道路建筑材料
课 题,建筑材料的基本内容及性质。
教学目的,了解本课程的学习内容、方
法、要求及应要求。
重点难点,材料的物理性质、水理性质、
力学性质、加工性和耐久性等。
绪 论
? 课前介绍：
? 本课程是路桥专业的一门重要的专业基础课，是一门考试课程，本学期
要求学习完教材内容，能熟练掌握课堂理论教学内容及试验课的实践内 容。
? 成绩评定包括几方面：
? 1、平时作业完成情况及考勤；
? 2、期中考试及期末考试成绩；
? 3、试验操作完成情况等。
? 一、本课程的研究内容与任务
? （一）内容：
? 本课程中主要学习以下几种建筑材料：
? 1、砂石材料 （ 1）天然的 （ 1）块状石料：简称：石料
? （ 2）人工轧制的 （ 2）料状石料：简称：集料
? 2、无机结合料及其制品
? 无机结合料：通常分为以下几种：
? （ 1）石灰
? （ 2）水泥
? （ 3）石膏
? 无机结合料制品,（ 1）水泥混凝土
? （ 2）半刚性路面材料
? 3、有机结合料及其混合料
? 沥青材料主要指沥青类材料，如：石油沥青，煤沥青等。
? 有机结合料混合料：
? （ 1）沥青混凝土
? （ 2）沥青碎石等
? （ 3）各种新型沥青混合料
? 4、高分子聚合物材料：
? 主要包括塑料、合成橡胶、合成纤维等。
? 功能：主要用以改善软土地基、水泥混凝土、沥青混合料的
性能。
? 5、钢材和木材
? 钢材是桥梁结构及钢筋混凝土或预应力钢筋混凝土结构的重
要材料。
? 木材较少直接用于修筑桥梁，目前主要用作混凝土工程的拱
架和模板。
? （二）课程学习任务：
? 1、论述材料组成、结构、技术性质与它们之间的关系；
? 2、论述材料的检验方法（举例水泥凝结时间测定方法）；
? 3、利用测验评定其技术性质（举例水泥对初凝、终凝时
间的要求及规范的规定）。
? （三）课程学习目的：
? 1、掌握各种材料的技术性能，包括：
? 力学性质、物理性质、化学性质及工艺性质等；
? 2、选择、鉴定材料
? 能够结合工程实际情况，合理地选择材料，如水泥混
凝土组成材料的选择、沥青混合料对组成材料的选择及鉴别
与评定；
? 3、能正确使用材料（如石灰的消化、水泥应用贮存等）
? 二、建筑材料应具备的工程性质
? 1、力学性质
? 各种强度指标及耐磨、抗变形指标。如，水泥混凝土的抗
压、抗折强度；沥青混合料的稳定度、流值；石料的磨耗度
等。
? 2、物理性质
? （ 1）物质指标：如材料的密度、孔隙率、含水量
? （ 2）温度稳定性：如沥青软化点、脆点等。
? （ 3）水稳定性等：如沥青混合料的残留稳定度等。
? 3、化学性质
? 各种材料的化学成分及其变化规律。如，水泥的各种成分
与自然界之间的变化；沥青的化学成分及其变化规律。
? 4、工艺性质 ?混凝土的流动性
? 材料四个性质之间是相互制约、相互联系的。
? 三、建筑材料与路桥工程的关系
? 1、材料是工程结构物的物质基础：其中材料质量的好坏直
接决定着工程质量的等级。
? 2、材料与工程造价之间的密切关系 工程建筑材料占工程造
价的 60?至 70?，甚至 80?，因此，如何合理地降低造价、
节省开支，均与建筑材料之间有着密不可分的关系。
? 3、新材料与新结构、新工艺之间的关系
? 用桥梁跨径的变化及路面材料的变化来分析
? 四、道路建筑材料的检验方法和技术标准
? （一）检验方法：室内、室外及模拟试验方法。
? （二）检验内容：包括四个方面
? 1、物理性质试验；
? 2、力学性质试验；
? 3、化学性质试验；
? 4、工艺性质试验。
? （三）质量检验的标准化与技术标准
? 目前我国建筑材料的标准分为：国家标准、行业标准、地方
标准和企业标准四个等级。其中：
? GB?指国家标准
? JTJ?交通部门基本建设方面的规范
? JC?建材行业标准
? SH?石油化工行业标准
? 五、本课程的要求
? 本课程为考试课、完成学习后将有两门成绩，即理论成绩和
实操成绩。
? 建筑材料课在本专业中的位置：是路桥专业的重点课程
?课后小结,绪论课是每一门课的开场白，学
生能否对该课程有一个全面、正确的认识，
关键的一点是讲好绪论课。
? 课题,石材的技术性质和技术要求教具用品 相
关试验仪器
? 教学目的,了解砂石材料的类别，石料的技术
性质及其应用
? 重点难点,石料的物理性质、力学性质
? i1— 1 砂石材料的技术性质
? 概述：
? 砂石材料按形状分类
? 1）、块状石料：简称石料
? 如块石、片石等；
? 2）、粒状石料：简称集料 集料又按大小分为：
? 粗集料：如碎石、卵石
? 细集料：如砂、石屑
? 砂石材料按来源分类
? 1）、天然石料
? 2）、人工轧制的集料
? 3）、工业冶金矿渣
? 一、石料的技术性质
? 1、物理性质：
? 包括物理常数、吸水性和耐候性等。
? 1）物理性质
? ①真密度：是石料在规定条件下，烘干石料
矿质单位体积的质量，用 ?t 表示。
? 则
s
s
t v
m
??
? 因 固 测定方法：李氏比重
瓶法测定，将石料磨细至全部过 0.25mm的筛
孔，然后将其装入比重瓶中，利用已知比重
的液体置换石料的体积。
? ②毛体积密度
? 测定方法：用静水称量法，亦可用蜡封法测
定。
Mm s ? st v
M??
V
M
vvv
m
ins
s
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? ③ 孔隙率
? 2)吸水性：指石料在规定条件下吸水的能力。
? (1)吸水率,20℃ E2℃ 和大气压状态下，吸水质量的百分率。
? (2)饱水率,200E20C,真空条件下，吸水质量的百分率
? 饱水系数当 sr>90%时，抗冻性较差。
? 通常认为在常压下测定的吸水率，此时水分只充填部分孔隙，
而当石料开口孔隙内部空气被排空时，水分几乎充满开口孔
隙的全部体积。
10011000 ???
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mmW
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m
mmW
x
? 3）耐候性：目前主要考虑抗冻性，常用抗冻性标
号表示，测定经过冻 (-150C,4h)、融 (200E20C,4h)
循环，质量损失不超过 5%，抗压强度不超过 25%的
次数。
? 2、力学性质
? 1）单轴抗压强度
? 试验条件要求：试件形状、尺寸、吸水饱和、加荷
速度等。
? 2）磨耗性：指石料抵抗撞击、边缘剪力和磨擦等
联合作用的性质。
? ①洛杉矶式磨耗试验 Y标准方法
? 5kg石料 +12个 5kg的钢球 磨 500转
? 测定过 2mm或 1.6mm(方筛 )的筛余质量
A
PR ?
100
1
21 ???
m
mmQ
磨
? ② 狄法尔法磨耗试验 代用方法
? 用 100块 50-70mm的试件分两份，每份磨 10000转。
? 两种方法相比较，显然洛杉矶法具有省时、省工，
石料按一定规格组成等优点，故能全面反映石料的
磨耗性。
? 3、化学性质
? 按 SiO2含量，将石料划分为
? ①酸性岩 SiO2>65%
? ② 中性岩 52%<= SiO2O65%
? ③ 碱性岩 SiO2<52%
? （ 2）石料的技术要求
? 1、路用石料的技术分级：分 4级
? Ⅰ 级 —— 最坚强的岩石
? Ⅱ 级 —— 坚强的岩石
? Ⅲ 级 —— 中等坚强的岩石
? Ⅳ 级 —— 较软的岩石
? 2、路用石料的技术标准：见表 1-1
? 二、道路和桥涵用石料制品
? （一）道路用石料制品
? 1、高级铺砌用整齐块石：经精凿加工而成。
? 2、路面铺砌用整齐块石：粗凿成的方块石或条石。
? 3、铺砌用不整齐块石：又称拳石，要求顶面为一平面，底
面与顶面基本平行。
? 4、锥形块石：又称大块石，用于路面底基层，是由片石进
一步加工而得的粗打石料。
? （二）桥梁建筑用主要石料制品
? 1、片石：粗打石料，其形状不限制，但薄片者不
得使用。
? 2、块石：有两个较大的平行面
? 3、方块石：在块石中选择形状比较整齐者稍加修
整。
? 4、粗料石：表面凹凸不大于 10mm，砌缝宽度小于
20mm。
? 5、细料石：表面凹凸不大于 5mm，砌缝宽度小于
15mm。
? 6、镶面石：一般应选用较好的石料。
? 课后小结：天然砂石材料在地表分布广泛，物理、
力学性质好，在工程中被广泛应用。石料的技术性
质和技术要求是本次课的重点内容。
? 课题,细集粒的技术性质 教具用品, 相关试
验仪器
? 教学目的,了解细集料的各项技术性质及测定
方法
? 重点难点,细集料的级配、表观密度及装填密
度
? 三、集料的技术性质
? 工程上以粒径的大小为界，通常将集料分粗集料及细集料；
其中在沥青混合料中，以 2.36mm为界，在水泥混凝土中以
5mm为界。
? （一）细集料的技术性质
? 定义：在沥青混合料中，指粒径小于 2.36mm天然砂，人工
砂及石屑。
? 在水泥混凝土中，指粒径小于 5mm的天然砂、人工砂。
? 分类：
? 1、天然砂：由岩石在自然条件下风化形成的。
? 天然砂通常包括以下几种类型：
? （ 1）河砂：性质较好，多用。
? （ 2）山砂：含泥量及有机杂质多。
? （ 3）海砂：混有贝壳和盐分等有害杂质。
? 2、人工砂：由岩石轧碎而成的颗粒，表面有棱角，较洁
净，但价格较高，无特殊情况多不采用。
? 上述几种细集料中，一般工程上多使用河砂。
? 1、物理性质
? 集料的质量与体积的关系见图所示：
体积 质量
空隙
开口孔隙
闭口孔隙
矿质实体
0
V
i
V
v
V
n
V
s
V
V
0
m
s
m
m
? 图中,m____集料的总质量（ g）；
? m0____集料中矿质实体质量（ g）；
? ms____集料中孔隙及空隙部分的质量（ g）；
? V____集料的总体积（ cm）；
? Vs____集料中矿质实体的体积（ cm）；
? Vn____集料中闭口孔隙的体积（ cm）；
? Vi____集料中开口孔隙的体积（ cm）；
? Vv____集料中空隙的体积（ cm）；
? V0____集料中孔隙的体积（ cm）；
? （ 1）表观密度
? 测定方法：比重瓶法
? （ 2）毛体积密度
? （ 3）松方密度 ?装填密度：堆积密度（松装
密度）、紧装密度
? （ 4）空隙率
ans
sa
v
m
vv
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? 2、级配
? 用筛分法测定砂的级配
? 标准筛,5 2.5 1.25 0.63 0.315
0.16mm(圆孔 )
? 4.75 2.36 1.18, 0.6, 0.3 0.15mm(方
孔 )
? 筛分后，计算相关参数如下：
? （ 1）分计筛余百分率
? （ 2）累计筛余百分率
? （ 3）通过百分率
?
100?? Mma ii
ii aaaA ???????? 21
ii Ap ?? 1 0 0
振筛机
? 3、粗度
? (水泥混凝土用砂 )
? （沥青路面及各种路面的基层、底层用砂）
? 砂的粗度分类
? 为粗砂
? 为中砂
? 为细砂
5
516.0315.063.025.15.2
100
5
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1 0 0
15.03.06.02.136.275.4 AAAAAAM
x
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1.37.3 ???xM
3.20.3 ???xM
6.12.2 ???xM
? 课后小结：细集料主要指砂，它广泛应用于
水泥混凝土及沥青混合料中，学生必须掌握
好其各项技术指标、测定方法及技术标准，
从而达到保证材料质量的目的。
? 课题,粗集粒的技术性质 教具用品,相关
试验仪器
? 教学目的,了解粗集料的物理、力学性质的
含义及测定、评价方法
? 重点难点,粗集料的表观密度、堆积密度及
筛分试验
? 三、集料的技术性质
? （二）粗集料的技术性质
? 1、物理性质：粗集料内部结构特征与细集料的一
致，故其质量与体积之间的关系图与细集料的一
致，下列各符号的含义亦与细集料的相同。
? 1）物理常数
? （ 1）表观密度
? 用吊篮法测定：
? 1、试样取料量由集料最大粒径确定
? 2、须做两次平行试验
? 3、平行试验容许误差为 0.02g/m3
? 4、试样须浸水 24h
ns
s
a vv
m
???
? (2)毛体积密度
? （ 3）松方密度
? 堆积密度
? 振实密度 ?用于水泥混凝土
? 捣实密度 ?用于沥青混合料
? （ 4）空隙率
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m
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m
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0
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?
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n
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? 2）级配
? （ 1）筛分试验标准及取样量
公称量大
粒径
（ mm）
方
孔
75 63 37.5 31.5 26.5 19 16 9.5 4.75
圆
孔
80 63 40 31.5 25 20 16 10 51
试样质量不少于
（ kg）
10 8 5 4 2.5 2 1 1 0.5
? (2)筛分试样须备两份：水洗法（混凝土可
省去水洗法）、干筛法
? （ 3）必须除去超粒径部分颗粒后，再进行
筛分试验
? （ 4）有关参数计算
? ①通过 0.075筛孔的集料含量
? ②分计筛余百分率
? ③累计筛余百分率
100
1
21
075.0 ?
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1 0 0 075.0p
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ii aaaA ??????? 21
碎石标准筛
? ④ 通过百分率
? 3)坚固性
? 用 Na2SO4溶液干湿循环 5次后，测定试样质量损
失。
? 2、力学性质：压碎值、磨耗度、抗滑表层三项指
标
? 1）粗集料压碎值
? ①沥青路面：取试样：粒径 13.2mm— 16mm； 质
量 3kg；在
? 400kN的压力下，持续加压 10min后，将试样过
2.36mm筛，称其筛余质量。
ii Ap ?? 1 0 0
压碎指标仪
? ② 混凝土路面：取试样：粒径 10mm— 20mm；
质量 2.5kg；在 3~5min内加压至 200kN，保
持 5s，将试样过 2.5mm筛，称其筛余质量。
? 压碎值计算公式如下：
? 式中,---压碎值
? m0---试样总质量
? m1---试样筛余质量
1 0 0
0
1 ???
m
mmQ o
a
? 2）粗集料磨光值
? 测定方法：先将试样磨光，再测定摆值，经换算
后得磨光值 PSV
? 要求：一级公路、高速公路 PSV?42
? 其它公路 PSV?35
? 3）粗集料的冲击值 LSV
? 测定方法：
? 将 9.5~13.2mm的试样，分三层装入试模，用
13.75kg的锤，自 380mm处自由落下，连续冲击 15
次后，过 2.36mm的筛，用下式计算冲击值 LSV：
1001 ?? mmL S V
? 式中,LVS----集料冲击值
? m1----试样过筛质量
? m----试样总质量
? 4）集料磨耗值 AAV
? 测定方法：
? 用集料按一定的方法排列并固定，用磨耗仪磨 500圈，用
下式计算集料磨耗值：
? 式中,AAV----集料的磨耗值；
? -----磨耗前试样总质量 (g)；
? -----磨耗后试样总质量 (g)；
? ------集料饱和面干密度（ g/cm3）。
S S D
mmA A V
?
