材料 第二章石灰、水泥和稳定土

第二章石灰、水泥、稳定土胶凝材料有机胶凝材料气硬性胶凝材料水泥沥青水硬性胶凝材料石膏石灰树脂无机胶凝材料湖北交通职业技术学院道桥系道路建筑材料2007年返回第一节石灰第二节水泥第三节稳定土材料作业湖北交通职业技术学院道桥系第二章石灰、水泥和稳定土第一节石灰石灰的分类：1．根据成品加工方法的不同，分为：（1）块状生石灰：CaO；（2）生石灰粉：CaO；（3）消石灰（熟石灰）：Ca(OH)2；（4）石灰浆：石灰膏或石灰乳，Ca(OH)2、水。2、按氧化镁含量分为：生石灰钙质石灰MgO≤5%镁质石灰MgO>5%消石灰钙质消石灰MgO≤4%镁质消石灰MgO>4%一、石灰的生产工艺概述二、石灰的消化和硬化三、石灰的技术要求和技术标准四、石灰的应用和贮存返回上级目录湖北交通职业技术学院道桥系第二章石灰、水泥和稳定土一、石灰的生产工艺概述CaCO3CaO+CO2↑

优质石灰：洁白或略带灰色，质量轻。

欠火石灰：石灰石原料尺寸过大或窑中质量不匀导致有未烧透的内核。颜色发青且未消化残渣高，有效氧化钙和氧化镁含量低，缺乏粘结力。过火石灰：煅烧温度过高、时间过长，消解缓慢。使用时消解缓慢，甚至用于建筑结构物中仍能继续消化，以致引起体积膨胀，导致灰层表面剥落或产生裂缝等破坏现象，故危害极大。石灰岩高温煅烧（块状）生石灰返回上级目录湖北交通职业技术学院道桥系第二章石灰、水泥和稳定土二、石灰的消化和硬化1．石灰的消化：生石灰加水消解，为“消石灰”或“熟石灰”。

CaO+H2O→Ca(OH)2+64.9KJ/mol 为放热反应，消化过程体积增大1～2.5倍“陈伏”——消除“过火石灰”的危害2．石灰的硬化1）石灰浆的干燥硬化（结晶作用）——内部

2）硬化石灰浆的碳化（碳化作用）——表层返回上级目录湖北交通职业技术学院道桥系第二章石灰、水泥和稳定土三、石灰的技术要求和技术标准1．技术要求

1）有效氧化钙和氧化镁含量：产生粘结性的有效成分；评价石灰质量的主要指标。测定方法:有效氧化钙含量用中和滴定法；氧化镁含量用络合滴定法。

2）生石灰产浆量和未消化残渣含量

3）二氧化碳（CO2）含量

4）消石灰游离水含量

5）细度湖北交通职业技术学院道桥系第二章石灰、水泥和稳定土2．技术标准返回上级目录湖北交通职业技术学院道桥系第二章石灰、水泥和稳定土四、石灰的应用和贮存1．石灰的应用（1）石灰砂浆：砌筑、抹面（2）加固软土地基：生石灰桩（3）石灰和粘土拌和制成石灰土：垫层（4）石灰稳定土、石灰粉煤灰稳定土及其稳定碎石：路面基层或圬工砌体2．石灰的贮存：防水或消解返回上级目录湖北交通职业技术学院道桥系第二章石灰、水泥和稳定土第二节水泥水泥通用水泥专用水泥特性水泥硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥粉煤灰硅酸盐水泥火山灰质硅酸盐水泥复合硅酸盐水泥石灰石硅酸盐水泥如砌筑水泥、油井水泥、道路水泥、大坝水泥等如白色硅酸盐水泥、快凝快硬硅酸盐水泥等一、硅酸盐水泥与普通硅酸盐水泥二、掺混合材料的硅酸盐水泥三、其它品种水泥返回上级目录湖北交通职业技术学院道桥系第二章石灰、水泥和稳定土一、硅酸盐水泥与普通硅酸盐水泥硅酸盐水泥：硅酸盐水泥熟料，0～5%混合材料，适量石膏磨细制成。分为：Ⅰ型硅酸盐水泥、Ⅱ型硅酸盐水泥。普通硅酸盐水泥：硅酸盐水泥熟料,6%～15%混合材料，适量石膏磨细制成。（一）硅酸盐水泥生产工艺（二）硅酸盐水泥的化学成分和矿物组成（三）硅酸盐水泥的凝结和硬化（四）硅酸盐水泥的技术性质（五）硅酸盐水泥石的腐蚀和防止（六）普通硅酸盐水泥返回上级目录湖北交通职业技术学院道桥系第二章石灰、水泥和稳定土（一）硅酸盐水泥生产工艺1、硅酸盐水泥生产工艺：“两磨一烧”。2、硅酸盐水泥生产原料：主要是石灰质（CaO）和粘土质（SiO2、Al2O3

