材料教案(一、二章)Microsoft Word 文档

1、天津市市政工程局教育中心教师备课教案年 月 日 共 页 第 页一、新课导入 工程材料是专门研究材料性能及其应用的一门学科，所谓工程材料广义的说，除了使用工程本身的各种材料之外，还包括我们施工过程中临时使用的脚手架、模板、磨具等材料。但是，根据课程安排和我们的专业所需，我们主要讲授狭义的工程材料，即：用于地基、基础、结构体本身等建设，并最终构成建筑物的材料。市政工程材料是我们市政建设施工与管理，市政企业经济管理的重要基础。这是因为：只有我们充分的了解和掌握各种材料的特点、性质后，才能做到合理的选择，正确的使用。对我们所学的专业来说，也才能更好地进行施工、预算，从而提高经济效益、施工和管理。所以说

2、材料学科是建设单位施工管理与经济管理的必修课程。下面开始讲课：二、新课内容（见下页） 绪 论一、工程材料的发展及作用： 在原始时代，人们已经能做到采集树枝、树叶遮盖洞穴，收集石块堵塞洞口，力求一个舒服，安全的栖身之处，这就是早期的天然材料。我们的先人在使用泥土、石块、木料等天然材料，从事土木工程方面取得了辉煌的成绩。如：公元600年建成的赵州石拱桥全石结构；公元200年修建的长城，有三分之一的材料是砖石。17世纪中叶开始使用生铁，到19世纪初已开始用熟铁建桥了。出现了建筑钢材，如：1905年建成的郑州黄河铁路桥；1968年建成的南京长江大桥。19世纪20年代出现了水泥，之后随着混凝土与钢筋混凝

3、土在工程上的使用，19世纪30年代又出现了预应力混凝土，从此土木工程进入了钢筋混凝土和预应力混凝土占统治地位的历史阶段。从1956年开始广泛使用预应力混凝土建桥。随着化工技术的发展，1949年以后，我国开始使用自产的路用沥青材料铺设路面。如今，沥青路面已广泛应用于城市道路和公路。二、工程材料的分类：1、按来源分： 天然材料、人工材料 两种。2、按用途分： 结构材料、装饰材料、防水材料、保温材料、隔音材料等。3、按材料的成份分：（1）非金属材料：无机材料：砂、石、砼、石灰等有机材料：木材、石油沥青、塑料等（2）金属材料：钢、铁等（3）复合材料：聚合物砼、玻璃纤维等三、工程材料的产品标准：为确保材

4、料质量，适应工程的需要，我国对各种材料制定了专门的技术标准，目前我国工程材料技术标准有：1、国家标准：（GB） 简称“ 国标” 在全国内统一的标准。2、行业标准：简称“ 部标”指全国性的各专业范围内统一的标准。如：JCJ08597 指1997年颁布的第85号国家建材工业总局行业标准。3、企业标准：（QB）：简称“ 企标”四、建筑材料的发展趋势：1、研制和生产高强轻质材料，以降低结构自重，同时降低运输费用和劳动强度；2、发展适应机械化施工的材料，以提高效率，降低劳动强度；3、发展具有特殊功能和多功能材料，以满足工程需要；4、充分利用工农业的废料，发展综合利用，以降低造价，节约能源，同时也改善了环

5、境；5、研制各种新型的装饰材料。具有节能环保、绿色和健康等特点的建筑材料应运而生。建筑材料正向追求功能多样性、全寿命周期经济性以及可循环再生利用性等方向发展。五、学习工程材料课程的目的和方法： 1、目的： 通过学习，了解并掌握工程材料的品种，其物理，力学性能及质量标准，明了其保管、使用方法，为今后合理选用材料打好基础。2、学习方法：工程材料是建筑施工与管理，建筑企业经济管理的重要基础，为了今后能做到合理的选择和使用材料，在学习中应做到理解、联系四个字。同时，要注意试验，材料试验是鉴定材料质量和熟悉材料性能的主要手段，是学好材料的重要环节，所以必须认真上好实验课。1 气硬性胶凝材料一、胶凝材料：

6、工程上把能将单个而松散的矿质材料胶结为整体的材料，称为胶凝材料。胶凝材料的分类：1、无机胶凝材料：（1）气硬性胶凝材料（石灰） （2）水硬性胶凝材料（水泥）2、有机胶凝材料：（沥青）二、气硬性胶凝材料：气硬性胶凝材料：只能在空气中硬化，产生强度，并在空气中能长久地保持强度或继续提高强度的材料。此材料抗水性能差，不易在地下工程等潮湿地方使用。1.1石 灰石灰是由碳酸钙（CaCO3）为主要成分的岩石经高温煅烧而得到的一种胶凝材料，主要成分为氧化钙（CaO）和氧化镁（MgO）。1.11石灰的生产（1）将生产石灰的原料（天然的石灰岩）经900以上的高温煅烧，排出CO2CaCO3 CaOCO2 如原料中