)(3 21 ??
? 课后小结：粗集料主要指碎石，它广泛应
用于水泥混凝土及沥青混合料中，学生必
须掌握好其各项技术指标、测定方法及技
术标准，从而达到保证材料质量的目的。
? 课题,矿质混合料的组成设计 教具用品, 相
关试验仪器
? 教学目的,了解矿质混合料的组成设计原理及
设计方法
? 重点难点,图解法及级配曲綫的绘制
1— 2 矿质混合料的组成设计
? 概述
? 矿质混合料颗粒级配应满足的基本要求：
? 1、最小空隙率：即使不同粒径的各级矿质集料按
一定的比例搭配后，应有最大密实度。
? 2、最大磨擦力：各级矿质集料在进行比例搭配时，
应使各级集料排列紧密，形成一个多级空间骨架结
构，且具有最大的摩擦力。
? 矿质混合料组成设计内容：
? 1、级配理论和级配范围的确定
? 2、基本组成的设计方法
? 一、矿质混合料的级配理论
? （一）级配类型
? 先讲级配曲线
? 1、连续级配
? 是采用标准筛对某一混合料进行筛分试验，所得
级配曲线平顺圆滑，具有连续性。
? 2、间断级配
? 是在矿质混合料中剔徐其中一个分级或几个分级
而形成的不连续的混合料。
? （二）级配理论
? ①最大密实度曲线理论 Y连续级配
? ②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=0.3— 0.6
D
dpkdp ???? 1 0 02
n
D
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??? 100
? 3、我国简化公式
? 一般取 i=0.7— 0.8
? x为级数 当 d=D时,x=1
? 当 d=1/2D时,x=2
? 当 d=1/4D时,x=3
? 4、魏矛斯粒子干涉理论
? ? 1100 ?? xip
D
D
D
t
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?
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1
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? 二、级配曲线范围的绘制
? 必须采用半对数坐标即横坐标用对数坐标
（解释原因）
? 建立对数坐标的方法：
? 1、先求出各颗粒粒径的对数
? 2、求出各颗粒粒径间的对数间距,
并计算出各颗粒对数间距的总和
idlog
1lo glo g ?? ii dd
? ?? ?? 1lo glo g ii dd
? 3、求出间距系数 K
? 4、选定横坐标长度，各颗粒间距
? 5、计算出各颗粒粒径在横坐标上的位置
? 6、确定横坐标，以 Pi为纵横坐标，即为对数
坐标
? 7、建立好坐标后，画级配范围
? ?? ???
??
1
1
lglg
lglg
ii
ii
dd
ddK
KLLi ?
? 三、矿质混合料的组成设计方法
? 设计依据：①各种集料的筛分结果
? ②按规范要求的级配范围即标准级配
? 1、试算法
? 因目前工程单位用的较多的是图解法，故试算法由
学生自习。
? 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 ①绘制级配曲线图
? ②确定各种集料的用量比例：两线相叠、两
线相接、两线相离。
? ③校核及调整
? 作业：完成第一章课后习题第一至第四个题的计算
? 课后小结：矿质混合料级配的好坏，直接地
影响着水泥混凝土或沥青混合料的技术性质，
因此学生必须掌握矿料的级配理论及设计方
法。图解法是本次课的重点。
? 课题,无机胶凝材料 教具用品,样品
? 教学目的,了解石灰、石膏等常用无机气硬胶
凝材料
? 重点难点,石灰、石膏的技术性质和用途
? 概述
? 定义：能够通过自身的物理化学作用，从浆体变成坚
硬的固体，并能把散粒或块块材料胶结成为一个整体
的材料，称为胶凝材料
? 分类
? 1、按化学成分
? ①有机胶凝材料：如沥青类、橡胶类等；
? ②无机胶凝材料：如石灰、石膏、水泥等。
? 2、无机胶凝材料按硬化条件
? ①气硬性胶凝材料：只能在大气中硬化，并且只能在
大气中保持一定的强度。如石灰、石膏。
? ②水硬性胶凝材料：既能用在大气中，又能用在水中
的胶凝材料。典型的代表是水泥。
2-1 石灰
? 一、石灰的生产工艺概述
? 主要原料：石灰石，其主要化学成分 CaCO3 MgCO3
以及杂质
? 生产过程,CaCO3在 1000℃ 下加热生成 CaO和 CO2Z
? 生石灰分类
? 1、优质生石灰：
? 洁白或带灰色，密度轻，一般 800— 1000kg/m3
? 2、过火石灰：
? 水化速度慢，体积膨化，产生“崩裂”现象，过火石灰
表面有裂缝或玻璃状的外壳，体积收缩明显，颜色呈灰
黑色，密度大
? 3、欠火石灰：含有未烧透的内核，效率低，粘结力差，
颜色呈深灰色。
? 二、石灰的熟化
? 1、熟化过程
? CaO+H2O Ca(OH)2+64.9KJ/mol
? 熟化过程应注意加水量、安全、烧伤、烫伤等
? 2、有关陈伏的概念
? 石料熟化后，必须在隔绝空气的条件下，放置
两个星期以上的时间，方可使用。这个过程叫
做陈伏。石灰陈伏的目的是为了消除过火石灰
的危害。
? 3、加水量不同，将会得到不同的熟石灰
? 熟石灰粉：加水适量，消化不结团
? 石灰膏：加水量较多，熟石灰呈半固态。
? 石灰乳：加水量更多一些，熟石灰呈流态。
? 4、将生石灰磨细成生石灰粉，则可不必预先
熟化、陈状，可直接使用，可节约场地，改善
施工环境，但成本高，存期不能过长
? 三、石灰的硬化
? 1、干燥硬化和结晶硬化
? 石灰中水分不断挥发，形成熟石灰结晶。
? 在该过程中，石灰强度增长不明显
? 2、碳化硬化
? Ca(OH)2+CO2+nH2O Ca CO3+(n+1)
H2O
? 该反应必须有水分存在时才能进行，且反应速
度缓慢
? 四、石灰的技术要求和技术标准
? （一）技术要求
? 1、有效 CaO和 MgO的含量
? 2、生石灰产浆量和未消化颗粒含量
? 3、二氧化碳（ CO2）含量
? 即未分解的 CaCO3的含量
? 4、消石灰粉游离水含量 游离水可使石灰碳化，
从而影响质量
? 5、细度 用 0.9mm及 0.125mm的筛进行筛分试
验，测定筛余量
? （二）石灰的技术标准
? 见教材中表 2-1,2-2,2-3,2-4
? 五、石灰的应用及储存
? （一）石灰的特点
? 1、可塑性好
? 2、强度低 28d的强度只有 0.2— 0.5mpa
? 3、耐水性差 因 Ca(OH)2易溶于水
? 4、体积收缩大
? 水分挥发，体积收缩，故石灰一般不宜单独使用，必
须掺入骨料（如砂）或纤维材料等，起到抗收缩开裂
的作用
? （二）石灰的应用
? 1、制作石灰乳 作用室内粉刷涂料
? 2、配制砂浆 一般不用消石灰粉
? 3、配制灰土或三合土,是良好的建筑物基础
和道路热层
? （三）石灰的储存
? 1、防潮，不同易燃物品混存、混运
? 2、如需要较长时间贮存生石灰，则应将其消
化后存放，并使表面隔绝空气，以防碳化。
? 课后小结：石灰及石膏均是无机结合料，属气
硬性材料，只能用于大气中，而不能用于水中。
? 课题,水泥 教具用品, 相关试验仪
器
? 教学目的,了解水泥的常见品种、水泥生产制
造过程及主要矿物成分
? 重点难点,水泥的主要矿物成分特征及其对水
泥技术性质的影响
2— 2 水泥
? 水泥概述
? 1、水泥历史不长，只 100多年的历史，但发展惊人
? 2、水泥品种
? 1）按化学成分为：
? ①硅酸盐类水泥
? 有六大类：硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、火山灰
硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、
复合硅酸盐水泥。
? ②铝酸盐类水泥
? ③无熟料（少熟料）类水泥
? 2）按用途分为：
? ①普通水泥
? ②特殊水泥
? 目前，在道路工程中，仍以硅酸盐水泥、普通硅酸
盐水泥为主，故本节着重介绍这两个品种的水泥。
此外，由于道路路面对水泥的特殊要求，近年来已
生产了道路水泥。
? 特殊水泥是为了满足一些特殊工程所生产的水泥，
如：快硬水泥、早强水泥、膨胀水泥等。
? 一、硅酸盐水泥与普通硅酸盐水泥
? 定义：凡由硅酸盐水泥熟料,0— 5%的石灰
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。即国外的
波特兰水泥 Portland cement 分为不掺混合
材料 PI和掺不超过 5%混合材料 PII
? (一 )硅酸盐水泥生产工艺概述
? 1、生产原料
? 石灰质原料 提供 CaO
? 粘土质原料 提供 SiO2 Al2O3 Fe2O3等
? 校正材料 一般为铁矿，用来补充原材料中铁质的
不足。
? 2、生产工艺
? ①按比例配生料并磨细
? 将以上三种原材料按一定的比例配好，并并磨细制
成生产水泥的生料。
? ② 窑中煅烧至 1450° C，形成熟料。
? 在高温煅烧过程中，原材料之间发生化学反
应，生成各种有用物质，尤其是 1450° C时
最关键，它是水泥中最重要的成分硅酸三钙
生成的温度。
? ③加入石膏磨细制成水泥。
? 即“两磨一烧”。
? （二）硅酸盐水泥的化学成分与矿物组成
? 1、硅酸盐水泥的矿物组成
? [原料 ] [矿物组成 ]
? 石灰质 CaO 3 CaO SiO2 C3S
? 粘土质 SiO2 2 CaO SiO2 C2S
? Al2O3 2 CaO Al2O3 C3A
? Fe2O3 4 CaO Al2O3 Fe2O3 C4AF
? 2、水泥熟料主要矿物组成的性质
? C3S是主要成分，含量 50%左右，水化速度
快，水化热高，且早期强度高，水化物对水
泥早期强度和后期强度起主要作用。
? C2S含量 10— 40%，水化速度慢，水化热低，
早期强度低，后期强度高，耐化学侵蚀性和
干缩性较好。
? C3A含量在 15%以下，水化速度最快，水化
热最高，耐化学侵蚀性差，干缩性大。
? C4AF含量 5— 15%，水化速度较快，水化热
较高，强度 低，但对于抗折强度起重要作用，
耐化学侵蚀性好，干缩性小。
? 3、水泥熟料主要成分特性比较（由高至低排
列）
? 1）反应速度 C3A C3S C4AF C2S
? 2）释热量 C3A C3S C4AF C2S
? 3）强度 C3S C2S C3A不高 C4AF对抗
强度有利
? 4）耐侵蚀性 C4AF C2S C3S C3A
? 5）干缩性 C3A最大 C3S居中 C4AF C2S最小
? 4、矿物组成对水泥性能的影响
? 不同的矿物成分，表现出不同的特性。水泥是由多
种矿物成分组
? 成的，改变各种矿物成分的含量比例以及它们之间
的匹配，则可
? 以生产出性能各异的水泥。如：
? 大坝水泥：降低 C3A C3S的含量，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。
? 课后小结：水泥的发展历史只有 100多年，但
是由于其自身的良好工程性质，因而被普遍
地应用于种类建筑物中。本次课重点学习水
泥的矿物组成、特点及其对水泥的技术性质
的影响。
?课题,水泥之二 教具用品,无
?教学目的,了解水泥凝结、硬化过程 水化反
应及物理变化
?重点难点,水化反应的过程对水泥凝结时间
的影响
2— 2 水泥
?一、硅酸盐水泥与普通硅酸盐水泥
?（三）硅酸盐水泥的凝结和硬化
?概念
?凝结：水泥加水后成为可塑的水泥浆体，
由于水泥的水化作用，水泥逐渐变稠失去
流动性和可塑性和未具强度 的过程，称为
水泥的凝结。
?硬化：水泥凝结后产生强度，逐渐发展成
为坚硬大道石的过程称为水泥的, 硬化,
?1、水泥的水化
?水泥遇水后，发生下列水化反应：
?1） C3S
?3CaO SiO2+nH2O x CaO SiO2
yH2O+(3-x) Ca(OH)2
?2)C2S
?2CaO SiO2+mH2O x CaO SiO2
yH2O+(2-x) Ca(OH)2
?3)C3A
?3CaO Al2O3+6 H2O 3 CaO Al2O3
6H2O
?水化铝酸钙在石膏激发下，发生水化反应
?3CaO Al2O3+3Ca SO4 2H2O+26 H2O
? 3CaO Al2O3 3Ca SO4 32H2O
?水化硫铝酸钙,AFt、钙矾石
? 4） C4AF
? 4 CaO Al2O3 Fe2O37 H2O CaO Al2O3 6H2O+
CaO Fe2O3 H2O
? 石膏存在的情况下，继续反应
? 4 CaO Al2O3 Fe2O3+3 Ca SO4 2 H2O+26 H2O
? 3CaO(Al2O3 Fe2O3) 3 Ca SO4 32 H2O
? 三硫型水化铁铝酸钙
? 无论是 C3A还是 C4AF，在水泥中石膏消耗完毕后，水泥中
尚未消化的 C3A或 C4AF将与其三硫型水化物反应，生成单
硫化物：
? 3 CaO Al2O3 3 CaSO4 32H2O +2[3 CaO
Al2O3]+4H2O 3[3CaO Al2O3 Ca SO4 12
H2O]AFm
?单硫型水化硫铝酸钙
?3 CaO(Al2O3 Fe2O3) 3 CaSO4
32H2O+4 CaO Al2O3 Fe2O3+n H2O
? 3 CaO(Al2O3 Fe2O3)
CaSO412H2O
?因此，水泥水化后，其主要水化物有六种，
列于下表：
硅酸盐水泥水化产物的化学组成
序号 水化产物名称 化学组成 常用缩写 含量
1 水化碳酸钙 xCaOSiO2yH
2O
C-S-H 70%
2 氢氧化钙 Ca(OH)2 CH 20%
3 三硫型水化硫铝酸
钙（钙矾石）
3CaO(Al2O3
Fe2O3) 3 Ca
SO4 32 H2O
C3A3CSH32 7%
4 单硫型水化硫铝酸
钙（单硫盐）
CaO(Al2O3F
e2O3)
CaSO412H2
O
C3A3CSH12
5 三硫型水化铁铝酸
钙
3CaO Al2O3
3CaSO4 12
H2O
C3（ AF） 3
CSH32
小于 3%
6 单硫型水化铁铝酸
钙
3CaO Al2O3
Ca SO4 12
H2O
C3（ AF）
CSH12
? 水泥颗粒表面覆盖 CSH为主的渗透胶，水化反应
慢，水泥颗粒仍然分散，保持塑性。
? 3）凝结期
? 渗透腊破裂，水泥进一步水化，生成大量 CSH，
水泥颗粒间接触点增多，趋近密实，逐渐失去可
塑性
? 4）硬化期
? 水泥继续水化，且 C4AF亦开始水化，孔隙进一步
被充填，逐渐产生强度
?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
? 水灰比越大，水泥凝结、硬化的速度越慢。
?2）石膏对水泥凝结、硬化的影响
? 水泥中加入适量的石膏，起到缓凝的作用，
提高了水泥的应用性能。过量的石膏将会
与水化铝酸钙反应，生成过多的水化硫铝
酸钙，引起水泥石结构破坏。
?3）温度、湿度对水泥凝结、硬化的影响
?水泥水化必须在一定的温度与湿度下才能
进行，当温度低于零度时，水泥水化不再
进行，并且结构亦因水的结冰，体积膨胀
而引起水泥结构破坏。
?4）水泥的龄期与强度的关系
?早期增长快，后期增长慢
?3— 7d强度发展快
?4周后显著减慢
?课后小结：水泥加水后，即起水化反应，
形成各种水化物，同时水泥浆的物理状态
亦随之发生改变。初凝、终凝是本次课的
重点内容。
?课题,水泥的技术性质与标准 教具用品,
相关仪器一套
?教学目的,了解硅酸盐水泥的各项技术性质及
其含义、标准要求
?重点难点,各性质的测定方法及要求
? 一、硅酸盐水泥及普通硅酸盐水泥
? （四）硅酸盐水泥的技术性质和技术标准
? 1、技术性质
? 1）化学性质
? ①氧化镁的含量：
? 指水泥中游离的 MgO含量，其水化反应速度慢，体积膨胀，
引起水泥体积不安定。规定 5.0%
? ② 三氧化硫酸含量
? 过多时，亦引起体积膨胀，不安定，规定 3.5%
? ③ 烧失量
? 由于受潮或煅烧不佳引起的，要求 PI3.0%,PII3.5%
PO5.0%
? ④ 不溶物
? 用盐酸溶解后的不溶残渣
? 规定 PI0.75%,PII1.50%
?2）物理性质
?①细度：指水泥颗粒的粗细程度
?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
?规定：硅酸盐水化比表面积大于 300m2/kg，其它几
种水泥在 80方孔筛筛余 10%
? ② 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
? 计算公式如下：
? 式中,mw—— 水泥达到标准稠度时的用水量（ g）
? mc—— 水泥质量（ g）
? 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=33.4— 0.185s)。
? b、调整水量法 s=28mmE2mm
? 即测定水泥的锥入深度达到要求时的水质量
100??