、Fe2O3）3、熟料成分：3CaO.SiO2(C3S)、2CaO.SiO2(C2S)、2CaO.Al2O3(C3A)、4CaO.Al2O3.Fe2O3(C4AF)石灰石粘土铁矿粉生料石膏硅酸盐水泥混合材料熟料按比例混合磨细1350℃～1450℃煅烧磨细返回上级目录湖北交通职业技术学院道桥系第二章石灰、水泥和稳定土（二）硅酸盐水泥的化学成分和矿物组成熟料的矿物组成水泥熟料矿物硅酸二钙铁铝酸四钙游离氧化钙和氧化镁铝酸三钙硅酸三钙碱类及杂质2CaO•SiO2，C2S4CaO•Al2O3•Fe2O3，C4AFf－CaO和f－MgO3CaO•Al2O3，C3A3CaO•SiO2，C3S湖北交通职业技术学院道桥系第二章石灰、水泥和稳定土水泥熟料主要成分特性比较：1）反应速度：C3A最快、C3S和C4AF较快、C2S最慢2）释热量：C3A最大、C3S较大、C4AF居中、C2S最小3）强度：C3S最高、C2S早期低但后期增长率较大、C3A不高，C4AF对抗强度有利（C3S和C2S为水泥强度主要来源）4）耐侵蚀性：C4AF最优、C2S和C3S居中、C3A最差5）干缩性：C3A最大、C3S居中、C4AF和C2S最小