7、含有碳酸镁，碳酸镁遇热也会热分解 ，其反应式为：MgCO3 MgOCO2 优质的石灰，质白或略带灰色，质轻，堆积密度为8001000kg/m3，是一种多孔材料。石灰在烧制过程中，往往由于石灰石原料的尺寸过大、窑中温度不匀或煅烧温度过高、时间过长等原因，会生成“欠火”或“过火”石灰。欠火石灰内部有未烧透的内核，颜色发青，有效氧化钙和氧化镁含量低，使用时不能完全消化且缺乏粘结力。过火石灰表面出现裂缝或玻璃状的外壳，体积收缩明显，颜色呈灰黑色，块体密度大，消化缓慢，因这种石灰用于建筑结构物中仍能继续消化，以致引起体积膨胀，导致产生裂缝等破坏现象，所以它的危害极大。（2）石灰的分类：按煅烧温度不同分为

8、：欠火石灰、过火石灰、正火石灰；按原材料成分不同分为：钙质石灰、镁质石灰；按石灰的化学成分分为：生石灰、熟石灰（消石灰）；按石灰的状态分为：块状石灰、膏状石灰、粉状石灰、乳状石灰。1.1.2 （1）石灰的消化 烧制成的生石灰为块状的，在使用时必须加水使其“消化”成为粉末状的“消石灰”，这一过程称为“消化”或“熟化”，故消石灰亦称“熟石灰”。其化学反应式为 CaOH2O Ca（OH）264.9kJ/mol （热量） 石灰加水后，会放出大量的热，而且体积膨胀，质纯、煅烧好的石灰体积会增大12倍。根据生石灰加水后的消化速度的快慢，其加水速度也应不同。快熟石灰：指消化速度小于10min的石灰，由于熟化

9、快，放热量大，加水量大，其加水速度应较快，并加以搅拌来帮助散热，以防温度过高，。中熟石灰：指消化速度在1030min的石灰。慢熟石灰：指消化速度在30min以上的石灰，加水量应少而慢，以保持较高温度，促使熟化较快完成。 为了使石灰消化完全，同时减少过火石灰的危害，石灰消化后要在淋灰池中“陈伏”两个星期左右才能使用。“陈伏”期间，石灰浆表面应覆有一层水分，使之与空气隔绝，以免发生碳化。（2）石灰的四种成品：块灰：白色疏松块状物；（如P2 图1.3）石灰粉：生石灰粉和熟石灰粉；（如P4 图1.8和图1.9）石灰膏：由生石灰在化灰池和储灰池中陈伏而形成的膏状物；石灰乳：由石灰加过量的水而得到的浆体。

10、（2）石灰的硬化 指石灰浆体在空气中逐渐硬化并产生强度。石灰硬化包括结晶作用和碳化作用两部分。 结晶作用 由于游离水分的蒸发，引起氢氧化钙溶液过饱和而析出氢氧化钙晶体，并产生“结晶强度”，此强度增长不显著。碳化作用 石灰浆体经碳化后获得的最终强度，称为“碳化强度”。其化学反应式为 Ca（OH）2CO2nH2O CaCO3（n1）H2O 石灰的结晶作用和碳化作用同时进行，碳化作用在很长时间内只限于表面，而结晶作用则主要在内部发生，所以，石灰浆体硬化后是由碳酸钙和氢氧化钙晶体共同组成的。纯的石灰浆硬化时会发生收缩开裂，所以工程上常配制成石灰砂浆使用。 1.1.3石灰的特性：（1）良好的保水性：生石

11、灰熟化成的熟石灰膏具有良好的保水性能，因此掺入水泥砂浆中，可提高砂浆的保税能力，以提高其砌体强度；使砂浆具有良好的和易性。（2）凝结硬化慢、强度低：石灰浆在空气中的碳化和结晶过程慢，最终的强度不高，石灰不能用于强度要求较高的部位。（3）耐水性差：硬化后的石灰若长期受潮或被水浸泡会发生溃散，所以石灰不能用于潮湿和水中环境。（4）体积收缩大：石灰浆体硬化时，由于水分的蒸发，引起体积收缩，会使石灰制品开裂，因此，石灰除调制成石灰乳做粉刷外，不宜单独使用。1.1.4 （1）氧化钙和氧化镁（CaO+MgO）的含量 石灰中产生粘结性的有效成分是活性氧化钙和氧化镁。它们的含量高低是评价石灰质量的首要指针。有

12、效氧化钙含量指石灰中活性的游离氧化钙占石灰试样质量的百分数；氧化镁含量指石灰中氧化镁占石灰试样质量的百分数。有效氧化钙的测定方法采用中和滴定法，氧化镁含量的测定采用络合滴定法。 （2）生石灰产浆量和未消化残渣的含量产浆量是单位质量（1kg）的生石灰经消化后，所产石灰浆体的体积（L）。石灰产浆量越高，则表示其质量越好。未消化残渣含量是指生石灰消化后，未能消化而存留在5mm圆孔筛上的残渣质量占石灰试样质量的百分率。石灰中未消化残渣含量越高，则表示其质量越差。 （3）二氧化碳的含量生石灰或生石灰粉中二氧化碳（CO2 ）的含量越高，说明石灰石在煅烧时“欠火”造成的未分解完全的碳酸盐的含量越高，影响石灰