c
w
m
mP
?③ 凝结时间
?定义：水泥从加水到失去可塑性所需的时间
?其测定方法只有标准方法，没在代用方法：
?分为 1、初凝时间 试针沉入距底板,4mmE1mm
? 2、终凝时间 试针沉入试样,0.5mm
?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）
水泥净浆搅拌机
水泥标准稠度及凝结时间测定仪
?2、对普通硅酸盐水泥，其初凝不早于 45min的，终
凝不迟过 10h
?④ 体积安定性
?定义：反映水泥浆在凝结、硬化过程中，体积变化
的均匀程度。
?影响因素：三氧化镁含量、三氧化硫含量
?测定：煮沸法（试饼法、雷氏夹法）
?⑤强度,水泥胶砂强度试验,ISO法
?水泥：标准砂：水 =1,3,0.5 制成试件
40G40G160mm，在标准状态下，经养护后，测定
3d,28d的抗折、抗压强度
?A 强度等级,42.5 42.5R 52.5 52.5R 62.5 62.5R
?B 水泥型号：普通型、早强型
水泥沸煮箱
雷氏夹
水泥胶砂搅拌机
水泥胶砂振实台
水泥胶砂试模
标准养护箱
水泥胶砂抗折机
水泥抗压夹具
?2、技术标准
?见教材表 2— 11及相应规定
?其中规范规定：
?废品水泥,MgO,SO2初凝，安定性，不合
格时
?不合格品水泥：细度，终凝，不溶物，烧失
量及混合料过多，强度过低
?课后小结：硅酸盐水泥的各项技术性质主要
包括：水泥的化学性质、物理性质及力学性
质。其中：水泥标准稠度用水量、凝结时间、
安定性及强度等级是本次课的重点内容，教
学中除了讲清楚理论知识外，必须结合仪器
讲清楚各性能的测定方法。
? 课题,水泥石的腐蚀及防治 教具用品,
无
? 教学目的,了解常见水泥石的腐蚀原因及防
治措施
? 重点难点,水泥内部组成、成分等对水泥腐
蚀的影响
? 一、硅酸盐水泥及普通硅酸盐水泥
? （五）、硅酸盐水泥的腐蚀与防治
? 水泥制品长期处于某些腐蚀性液体或气体介质中，
使得水泥石结构遭到破坏，强度降低，甚至整个
工程遭到破坏，这种现象称为水泥石腐蚀。
? 1、腐蚀原因
? （ 1）淡水的腐蚀（溶析性侵蚀） Ca（ OH） 2溶
于水中，不断溶解，导致水化硅酸钙、水化铝酸
钙的分解。
? 影响因素：水泥石中氢氧化钙含量的多少，水泥
混凝土的密实度、水的软硬程度。
? 试验 水泥：砂 =1,5，水泥：水 =1,0.35，制
成长 80mm，直径 57mm的试件，放在渗滤软水
溶液中 30昼夜，溶出 CaO27%，强度下降
49.9%。
? （ 2）酸类腐蚀
? Ca(OH)2+2HCl→ CaCl2+2H2O
? 溶解
? Ca(OH)2+H2SO4→ Ca SO4+2H2O
? 结晶膨胀
? （ 3）碳酸水的腐蚀
? Ca(OH)2+CO2+H2O→ CaCO3+2H2O
? CaCO3+CO2+H2O→ Ca（ HCO3） 2
? （ 4）盐类腐蚀
? Ca(OH)2+Na2SO4+2H2O→ Ca SO4+2H2O+NaOH
? 又与 CAH起反应生成 CA3H
? Ca(OH)2+MgSO4+2H2O→ Ca SO4,2H2O+Mg(OH)2
? 无胶凝能力
? 由上可见：水泥腐蚀的内因是水泥中的 Ca(OH)2和 C3AH6；
外因是环境中含有腐蚀性介质。
? 2、及治措施
? （ 1）合理选用水泥品种；
? （ 2）提高水泥石的密实度（控制 W/C）；
? （ 3）敷设耐蚀防护层。
? （五）硅酸盐水
? 宜用于：要求早期强度高、冬季施工及严寒地区
遭受反复冰冻的工程。
? 不宜用于：大体积混凝土工程、耐热工程。泥的
应用
? （六）硅酸盐水泥的运输和保管
? 储存运输时要防潮、防水；
? 保管时要（ 1）通风、防潮（ 2）存期不要超过 3
个月，过期水泥应重新标号（ 3）不同标号、不同
品种的水泥应分开堆放。
? （七）普通硅酸盐水泥
? 凡由硅酸盐水泥熟料掺入 6-15%混合材料与适量
石膏共同磨细生成的水硬性胶凝材料，称为普通
水泥，代号 PO。
? 强度等级有,32.5,32.5R 42.5,42.5R、
52.5,52.5R、共六级。
? 课后小结：水泥是水硬性胶凝材料，被广
泛地应用于各个领域的工程建设中，正确
认识水泥的腐蚀，有效地采取相应的预防
及补救措施。
? 课题,掺混合料的硅酸盐水泥 教具用品,
无
? 教学目的,了解各种混合料的类型、品种特
征及用途
? 重点难点,不同混合水泥之间的区别及选用
原理
? 二、掺混合料的硅酸盐水泥
? （一）定义：为改善硅酸盐水泥水泥的某些性能，
增加水泥品种，扩大水泥使用范围，并达到降低
成本，增加产量的目的，可以在硬硅酸盐水泥熟
料中掺入适量的混合料，与石膏共同磨细制成的
不同品种的硅酸盐水泥，称为掺混合料的硅酸盐
水泥，简称混合水泥。
? （二）、混合材料的类型
? 1、活性混合料，分为
? 粒化高炉矿渣
? 火山灰质混合材料
? 粉煤灰
? 2、非活性混合料（又称填充性混合材料），如：
石英砂、石灰石、粘土等，以及不符合技术要求
的粒化高炉矿渣、粉煤灰及火山灰质混合材料。
? （三）混合水泥种类
? 1、矿渣硅酸盐水泥，简称矿渣水泥，代号
PS
? （ 1）、定义及技术性质
? 定义：凡由硅酸盐水泥熟料和粒化高炉矿
渣，适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，
即为矿渣硅酸盐水泥。
? 技术要求见教材表 2-14,2-15所示
? （ 2）、矿渣水泥的水化、硬化过程
? 1）、首先是水泥熟料水化成为水化物
? 2）、矿渣再水化如下
? xCa(OH)2+SiO2+m H2O→ xCaO,SiO2.mH2O
? yCa(OH)2+ +n H2O→ yCaO,Al2O3.nH2O
? （ 3）、矿渣水泥的性能及应用
? 1）、特点
? A、抗软水及硫酸盐腐蚀能力强
? B、水化热低
? C、早期强度低
? D、耐热性较强
? E、保水性差
? 2、火山灰水泥，简称火山灰水泥，代号 PP
? （ 1）、定义及技术性质
? 定义：凡由硅酸盐水泥熟料和火山灰质混合料，
适量石膏磨细制
? 成的水硬性胶凝材料，即为火山灰质硅酸盐水泥。
? 技术要求见教材表 2-14,2-15所示
? （ 2）、火山灰质水泥的水化、硬化过程与矿渣水
泥的相同，首先是水泥熟料水化成为水化物，然
后火山灰质再与水泥的水化物起化学反应。
? （ 3）、火山灰质水泥的性能及应用
? 1）、火山灰水泥凝结硬化缓慢，早期强度低，后期强度
高。
? 2）、火山灰水泥具有良好的抗渗性、耐水性及一定的抗
腐蚀能力。
? 3）、火山灰水泥保水性差。
? 4）、火山灰水泥具有较低的水化热，适用于大体积工程。
? 3、粉煤灰硅酸盐水泥，简称粉煤灰水泥，代号 PF
? （ 1）、定义及技术性质
? 定义：凡由硅酸盐水泥熟料和粉煤灰，适量石膏磨细制成
的水硬性胶凝材料，即为矿渣硅酸盐水泥。
? 技术要求见教材表 2-14,2-15所示
? （ 2）、粉煤灰水泥的水化、硬化过程与矿渣水泥相似，
首先是水泥熟料水化成为水化物，再由粉煤灰与水泥的水
化物发生反应。但这个过程也有不同之处，粉煤
? 灰的活性组分主要是玻璃体，这种玻璃体比较稳
定而且结构致密，不易水化。在 Ca(OH)2的激发
下，经过 28d到 3个月的水化龄期，才能在玻璃体
表面形成水化硅酸钙和水化铝酸钙。
? （ 3）、粉煤灰水泥的性能及应用
? 1）、粉煤灰水泥凝结硬化缓慢，早期强度低，后
期强度高，甚至赶上或明显地超过硅酸盐水泥。
? 2）、粉煤灰内比表面积较小，吸附水的能力小，
因而这种水泥干缩性小，抗裂性较强。
? 3）、粉煤灰水泥泌水较快，易引起失水裂缝，在
硬化早期应加强养护，并采取一定的工艺措施。
? 课后小结：混合水泥是在硅酸盐水泥熟料
中加入一定的混合材料，从而达到降低成
本，改善性能，扩大水泥的目的。本次课
的重点内容是各种混合水泥的特性及工程
适用情况。
? 课题, 稳定土 教具用品, 无
? 教学目的,了解稳定土的组成材料的种类及
技术性质与组成设计
? 重点难点,稳定土的强度试验方法及结合料
剂量确定方法
2— 3 稳定土材料
? 一、概述
? 1、定义：稳定土是在粉碎的或原来松散的土中，掺入足
量的石灰、水泥、工业废渣、沥青及其它材料后，经拌合、
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。
? 2、适用范围：
? 适用于路面的基层及底基层，不适用于路面的面层。
? 3、分类：按所用结合料可分为以下几种：
? 1）、石灰稳定土；
? 2）、水泥稳定土；
? 3）、沥青稳定土；
? 4）、石灰稳定工业废渣；
? 5）、综合稳定土等
? 二、稳定土材料的组成
? （一）稳定土的基本材料
? 组成稳定土的基本材料是土，一般规定土的液限
不大于 40%，塑性指数不大于 20%，且级配良好。
? （二）稳定土的外掺材料
? 1、石灰
? 各种化学组成的石灰均可用于稳定土，石灰的最
佳剂量，对粘性土和粉性土为干
? 土重的 8%~16%，对砂性土为干土重的
10%~18%。
? 石灰的稳定效果：可使土粒胶结成整体，密实性
提高，水稳定性提高，强度提高。
? 2、水泥
? 各种水泥均可都可用于稳定土，通常情况下硅酸盐水泥比
铝酸盐水泥的稳定效果好。在保证质量的前提下，应尽可
能降低水泥的用量。
? 3、粉煤灰
? 粉煤灰加入土中既能起填充的作用，又能与石灰反应，生
成起胶结作用的产物，从而达到改善稳定土的水稳定性、
提高强度与密实度的目的。
? 4、沥青
? 各种沥青，包括：石油沥青、煤沥青、乳化沥青、沥青膏
浆等均可用于拌合稳定土。一般情况下多用液体沥青。
? 沥青加入土或集料中，可分两种类型：
? 结构沥青：有利于提高沥青稳定土的水稳定与强度。
? 自由沥青：在稳定土压实时起润滑和填充的作用。
三、稳定土的性质
? （一）、强度
? 1、强度形成原理
? （ 1）、离子交换作用
? 所谓离子交换作用是指稳定剂中高价阳离子在一
定的条件下替换土中某些低价金属离子等的作用。
通过离子交换，使土粒凝聚而增强了粘聚力，并
使其水稳定性提高。能发生离子交换作用的稳定
剂有石灰、水泥等。
? {土 +Na+,K+}+Ca2+→ {土 + Ca2+}+ Na+
（ 或 K+）
? （ 2）、碳酸化作用
? 碳酸化指消解石灰或水泥产物 Ca(OH)2吸咐空气
中的 CO2气体，生成碳酸钙的过程，其化学反应
式如下：
? Ca(OH)2+CO2+nH2O→ CaCO3.+ (n+1)H2O
? （ 3）、结晶作用
? 当土中 Ca(OH)2浓度达到一定程度时,Ca(OH)2即
会由饱和溶液转变成过饱和溶液，形成晶体，其
化学反应式如下：
? Ca(OH)2+nH2O→ Ca(OH)2,nH2O
? 由此作用，使土的密实度得以改善，强度提高，
水稳定性也因晶体 Ca(OH)2溶解度比非晶体
Ca(OH)2小而改善。
? （ 4）、火山灰反应
? 火山灰反应指活性 SiO2和 Al2O3在 Ca(OH)2激发下产生的
化学反应，生成类似硅酸盐水泥的水化产物，即水化硅酸
钙和水化铝酸钙的过程，其反应式如下：
? mCa(OH)2+SiO2+(n-1)H2O→ mCaO.SiO2,nH2O
? mCa(OH)2+ Al2O3+(n-1)H2O→ mCaO,Al2O3 nH2O
? （ 5）、硬凝反应
? 此作用主要是水泥水化生成胶结性很强的各种物质，能够