矿物组成对水泥性能的影响：改变各种矿物成分的含量比例，则可以生产出性能各异的水泥。如：大坝水泥：降低C3A和C3S，提高C2S的含量。道路水泥：提高C3S和C4AF的含量。高强水泥：提高C3S的含量。返回上级目录湖北交通职业技术学院道桥系第二章石灰、水泥和稳定土（三）硅酸盐水泥的凝结和硬化凝结硬化的概念凝结：水泥加水拌和后成为可塑的水泥浆，由于水泥的水化作用，水泥浆逐渐变稠失去可塑性而未具有强度的过程。凝结过程较短暂，一般几个小时即可完成。硬化：产生强度逐渐发展成为坚硬的人造石的过程。硬化过程是一个长期的过程，在一定温度和湿度下可持续几十年。湖北交通职业技术学院道桥系第二章石灰、水泥和稳定土返回上级目录湖北交通职业技术学院道桥系第二章石灰、水泥和稳定土（四）硅酸盐水泥的技术性质和技术标准《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》（GB175-1999）硅酸盐水泥技术标准1）化学性质：控制水泥中有害的化学成分含量。①氧化镁含量：水化速度很慢，体积膨胀②三氧化硫含量：石膏超量③烧失量：煅烧不佳或受潮④不溶物2）物理性质（1）细度（2）水泥净浆标准稠度（3）凝结时间（4）体积安定性（5）强度返回上级目录水泥的废品和不合格品湖北交通职业技术学院道桥系第二章石灰、水泥和稳定土硅酸盐水泥标准返回上级目录湖北交通职业技术学院道桥系第二章石灰、水泥和稳定土（1）细度细度是指水泥颗粒的粗细程度。水泥颗粒的粗细，越细则水泥与水接触面积越大，水化反应速度越快，早期强度越大。但易产生裂缝。水泥细度表示方法：筛析法：以80μm方孔筛的筛余百分率表示。负压筛法水筛法比表面积法有争议时，以负压筛为准返回上级目录湖北交通职业技术学院道桥系第二章石灰、水泥和稳定土（2）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可比性，在此两项测定时必须采用标准稠度的水泥净浆。标准测定方法为试杆法，以标准试杆沉入净浆，并距离底板6±1mm的水泥净浆稠度为“标准稠度”，其拌和用水量为该水泥的标准稠度用水量P，按水泥质量的百分比计。试锥法为代用法调整水量法：28±2mm不变水量法：拌和水为142.5mL返回上级目录湖北交通职业技术学院道桥系第二章石灰、水泥和稳定土试锥法测标准稠度用水量返回上级目录湖北交通职业技术学院道桥系第二章石灰、水泥和稳定土（3）凝结时间凝结时间：分为初凝时间和终凝时间。初凝时间是从加水至水泥浆开始失去塑性的时间；终凝时间是从加水至水泥浆完全失去塑性的时间。初凝状态：指试针沉至距底板4±1mm时的稠度状态。终凝状态：指试针沉入试体0.5mm水泥初凝时间不宜过早，终凝时间不宜过迟。国家标准GB175－1999规定：硅酸盐水泥初凝≮45min，终凝≯6.5h。普通硅酸盐水泥初凝≮45min，终凝≯10h返回上级目录维卡仪图示维卡仪测水泥初凝时间图示维卡仪测水泥终凝时间图示湖北交通职业技术学院道桥系第二章石灰、水泥和稳定土测定水泥标准稠度