13、的胶凝性能。（4）消石灰粉游离水的含量游离水的含量指化学结合水以外的含水量。游离水的含量越多，表明质量越差。 （5）体积安定性体积安定性是指消石灰粉在消化、硬化过程中体积变化的均匀性。（6）细度 细度与石灰的质量有密切联系，细度大，表明消化硬化速度越快。 1.1.4 石灰的储存和保管（1）石灰的储存时，要防潮、防火；防潮：石灰硬化只能在空气中进行，硬化后的强度不高，受潮后，强度更低，在水中还会溶解溃散。防火：熟化石灰时，要放出大量的热，容易引起火灾。（2）块状生石灰存放时间不宜超过一个月；因石灰会吸收空气中的水分而自动熟化成熟石灰粉，再与空气中的CO2作用还原为CaCO3，失去胶结能力。（3）

14、石灰会侵蚀人体的呼吸系统，腐蚀皮肤，所以在施工及装卸石灰时应注意安全防护，必要时配防护用品。五、小结、 本次课主要讲解了气硬性胶凝材料石灰的生产、消化、硬化、特性和技术要求。 六、作业、 P10（1、2） 七、反馈： 石灰中产生粘结性的有效成分是活性氧化钙和氧化镁。一、旧课复习： 1. 什么是石灰陈伏？ 答：为了使石灰消化完全，同时减少过火石灰的危害，石灰消化后要在淋灰 池中“陈伏”两个星期左右才能使用。 2. 欠火石灰和过火石灰的区别？答：欠火石灰内部有未烧透的内核，颜色发青，有效氧化钙和氧化镁含量低，使用时不能完全消化且缺乏粘结力。 过火石灰表面出现裂缝或玻璃状的外壳，体积收缩明显，颜色呈

15、灰黑色，块体密度大，消化缓慢，因这种石灰用于建筑结构物中仍能继续消化，以致引起体积膨胀，导致产生裂缝等破坏现象，所以它的危害极大。二、新课导入： 上节课我们介绍了气硬性胶凝材料石灰，初步了解了气硬性胶凝材料的一些特性，知道了气硬性胶凝材料是指只能在空气中硬化产生强度，提高并保持强度的材料。石灰中产生粘结性的有效成分是活性氧化钙和氧化镁。它们的含量高低是评价石灰质量的首要指针。有效氧化钙的测定方法采用中和滴定法，氧化镁含量的测定采用络合滴定法。下面将进行测定：三、新课内容 （在下页） 试验： 石灰中有效氧化钙、氧化镁含量的测定按我国现行公路工程无机结合料稳定材料试验规程JTJ0571994（T0

16、8011，T08012）规定，有效氧化钙的测定方法采用中和滴定法，氧化镁含量的测定采用络合滴定法。（1)有效氧化钙含量的测定：测定原理是根据有效氧化钙（CaO）ef能与蔗糖（C12H22O11）化合生成水溶性的蔗糖钙（CaO. C12H22O11.2H2O），然后采用中和滴定法，用已知浓度的盐酸进行滴定（以酚酞为指示剂），直至粉红色消失，并保持在30秒内不复现为止，记录滴定终点时的盐酸耗量，则：有效氧化钙含量的计算公式 100% 式中：（CaO）ef 石灰有效氧化钙含量（%）V 滴定时消耗的盐酸标准溶液体积（ml） N 盐酸标准溶液的当量浓度0.028 氧化钙毫克当量 m 石灰试样质量（g）

17、（2）氧化镁含量的测定：将石灰试样在水中用盐酸酸化，使石灰中的氧化钙、氧化镁、氧化铁、氧化铝离解为钙、镁、铁、铝离子，然后用三乙醇胺和酒石碳酸钾钠为掩蔽剂，使铁、铝离子掩蔽。若用氨性溶液做为缓冲剂，将溶液的PH值调整为10，以酸性铬兰K萘酚绿B为指示剂，用乙二胺四乙酸（EDTA）为滴定剂，滴定至溶液由酒红色还原为蓝色止，记录消耗的EDTA溶液的体积V1；若用NaOH为缓冲剂，将溶液的PH值调整为12，以钙指示剂为指示剂，用乙二胺四乙酸（EDTA）为滴定剂，滴定至溶液由酒红色还原为蓝色止，记录消耗的EDTA溶液的体积V2；则：氧化镁含量的计算公式 100% 式中：CMgO 石灰氧化镁含量（%）V

18、1 滴定钙镁合量时消耗的EDTA标准溶液体积（ml）V2 滴定钙消耗的EDTA标准溶液体积（ml）10 总溶液对分溶液的体积倍数 m 石灰试样质量（g） 五、小结、 本次课主要讲解了石灰中有效氧化钙、氧化镁含量的测定方法、步骤。 六、作业、 书写试验报告 七、反馈、 中和滴定法和络合滴定法的不同。一、旧课复习：提问：1. 什么是气硬性胶凝材料？ 答：该材料只能在空气中硬化，产生并保持强度。 2什么是水硬性胶凝材料？ 答：材料不仅能在空气中硬化，而且能更好的在水中硬化，产生并保持强度。3、写出石灰制取反应方程式？4、说说石灰储存和保管。5、说一说氧化镁含量的测定的过程。二、新课导入：初步了解了气

