料按以下比例采用；中粒土和粗粒土；3%、4%、5%、6%、7%。砂土；6%、8%、9%、10%、12%。其他细粒土；8%、10%、12%、14%、16%0 b.当做底基层用时，结合料按以下比例采用；中粒土和粗粒土；2%、3%、4%、5%、6%。砂土；4%、6%、7%、8%、9%。其他细粒土；6%、8%、9%、10%、12%。,3)确定各种混合料的最佳含水量和最大干密度，至少做三组不同结合料剂量混合料的击实试验，即最小剂量、中间剂量和最大剂量。其他两个剂量混合料的最佳含水量和最大干密度，用内插法确定。4)按最佳含水量和计算所得的干密度(按规定的现场压实度计算)制备试件。进行强度试验时，作为平行试验的试件数量应符合表10-14的规定。5)试件在规定温度(北方地区20 士2C，南方地区25士2C)下保湿养生6d，浸水1d，然后进行元侧限抗压强度试验。6)根据材料的强度标准，选定合适的结合料剂量。此剂量的试件，室内试件试验结果的平均抗压强度应符 的要求，其中 为设计抗压强度。，Za为保证率系数，查相关规范。7）考虑到室内试验和现场条件的差别，工地实际采用的结合料剂量应较室内试验确定的剂量多0.5%-1.0%。拌和机械的拌和效果好可只增加0.5%;如拌和机械的拌和效果较差则需要增加1.0%。,10.4水泥混凝土和砂浆,一、水泥混凝土普通混凝土原材料为水泥、水、细集料(砂)及粗集料(石子)，必要时还可加入各种外加剂及矿物掺和料。在混凝土中，砂与石子主要起骨架作用，称为集料，又称骨料，还可起到减小混凝土因水泥硬化产生的收缩作用。水泥与水形成水泥浆，包裹在集料表面并填充在集料空隙中。在硬化前(称为混凝土拌和物)，水泥浆起润滑作用，赋予拌和物一定的流动性，便于施工;水泥浆硬化后，则将集料胶结成一个坚实的整体(胶结作用)。,（一）普通水泥混凝土的主要技术性质及其影响因素 由混凝土组成材料拌合而成的尚未凝固的混合物，称为混凝土拌合物，又称新拌混凝土。1、新拌混凝土的和易性 1)和易性的概念 和易性又称工作性，是指新拌混凝土在一定的施工工艺及设备条件下，易于进行搅拌、运输、浇灌、捣实等施工操作，并能获得质量均匀、成型密实混凝土的性能。通常认为包括拌合物的流动性、粘聚性和保水性三个方面的含义。混凝土拌和物的流动性以坍落度(em)或维勃稠度(s)作为指标。坍落度适用于流动性较大的混凝土拌和物(拥落度值不小于10mm)，维勃稠度适用于干硬的混凝土拌和物。粘聚性与保水性无指标，凭直观经验目测评定。根据坍落度值的大小，可将混凝土拌合物分为干硬性混凝土（坍落度 10 rnm)、塑性混凝土(坍落度为 10-90 mm)、流动性混凝土(坍落度 为100150 mm)、大流动性混凝土(坍落度大于160 mm)四类。,2)影响和易性的主要因素 影响和易性的主要因素主要有两大方面；一是拌合物组成材料的性质及其用量比例，二是拌合物所处的环境条件。具体分析如下；（1）水泥浆数量与水泥浆稠度。无论是水泥浆数量，还是水泥浆的稀稠，实际对混凝土拌和物和易性起决定作用的是用水量的多少。因为无论是提高水灰比或增加水泥浆用量最终都表现为混凝土用水量的增加。在配制混凝土时，根据集料品种、规程及施工要求的明落度值，按表10-9选择每立方米混凝土的用水量。（2)砂率。砂率是指混凝土中砂的质量占砂、石总质量的百分率。砂率的变动会使集料的空隙率与总表面积有显著改变，因而对混凝土拌和物的和易性产生显著影响。因此，在配制混凝土时，砂率不能过大，也不能太小，应选用合理砂率值。所谓合理砂率是指在用水量及水泥用量一定的情况下，能使混凝土拌和物获得最大的流动性，且能保持粘聚性及保水性良好时的砂率值。确定砂率的方法较多，可参照表10-10选用。,（3)水泥 不同品种和细度的水泥由于对水的吸附作用不等，会影响到所拌制混凝土拌合物的和易性。如用需水量大(或细度高)的水泥品种拌制的混凝土，在其他条件相同的情况下，比需水量小(或细度低)的水泥品种拌制的混凝土的流动性要小。(4)骨料 骨料的级配、颗粒形状、表面特征及最大粒径均对混凝土的和易性有所影响。