将松散的颗粒胶结成整体材料，提高材料的稳定性能。
? （ 6）、吸咐作用
? 某些稳定剂加入土中后能吸咐于土颗粒表面，使土颗粒表
面具有憎水性或使土颗粒表面粘结性增加，如沥青材料。
? 2、影响稳定土强度的因素
? （ 1）、土质
? 对于石灰稳定土和石灰粉煤灰稳定土，用塑性指数为
10%~20%的粘性土较适宜，不适宜用塑性指数小于 10%
的低塑性土及重粘土。
? 对于水泥稳定土，可用各种砂砾、粉土和粘土，但级配良
好的粗、中颗粒的土比单纯粘性土较适宜。
? （ 2）、稳定剂品种及用量
? 当采用石灰稳定剂时，必须测定石灰中有效氧化钙和氧化
镁的含量，宜用技术等级为 3级以上的石灰。
? 用水泥稳定时，硅酸盐水泥比铝酸盐水泥效果好一些，不
宜采用快硬或早强水泥。
? 水泥稳定土的强度随水泥剂量增加而增加，石灰稳定土的
强度则存在一个最佳石灰剂量值，超过或低于此值，石灰
稳定土的强度则降低。
? （ 3）、含水量
? 存在一个最佳含水量。
? （ 4）、密实度
? 希望密实度越大越好。
? （ 5）、施工时间长短的影响
? 主要针对水泥稳定土，要求其从开始加水到完全
压实的时间尽可能短，一般不要超过 6h。
? （ 6）、养生条件
? 稳定土必须在适当的温度、湿度下养护，其强度
才会不断提高。
? （二）、稳定土材料的变形性能
? 1、缩裂特性
? 干缩：随着无机结合料稳定土强度的不断形成，
水分逐渐消耗以及蒸发，体积发生收缩，收缩变
形受到约束时，逐渐产生裂缝，即为干缩裂缝。
? 温缩：无机结合料稳定土具有热胀冷缩性质，随
着气温的降低，稳定土会产生冷却收缩变形，收
缩变形受到约束时，逐渐形成裂缝，即为温缩裂
缝。
? 2、裂缝防治措施
? （ 1）、改善土质：稳定土用土越粘，则缩裂越严
重。
? （ 2）、控制含水量及压实度。
? （ 3）、掺加粗粒料。
? （三）稳定土材料的疲劳特性
? 石灰粉煤灰稳定材料的抗疲劳性能优于水泥砂砾，
但水泥稳定土的强度因素对提高疲劳寿命也有利。
? （四）、稳定土材料水稳定性和冰冻稳定性
? 可用浸水强度试验和冻融循环试验来评价。
? 影响稳定土材料水稳定性和冰冻稳定性的因素有：
土类、稳定剂种类及剂量、密实度及龄期。
四、稳定类材料组成设计
? （一）、设计标准：主要考虑强度和耐久性。
? （二）、材料组成设计步骤
? １、原材料试验
? ２、拟定混合料配合比
? （１）、选定不同的稳定料剂量，制备同一种土样的混合
料试件若干个。
? （２）、通过击实试验确定混合料的最佳含水量和最大干
密度。
? （３）、按最佳含水量和计算得的干密度制备试件，进行
强度试验
? ３、试件的强度试验
? ４、选定石灰或水泥剂量。
? 课后小结：各种类型的稳定材料是路面基
层常用材料，其强度及变形受诸多因素的
影响，其中最重要的是土质、稳定剂品种
及数量、含水量等。
? 课题,普通水泥混凝土对组成材料要求
? 教具用品,无
? 教学目的,了解混凝土组成材料的种类及技术
要求
? 重点难点,水泥品种与强度等级选用
第三章 水泥混凝土和砂浆
? 定义：水泥混凝土是由水泥和水组成的水泥
浆体，为粘结介质，将分散其间的不同粒径
的粗、细集料胶结起来，在一定条件下，硬
化成为具有一定力学性能的一种人工石材。
? 分类：
? 1、按表观密度分为
? ①普通混凝土 ②轻混凝土 ③重混凝土
? 2、按强度分为
? ①低强度混凝土 ②中强度混凝土 ③高强度混凝土 2、按流
动性分为
? ①塑性混凝土②低流动性混凝土③干硬性混凝土
? 混凝土的优缺点
? 优点,1、抗压强度较高，耐久性好，耐火性好，养护费用
极少；
? 2、新拌混凝土具有良好塑性，可加工成任何形状；
? 3、材料来源广泛，便于就地取材，价格便宜；
? 4、可以根据工程要求改变材料配合比来满足需要。
? 缺点,1、抗拉强度低；
? 2、由于干缩，易出现裂缝；
? 3、施工日期长；
? 4、自重较大；
? 5、结构拆除比较困难。
3— 1普通水泥混凝土
? 一、普通水泥混凝土组成材料
? 1、水泥
? 2、水
? 此两者组成水泥浆，起流动胶结作用
? 3、粗集料
? 4、细集料
? 此两者起骨架作用
? 各种材料所占比例见下表所示：
? 混凝土组成及各组分材料绝对体积比
组成成
分
水泥 水 砂 石 空气
占混凝
土总体
积的
（ %）
10~15 15~20 20~33 35~48 1~3
22~35 66~48 1~3
? （一）水泥
? 1、水泥品种选择：应根据工程特点、气候与环境条件选择；
? 2、水泥强度等级：考虑混凝土抗压强度（低强度时 1.5-2.0
倍，高强度时,0.9-1.5倍）。
? （二）细集料
? 具体要求
? 1、有害杂质含量
? （ 1）含泥量及泥块含量
? d<0.08mm的尘屑、淤泥和粘土为泥
? d>1.25mm 手捏后可破碎成小于颗粒者称为泥块
? （ 2）云母含量 <2%
? （ 3）轻物质含量 的颗粒
? （ 4）有机质含量，延缓硬化过程，影响强度
? （ 5）硫化物与硫酸盐含量
0.2??
? 2、粗细程度与颗粒级配
? 3、压碎值和坚固性
? 压碎值,C30以上混凝土,Qa小于或等于
35%
? C30以下混凝土,Qa小于或等于 50%
? 坚固性,5次循环，质量损失小于 10%
? （三）粗集料
? 1、强度与坚固性 见教材表 3-5所示
? 2、有害杂质含量 见教材表 3-7所示
? 3、最大粒径及颗粒级配
? ①最大粒径及混凝土的影响：在条件容许的前提下，
越大越好
? ②规范对 D的要求
? ③颗粒级配应满足教材表 3-8要求所示
? 4、颗粒形状及表面特征
? 针状颗粒,L>2.4d平均
? 片状颗粒：厚度 d<0.4d平均
? 5、碱活性检验
? 其规定见表 3-9所示
? 课后小结：水泥混凝土的基本组成材料包括
粗集料、细集料、水泥及水。如何控制各项
材料的质量是保证混凝土质量的关键，亦是
本次课的重点内容。
课题,混凝土的技术性质（一）
教具用品, 相关的试验仪器
教学目的,了解混凝土的各项技术性质的含
义及其测定方法、影响因素
重点难点,混凝土的工作性及强度
3-1 普通水泥混凝土的技术性质
对于水泥混凝土的技术性质，通常分两种情况进行分析：
一是新拌混凝土混合料的性质，二是凝结硬化的混凝土的
性质，本次课重点讲解新拌混凝土混合料的工作性。
（一）新拌水泥混凝土的工作性（和易性）
1、新拌混凝土工作性的概念
指混凝土拌和物易于施工操作且成型后质量均匀密实的性
质。
它包括以下三个方面：
①流动性：指混凝土拌和物在自身或机械振捣下，能产生
流动且能均匀密实地填滿模板的性能。
②粘聚性：组成材料之间有一定的粘聚力
③保水性：具有保持一定水分能力，不致产生泌水
2、新拌混凝土工作性的测定方法
目前缺少全面的测定方法，主要偏重于测定流动
性
1）坍落度（ mm）试验
按规定拌和水泥混凝土混合料，将坍落筒按要求
湿水，然后分三层将拌和物装入筒内，每层捣实
25次，测定坍落强度 H(mm)。
坍落度试验只适用于集料最大粒径 D不大于 40mm，
坍落度 H不小于 10mm的新拌混凝土。
在试验测定的同时，必须观察棍度，含砂情况、粘聚性、
保水性，以定性评价其工作性。
2）维勃稠度
适用于 D不超过 40mm，维勃稠度 5— 30s之间的干硬性混
凝土的稠度测定
3、新拌混凝土工作性的选择
1）桥涵混凝土工作性选择
见表 3-11，应考虑下列因素：结构物断面尺寸、钢筋疏密
程度、振捣方式。
2）路面混凝土工作性选择
一般选 10— 25mm
4、影响混凝土混合料工作性的因素
1）水泥浆的数量和集浆比
①正常情况：水泥浆充满集料间隙略有剩余
②用浆过多：流浆，浪费水泥，且影响强度，耐久性
③用浆过少：产生分层，泌水
水泥浆质量
集料质量集浆比 ?
维勃稠度仪
2）水灰比的影响
过大：可使水泥浆变稀，但易产生流浆、
离析，甚至影响强度。
过小：可使水泥浆变稠，但拌和物流动性
小。
所以要选择合理水灰比
混凝土中水泥用量
混凝土用水量水灰比 ?
C
W
3）砂率
砂率对坍落度的影响见下图
含砂率(合理）
坍落度（mm)
3）砂率
砂率对坍落度的影响见下图
4）水泥的品种和集料的性质
①水泥品种
不同的水泥，达到标准稠度用水量不同，其所表
现出的工作性亦不一样。
②集料表面特征，如碎石与卵石
5）外加剂
使用外加剂，可在不增加用水量及水泥用量的前
提下，有效地改
善水泥混凝土的工作性。如减水剂等。
6）温度与搅拌时间
如夏季与冬季在施工中注意的问题不一样，搅拌
时间过短，拌和物的工作性差。
5、改善工作性的措施
1）调节材料组成
设计合理的配合比，使之有较好的工作性。
2）掺加外加剂
合理地利用外加剂，改善混凝土的工作性。
3）提高振捣的效能
课后小结：水泥混凝土拌和马歇尔物的施
工和易性包括了流动性、可塑性、稳定性
和易密性，它们之间既有联系又有区别。
?课题,混凝土的技术性质
?教具用品, 相关仪器
?教学目的,了解硬化后混凝土的各项技术性质
及要求
?重点难点,混凝土的抗压、抗折强度含义及测
量方法
3-1 普通水泥混凝土的技术性质
? 二、水泥混凝土的技术性质
? （二）硬化后混凝土的力学性质
? 1、强度
? 1）抗压强度标准值和强度等级
? ①立方体抗压强度 fcu
? 制作 150X150X150mm试件，养护 28d，测定强度
? 三个值的算术平均值作为测定值，误差 ± 15%，若
任一个超过 15%，取中值作为测定值，若两个超过
15%，则测定结果无效。
A
Ff
cu ?
混凝土搅拌机
振动台
抗压试模
? ② 立方体抗压强度标准值 fcu,k
? 指保证率为 95%时的抗压强度
? ③强度等级 C7.5 C10 C15 C60 共 12个强度等
级，由抗压强度标准值确定。
? 2）抗折强度（ fcf）
? 试件尺寸为 150x150x150mm30，养护 28d，测定其
强度值。
? 数据取舍方法同抗压强度试验 加荷速度 3.8kN—
5.3kN/s
? 3）轴心抗压强度
? 用尺寸为 150mmx150mmx300mm的棱柱体试件，
进行测定：
A
Ff
cp?
? 4）劈裂抗拉强度
? 制作尺寸为 150mmX150mmX150mm的试块，试件中心间内用圆弧为垫
条施加两个方向的均布压力
? 2、影响混凝土强度的因素
? 1）材料组成对混凝土强度的影响
? ①水泥强度和水灰比
? 式中,fce为水泥的实际强度，可经过试验测定，亦可用下列经验
A
F
A
Ff
ts
6 3 7.02 ??
?
?
?
??
?
? ??
bceacu w
cff ??
28.
? 公式计算：
? 该公式经 1919年美国,1925年挪威,1930年瑞士学者们论
证。
? ②集料特征、形状及表面特征
? 特别是粗集料的形状与表面特征对强度有着直接的影响。
? ③
? 就混凝土强度而言，存在着最优浆集比。
? 2）养护条件：温度、湿度
? 混凝土拌和后必须保持适当的温度和湿度，使水泥充分水化，
以保证混凝土强度不断提高。
gcecce ff,?? ?
集粒体积
水泥浆体积浆集比 ?
? 3）龄期：混凝土在正常养护条件下，强度随龄期
的增长而增长，它们之间的关系可用下式表示：
? 4）试验条件：试件形状与尺寸、试件湿度、试件
温度、支承条件和加载方式等
? 3、提高混凝土强度的措施
? 1）采用高强度水泥
? 2）增加混凝土密实度
? 3）蒸气养护、蒸压养护
? 4）掺外加剂
acuncu fa
nf
,,lg
lg?