19、硬性胶凝材料的一些特性，知道了气硬性胶凝材料是指只能在空气中硬化产生强度，提高并保持强度的材料。有效氧化钙的测定方法采用中和滴定法，氧化镁含量的测定采用络合滴定法。三、新课内容（在下页） 1.2 石 膏在工程上经常使用的气硬性胶凝材料还有石膏、水玻璃。1.2.1石膏的概述：（1）石膏是一种理想的高效节能新型建筑材料。建筑石膏是采用天然二水石膏（CaSO42H2O）经过破碎、加热、磨细制得的一种白色粉末状材料。如图P7 图1.10和图1.11。（2）二水石膏（生石膏）在加工时随温度和压力等条件的不同，会得到结构和性能都不同的高强石膏与建筑石膏，二者统称为熟石膏。如图P8 图1.12和图1.13。

20、1.2.2 建筑石膏：（1）制取：将生石膏经过107170 c的煅烧撑成半水石膏，再经磨细而成的。（2）特性：凝结快、硬化快建筑石膏与适当的水混合，在渗水后几分钟内成可塑的浆体，但很快就失去塑性，产生强度，这个过程称为凝结。以后迅速产生强度，并发展成为坚硬的固体，这个过程称为硬化。强度低：虽石膏的强度产生快，但强度却很低，上等石膏的R压约10MPa。硬化后体积膨胀：石膏和石灰相反，硬化后体积不仅不收缩反而膨胀，膨胀率约1%，而一般胶凝材料体积缩小。容重小，孔隙大：孔隙大约占总体积的5060%，所以保温性能好，但吸湿性较强。耐水性、抗冻性差：因为建筑石膏遇水晶体溶解而引起破坏，吸水后受冻，将因孔

21、隙中水分结冰而崩裂。防热性好：遇水受热后，石膏中的结晶水蒸发，吸取热量，表面生成的无水石膏是良好的热绝缘体。（3）用途：室内装修，做天花板，内墙板等；做石膏制品；作为缓凝剂加入水泥中。1.2.3 高强石膏：（1）制作：将生石膏加热到124175C以后加压到1.3大气压后得到的半水石膏为高强石膏。（2）特性： 硬化后，密实度大，强度高。可用于建筑抹灰或制成石膏制品，但成本高。但建筑石膏低，生产方便，使用广泛。五、小结、 1、石膏的制取和条件； 2、建筑石膏的制取、特性、用途； 3、高强度石膏的制取、特性、用途。 六、作业、 P11 5、6、8 七、反馈、 石膏硬化后体积膨胀，石灰硬化后体积收缩一

22、、旧课复习：1、生石膏的的成分？答：天然二水石膏（CaSO42H2O） 2、建筑石膏的制取条件、特性、用途？ 答：生石膏经过107170 c的煅烧撑成半水石膏，再经磨细而成的。凝结快、硬化快、强度低、硬化后体积膨胀、容重小，孔隙大、耐水性、抗冻性差、防热性好室内装修，做天花板，内墙板等；做石膏制品；作为缓凝剂加入水泥中。 3、高强度石膏的制取条件、特性？答：生石膏加热到124175C以后加压到1.3大气压后得到。硬化后，密实度大，强度高。二、新课导入：水泥属水硬性胶凝材料，是建筑工程中用量最大的建筑材料之一。水泥品种很多，在道路与桥梁工程中通常应用的水泥有：硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸

23、盐水泥、火山灰硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥等五大品种；由于道路路面工程对水泥的特殊要求，近年来还生产了道路水泥；此外，在某些特殊工程中，还使用高铝水泥、膨胀水泥、快硬水泥等，但在道路建筑中仍以硅酸盐水泥与普通硅酸盐水泥为主。三、新课内容：（见下页）2水硬性胶凝材料水泥水硬性胶凝材料：是指既能在空气中硬化，也能更好的在水中硬化，并产生强度，且能长久的保持和提高强度，这样的无机胶凝材料叫水硬性胶凝材料。2.1水泥的概述：水泥是建筑业的基本材料，使用广泛，用量大。2.1.1硅酸盐水泥生产工艺（1）硅酸盐水泥生产原料 主要是石灰质原料和粘土质原料两类。石灰质原料提供CaO；粘土质原料提供SiO2 、A

24、l2O3、Fe2O3 ，有时还要加入少量辅助原料（如黄铁矿渣）等进行调整。（2）硅酸盐水泥生产工艺 硅酸盐水泥生产工艺如图所示。由图可知硅酸盐水泥的生产过程是：1）把几种原材料按适当比例配合，在磨机中磨细成生料。2）将准备好的生料放入窑内（立窑或回转窑）进行煅烧，至1450左右生成以硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥“熟料”3）为调节水泥的凝结速度，在烧成的熟料中加入质量分数为3%左右的石膏（CaSO42H2O）共同磨细，即为型硅酸盐水泥；由熟料、适量石膏和小于5%的混合料共同磨细，即为型硅酸盐水泥。因此，硅酸盐水泥生产工艺概括起来可称为“两磨一烧”。（3）硅酸盐水泥：凡由硅酸盐水泥熟料、（05）%

25、石灰石或粒化高炉矿渣，适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为（即波特兰水泥）。2.1.2硅酸盐水泥矿物组成及特性(1)硅酸盐水泥熟料的主要矿物组成 硅酸盐水泥熟料的主要矿物组成及含量 化合物名称氧化物分子组成简写方式含量（%）硅酸三钙3CaOSiO2C3S4462硅酸二钙2CaOSiO2C2S1040铝酸三钙3CaOAl2O3C3512铁铝酸四钙4 CaOAl2O3Fe2O3C4AF515硅酸盐水泥熟料中还含有少量有害成分，如游离氧化钙（fCaO）、游离氧化镁（fMgO）、硫酸盐（折合成SO3计算）以及不溶物等，这些成分的存在会降低水泥的使用质量，因此需控制它们的含量。国标规定：水泥熟料中Mg