和凝结时间用的

维卡仪返回上级目录湖北交通职业技术学院道桥系第二章石灰、水泥和稳定土维卡仪测水泥初凝时间返回上级目录湖北交通职业技术学院道桥系第二章石灰、水泥和稳定土维卡仪测水泥终凝时间返回上级目录湖北交通职业技术学院道桥系第二章石灰、水泥和稳定土（4）体积安定性体积安定性：是指水泥浆在凝结、硬化过程中，体积膨胀的均匀程度。如果产生体积膨胀使结构物开裂，则水泥体积安定性不良，水泥为废品，严禁用于工程中。水泥安定性不良的原因：游离氧化镁（MgO）；生产水泥时掺入的石膏过量（SO3）。安定性（沸煮法）：雷氏法——标准法试饼法——代用法返回上级目录湖北交通职业技术学院道桥系第二章石灰、水泥和稳定土试饼法测水泥体积安定性试饼成型（直径70～80mm，中心厚约10mm），湿气箱中养护24h±2h沸煮：加热30±5min至沸，恒沸3h±5min结果评定：两个试件无裂缝，无弯曲为合格。返回上级目录湖北交通职业技术学院道桥系第二章石灰、水泥和稳定土雷氏夹法测水泥体积安定性试件成型：小刀插捣15次，抹平。湿气箱中养护24h±2h雷氏膨胀值测定仪测定指针间距离A（精确至0.5mm）沸煮：指针朝上放入沸煮箱，加热30±5min至沸，恒沸3h±5min测定指针间距离C（精确至0.5mm）结果判定：两试件的（C-A）的平均值不大于5.0mm时，安定性合格。当（C-A）的差值超过4.0mm时，应立即用同一样品重做一次试验。返回上级目录湖北交通职业技术学院道桥系第二章石灰、水泥和稳定土（5）强度返回上级目录1）胶砂强度2）强度等级湖北交通职业技术学院道桥系第二章石灰、水泥和稳定土1）胶砂强度水泥的胶砂强度：国家标准规定，水泥和标准砂按1：3质量比混合，加入规定量的水（水灰比为0.50），经标准试验方法搅拌成型。制成40mm×40mm×160mm的标准试件，在标准条件（1d温度为20±1℃，相对湿度90％以上的空气中带模养护；1d以后拆模，放入20±1℃的水中养护）下养护。根据水泥品种不同，分别测定3d、28d的抗折强度和抗压强度，即为水泥的胶砂强度。胶砂强度试验目的和方法水泥胶砂强度的试验设备水泥胶砂强度的测定原理水泥胶砂强度试验步骤及试验结果的评定返回上级目录湖北交通职业技术学院道桥系第二章石灰、水泥和稳定土胶砂强度试验目的和方法1、试验目的：测定水泥的胶砂强度；评定水泥的强度等级。2、试验方法：ISO法测定胶砂强度。返回上级目录湖北交通职业技术学院道桥系第二章石灰、水泥和稳定土水泥胶砂搅拌机水泥标准养护箱水泥抗折试验机水泥抗压夹具水泥胶砂振实台液压万能试验机水泥胶砂强度的试验设备返回上级目录湖北交通职业技术学院道桥系第二章石灰、水泥和稳定土控制器加砂箱搅拌叶搅拌锅水泥胶砂搅拌机返回上级目录湖北交通职业技术学院道桥系第二章石灰、水泥和稳定土水泥抗压夹具上压板下压板水泥抗压夹具返回上级目录湖北交通职业技术学院道桥系第二章石灰、水泥和稳定土水泥抗折试验机水泥抗折试验机标尺平衡锤控制箱抗折夹具游动砝码返回上级目录湖北交通职业技术学院道桥系第二章石灰、水泥和稳定土液压式万能材料试验机液压式万能材料试验机返回上级目录湖北交通职业技术学院道桥系第二章石灰、水泥和稳定土水泥恒温恒湿养护箱水泥恒温恒湿养护箱返回上级目录湖北交通职业技术学院道桥系第二章石灰、水泥和稳定土水泥胶砂振实台控制器记数器套模摆动臂摆动轴水泥胶砂振实台返回上级目录湖北交通职业技术学院道桥系第二章石灰、水泥和稳定土水泥+标准砂+水质量比1：3.0：0.50一组试件材料称量450g1350g225ml共制作两组试件，在温度为20±1℃，相对湿度在90%以上的潮湿条件下养护3d、28d，分别测定的抗折强度(fce,m)和抗压强度(fce,c)，即为水泥的“胶砂强度”(MPa)。水泥胶砂强度的测定原理返回上级目录湖北交通职业技术学院道桥系第二章石灰、水泥和稳定土清理安装水泥试模搅拌水泥胶砂成型试件将搅拌好的水泥胶砂分两次装入试模，第一次装入约300g，用大播料器播平，开动振实台振振实60次；装入第二层，实60次。取下试模，刮去多余胶砂，抹平，写上成型日期和编号。20～24h脱模，20±1℃水中养护至规定龄期。养护测定抗折破坏荷载测定抗压破坏荷载称取：水泥450±2g水225±1mL标准砂1350±5g低速搅拌30s加砂低速搅拌30s高速搅拌30s高速搅拌60s停90s水泥胶砂强度试验步骤湖北交通职业技术学院道桥系第二章石灰、水泥和稳定土水泥抗折强度测定l=100mmF(N)50mm结果计算评定水泥标准试件160×40×40mm水泥标准试件160×40×40mm水泥标准试件160×40×40mm水泥标准试件160×40×40mm每个龄期测定破坏荷载F1，F2，F340mm40mmbh横截面湖北交通职业技术学院道桥系第二章石灰、水泥和稳定土水泥抗压强度测定下压板上压板FF水泥抗压强度测定受力面积A=40×40mm结果计算评定测定出抗压破坏荷载F1～F6每个龄期每组6个半截试件湖北交通职业技术学院道桥系第二章石灰、水泥和稳定土水泥胶砂强度结果评定抗折强度Rf（MPa）抗压强度（MPa）以六个试件的抗压强度的算术平均值作为试验结果(精确到0.1MPa)；如果六个值中有一个超过平均值的±10%，则剔除该值后取剩下五个值的平均值。若五个值中再有超过平均值的±10%，则此组试验无效。结果评定：结果评定：以三个试件的抗折强度的算术平均值作为结果(精确到0.1MPa)；如果三个值中有一个超过平均值的±10%，剔除该值后取平均值。Ff：破坏荷载（N）。L：支撑圆柱中心距，100mm。b：试体断面边长，40mm。返回上级目录湖北交通职业技术学院道桥系第二章石灰、水泥和稳定土2）强度等级强度等级：根据水泥的胶砂强度划分的级别称为强度等级。硅酸盐水泥的强度等级划分为42.5，42.5R，52.5，52.5R，62.5，62.5R共六个等级。返回上级目录湖北交通职业技术学院道桥系第二章石灰、水泥和稳定土水泥的废品和不合格品凡氧化镁、三氧化硫、初凝时间、安定性中的任一项不符合标准规定.均为废品。废品水泥在工程中严禁使用。凡细度、终凝时间、不溶物和烧失量中的任一项不符合标准规定，或混合材料掺加量超过最大限量，或强度低于规定指标时，称为不合格品。返回上级目录湖北交通职业技术学院道桥系第二章石灰、水泥和稳定土（五）硅酸盐水泥石的腐蚀和防止