一般来说，级配好的骨料拌制混凝土的流动性较大，粘聚性和保水性也较好。（5)外加剂和掺合料 混凝土中外加剂和掺合料可显著改善拌合物的和易性，使混凝土在不增加用水量的条件下增加流动性，或减少离析和泌水具有良好的粘聚性和保水性。2、混凝土强度 1）混凝土的抗压强度和强度等级(1)抗压强度混凝土的抗压强度是指标准试件加压至破坏时单位面积所承受的最大压应力。根据普通混凝土力学性能试验方法标准(GB/T 50081-2002)，混凝土的抗压强度是以边长为150mm的标准立方体试件，在温度(20 2)，相对湿度95%以上的标准条件下，养护到28d龄期时，在一定的条件下加压至破坏，测得的立方体抗压强度(简称抗压强度，以fcu表示)。混凝土强度检验评定标准(GB/T 501072010)规定，混凝土的强度等级应按其立方体抗压强度标准值确定。普通混凝土按立方体抗压强度标准值划分为C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80、C85、C90、C95、C100。,2）抗拉强度 混凝土的抗拉强度很小，只有抗压强度的1/10-1/20，且混凝土的强度等级越高，其拉压比越小口在钢筋混凝土结构中，一般不依靠混凝土来承担结构的拉力，但混凝土的抗拉强度对于确定混凝土抗裂度具有重要意义，它是结构设计中裂缝宽度控制和裂缝间距计算的主要指标，也是抵抗收缩和温度裂缝的主要指标。国内外普遍采用劈裂法来间接测定混凝土的抗拉强度，即劈裂抗拉强度。混凝土劈裂抗拉强度可以根据弹性理论计算得出，计算式如下（4-1）式中：fst混凝土劈裂抗拉强度(MPa);P破坏荷载(N)A试件劈裂面积(mm2),3)弯拉强度 对于道路水泥混凝土，弯拉强度是结构设计的主要强度指标，抗压强度仅作为参考指标。抗弯拉强度按下式计算（4-2）式中：fcf混凝土抗弯拉强度（Mpa）；Pcf破坏荷载（N）；L支座间距（mm）；b、h试件的宽度和高度（mm）。,表10-11路面水泥混凝土计算弯拉强度3、影响混凝土强度的主要因素（1）水泥强度等级和水灰比 水泥强度等级和水灰比直接影响着水泥石的强度及其与骨料的粘结力，是影响混凝土强度最主要的因素。在相同配比、相同成型工艺、相同养护条件下，水泥的强度等级越高，配制的混凝土强度也越高。当水泥品种和强度等级相同时，水灰比愈小，混凝土的强度愈高；反之，水灰比愈大，混凝土的强度愈低。,(2)骨料 由于骨料在混凝土中占较大的体积，骨料的强度、级配、表面状 况、粒形、粒径等性质都不同程度地影响着混凝土的强度。级配良好的粗骨料空隙率小，用其配制的混凝土和易性好、密实度高，从而可获得较高的强度。(3)外加剂和掺合料 在混凝土中掺入高效减水剂和掺合料是制备高强和高性能混凝土的主要技术途径。(4)养护温度和湿度养护温度 对混凝土的强度，尤其是早期强度有显著的 影响。当养护温度降低时，水泥水化速度减慢；若温度降到冰点以下，混凝土中的水分大部分会结冰，使水泥的水化反应终止，导致混凝土的强度停止发展，并且孔隙内水分结冰，致使混凝土内部结构破坏，强度降低。所以，冬季施工的混凝土应重视早期养护，避免受冻破坏。（5）龄期 龄期是指混凝土养护所经历的时间。在正常养护条件下，混凝土的强度将随龄期的增加而增加。最初的7d14d，强度增加加较快，28d以后增长缓慢，所以混凝土以28d为标准龄期。在标准条件下养护，混凝土强度的发展大致与龄期的对数成正比关系（龄期不小于3d）。,4、混凝土的变形性能 1）化学收缩 混凝土的化学收缩是由于水泥水化引起的。这种收缩是不能恢复的，收缩量随龄期的延长而增加，一般在混凝土成型后40多天内增长较快，以后就渐趋稳定。总收缩量一般不大。2）干湿变形 干湿变形是指混凝土随周围环境变化而产生的湿胀干缩变形。一般湿胀的变形量很小。无明显破坏作用，而干缩变形则显著且往往引起混凝土开裂。影响混凝土干缩的因素主要有水泥品种、细度与用量，以及水灰比、集料质量及养护条件等。一般来说，水泥用量大、水灰比大、砂石用量少，则干缩值也大(水泥用量不宜大于550kg/m3)。