26、O含量不得超过5%，SO3含量不得超过3.5%。(2)硅酸盐水泥各矿物组成性能比较 硅酸盐水泥的主要矿物组成与特性 性 质硅 酸 三 钙（C3S）硅 酸 二 钙（C2S）铝 酸 三 钙（C3A铁 铝 酸 四 钙（C4AF）反应速度较快最慢最快较快释热量较大最小最大中等强度最高，故C3S为水泥强度主要来源早期低，但后期增长较大强度不高对抗折强度有利耐化学侵蚀性中等中等最差最优干缩性中等最小最大最小注：由于水泥是由几种矿物组成的混合物，改变熟料矿物成分间的比例，水泥的性质即发生相应的变化：如提高硅酸三钙的含量，可以制得高强水泥；降低铝酸三钙和硅酸三钙含量，提高硅酸二钙含量，可制得低水化热的大坝水泥

27、；提高铁铝酸四钙含量，可获得抗折强度较高的水泥，如道路水泥。2.1.3见P16、P152.1.4凝结：水泥加水拌和后成为可塑的水泥浆，由于水泥的水化作用，水泥浆会逐渐变稠失去流动性和可塑性，但尚未具有强度的过程。硬化：随着时间的增长产生强度，并逐渐发展成为坚硬的水泥石的过程。 凝结和硬化是人为划分的两个阶段，实际上是一个连续而复杂的物理化学变化过程。 （1）硅酸盐水泥的水化过程（也称溶解期） 当水泥颗粒与水接触时，熟料矿物即与水发生水化反应，生成一系列新的水化产物并放出一定热量。（水化产物有水化硅酸钙等）（2）水泥的凝结和硬化过程（也称胶结期和结晶期）由于水泥水化过程中新的水化产物的形成、溶解

28、和不断反应，溶液很快成为水化物的饱和溶液。在溶液饱和后，水泥继续水化所生成的水化物不能再溶解，便形成凝胶体。随着水化反应的不断进行，凝胶体逐渐变浓，水泥浆逐渐失去塑性，出现凝胶现象，随着时间的延续，凝胶体中的结晶不断增生，凝胶不断干燥密实，使水泥浆硬化成水泥石。（3）影响水泥凝结硬化的主要因素1）水灰比对水泥凝结硬化的影响 水灰比是指水泥拌和所用水量与水泥重量的百分比。水灰比大，新拌水泥浆体内毛细孔的数量就要增大，由于生成的水产物不能完全填充毛细孔，必然使水泥的密实程度减小，强度降低。在不影响拌和、施工的条件下，水灰比小，则水泥浆稠，水泥石的整体结构内毛细孔减小，促使水泥的凝结硬化速度快，强度

29、显著提高。2）石膏对水泥凝结硬化的影响 为了调节水泥的凝结硬化速度，在磨细水泥时，需掺入适量石膏以延缓水泥的凝结速度。3）温度与湿度对水泥凝结硬化的影响一般来说提高温度可加速水泥的水化速度，水泥强度增长的也快；相反，降低温度，硬化相应减慢，所以说，在一定范围内，温、湿度越高，水泥的水化越快，凝结硬化越快，强度增长也快。4）水泥强度与龄期的关系水泥的水化反应是从颗粒表面逐渐深入到内层的，开始37d强度发展很快，大约4 周以后便显著减慢，水泥的强度是随硬化期而逐渐增长的，同样早期增长很快，往后逐渐减缓。但是，只要维持适当的温度和湿度，水泥的强度在几个月、几年，甚至几十年后，还会继续有所增长。 此外

30、，水泥矿物成分的含量、水泥颗粒的细度等，对水泥的凝结硬化以及强度，都有一定的影响。2.1.5水泥的应用水泥在水化过程中可以将砂、石等散粒材料胶结成整体，形成各种水泥制品。水泥主要用于拌制砂浆、混凝土等，砂浆用于砌筑或抹面（P19图）；混凝土用于制作构件（P19图）。四、小结 1、硅酸盐水泥生产工艺为“两磨一烧”。 2、硅酸盐水泥的凝结和硬化是人为划分的两个阶段，实际上是一个连续而复杂的物理化学变化过程。 3、影响水泥凝结硬化的主要因素。五、作业 P31 1、2、3、六、反馈 水泥对于学生来说太熟悉了， 但应知道硅酸盐水泥熟料中还含有少量有害成分，如（fCaO）、（fMgO）、SO3以及不溶物等

31、，这些成分的存在会降低水泥的使用质量，因此需控制它们的含量。一、旧课复习： 1. 什么是硅酸盐水泥？ 答：凡由硅酸盐水泥熟料、（05）%石灰石或粒化高炉矿渣，适量石膏磨细 制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥（即波特兰水泥）。 2什么是硅酸盐水泥的凝结？答：水泥加水拌和后成为可塑的水泥浆，由于水泥的水化作用，水泥浆会逐渐变稠失去流动性和可塑性，但尚未具有强度的过程。二、新课导入：水泥是建筑业普遍使用的材料，使用它，就要了解它的各项性能，才能针对工程特点选择不同水泥，此次课我们将进行讲解水泥的性质。三、新课内容： （见下页） 2.2 水泥的性质2.2.1物理力学性质（1）细度： 指水泥颗粒的粗细