? 4、混凝土的变形
? 1）非荷载作用变形
? （ 1）化学收缩 由水化反应引起，不能恢复
? （ 2）干湿变形
? 收缩值 >膨胀值 约 30— 60%
? （ 3）温度变形
? 2）荷载的变形：弹性变形、塑性变形、徐变形
? （三）混凝土的耐久性
? 1、抗冻性 100mmx100mmx400mm的棱柱体
? -170C— 50C 冻融循环，测定混凝土试件所能承
受的循环次数，有确定其抗冻能力：
? 抗冻标号等级,D25 D50 D100 D150 D200
D300
? 2、耐磨性
? 测定 150mmx150mmx150mm试件，养护 17d 60C
烘干后，在 200N负荷下磨 50转，测其单位面积质量
损失
? 3、碱集料反应
? 我国现行规范用最大水比灰及最水水泥来控制混凝
土的耐久性，见教材表 3-18所示
? 课后小结：硬化后的水泥混凝土的技术性质主要包
括强度及变形两个方面，影响强度的因素有很多，
水泥的强度等级及水灰比是最重要的因素。
?课题,普通混凝土的组成设计
?教具用品, 挂图
?教学目的,掌握普通水泥混凝土配合比设计的
方法、基本要求及步骤
?重点难点,试配强度与设计强度的关系
3-1 普通水泥混凝土
? 三、普通水泥混凝土的组成设计：
? （一）概述
? 混凝土各组成材料用量之比即为混凝土的配合比，混凝土配
合比设计的内容，包括选料和配料两部分，本节重点讲解配
料方面的内容。
? 1、混凝土配合比表示方法
? （ 1）单位用量表示法：以 1m3混凝土中各种材料的用量表
示
? 水泥：水：砂：石 =X,Y,Z,A
? （ 2）相对用量表示法
? 以水泥质量为 1，并按水泥：细集料：粗集料；水灰比的顺
序表示。
? 2、混凝土配合比设计的基本要求
? 1）满足结构设计强度的要求
? 试配强度 >设计强度
? 2)满足施工工作性的要求
? 3)满足环境耐久性的要求
? 设计配合比时，应考虑最大水灰比、最小水泥用量
? 4）满足经济性的要求
? 在满足前三项的前提下，尽量节约水泥，合理使用
材料，以降低成本。
? 3、水泥混凝土配合比设计的三个参数：
? ①水灰比 W/C
? ② 砂率 ③单位用水量（水泥浆与集料的关系）
?4、混凝土配合比设计的步骤
?（ 1）计算初步配合比
?（ 2）提出基准配合比
?（ 3）确定试验室配合比
?（ 4）换算工地配合比
gvsvwvcv mmmm,：：
gasawaca mmmm,：：
gbsbwbcb mmmm,：：
gswc mmmm,：：
?（二）普通混凝土配合比设计方法（以抗压
强度为指标）
?1、初步配合比计算
?1）确定试配强度 fcu,0
? 式中：
?645.1,0,?? kcucu ff
1
1
2
,
2
?
?
?
?
?
n
fnf
n
i
cuicu ?
?
?2）计算水灰比
?①按强度计算
?式中：
? ②复核耐久性
?按砝码耐久性要求，复核水灰比不得大于表
中的规定。
?3）选定单位用水量 mw0
?根据粗集料品种、粒径及施工要求的混凝土
稠度，查表选择。
cebacu
cea
ff
f
C
W
??
?
?
?
0.
kcecce frf,?
? 4）计算单位水泥用水量 复核耐久性
? 5）选定砂率
? 方法一：查表确定（坍落度、粗集料品种、最大粒
径及水灰比）
? 方法二：对坍落度大于 60mm的混凝土，查表后应
作调整。
? 方法三：坍落度小于 10mm的混凝土，其砂率应经
试验确定。
? 6）计算粗、细集料单位用量（ mgo mso）
com
C
W
m
m woco ?
s?
?① 质量法
?②体积法
s
goso
so
cpgosowoco
mm
m
mmmmm
???
?
????
100
s
gos
s
g
g
s
s
w
w
c
c
mm
m
mmmm
?
?
????
??
?
?????
100
100010
0
0
0000
? 2、试配、调整提出基准配合比
? 1）试配：按初步配合比称取相应的材料作工作性
及强度试验
? 2）校核工作性，确定基准配合比
? 3、检验强度，确定试验室配合比
? 1）制作试件，检验强度
? 三组试件：一组为基准配合比，一组试件水灰比
为,第三组试件的水灰比为
? 2）确定试验室配合比
? 测定强度与湿表观密度
? 选择既满足强度要求，工作性又满足要求的配合比
作为试验室配合比。
05.0?cw
05.0?cw
? 4、施工配合比换算
? 设施工现场砂、石含水率分别为 a%,b%，则施工
配合比中各材料单位用量为：
bcc mm ??
? ?%1 amm bss ?? ?
? ?%1 bmm bgg ?? ?
? ?%% bmammm gbbsbww ???? ??
?课后小结：水泥混凝土配合比设计共分四大
步骤：初步配合比设计、基准配合比设计、
试验室配合比设计及施工配合比设计。正确
掌握各个步骤的实质是本节课的关键。
? 课题,混凝土配合比设计
? 教具用品, 无
? 教学目的,通过例题进一步了解掌握混凝土
配合比设计方法
? 重点难点,例题、试拌与调整的方法
3-1 普通水泥混凝土的技术性质
? 五、混凝土配合比设计
? 5、混凝土配合比设计例题
? [题目 ] 试设计钢筋混凝 T型桥梁用混凝土
配合比
? [原始资料 ]
? （ 1）已知混凝土设计强度等级为 C30，无
强度历史统计资料，要求混凝土拌和物坍
落度为 30-50mm，桥梁所在地区属寒冷地
区
? （ 2）材料组成：可供硅酸盐水泥，等级为
42.5,富裕系数,砂为中砂，
表观密度 含水量 w=3%，碎石最
大粒径为 dmax=31.5mm，表观密
度,含水量 w=1%
? [设计要求 ]
? （ 1）按资料计算初步配合比
? （ 2）按初步配合比在试验室进行材料调整
得出试验室配合比
3/10.3 mgc ?? 1.1?c?
3/65.2 mgs ??
3/70.2 mgg ??
? [设计步骤 ]
? 1、计算初步配合比
? 1）确定混凝土配制强度（ fm,o）
? 2）计算水灰比 w/c
? ① 计算水泥实际强度
?
M p aff kcuocu 2.385645.130645.1 0,,?????? ?
M p aff kcecce 75.465.421.1,????? ?
? ② 计算水灰比
? 2）按耐久性复核水灰比
? 查表 P84 表 3-18 允许最大水灰比 0.55
? 故取 w/c=0.54
? 3)确定单位用水量（ mwo）
? 查表 3-20 P85 mwo=185
54.075.4607.046.02.38 75.4646.0
,
???? ????
cebaocu
cea
ff
f
c
w
??
?
? 4）计算单位水泥用量（ mco）
? （ 1）计算
? （ 2）复核耐久性 查表 3-18 最小水泥用量
=280kg/m3，则 mco=343kg/m3
? 5）选定砂率 ( )
? 查表 3-21 P84
取
? 6）计算砂石用量
3/3 4 3
54.0
1 8 5
/ mkgcw
mm wo
co ???
s?
%33?S?
? (1)采用质量法
? 设
? 则
? 即
? 解方程得
3/2400 mkgm cp ?
cpwocogoso mmmmm ????
s
goso
so
mm
m ??
?
1 2 53 4 32 4 0 0 ???? goso mm
33.0??
goso
so
mm
m
3/618 cmkgm so ?
3/1254 cmkgm go ?
? (2)采用体积法
? 解方程得 mso=615
? mgo=1248
? 2、调整工作性，提出基准配合比
? 1）计算试拌材料用量
6941011851.334310070.265.2 ?????? goso mm
33.0??
goso
so
mm
m
3/cmkg
3/cmkg
? 拌合混合料各材料用量（设试拌 15L混凝土混合料）
? 水泥,343× 0.015=5.15kg
? 水,185× 0.015=2.78kg
? 砂,615× 0.015=9.25kg
? 碎石,1248× 0.015=18.72kg
? 2）调整工作性
? 将上述各材料拌和后，测定工作性，按以下几种情况调整：
? ①测得坍落度值符合设计要求，其它各项性能良好，则该
盘混凝土用来浇制检验强度或其它指标的试块
? ②坍落度值符合要求，其它性能不要求，则应加大砂率，
重新称料，搅拌检测
? ③坍落度低于设计要求，可把所有拌和物收集，保持水灰
比不变，增加水泥浆用量，重新搅拌后再检验其坍落度，
若一次添料后即能满足要求，则此调整后的配合比即为基
准配合比，如果一次添料不能满足要求，则该盘混凝土作
废，重新称料调整，直至符合要求为止
? ④ 如坍落度大于设计要求，则该盘混凝土作废，保持水灰
比不变，减少水泥浆用量，称料拌合进行测定。
? 3）提出基准配合比
? 3、检验强度，测定试验室配合比
? 1）检验强度
? 三组试件，水灰比分别为
? A,0.49 水泥用量,2.92/0.49=5.96
? B,0.54 水泥用量,2.92/0.65=5.41
? C,0.59 水泥用量,2.92/0.59=4.95
? 作图找出标准水灰比
? 经作图，混凝土的标准水灰比为 0.55。
? 2）确定试验室配合比
? 用水量
?
? ? 3/1 9 405.011 8 5 mkgm wb ???
3/3 5 355.01 9 4 mkgm cb ???
? 体积法：
28d立
方体抗压强度f(MPa)
20
1.5
30
25
40
35
45
50
混凝土28d抗压 强度与灰水比关系曲线
灰水比（C/W)
1.6 1.7 1.8 1.9 2.0
2.1
解得
6821011941.33531 0 0 070.215.2 ?????? gbsb mm
33.0?
? gbsb
sb
mm
m
604?sbm 1226?gbm
? 密度核实
? 计算湿表观密度
? 实测湿表观密度
? 4、换算工地配合比
? 已知砂的含水量为 5%，碎石的含水量为
1%，则该混凝土的施工配合比为 L
? 水泥用量
? 砂用量
? 碎石用量
ec,?
tc,?
ec
tc
,
,
?
?
? ?
3/3 6 0 mkgm c ?
? ?%514 1 5 5 ??sm
? ?%111 2 5 5 ??gm
? ?%11 2 5 5%55.61 9 8 ?????wm
? 课后小结：工作性调整及试验室配合比确
定是正确理解例题的关键。
? 课题,路面混凝土配合比设计
? 教具用品, 无
? 教学目的,了解掌握路面混凝土配合比设计方
法
? 重点难点,水灰比及单位用水量计算公式
3-1 普通水泥混凝土
? 三、普通混凝土配合比设计方法
? （三）路面水泥混凝土配合比设计方法（以抗弯拉
强度为指标的设计方法）
? 基本要求：施工工作性、抗弯拉强度、耐久性（包
括耐磨性）、经济合理性
? 1、计算初步配合比
? （ 1）确定配制强度
? k为系数，施工水平较高者取 1.10，一般者取 1.15
kcfcf kff,0,?
? （ 2）计算水灰比（ w/c）
? 对碎石混凝土
? 对于卵石混凝土
? 规范规定，路面混凝土水灰比一般不小于 0.40，不
大于 0.50
5684.1
)3485.00079.1(,,fceocf ff
w
c ???
2684.1
)4565.05492.1(,,fceocf ff
w
c ???
? （ 3）计算单位用水量（ ）
? 对于碎石混凝土
? 对于卵石混凝土
? 确定砂率 查表 3-25 P94
? (4)计算单位水泥用量
? 规范规定：路面混凝土单位水泥用量一般不小于
300kg/m3，不大于 360kg/m3
swo wcHm ?61.0/27.1109.397.104 ????
wom
swo wcHm ?00.1/24.1170.389.86 ????
c
w
m
m woco ?
? （ 5）计算砂石材料单位用量 (, )，用绝
对体积法
? 2、试拌调整，提出基准配合比
? （ 1）试拌 一般拌制 30L混合料
? （ 2）测工作性
? （ 3）调整配合比
? ①流动性不合格：增减水泥浆用量
? ②保水性、粘聚性不合格：应调整砂率
som gom
1 0 0 0??????
w
w
g
go
s
so
c
co mmmm
????
s
goso
so
mm
m ???
?
100
? （ 4）提出基准配合比
? 3、强度测定，确定试验室配合比
? ①三组试件，水灰比相差 0.03
? ② 测定强度，养护 28d后，测定混凝土的抗折强度。
? ③选定既符合强度要求，且最经济的配合比
? 4、换算工地配合比
? 根据施工现场材料性质，砂石材料颗粒表面含水率，
对理论配合比进行换算，最后得出施工配合比。换
算时注意，试验室配合比是以砂石材料饱和面干含
水率为准
? 课后小结：路面混凝土配合比设计相对于普
通混凝土有较大的区别，且集料均以饱和面
干状态作为标准状态进行计算，因此，在换
算施工配合比时，不能算错。
?课题,混凝土的质量控制
?教具用品, 无
?教学目的,了解混凝土质量的影响因素及质量
控制方法
?重点难点,混凝土抗压强度的质量评定方法
3-1 普通水泥混凝土
? 四、普通水泥混凝土的质量控制
? （一）混凝土质量的波动
? 影响混凝土质量的因素有：
? 1、原材料的质量和配合比
? 原材料中对质量影响最大的是水泥
? 配合比：①现场含水率变化时，应及时调整施工配
合比
? ②防止杂质混入
? ③配合比应得到正确、准确地执行
? 称料容许误差：水、水泥为 ± 1%
? 砂、石 ± 2%
? 2、施工工艺
? ①拌合方式：人工、机械
? ②运输时间：应考虑水泥的水化反应速度对运输时
间的限制。
? ③浇灌或振捣情况
? ④养护时间、湿度
? 3、养护方法
? ①保湿：覆盖、洒水
? ②保温：保证水泥能在正常的温度范围内水化。
? 4、试验条件
? 取样方法：试件成型，养护条件等
? ①浇注一般体积的结构物（如基础，墩石等）时每一单元结
构物应制取 2组试件
? ②连续浇注大体积结构时，每 80— 200m3或第一工作班应制
取 2组
? 上部结构，主要构件长 16m以下应制取 1组,16— 30m制取 2
组,31— 50m制取 3组,50m以上者不少于 5组，小型构件批
或第工作班至少应制取 2组
? ③每根钻孔桩至少应制取 2组，桩长 20m以上者不少于 3组，
桩径大、浇注时间长时，不少于 4组，如换班工作时，每工
作班应制取 2组
? ④构筑物（小桥涵、挡土墙）每座，每处或每工作班制取不
少于 2组
? ⑤另取 n组作为施工阶段的强度依据
?（二）混凝土质量评定方法
?混凝土质量评定一般以抗压强度作为评定指
标
?1、统计方法（已知标准差方法）
?当强度等级 <=C20时，尚应满足
?-----当强度等级 >C20时，尚应满足
07.0 ???? kfm cnfm
0,m i n,7.0 ??? kmm ff
kmm ff,m i n,85.0?
kmm ff,m i n,9.0?
?
?
? n
i
imfm
1
,
0
59.0
?
?2、统计方法（未知标准差方法） n>=10组
?
? 为验收系数，见 P99 表 3-28
?
?Sfm必须 >=0.6fm,k
?3、非统计方法,n<10
kmcem fsfmf,1 9.0?? ? kmm ff,2m i n,?? ?
1? 2?
1
2
1
2
?
?
?
?
?
n
fnmf
s
m
n
i
mi
fm
kmm fmf,15.1? kmm
ff,m i n,95.0?