1．水泥石的腐蚀

①溶析性侵蚀：Ca(OH)2被淡水溶解。

②硫酸盐（海水、沼泽水、工业污水中）的侵蚀：与Ca(OH)2反应生成石膏，再与水化铝酸钙作用，生成钙矾石，体积膨胀使结构物破坏。

③镁盐（海水、地下水或矿泉水中）侵蚀：与Ca(OH)2反应生成极易溶于水的氯化钙或石膏。

④碳酸（工业污水或地下水中）侵蚀：CO2与Ca(OH)2反应生成易溶于水的碳酸氢钙。2．水泥石腐蚀的防止根据腐蚀环境特点，合理选用水泥品种。选用硅酸三钙、铝酸三钙含量低的水泥。提高水泥石的密实度。敷设耐蚀保护层。返回上级目录湖北交通职业技术学院道桥系第二章石灰、水泥和稳定土（六）普通硅酸盐水泥由于掺加混合材料的数量少，性质与硅酸盐水泥近.返回上级目录湖北交通职业技术学院道桥系第二章石灰、水泥和稳定土二、掺混合材料的硅酸盐水泥定义：在硅酸盐水泥熟料中掺加适量的各种混合材料与石膏共同磨细的水硬性胶凝材料，目的：改善硅酸盐水泥的某些性能，增加产量和降低成本的湖北交通职业技术学院道桥系第二章石灰、水泥和稳定土混合材料1．活性混合材料：其主要化学成分为CaO、SiO2和Al2O3,能与水泥中的矿物成分起化学反应，生成具有胶凝能力的水化产物，能在水中和空气中硬化的材料。有高炉矿渣、火山灰质和粉煤灰。2．非活性混合材料：不参加化学反应，仅起提高产量调节水泥强度等级，节约水泥熟料的作用，又称为填充性混合材料。如石英砂、石灰石、粘土等，湖北交通职业技术学院道桥系第二章石灰、水泥和稳定土掺混合材料硅酸盐水泥的水化和硬化机理掺混合材料的硅酸盐水泥加水后，水化反应分两步进行的。首先是熟料矿物水化，生成水化硅酸钙、水化铝酸钙、水化铁酸钙、氢氧化钙、水化硫铝酸钙等水化物，其次Ca(OH)2起着碱性激发剂的作用，与活性混合材料中的活性SiO2和活性Al2O3作用形成具有胶凝性能的水化硅酸钙和水化铝酸钙等水化产物。湖北交通职业技术学院道桥系第二章石灰、水泥和稳定土掺混合材料硅酸盐水泥与硅酸盐水泥的性能相比由于掺混合材料硅酸盐水泥中水泥熟料含量比硅酸盐水泥少，C3S、C3A含量也少，因而：硬化慢早期强度低，后期强度高水化热低耐热性较强，抗冻性差抗蚀性较强，干缩性较大湖北交通职业技术学院道桥系第二章石灰、水泥和稳定土矿渣水泥、火山灰水泥和粉煤灰水泥各凝期强度湖北交通职业技术学院道桥系第二章石灰、水泥和稳定土矿渣水泥、火山灰水泥和粉煤灰水泥强度指标湖北交通职业技术学院道桥系第二章石灰、水泥和稳定土五大通用水泥的应用湖北交通职业技术学院道桥系第二章石灰、水泥和稳定土返回上级目录湖北交通职业技术学院道桥系第二章石灰、水泥和稳定土三、其它品种水泥道路硅酸盐水泥快硬硅酸盐水泥铝酸盐水泥膨胀水泥抗硫酸盐硅酸盐水泥中热硅酸盐水泥和低热矿渣硅酸盐水泥（原名大坝水泥）湖北交通职业技术学院道桥系第二章石灰、水泥和稳定土道路硅酸盐水泥道路硅酸盐水泥：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，0～10%活性混合材料和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。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，抗冻性和抗硫酸性比较好的专用水泥。适用于道路路面、机场跑道道面，城市广场等工程。湖北交通职业技术学院道桥系第二章石灰、水泥和稳定土返回上级目录湖北交通职业技术学院道桥系第二章石灰、水泥和稳定土第三节稳定土材料一、概述稳定土是在粉碎的或原来松散的土中，掺入石灰、水泥、工业废渣、沥青及其它材料后，经拌和、压实及养生后，得到的具有较高后期强度，整体性和水稳定性均较好的一种材料。用作路面的基层和底基层的半刚性材料。包括石灰稳定土、水泥稳定土、沥青稳定土、石灰稳定工业废渣和综合稳定土。湖北交通职业技术学院道桥系第二章石灰、水泥和稳定土二、稳定土材料的组成