32、程度。细度越大，水泥与水接触的面积越大，水化速度越快越完全，可使水泥混凝土的强度提高，工作性得到改善。但是，水泥细度的提高，使水泥在空气中的硬化收缩也较大，发生裂缝的可能性增加。而且粉磨过程中能耗大，使水泥成本提高，因此，对水泥细度必须进行合理控制。测试方法有两种：A）筛分法 （P21 图2.10） B）比表面积法（勃氏法） （P21 图2.9） 按我国现行国家标准硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥（GB1751999）规定：硅酸盐水泥细度比表面积不小于300m2普通水泥、矿渣水泥、火山灰水泥和粉煤灰水泥在80方孔筛上筛余量不大于10%或45方孔筛上筛余量不大于30%。（2）凝结时间 凝结时间是指从水

33、泥加水开始，到水泥浆完全失去可塑性，成为固体状态所需要的时间。凝结时间可分为初凝时间和终凝时间。初凝时间是从水泥加水开始，到水泥浆开始失去塑性的时间 。终凝时间是水泥加水开始，到水泥浆完全失去塑性并开始产生强度的时间。水泥的凝结时间用维卡仪测定，维卡仪见P21图2.11所示。维卡仪测定：当初凝针沉至距底板4mm1mm时，为水泥达到初凝状态；当终凝针沉入0.5mm时，为水泥达到终凝状态；水泥的凝结时间对混凝土施工有重要意义。凝结过快，混凝土会很快失去流动性，以致无法浇筑，所以初凝时间不宜过早，以便有足够的时间在初凝之前完成混凝土各工序的施工操作；但终凝时间又不宜太迟，以便混凝土在浇捣完毕后，尽早

34、完成凝结硬化，否则影响工期。我国所产水泥的初凝时间一般为13小时；终凝时间一般为46小时。按我国现行国家标准硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥（GB1752007）规定：硅酸盐水泥：初凝时间45min、终凝时间390min（6.5h）；普通硅酸盐水泥：初凝时间45min、终凝时间600min（10h）。（3）体积安定性 指水泥硬化后体积变化的均匀稳定性。它是评介水泥质量的一个重要指针。引起体积安定性不良的原因：一般是由于熟料中所含的游离氧化钙、游离氧化镁过多或掺入的石膏量过多造成的，这些成分水化速度慢，致使水泥已经凝结硬化后，甚至已经应用于结构物中时，这些成分才开始水化，水化时会引起不均匀的体积膨胀，

35、造成水泥石结构开裂。 按我国现行国家标准水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法（GB/T13462001）规定：采用沸煮法测定，具体方法见P22 图2.12（水泥体积安定性的测定采用雷氏法（标准法）或试饼法（代用法），当发生争议时，以雷氏法为准。）（4）水泥净浆标准稠度 为使水泥凝结时间和安定性的测定结果具有准确的可比性，必须配制标准稠度的水泥净浆。国标水泥标准稠度、凝结时间、安定性检验方法（GB/T13462011）规定：当试杆（P21图）沉入水泥净浆并距底板6mm1mm时，此时的稠度即为水泥净浆稠度。水泥需水量大小主要与水泥熟料成分、细度、混合材料的种类与掺量有关，一般硅酸盐水泥净浆

36、标准稠度用水量为21%28%。（5）强度 是水泥重要的技术性质之一水泥的强度是指水泥抵抗外力破坏的能力。影响因素：水泥的强度除了与水泥本身的性质（如熟料的矿物组成、细度等）有关外，还与水灰比、试件制作方法、养护条件和时间等有关。水泥强度包括抗折强度和抗压强度两种。我国测定水泥强度的方法是水泥胶砂法，即水泥:标准砂：水=1:3：0.5的比例拌和，制成40mm40mm160mm的长方体胶砂时间，在（201）C的水中养护，测定其抗折和抗压强度。见P23 图。国标通用硅酸盐水泥（GB1752007）规定：水泥强度等级按规定龄期的抗压强度和抗折强度来划分。见P24表2.2（6）水化热：水泥与水发生水化反

37、应时放出的热量。水化热大，对冬期施工有利，利于水泥的正常凝结硬化和强度的发展；水化热大，对大体积混凝土工程不利，容易使混凝土产生裂缝。2.2.2化学性质 即要求控制水泥中有害化学成分的含量。（1）游离氧化镁的含量 氧化镁水化速度缓慢，且水化时产生体积膨胀，可导致水泥石结构产生裂缝甚至破坏，若其含量超过最大允许限量，会引起水泥安定性不良。国标规定：水泥中氧化镁的含量不得超过5%。（2）三氧化硫的含量 三氧化硫主要是由于加入调节凝结时间的石膏而产生的。适量的石膏能够改善水泥性能，但石膏超过一定限量后，会影响水泥性能，甚至引起硬化后的水泥石体积膨胀，导致结构物破坏。国标规定：水泥中三氧化硫的含量不得