? （三）混凝土生产质量水平
? 混凝土抗压强度评为合格得满分，不合格为零分
? 抗弯拉强度评定
? n>10组时，
? n>20时，允许有一组 R<0.85RS2 但不得小于 0.75RS2，高
速、一级路均不得小于 0.85RS2
? N<=10时，
vkRR S ?? 2
试验组数列 11--14 15— 19 >=20
k 0.75 0.70 0.65
205.1 SRR ? 285.0 si RR ?
?课后小结：水泥混凝土质量控制于许多因素，
且在有关质量统计时，具体方法随试样数量
的不同而异。
? 课题,建筑砂浆 教具用品, 分层度仪
? 教学目的,了解建筑砂浆的材料组成及技术性
质、技术标准
? 重点难点,分层度、沉入度
建筑砂浆
? 定义：砂浆是由胶结料、细集料、掺合料和水配制而成的建
筑工程材料。
? 作用：在工程起粘结、衬垫和传递应力的作用
? 用途：用于砌筑挡土墙、桥涵或隧道等圬工砌体及砌体表面
的抹面
? 分类：按用途分为砌筑砂浆和抹面砂浆
? 一、砌筑砂浆
? 常见类别,1、水泥砂浆
? 2、水泥混合料砂浆
? （一）组成材料
? 1、水泥：宜与砂浆强度等级相对应，一般不宜用较高强度
等级的水泥。
? 2、掺合料：石灰、粘土、粉煤灰等
? 3、砂：一般用中砂 与混凝土相比在最大粒
径 D及含泥量两个方面有所不同：
? 最大粒径要求：不应超过灰缝的 1/4— 1/5
? 对于砖砌体,D=2.5mm
? 对于石砌体,D=5.0mm
? 含泥量较混凝土有所放宽。
? 4、水：要求同混凝土
? 5、外加剂：适当加入外加剂可改善砂浆的使
用性能。
? （二）技术性质
? 1、新拌砂浆的和易性
? 1）流动性：是指新拌砂浆在自重或外力作用下，
易于产生流动的性质，用稠度表示
? 测定指标沉入度 cm
? 砌筑砂浆的稠度选用见表 3-46 P124
? 2)保水性
? 用分层度表示
? 将新拌砂浆装入内径 15cm、高 30cm的圆桶内静置
30min后，分别对上部及底部各 1/3的砂浆测稠度，
计算其差值
? 要求：分层度不得大于 30mm
? 2、硬化后砂浆强度
? 制成 70.7X70.7X70.7mm的正立方体，养护 28d，测
抗压强度
? 6个试件作为一组，取平均值，若最大值或最水值
与平均值相差 20%，则取中间的四个作为测定结果。
? 3、粘结力
? 与强度关系密切，一般认为强度越高，粘结力越大
? 4、耐久性：考虑其抗渗、抗冻、抗侵蚀等性能，
主要提高其密实度
? （三）配合比设计
? 1、配合比计算
? 1）计算设计试配强度
? 2）水泥用量计算
? 3)掺合料用量
?6 4 5.02,?? ff om
? ?
ce
om
c f
f
Q
?
??
?,
1 0 0 0
CAD QQQ ??
? 4）每立方砂浆中的砂子用量 以干燥状态为准
? 5）用水量 根据稠度选 240— 310kg
? 2、水泥砂浆配合比选用 见表 3-48
? 3、配合比试配、调整与确定
? 1）试拌，测沉入度、分层度，调整至符合要求为
止，得实际基准配合比
? 2）试配
? 三个不同的配合比
? ①水泥用量 -10%
? ② 基准配合比
? ③水泥用量 +10%
? 3)测抗压强度，选符合要求的，且水泥用量最低的
配合比作为砂浆配合比
? 课后小结：建筑砂浆的技术性质主要包括和
易性与力学性质两个方面，分别用沉入度、
分层度及抗压强度来表示。
? 课题,沥青材料的概述及组分 教具用品, 无
? 教学目的,了解沥青材料的主要类别及石油沥
青的结构与组分
? 重点难点,石油沥青的化学组分及结构类型
第四章 沥青材料
? 定义：沥青材料是一种有机胶凝材料，其内部
组成是一些十分复杂的碳氢化合物及其非金属
衍生物的混合物。
? 分类：
? 1、地沥青：包括天然沥青和石油沥青
? 2、焦油沥青：包括煤沥青、页岩沥青和木沥
青
4-1 石油沥青
? 一、石油沥青的生产和分类
? （一）石油沥青生产工艺概述
? 原油提炼成汽油、煤油、柴油和润清油，然后再加工
成沥青材料
? （二）石油沥青的分类
? 1、按原油成分分类
? ①石蜡基沥青
? ②环烷基沥青
? ③中间基沥青
? 2、按加工方法分类
? ①直馏沥青：常压基馏减压蒸馏或深拔装置
? ② 氧化沥青：吹入 250℃ — 300℃ 空气，数小时
产生氧化反应
? ③溶剂沥青：用溶剂提取一部分石蜡
? 3、按沥青在常温下的稠度分类
? ①针入度 >300，液体沥青
? ②针入度 <=300，粘稠沥青，
? 又分为固体沥青（ <40）和半固体沥青 (40--
300)
? 二、石油沥青的组成和结构
? （一）元素组成 Cn。 H ２ n+a,Ob,Sc,Nd
? 其中 C占 80— 87%,H占 10%--15%
? （二）石油沥青的化学组分
? 1、三组分分析法
? 将沥青分为油分、树脂、沥青质三个组分
? 2、四组分分析法
? 将沥青分为沥青质、饱和分、环烷芳香分和酸性芳香分（胶质）
? 化学组分对路用性能的影响
? 油分：使沥青具有流动性
? 树脂：使沥青具有塑性
? 酸性树脂：是一种表面活性物质，能增强沥青与砂质材料表面的
粘附性
? 沥青质：能提高沥青的粘结性和热稳定性
? 3、含蜡量
? 高温时，石蜡变软，导致沥青路面的高温稳定
性降低，出现车辙，另一方面，低会使沥青变
脆硬，导致路面低温抗裂性降低，出现裂缝，
且蜡会使石料与沥青之间的粘附性降低，使路
面石子与沥青产生剥落，石蜡的存在还会降低
沥青路面的抗滑性能
? （三）石油沥青的结构
? 1、胶体理论
? 沥青是分散相，油分和是分散介质沥青质吸附
胶质形成胶团后分散于芳香分和饱和分中
? 2、胶体的结构类型
? （ 1）溶胶结构：
? 沥青质含量少，油和树脂多。这种结构的特点是粘滞
性小，流动性大，塑性好，温度稳定性差，是液体沥
青特有的结构类型。
? （ 2）溶凝胶结构：
? 沥青质适中，油和树脂亦适中。在常温下，这种结构
的沥青处于溶胶型结构与凝胶型结构之间，其性质亦
介于两者之间。
? （ 3）凝胶结构：
? 沥青质较多，油分和树脂料少。这种结构的特点是弹
性和粘性较高，温度敏感性较小，流动性、塑性低。
? 3、胶体结构类型的判定
? 胶体结构类型与沥青路用性能之间有密切的关
系，一般工程中用针入度指数 PI划分沥青的胶
体结构：
? ① 当 PI<-2 溶胶型
? ② 当 PI>+2 凝胶型
? ③ 当 -2<PI<+2 溶凝胶型
? 课后小结：石油沥青是建筑工程中应用广泛的
建筑材料，其化学组分包括：油分、树脂、沥
青质及石腊（国产沥青含量较高），沥青的结
构有三种类型，溶凝胶型结构是一种理想结构。
?课题,石油沥青的技术性质
?教具用品, 试验仪器
?教学目的,了解石油沥青的各种技术性质，
掌握其测定方法
?重点难点,针入度、延度、转化点
4-1 石油沥青
? 三、石油沥青的技术性质
? （一）粘滞性（粘性）
? 指沥青在外力作用下抵抗变形的能力，其大小取
决于沥青的化学组分及温度
? 1、沥青的绝对粘度（亦称动力粘度）
? 由于绝对粘度测定较复杂，故一般工程上，多测
定沥青的相对粘度
? 2、沥青的相对粘度（亦称条件粘度）
d
vAF ??? ?
? （ 1）针入度 PT,m,t 量纲 0.1mm
? 式中,T 是试验温度,m 是荷重 t是贯入时间
? 仪器设备：针入度仪，标准针（ 2.5g），盛样皿；
? 盛样皿按针入度的大小不同分为三种类型：
? 当针入度 ≤200时，用高 h=35mm，直径为
D=55mm的小盛样皿；
? 当针入度为 =200~350时，用高为 h=45mm，
直径为 D=70mm的大盛样皿；
? 当针入度 ≥350时，用高 ≮ 60mm，体积
≮ 125ml的特殊盛样皿。
? 恒温水槽：不少于 10L，温控的准确度为 0.1℃
? 平底玻璃皿：不少于 1L
? 温度计（ 0~50℃,分度为 0.1℃ ）、秒表 等。
? 试样准备：试验温度 25℃ （或 15℃, 30℃, 5℃ ）
? 按规定将试样装入试杯，并冷却；
? 调整仪器；
? 试验步骤：将试样移入平底玻璃皿中，测定针入
度，同一试样进行 3次平行试验；
沥青针入度仪
? 误差要求
? 针入度（ 0.1mm） 允许误差（ 0.1mm）
? 0— 49 2
? 50— 149 4
? 150— 149 12
? 250— 500 20
? （ 2）粘度（液体沥青） CT,d (s)
? T为试验温度 d为流孔直径
? 标准条件,C60,5，即试验温度为 60℃,试验孔
径为 5mm。
? (二 )塑性
? 指沥青在外力作用下发生变形而不破坏的能力
? 与沥青的化学组分及温度有关
? 塑性用延度表示，用延度仪测定
? 仪器、延度仪
? 试模,8字模
? 隔离剂：（甘油与滑石粉的质量比 2,1）
? 步骤：试模（涂隔离剂，注模、冷却 30-40min）
恒温 30min 取出刮平，再恒温 1— 1.5h
沥青延度仪
? 拉伸：水面距试件表面不小于 25mm
? 水流：不循环流动，沥青丝不得浮于水面或沉于
槽府
? 记录：长度（ cm）并记录断口情况
? 误差：做三次平行试验，取平均
? 测定结果均大于 100cm时，记作大于 100即
可，
? 结果小于 100cm时，重复性误差 20%，复现性
30%
? （三）温度稳定性（感温性）
? 指沥青粘结性和塑性随温度升降而变化的性能
? ①高温稳定性，用软化点表示，环与球法
? ②低温抗裂性用脆点表示
沥青软化点仪
?课后小结：石油沥青的各项技术指标中，
针入度、延度、软化点合称为三大指标。
? 课题,石油沥青的技术性质及标准
? 教具用品, 相关仪器
? 教学目的,了解石油沥青的加热稳定性及技术
标准
? 重点难点,石油沥青的技术标准及标号划分
三、石油沥青的技术性质
? （四）加热稳定性
? 1、中、轻交通量：蒸发损失试验
? 1630C 5h 情况下测质量损失,针入度
比
? 2、重交通量：薄膜加热试验
? 3、液体沥青：蒸馏试验
? RTFOT薄膜加热试验,163℃ 5h 形成 3.2mm厚的
薄膜
01
12
mm
mmL
b ?
??
1 0 0??
前
后
p
pk
p
? 测定 1、质量损失百分率 RTFOT旋转加热
? 2、针入度比
? 3、延度（ 25℃ ） (cm)
? 4、延度（ 15℃ ） (cm)
? （五）安全性
? 闪点：指加热沥青挥发出可燃气体与空气组成的混
合气体在规定条件下与火接触，产生闪光时的沥青
温度（ ℃ ）
? 燃点：指沥青加热产生的混合气体与火接触，持续
燃烧 5s以上时的沥青温度，一般与闪点相差 10℃
? 测定方法：利天兰开口杯式闪点测定仪
? （六）溶解度
? 指石油沥青在三氯乙烯中溶解的百分率，一
般来说，不溶物为一些有害物质
? （七）含水量
? 含水危害,1、影响施工速度
? 2、加热时“溢锅”易引起火灾
? 3、造成材料损失
? （八）非常规的其它性能
? 1、针入度指数
? 则
? A称为感温系数,A越大，则材料越感温
? 针入度指数
? 与感湿性之间的关系：越大则材料温度稳定
性越好
? 利用可判断石油沥青胶体结构之间的关系
KATp ??lg
? ?
25
25lg800lg
?
??
m
o
T
pA
10
501
30 ?
?
???
A
P
? 当 p.I<-2 溶胶型结构
? p.I >+2 凝胶型结构
? p.I =-2~+2 溶凝胶型结构
? 2、劲度横量
TtS b,?
?
??
?
??
?
?