（一）稳定土的基本材料—土WL≯40﹪，IP≯20；重粘土最差,级配良好的砾石－砂－粘土稳定效果最佳。（二）稳定土的外掺材料1．石灰－剂量2．水泥－剂量3．粉煤灰、二灰土湖北交通职业技术学院道桥系第二章石灰、水泥和稳定土三、稳定土的性质

1.影响稳定土强度的因素土质：IP＝10—20%稳定剂品种及用量：石灰、水泥、粉煤灰含水量：最佳含水量密实度施工时间长短的影响：水泥稳定土施工时间≯6h养生条件：温度、湿度湖北交通职业技术学院道桥系第二章石灰、水泥和稳定土稳定土材料的变形性能缩裂特性

干缩

温缩（同上）裂缝防治措施改善土质：用粘性较小的土或掺砂控制压实含水量及压实度掺加粗粒料结合料:石灰易干缩土质：含细粒土较多的易干缩湖北交通职业技术学院道桥系第二章石灰、水泥和稳定土四、稳定类材料组成设计

设计标准——无侧限抗压强度。湖北交通职业技术学院道桥系第二章石灰、水泥和稳定土设计步骤1．原材料试验2．拟定混合料配合比选定不同的石灰（或水泥）剂量通过击实试验确定最佳含水量和最大干密度。按最佳含水量和计算得到的干密度制备试件3．试件的强度试验4．选定石灰或水泥剂量R≥Rd——设计抗压强度（MPa）

Cv——试验结果的偏差系数（以小数计）

Za——保证率系数，高速公路和一级公路应取保证率95%，此时Za=1.645；一般公路应取得保证率90%，即Za=1.282。土质：筛分或压碎值

结合料:石灰的钙、镁含量和水泥的胶砂强度及凝结时间。返回上级目录湖北交通职业技术学院道桥系第二章石灰、水泥和稳定土作业1、用雷氏夹法测水泥的安定性，沸煮时指针朝向正确的是（）。

A、朝下B