38、超过3.5%。（3）烧向量 指水泥在一定的温度和灼烧时间内失去的质量百分率。水泥煅烧不佳或受潮后，均会导致烧向量增加。（4）不溶物 水泥中不溶物是用盐酸溶解滤去不溶残渣，经碳酸钠处理再用盐酸中和，高温灼烧至恒重后称量，灼烧后不溶物质量占试样总质量比例为不溶物。（5）碱含量 水泥中碱的含量用Na2O+0.658K2O计算值表示。四、小结： 硅酸盐水泥主要性质有细度、凝结时间、体积安定性、水泥净浆标准稠度、强度和水化热等规定。 五、作业： P31 4、5 P32 1（17） 六、反馈： 能基本上听明白，但还是没有真正明白水泥的这几个性质。一、旧课复习1、水泥的性质包括几项？答：细度、凝结时间、体积

39、安定性、水泥净浆标准稠度、强度和水化热等。2、 水泥强度的标准试件尺寸是多少？ 答：用标准方法制成40mm40mm160mm的标准试件。 3、水泥的养护条件是什么？答：在201的水中养护。二、新课导入为了改善硅酸盐水泥的某些性能，如调节水泥标号、提高产量、增加品种、扩大使用范围和降低成本、综合利用工业废料以及节约能源，可在硅酸盐水泥熟料中掺加适量的混合材料，制成掺混合材料的硅酸盐水泥。三、新课内容： （见下页）2.3水泥的主要特性及选用2.3.1 通用硅酸盐水泥的特性在生产水泥时，能起到改善水泥性能，调节水泥强度等级，以及节约能耗，降低成本等目的，而加到水泥中去的人工和天然的矿质材料，称为水泥

40、混合材料。通用硅酸盐水泥：以硅酸盐水泥熟料和适量的石膏，以及规定的混合材料制成水硬性胶凝材料。（1）硅酸盐水泥硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料、（05）%石灰石或粒化高炉矿渣和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥。有两种类型：型：不掺混合材料；代号P.型：掺5%以下的混合材料；代号P. 主要特性：凝结硬化快，早期强度高，水化热大，抗冻性好，干缩性小，耐腐蚀性差，耐热性差。（2）普通硅酸盐水泥：（普通水泥）普通硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料、（620）%的混合材料和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为普通硅酸盐水泥。 代号P.O主要特性：凝结硬化较快，早期强度较高，水化热较大，抗冻性较好

41、，干缩性小，耐腐蚀性较差，耐热性较差。（3）矿渣硅酸盐水泥 （矿渣水泥）矿渣硅酸盐水泥 凡由硅酸盐水泥熟料、粒化高炉矿渣和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为矿渣硅酸盐水泥，简称矿渣水泥。代号:P.S。主要特性：凝结硬化慢，早期强度低，后期强度增长较快，水化热较低，抗冻性差，干缩性大，耐腐蚀性较好，耐热性好，泌水性大。（4）火山灰质硅酸盐水泥火山灰质硅酸盐水泥 凡由硅酸盐水泥熟料、火山灰质混合材料和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为火山灰质硅酸盐水泥，简称火山灰水泥。水泥中火山灰质混合材料掺加量按质量分数计为20%50%。代号：P.P 主要特性：凝结硬化慢，早期强度低，后期强度增长较快，

42、水化热较低，抗冻性差，干缩性大，耐腐蚀性较好，耐热性较好，抗渗性较好。（5）粉煤灰硅酸盐水泥粉煤灰硅酸盐水泥：凡由硅酸盐水泥熟料、粉煤灰和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为粉煤灰硅酸盐水泥，简称粉煤灰水泥。水泥中粉煤灰掺加量按质量分数计为20%40%。代号：P.F主要特性：凝结硬化慢，早期强度低，后期强度增长较快，水化热较低，抗冻性差，干缩性大，耐腐蚀性较好，耐热性较好，抗裂性较好。（6）复合硅酸盐水泥复合硅酸盐水泥：凡由硅酸盐水泥熟料，两种或两种以上的混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为复合硅酸盐水泥，简称复合水泥。代号：P.C主要特性：凝结硬化慢，早期强度低，后期强度增长较

43、快，水化热较低，抗冻性差，耐腐蚀性较好，其他性能与所掺入的两种或两种以上混合材料的种类、掺量有关。232水泥的选用 水泥强度等级的选择，应与混凝土设计强度等级相适应，混凝土强度等级越高，所选择的水泥强度等级也应越高。见P27表2.5常用水泥品种的选用233其它专用水泥和特性水泥（1）道路硅酸盐水泥道路硅酸盐水泥（简称道路水泥）：是以适当成分的生料烧至部分熔融后，得到的以硅酸钙为主要成分和较多量的铁铝酸钙的硅酸盐水泥熟料、（010）%活性混合材料和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。工程应用道路水泥是一种强度高，特别是抗折强度高，耐磨性好，干缩性小，抗冲击性好，抗冻性、抗硫酸性比较好的专用水泥，主

44、要用于道路路面和有以上要求的其它工程。（2）快硬硅酸盐水泥快硬硅酸盐水泥：凡以硅酸盐水泥熟料和适量石膏磨细制成的，以3d抗压强度表示标号的水硬性胶凝材料，称为快硬硅酸盐水泥（简称快硬水泥）。根据3d抗压强度分为325、375、425三个标号。特点：具有早期强度增进率高，其3d抗压强度即可达到标号，且后期强度仍有一定增长，因此适用于紧急抢修工程、冬季施工工程。用于制造预应力钢筋混凝土或混凝土预制构件时，可提高早期强度，缩短养护期，加快周转。不宜用于大体积工程。（3） 高铝水泥高铝水泥：凡以铝酸钙为主，氧化铝含量约50%的熟料，经磨细而得的水硬性胶凝材料称为高铝水泥，又称矾土水泥。特点：高铝水泥的