? ???? PtTfS b,,
? 根据沥青材料的针入度指数、软化点、路面温度及
荷载作用时间等因素，查表 4-14获得沥青的劲度模
量。
? 3、粘附性
? 与沥青及集料性质有关，一般应优先使用碱性集料
? 测定方法,1、水浸法 DO13.2mm
? 2、水煮法 D>13.2mm
? 水煮法：取 13.2— 19mm颗粒 5个，烘干，加热，置
于热沥青中，冷却 5min，水煮微沸,3min后观察沥
表剥落情况，评价等级,5— 1级,5级最好,1级最
差
? 4、老化
? 沥青在自然因素作用下，产和不可逆的化学变化，
导致路用性能劣化，称之为老化。
? 沥青老化后，在物理力学性质方面，表现为针入度
减少，延度降低，软化点升高，绝对粘度提高，脆
点降低等。在化学组分含量方面，表现为饱和分变
化较少，芳香分明显转变为胶质（速度较慢），而
胶质又转变为沥青质（速度较快），由于芳香分转
变为胶质，不足以补偿胶质转变为沥青质，所以最
终是胶质明显减少，而沥青质显著增加。
? 四、石油沥青的技术标准
? （一）粘稠石油沥青的技术标准
? 1、重交通量见教材表 4-3所示
? 根据针入度分为 AH-50,AH-70,AH-90,AH-110，
AH-130五个标号。
? 2、中、轻交通量见教材表 4-4所示
? 根据针入度为 A-60甲,A-60乙,A-100甲,A-100
乙,A-140甲,A-180,A-200七个标号。
? （二）液体沥青见教材表 4-5所示
? 课后小结：沥青的老化问题是影响沥青使用
的一个重要因素。石油沥青按照其稠度的大
小划分为若干个标号等级。
? 课题,沥青混合料特点 教具用品,无
? 教学目的,了解沥青混合料的类型、特点及
其组成结构和强度理论
? 重点难点,结构沥青与自由沥青
第五章 沥青混合料
? 一、定义
? 沥青混合料是经人工合理选择级配组成的矿质混合料与适
量沥青材料，在一定温度下经拌和而成的高等级路面材料。
? 沥青混凝土混合料（ Asphalt concrete mixture）,[粗集
料 +细集料 +填料 +沥青 ] 简称 AC
? 沥青碎石混合料（ Asphalt macadan mixture） [粗集料 +
细集料 +填料 +沥青 ] 简称 AM
? 二、沥青混合料的特点
? 1、良好的力学性能：弹塑性，无需设置施工缝、伸缩缝，
路面平整且有弹性
? 2、良好的抗滑性能：平整且有一定的粗糙度，不反光，
行车安全
? 3、施工方便，速度快
? 4、可分期改造和再生利用
? 5、晴天无尘，雨天不泞，便于汽车高速行驶
? 缺点,1、老化 表层产生松散
? 2、温度稳定性差：高温软化，产生过分变形；
低温脆化，产生裂缝
? 三、沥青混合料分类
? 1、按胶凝材料种类
? （ 1）石油沥青混合料
? （ 2）煤沥青混合料
? 2、按砂料最大粒径可分为以下几种
? （ 1）特粗式 D>=37.5mm
? （ 2）粗粒式 D=31.5/26.5mm 用于基层、下面
层
? （ 3）中粒式 D=19/16mm 面层或下面层
? （ 4）细粒式 D=13.2/9.5mm 面层
? （ 5）砂粒式 D<=4.75mm 磨耗层
? 3、按砂质混合料级配类型分类
? （ 1）连续级配 如沥青混凝土混合料
? （ 2）间断级配 如 SMA stone mastic Asphalt
? 4、按连续级配密实度分
? （ 1）密级配沥青混合料 AC VV<10% 其中：
3%~6% I型 4~10% II型
? （ 2）半开级配沥青混合料 VV>10% AM
? （ 3）开级配沥青混合料 VV>15% AK
? 5、按施工温度分
? （ 1）热拌热铺沥青混合料
? （ 2）热拌冷铺沥青混合料
? （ 3）冷拌冷铺沥青混合料
? 课后小结：沥青混合料是由粗集料、细集
料、矿粉及沥青混合而成的混合材料。具
有良好的力学性能及路用性能。
? 课题,沥青混合料结构 教具用品,无
? 教学目的,了解沥青混合料的结构、类型、强
度理论
? 重点难点,最佳沥青用量及砂粉
5-2 热拌沥青混合料
? 定义：热拌沥青混合料是经人工组配的矿质混合料与粘稠沥
青在专门设备中加热拌和而成，用保温运输工具运送至施工
现场，并在热态下进行摊铺和压实的混合料，通称：热拌热
铺沥青混合料，简称：热拌沥青混合料
? 热拌沥青混合料是目前路面材料中最典型的品种，故本文着
重介绍该品种。
? 一、沥青混合料的组成结构和强度理论
? （一）沥青混合料组成结构
? 1、结论理论
? 1）表面理论：矿料形成矿质骨架，沥青胶结料分布在矿料
表面起粘聚作用
? 2）胶浆理论 多级网络分散体系
? 粗分散系：以粗集为为分散相，分散在沥青砂浆的介质中
? 细分散系：以细集料为分散相，分散在沥青胶浆中
? 微分散系：矿填料分散相，分散在高稠度的沥青介
质中
? 2、沥青混合料组成结构类型
? 1）悬浮 — 密实结构：由连续级配形成，粗集料较
少
? 特点：粘聚力大，内摩阻角小，高温性差，是 AC特
有的结构
? 2）骨架 — 空隙结构（ AK）：
? 属于连续开级配，粗集料多，细集料少
? 特点：空隙率大，耐久性差，沥青与矿料间的粘聚
力差，但热稳定性好，内摩阻力大
? 3）骨架 — 密实结构（ SMA）：
? 是一种理想结构，它既有一定的粗集料形成骨架，
又有足够的细集料充填空隙，既有较高的粘聚力，
又有较高的内摩阻角
? （二）沥青混合料的强度理论
? 要求沥青混合料在高温时，必须具备一定的抗剪强
度和抵抗变形的能力，一般采用库伦理论
? （三）影响沥青混合料抗剪强度的因素
? 1、沥青粘度的影响
? 通常沥青的粘度越高，沥青混合料的抗剪强度越高。
? C随着沥青粘度升高而升高，略有上升
? 2、沥青与矿料之间的吸附作用
? ①物理吸附
? 与沥青表面活性物质含量有关，另外，碎石干燥时
才产生物理吸附
? ②化学吸附
? 受化学吸附力影响的沥青叫做结构沥青，不受化学
吸附力影响的沥青叫做自由沥青。
? 3、沥青与矿粉用量比例
? 沥青用量过少：不足以包裹矿料表面
? 增加沥青，逐渐形成结构沥青
? 沥青用量过多：形成自由沥青
? 故存在着最佳沥青用量这个概念。见下图所示：
0
1 2
3 4
5
6
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.7
0.8
10
20
30
40
50
60
70
c
φ
? 4、矿料级配类型及表面状态的影响
? 密级配,C大,小
? 开级配,C小,大
? 间断配,C大,大
? 5、加荷速度对沥青混合料抗剪强度影响
? 温度升高,C 降变形升
? 温度降低,C 升 升变形能力降
? 加荷频率高，产生不可生永久变形
?
?
?
?
? 课后小结：热拌沥青混合料的强度有很多方
面，目前重点研究其在高温时的抗剪强度。
混合料中结构沥青的比例是影响强度的最重
要的因素，对过控制沥青用量及矿粉用量等
手段来实现。
? 课题,沥青混合料技术性质和技术标准
? 教具用品, 相关仪器
? 教学目的,了解沥青混合料各项技术性质和
内容、测定方法及规范要求
? 重点难点,混合料的高温稳定性及马歇尔试
验指标
5-2 热拌热铺沥青混合料
? （一）沥青混合料的技术性质
? 1、高温稳定性
? 指混合料在高温（通常为 600C）条件下，经车辆荷载长
期重复作用后，不产生车辙和波浪等病害的性能
? 评价方法：马歇尔稳定度试验及动稳定度试验即抗车辙试
验
? 1）马歇尔试验
? ①稳定度：指标准尺寸试件在规定温度下和加荷速度下，
在马歇尔试验仪中最大的破坏荷载（ KN）
? ②流值：达到最大破坏荷重时，试件的垂直变形，以
0.1mm计
? ③马歇尓模数
FL
MT S 10??
? 车辙试验
? 300G300G50mm的试件，在 60℃ 的温度条件下，以一定的
荷重的轮子在同一轨迹上作一定时间的反复行走，形成一
定的车辙深度，然后计算试件变形 1mm所需车轮行驶次
数，即为动稳定度
? 规定：高速公路，不宜小于 800次 /mm
? 一级公路、城市主干道，不宜小于 600次 /mm
? 影响混合料高温稳定性的因素：沥青用量、沥青的粘度、
矿料的级配、矿料尺寸、形状
? 2、低温抗裂性
? 混合料随温度降低，变形能力下降，路面由于低温而收缩
以及行车荷载的作用，在薄弱部位产生裂缝
? 引起原因：混合料低温脆化、低温缩裂、温度疲劳引起
? 措施：设计时选择沥青要稠度较低、温度敏感性低、抗老
化能力强
? 3、耐久性
? 指在长期的荷载作用和自然因素影响下，保持正
常使用状态而不出现剥落和松散等损坏的能力
? 影响因素：沥青的化学性质、矿料的矿物成分、
混合料的组成结构、混合料的空隙率
? 控制指标：空隙率、饱和度（沥青填隙率）、残
留稳定度
? 4、抗滑性：矿质集料的微表面性质、混合料级
配、沥青用量、含蜡量
? 5、施工和易性
? 指混合料在施工过程中是否容易拌的、摊铺和压
实的性能
? 影响因素：砂料级配、沥青品种及用量、施工环
境条件等
? （二）热拌沥青混合料的技术标准
? 分为三个等级：
? ①高速公路、一级公路、城市快速路、主干道
? ②其它等级公路和城市道路
? ③行人道路
? 见表 5-1 P161
? 课后小结,沥青混合料有几项技术性质，且
相互间既有联系又有矛盾，目前作重考虑
其高温时的稳定性。通过马歇尔试验测定
稳定度、流值等指标来控制。
? 课题,马歇尓试验
? 教具用品, 相关仪器
? 教学目的,马歇尓试验方法
? 重点难点,成型、物理、力学指标测定及计
算
沥青混合料试验
? 1 沥青混合料试件制作方法（击实法）
? 一、仪器
? 1、击实筒
? 小,10.16mm+-0.02mm，高 87cm底座和套筒
? 大,高 115mm
? 2、击实锤
? 标准,98.5mm，锤重 4536E9g
? 落高 457.2+-1.5mm
? 大,149.5mm 457.2+-1.5mm落高 锤质量
10210+-10g
mm021 5 2 4 ???
?
?
? 3、试件：当 D<=26.5mm时，做标准试件
? 当 D<=37.5mm时，做加大试件
? 尺寸：标准：
? 加大：
? 4、击实仪
? 5、搅拌机
? 6、脱模机
mmmm 5.636.1 0 1 ??
mmmm 3.954.1 5 2 ??
? 二、试验准备
? 1、确定温度（拌和及压实温度） 查表 试表 5-1
? 2、试验室备料
? 1）炼干各材料
? 2）测各材料的密度
? 3）加热砂料，砂粉单独加热，按组备料
? 4）取沥青，加热
? 3、做试模，擦黄油，并在 100℃ 烘箱中，加热
1h
? 试验步骤
? 1、拌合混合料
? 2、击实成型
? 用量：标准试件约 1200g，大试件约 4050g
? 确定用量 备模 垫纸 装料 插捣
击实 反转面击实
? 调整用量再击实 对试件的高度有如下要求：
? 63.5+-1.3mm（标准试件）
? 95.3+-2.5mm（大试件）
? 养护 脱模
5-2 压实沥青混合料密度试验
? 一、仪器：静水天平
? 二、步骤
? 1、称取干燥试件在空气中质量 ma
? 2、称取试件在水中质量 mw
? 3、称取表干质量 mf
? 三、结果整理
? 1、计算吸水率
? 2、计算试件的毛体积相对密度和抟体积密度
wf
af
a mm
mm
S
?
?
?
? 3、试件实隙率
? 4、计算理论最大相对密度
? ①已知油石比 Pa
wf
a
f mm
m
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w
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P
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? ② 当已知沥青含量 Pb时
? ③理论密度
? 5、沥青体积百分率
a
b
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? 6、砂料间隙率
? 7、沥青体积饱和度
? 8、粗集料骨架间隙率
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ca
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V C A
沥青混合料马歇尔试验
? 一、设备：马歇尔试验仪、加压压头
? 二、步骤
? （一）标准方法
? 1、检查高度：恒温 60oC
? 标准试件恒温 30— 40min加大试件恒温 45—
60min后，测定试件的稳定度及流值。
? （二）浸水马歇尔试验
? 应将试件浸水 48h后，再测定试件的稳定度及流
值。
? 课后小结：马歇尔试验包括试件成型、物
理指标测定及力学指标测定几个方面。较
复杂的是各项物理指标的换算。
? 课题,沥青混合料配合比设计
? 教具用品, 无
? 教学目的,掌握沥青混合料配合比设计的方
法与内容
? 重点难点,最佳沥青用量确定
5-2 热拌沥青混合料
? 四、沥青混合料配合比的设计
? 包括三个设计阶段
? 1、试验室配合比设计
? 2、配合比设计
? 3、试拌试铺配合比调整
? 试验室配合比设计包括两部分：砂质混合料配合
比设计、沥青最佳用量确定
? 1、矿质混合料组成设计
? 目的：选配一个具有足够密实度，并且有较高内
摩阻力的矿质混合料
? 级配范围（标准级配）：可用理论计算，但一般
查规范确定
? 设计步骤
? 1）确定沥青混合料类型
? 依据道路等级、路面类型，所处结构层作选择
? 2）确定矿质混合料的级配范围
? 由混合料类型查表 5-9找级配范围 P166
? 3）矿质混合料配合比计算
? 选料①组成材料（原始数据测定）：取样、筛分、没密度
? ②计算组成材料的配合比：试算法、图解法
? ③调整配合比
? a：一般情况下应接近中值，尤其是 0.075,2.36、
4.75mm三个粒径，必须满足规范的要求。
? b：高等级公路偏下限
? 一般公路偏上限
? c：合成级配，合理适用
? 2、确定沥青混合料的最佳用量
? 方法：理论计算法、试验法（维姆法、马
歇尔试验法）
? 步骤：
? 1）制备试样
? ①计算矿料用量
? ②查表 5-9找沥青用量范围
? 2）马歇尔试验
? ①测定物理指标
? ②测定力学指标
? 3）马歇尔试验结果分析
? ① 绘物理 — 力学性质与沥青用量的关系图
各项物理力学指标
6.5
5.0
沥青用量
5.5 6.0
5
7.0
4
1
2
3
? 图中,1线 -马歇尔稳定度曲线
? 2线 -饱和度曲线
? 3线 -流值曲线
? 4线 -密度曲线
? 5线 -空隙率曲线
? ②确定
? ③确定
? ④综合确定 OAC
? ?3211 31 aaaO A C ???
? ?m a xm i n2 21 O A CO A CO A C ??
? 验证 OAC1 对应各指标应合格
? 由 OAC1与 OAC2综合确定 OAC
? 热区、重交通在 OAC2与 OACmin中取值 0.5%
? 寒区、中轻交通在 OAC2与 OACmax中取值 0.2%
? 5）水稳定性检查
? 三组试件 OAC OAC1 OAC2 测定 MS0 当
MS0>=75% I型
? MS0 >= 50% II型
? 6）抗辙能力检验
? OAC OAC1 OAC2三组作车辙试验
? 课后小结：沥青混合料的配合比设计包括
矿料配比设计及最佳沥青用量设计两个方
面。矿料配比设计一般用图解法，最佳沥
青用量一般用马歇尔试验法。
? 课题,建筑钢材
? 教具用品, 无
? 教学目的,了解建筑钢材的技术性质和技术
标准，通过学习掌握钢材的基本性质、选
用及检测方法
? 重点难点,钢材的主要技术性质及技术标准、
钢材的选用及质量检测
? 作业布置,1、钢有哪些分类方法，钢号表
示的含意是什么？
? 2、桥梁常用哪些钢，为什么？有什么特殊
要求？
? 课后小结：钢材由于具有较高强度和硬率，
有一定的塑性和韧性，并能进行焊拉、铆
接及切割，因而被广泛地应用于各项工程
建设中。
第六章 建筑钢材
? 6-1 钢材
? 一、钢材分类
? （一）按化学成分
? 1、碳素钢
? ①低碳钢 <0.25%
? ② 中碳钢 0.25— 0.6%
? ③ 高碳钢 >0.6%
? 2、合金钢
? ①低合金钢 <5%
? ② 中合金钢 5— 10%
? ③ 高合金钢 >10%
? （二）按用途分
? （三）按冶炼时脱氧程度分
? 1、沸腾钢
? 2、镇静钢
? 3、半镇静钢
? （四）钢号的含义
? 15Mn 其中 15是平均含碳量（万分数）,n是主加合金元
素，含量少于 1.5%时不标明
? 二、建筑钢材的主要技术性质
? （一）机械性能
? 1、抗拉强度
? A点：弹性极限
? B下：屈服点 屈服强度
e?
s?
万能材料试验机
? C点,抗拉强度
? 屈服比 对工程设计有较大意义
? 2、塑性
? （ 1）伸长率
? （ 2）断面收缩率
? 3、冷弯性能
? 4、冲击韧性
? 5、硬度 HB
?
b
s
?
?
%1 0 0
0
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L
LLf
n
%1 0 0
0
10 ???
A
AA?
A
Aa k
k ?