在一般工程设计中，通常采用混凝土的线收缩值为(1520)10-5，即每1m收缩0.150.2mm。3）温度变形 温度变形即混凝土热胀冷缩的变形，其线膨胀系数约为1 X 10-5，即温度每升高lC，每1m膨胀0.01mm。温度变形对大体积混凝土极为不利。混凝土中因水泥水化放出的热量积聚造成内部温度升高，而外部混凝土温度则随气温升降，有时内外温差高达50 60C，导致内胀外缩，在混凝土表面产生很大的拉应力，严重的会产生裂缝。因此，大体积混凝土应采用低热水泥、减少水泥用量、人工降温以及对混凝土表层加强养护等措施。对纵长的钢筋混凝土结构应预留伸缩缝，以及在结构物内配置温度钢筋。,4)在荷载作用下的变形(1)在短期荷载作用下的变形 混凝土是一种弹塑性体，在外力作用下，既能产生可以恢复的弹性变形，又能产生不可恢复的塑性变形，其应力-应变关系不是直线而是曲线。(2)徐变 混凝土在长期荷载作用下随时间而增加的变形称为徐变。在荷载作用初期，徐变变形增长较快，以后逐渐变慢，一般延续23年渐趋于稳定。混凝土的徐变值与水泥品种、水泥用量、水灰比、混凝土的弹性模量、养护条件等因素有关。如水灰比较小或混凝土在水中养护、集料用量较多时，其徐变较小。徐变变形可达(35)X 10-4，即0.31.5mm/m。影响混凝土干缩的因素主要有；用水量、水泥品种与用量、骨料、养护及混凝土结构的裸露程度等。另外，由于混凝浇筑的均匀性和密实性影响到混凝土内部水分的转移和扩散，5、混凝土的耐久性 混凝土在外部和内部不利因素的长期作用下，能够保持其原有的设计性能和使用功能的能力称为耐久性。混凝土的耐久性是一项综合性能，通常包括抗渗、抗冻、抗侵蚀、碳化、减骨料反应及混凝土中钢筋锈蚀等方面。1）抗渗性 抗渗性是指混凝土抵抗压力液体(水、油、溶液等)渗透作用的性能。它是决定混凝土耐久性的主要因素。,混凝土的抗渗性用抗渗等级表示。抗渗等级的测定是采用6个圆台体标准试件，在规定的试验条件下，加水压至6个试件中有3个试件端面渗水时为止(即达6个试件中4个试件未出现渗水时的最大水压力为止)。混凝土的抗渗等级按下式计算 P=10 H-1(4-5)式中：P混凝土的抗渗等级(Mpa)H6个试件中3个试件表面渗水时的水压力。混凝土抗渗等级分为P4，P6,P8,P10,P12,相应表示能抵抗0.6Mpa，0.8 MPa，1.0 MPa及1.2 MPa的水压力。抗渗混凝土是指抗渗等级等于或大于P6级的混凝土。2）抗冻性 混凝土的抗冻性是指硬化混凝土在水饱和状态下，经受多次冻融循环作用，能保持强度和外观完整性的性能。,混凝土抗冻性以抗冻等级表示。抗冻等级可通过慢冻法试验来确定，即以标准养护28 d龄期的立方体试块在浸水饱和状态下，承受-15 20反复冻融循环，以抗压强度下降不超过25%，且质量损失不超过5%时所承受的最大冻融循环次数来确定混凝土的抗冻等级。混凝土的抗冻等级分为FI0，F15，F25，F50，Fl00，F150，F200，F250和F300等9个等级，分别表示混凝土能够承受的反复冻融循环次数为10，15，25，50，100，150，200，250和300。抗冻混凝土是指抗冻等级等于或大于F50的混凝土。对抗冻性要求高的混凝土，也可采用100mm x 100mm x 400mm的棱柱体试件，以快速冻融循环后，相对动弹性模量值不小于60%，且质量损失不超过5%时的最大循环次数来表示。影响混凝土抗冻性的主要因素有混凝土的密实度、孔隙率、孔隙构造及混凝土的强度。此外，混凝土的抗冻性能还与混凝土中孔隙的充水饱和程度有关。3）抗侵蚀性 环境介质对混凝土的侵蚀主要是化学侵蚀，通常有软水侵蚀、硫酸盐侵蚀筷盐侵蚀、碳酸侵蚀等。若是海水侵蚀通常还伴随着干湿、结晶、冲击等物理作用对混凝土的侵蚀。腐蚀介质主要是通过对水泥石的侵蚀使混凝土性能劣化。,4）碳化(中性化)混凝土的碳化是指环境中的CO2与水泥水化产生的 发生反应，生成碳酸钙和水的过程。碳化作用对混凝土的最大的危害是使混凝土的碱度降低，削弱了混凝土中的强碱环境