45、特点是早期强度增长快、强度高，主要用于紧急抢修和早期强度要求高的工程。它的使用温度不宜超过30（4） 膨胀水泥与自应力水泥 水泥在凝结硬化过程中一般都要产生一定的收缩，引起水泥石制品出现裂缝，而膨胀水泥则克服了这一缺点，在硬化过程中不产生收缩，而是产生一定的膨胀，提高了水泥石的密实度，消除了由于收缩带来的不利影响。 在道路工程中，膨胀水泥常用于水泥混凝土路面，机场跑道或桥梁修补混凝土，配置大口径钢筋混凝土压力管及配件。此外还可用于防止渗漏、修补裂缝及管道接头等工程。2. 4水泥质量鉴别2.4.1外观与数量的验收水泥外观验收时应注意核对包装上所注明的工厂名称、生产许可证编号、水泥品种、代号、混合

46、材料名称、出厂日期以及包装标识等另外还可以通过水泥颜色鉴别水泥品种：一般硅酸盐水泥、普通水泥、矿渣水泥为灰绿色；火山灰水泥为淡红或淡绿色；粉煤灰水泥为灰黑色。一般袋装水泥，每袋净重50kg，且不得少于标识质量的98%，可随机抽取20袋，其总质量不得少于1000kg。2.4.2水泥的质量验收工程通用6大水泥产品的技术质量应符合各自的国标要求，在各项技术指针检测中凡是氧化镁含量、三氧化硫含量、初凝时间和体积安定性中，任一项不符合标准规定均视为废品；凡是细度、终凝时间、不溶物和烧失量或混合材料掺加量等指针不符合标准规定，或强度低于商品标号规定的，均视为不合格品。废品水泥严禁用于各种工程。2.5水泥的

47、储存 不同生产厂家、品种、标号和不同出厂日期的水泥应分别堆放，不能混杂，贮存水泥时应合理安排库存位置，实行先进先出的发放原则。同时应注意其有效期，一般常用六大通用硅酸盐水泥的有效期为三个月，快硬硅酸盐水泥为一个月（自出厂日期算起）。此外，水泥贮存时还要防止受潮风化。水泥的受潮风化是指水泥中的活性矿物与空气中的水分、二氧化碳发生化学反应而使水泥变质的现象。若水泥超过了有效期或已经受潮，均应重新做试验，根据测试结果决定是否可以继续使用、降等使用或在次要部位使用。有关受潮水泥的鉴别、处理见表。 受潮水泥的鉴别、处理和使用 表214受潮情况处理方法使 用有粉块，用手可捏成粉末将粉块压碎经试验后，根据实

48、际强度使用部分结成硬块将硬块筛除，粉块压碎经试验后，根据实际强度使用，用于受力小的部位，或强度要求不高的工程，也可用于配制砂浆大部分结成硬块将硬块粉碎磨细不能作为水泥使用，可掺入新水泥中作为混合材料使用，其掺量25% 五、小结 本次课主要讲解内容包括：1、六种通用水泥：硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥的特征和选用；2、水泥的质量鉴别；3、水泥的保管。 六、作业 P31 （6、7）；P32 P33 七、反馈 注意五种通用水泥的比较。天津市市政工程局教育中心教师备课教案一、旧课复习1、水泥的性质包括几项？答：细度、凝结时间、体积安定性

49、、水泥净浆标准稠度、强度和水化热等。2、 水泥强度的标准试件尺寸是多少？ 答：用标准方法制成40mm40mm160mm的标准试件。 3、水泥的养护条件是什么？答：在201的水中养护。4、 硅酸盐水泥体积安定性的测试方法有哪些？ 答：水泥体积安定性的测定采用雷氏法（标准法）或试饼法（代用法）。当发生争议时，以雷氏法为准。5、水泥的凝结时间的测试方法？答：凝结时间采用标准法维卡仪测定法。 二、新课导入前面我们讲了水泥技术性质以及检测方法，水泥强度是水泥重要的技术性质之一，它是确定水泥强度等级的重要依据。本次课进行水泥强度的测试。三、新课内容： （见下页）水泥胶砂强度的测试水泥强度是水泥重要的技术性质之一，它是确定其所属强度等级的重要依据。水泥的强度除了与水泥本身的性质（如熟料的矿物组成、细度等）有关外，还与水灰比、试件制作方法、养护条件和时间等有关。 按我国现行国家标准水泥胶砂强度试验（GB/T176711999）简称ISO法规定：以1：3的比例取水泥和满足级配要求的标准砂，并采用0.5的水灰比，用标准方法制成40mm40mm160mm的标准试件，在201的水中 抗压强度的计算公式 f = 式中： f 水泥的抗压强度（MPa） F 破坏荷载 (N) A 试件受力面积 (mm2) 抗压强度值，取决于材料的组成、结构和构造、裂缝的分布等。一般来说，材料的构造与