? （二）化学成分对性能的影响
? 1、碳
? 2、锰,<0.8%时，无影响； >0.8%时，
提高强度、硬度及耐磨性，降低冲击韧性
? 3、硅,<0.15%无影响
? 4、硫：热脆，规定要求 <0.055%
? 5、磷：冷脆，规定要求 <0.045%
? 三、建筑钢材的技术标准
? （一）钢结构用钢
? 1、碳素结构钢
? （ 1）牌号,Q235— AF 其中 Q为屈服强度； A
为等级； F为脱氧方法
? F：沸腾钢
? b：半镇定钢
? Z：镇定钢
? TZ：半镇定钢
? （ 2）碳素结构钢性能
? 化学成分及力学性能均有详细要求
? （ 3）桥梁用钢,16桥，甲 3桥,16q,A3q
? 2、低合金钢
? 16Mn 15 MnV 15 MnVN
? （二）钢筋混凝土用钢材
课 题,建筑材料的基本内容及性质。
教学目的,了解本课程的学习内容、方
法、要求及应要求。
重点难点,材料的物理性质、水理性质、
力学性质、加工性和耐久性等。
绪 论
? 课前介绍：
? 本课程是路桥专业的一门重要的专业基础课，是一门考试课程，本学期
要求学习完教材内容，能熟练掌握课堂理论教学内容及试验课的实践内 容。
? 成绩评定包括几方面：
? 1、平时作业完成情况及考勤；
? 2、期中考试及期末考试成绩；
? 3、试验操作完成情况等。
? 一、本课程的研究内容与任务
? （一）内容：
? 本课程中主要学习以下几种建筑材料：
? 1、砂石材料 （ 1）天然的 （ 1）块状石料：简称：石料
? （ 2）人工轧制的 （ 2）料状石料：简称：集料
? 2、无机结合料及其制品
? 无机结合料：通常分为以下几种：
? （ 1）石灰
? （ 2）水泥
? （ 3）石膏
? 无机结合料制品,（ 1）水泥混凝土
? （ 2）半刚性路面材料
? 3、有机结合料及其混合料
? 沥青材料主要指沥青类材料，如：石油沥青，煤沥青等。
? 有机结合料混合料：
? （ 1）沥青混凝土
? （ 2）沥青碎石等
? （ 3）各种新型沥青混合料
? 4、高分子聚合物材料：
? 主要包括塑料、合成橡胶、合成纤维等。
? 功能：主要用以改善软土地基、水泥混凝土、沥青混合料的
性能。
? 5、钢材和木材
? 钢材是桥梁结构及钢筋混凝土或预应力钢筋混凝土结构的重
要材料。
? 木材较少直接用于修筑桥梁，目前主要用作混凝土工程的拱
架和模板。
? （二）课程学习任务：
? 1、论述材料组成、结构、技术性质与它们之间的关系；
? 2、论述材料的检验方法（举例水泥凝结时间测定方法）；
? 3、利用测验评定其技术性质（举例水泥对初凝、终凝时
间的要求及规范的规定）。
? （三）课程学习目的：
? 1、掌握各种材料的技术性能，包括：
? 力学性质、物理性质、化学性质及工艺性质等；
? 2、选择、鉴定材料
? 能够结合工程实际情况，合理地选择材料，如水泥混
凝土组成材料的选择、沥青混合料对组成材料的选择及鉴别
与评定；
? 3、能正确使用材料（如石灰的消化、水泥应用贮存等）
? 二、建筑材料应具备的工程性质
? 1、力学性质
? 各种强度指标及耐磨、抗变形指标。如，水泥混凝土的抗
压、抗折强度；沥青混合料的稳定度、流值；石料的磨耗度
等。
? 2、物理性质
? （ 1）物质指标：如材料的密度、孔隙率、含水量
? （ 2）温度稳定性：如沥青软化点、脆点等。
? （ 3）水稳定性等：如沥青混合料的残留稳定度等。
? 3、化学性质
? 各种材料的化学成分及其变化规律。如，水泥的各种成分
与自然界之间的变化；沥青的化学成分及其变化规律。
? 4、工艺性质 ?混凝土的流动性
? 材料四个性质之间是相互制约、相互联系的。
? 三、建筑材料与路桥工程的关系
? 1、材料是工程结构物的物质基础：其中材料质量的好坏直
接决定着工程质量的等级。
? 2、材料与工程造价之间的密切关系 工程建筑材料占工程造
价的 60?至 70?，甚至 80?，因此，如何合理地降低造价、
节省开支，均与建筑材料之间有着密不可分的关系。
? 3、新材料与新结构、新工艺之间的关系
? 用桥梁跨径的变化及路面材料的变化来分析
? 四、道路建筑材料的检验方法和技术标准
? （一）检验方法：室内、室外及模拟试验方法。
? （二）检验内容：包括四个方面
? 1、物理性质试验；
? 2、力学性质试验；
? 3、化学性质试验；
? 4、工艺性质试验。
? （三）质量检验的标准化与技术标准
? 目前我国建筑材料的标准分为：国家标准、行业标准、地方
标准和企业标准四个等级。其中：
? GB?指国家标准
? JTJ?交通部门基本建设方面的规范
? JC?建材行业标准
? SH?石油化工行业标准
? 五、本课程的要求
? 本课程为考试课、完成学习后将有两门成绩，即理论成绩和
实操成绩。
? 建筑材料课在本专业中的位置：是路桥专业的重点课程
?课后小结,绪论课是每一门课的开场白，学
生能否对该课程有一个全面、正确的认识，
关键的一点是讲好绪论课。
? 课题,石材的技术性质和技术要求教具用品 相
关试验仪器
? 教学目的,了解砂石材料的类别，石料的技术
性质及其应用
? 重点难点,石料的物理性质、力学性质
? i1— 1 砂石材料的技术性质
? 概述：
? 砂石材料按形状分类
? 1）、块状石料：简称石料
? 如块石、片石等；
? 2）、粒状石料：简称集料 集料又按大小分为：
? 粗集料：如碎石、卵石
? 细集料：如砂、石屑
? 砂石材料按来源分类
? 1）、天然石料
? 2）、人工轧制的集料
? 3）、工业冶金矿渣
? 一、石料的技术性质
? 1、物理性质：
? 包括物理常数、吸水性和耐候性等。
? 1）物理性质
? ①真密度：是石料在规定条件下，烘干石料
矿质单位体积的质量，用 ?t 表示。
? 则
s
s
t v
m
??
? 因 固 测定方法：李氏比重
瓶法测定，将石料磨细至全部过 0.25mm的筛
孔，然后将其装入比重瓶中，利用已知比重
的液体置换石料的体积。
? ②毛体积密度
? 测定方法：用静水称量法，亦可用蜡封法测
定。
Mm s ? st v
M??
V
M
vvv
m
ins
s
h ?????
? ③ 孔隙率
? 2)吸水性：指石料在规定条件下吸水的能力。
? (1)吸水率,20℃ E2℃ 和大气压状态下，吸水质量的百分率。
? (2)饱水率,200E20C,真空条件下，吸水质量的百分率
? 饱水系数当 sr>90%时，抗冻性较差。
? 通常认为在常压下测定的吸水率，此时水分只充填部分孔隙，
而当石料开口孔隙内部空气被排空时，水分几乎充满开口孔
隙的全部体积。
10011000 ???
?
?
???
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t
h
v
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?
?
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1
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m
mmW
x
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1
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?
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m
mmW
x
? 3）耐候性：目前主要考虑抗冻性，常用抗冻性标
号表示，测定经过冻 (-150C,4h)、融 (200E20C,4h)
循环，质量损失不超过 5%，抗压强度不超过 25%的
次数。
? 2、力学性质
? 1）单轴抗压强度
? 试验条件要求：试件形状、尺寸、吸水饱和、加荷
速度等。
? 2）磨耗性：指石料抵抗撞击、边缘剪力和磨擦等
联合作用的性质。
? ①洛杉矶式磨耗试验 Y标准方法
? 5kg石料 +12个 5kg的钢球 磨 500转
? 测定过 2mm或 1.6mm(方筛 )的筛余质量
A
PR ?
100
1
21 ???
m
mmQ
磨
? ② 狄法尔法磨耗试验 代用方法
? 用 100块 50-70mm的试件分两份，每份磨 10000转。
? 两种方法相比较，显然洛杉矶法具有省时、省工，
石料按一定规格组成等优点，故能全面反映石料的
磨耗性。
? 3、化学性质
? 按 SiO2含量，将石料划分为
? ①酸性岩 SiO2>65%
? ② 中性岩 52%<= SiO2O65%
? ③ 碱性岩 SiO2<52%
? （ 2）石料的技术要求
? 1、路用石料的技术分级：分 4级
? Ⅰ 级 —— 最坚强的岩石
? Ⅱ 级 —— 坚强的岩石
? Ⅲ 级 —— 中等坚强的岩石
? Ⅳ 级 —— 较软的岩石
? 2、路用石料的技术标准：见表 1-1
? 二、道路和桥涵用石料制品
? （一）道路用石料制品
? 1、高级铺砌用整齐块石：经精凿加工而成。
? 2、路面铺砌用整齐块石：粗凿成的方块石或条石。
? 3、铺砌用不整齐块石：又称拳石，要求顶面为一平面，底
面与顶面基本平行。
? 4、锥形块石：又称大块石，用于路面底基层，是由片石进
一步加工而得的粗打石料。
? （二）桥梁建筑用主要石料制品
? 1、片石：粗打石料，其形状不限制，但薄片者不
得使用。
? 2、块石：有两个较大的平行面
? 3、方块石：在块石中选择形状比较整齐者稍加修
整。
? 4、粗料石：表面凹凸不大于 10mm，砌缝宽度小于
20mm。
? 5、细料石：表面凹凸不大于 5mm，砌缝宽度小于
15mm。
? 6、镶面石：一般应选用较好的石料。
? 课后小结：天然砂石材料在地表分布广泛，物理、
力学性质好，在工程中被广泛应用。石料的技术性
质和技术要求是本次课的重点内容。
? 课题,细集粒的技术性质 教具用品, 相关试
验仪器
? 教学目的,了解细集料的各项技术性质及测定
方法
? 重点难点,细集料的级配、表观密度及装填密
度
? 三、集料的技术性质
? 工程上以粒径的大小为界，通常将集料分粗集料及细集料；
其中在沥青混合料中，以 2.36mm为界，在水泥混凝土中以
5mm为界。
? （一）细集料的技术性质
? 定义：在沥青混合料中，指粒径小于 2.36mm天然砂，人工
砂及石屑。
? 在水泥混凝土中，指粒径小于 5mm的天然砂、人工砂。
? 分类：
? 1、天然砂：由岩石在自然条件下风化形成的。
? 天然砂通常包括以下几种类型：
? （ 1）河砂：性质较好，多用。
? （ 2）山砂：含泥量及有机杂质多。
? （ 3）海砂：混有贝壳和盐分等有害杂质。
? 2、人工砂：由岩石轧碎而成的颗粒，表面有棱角，较洁
净，但价格较高，无特殊情况多不采用。
? 上述几种细集料中，一般工程上多使用河砂。
? 1、物理性质
? 集料的质量与体积的关系见图所示：
体积 质量
空隙
开口孔隙
闭口孔隙
矿质实体
0
V
i
V
v
V
n
V
s
V
V
0
m
s
m
m
? 图中,m____集料的总质量（ g）；
? m0____集料中矿质实体质量（ g）；
? ms____集料中孔隙及空隙部分的质量（ g）；
? V____集料的总体积（ cm）；
? Vs____集料中矿质实体的体积（ cm）；
? Vn____集料中闭口孔隙的体积（ cm）；
? Vi____集料中开口孔隙的体积（ cm）；
? Vv____集料中空隙的体积（ cm）；
? V0____集料中孔隙的体积（ cm）；
? （ 1）表观密度
? 测定方法：比重瓶法
? （ 2）毛体积密度
? （ 3）松方密度 ?装填密度：堆积密度（松装
密度）、紧装密度
? （ 4）空隙率
ans
sa
v
m
vv
m ?
???
hs
h v
m
vivnv
m ?
????
v
m
vvv
m
vs
????
?
?
001 0 01 ????
?
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a
n ??
? 2、级配
? 用筛分法测定砂的级配
? 标准筛,5 2.5 1.25 0.63 0.315
0.16mm(圆孔 )
? 4.75 2.36 1.18, 0.6, 0.3 0.15mm(方
孔 )
? 筛分后，计算相关参数如下：
? （ 1）分计筛余百分率
? （ 2）累计筛余百分率
? （ 3）通过百分率
?
100?? Mma ii
ii aaaA ???????? 21
ii Ap ?? 1 0 0
振筛机
? 3、粗度
? (水泥混凝土用砂 )
? （沥青路面及各种路面的基层、底层用砂）
? 砂的粗度分类
? 为粗砂
? 为中砂
? 为细砂
5
516.0315.063.025.15.2
100
5
A
AAAAAAM
x ?
??????
1 0 0
15.03.06.02.136.275.4 AAAAAAM
x
??????
1.37.3 ???xM
3.20.3 ???xM
6.12.2 ???xM
? 课后小结：细集料主要指砂，它广泛应用于
水泥混凝土及沥青混合料中，学生必须掌握
好其各项技术指标、测定方法及技术标准，
从而达到保证材料质量的目的。
? 课题,粗集粒的技术性质 教具用品,相关
试验仪器
? 教学目的,了解粗集料的物理、力学性质的
含义及测定、评价方法
? 重点难点,粗集料的表观密度、堆积密度及
筛分试验
? 三、集料的技术性质
? （二）粗集料的技术性质
? 1、物理性质：粗集料内部结构特征与细集料的一
致，故其质量与体积之间的关系图与细集料的一
致，下列各符号的含义亦与细集料的相同。
? 1）物理常数
? （ 1）表观密度
? 用吊篮法测定：
? 1、试样取料量由集料最大粒径确定
? 2、须做两次平行试验
? 3、平行试验容许误差为 0.02g/m3
? 4、试样须浸水 24h
ns
s
a vv
m
???
? (2)毛体积密度
? （ 3）松方密度
? 堆积密度
? 振实密度 ?用于水泥混凝土
? 捣实密度 ?用于沥青混合料
? （ 4）空隙率
vivv
m
ns
s
h ????
vs vvv
m
??? ??
0
01 0 01 ???
?
?
???
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a
n
?
?
? 2）级配
? （ 1）筛分试验标准及取样量
公称量大
粒径
（ mm）
方
孔
75 63 37.5 31.5 26.5 19 16 9.5 4.75
圆
孔
80 63 40 31.5 25 20 16 10 51
试样质量不少于
（ kg）
10 8 5 4 2.5 2 1 1 0.5
? (2)筛分试样须备两份：水洗法（混凝土可
省去水洗法）、干筛法
? （ 3）必须除去超粒径部分颗粒后，再进行
筛分试验
? （ 4）有关参数计算
? ①通过 0.075筛孔的集料含量
? ②分计筛余百分率
? ③累计筛余百分率
100
1
21
075.0 ?
??
m
mmp
1 0 0
1 0 0 075.0p
m
mai
o
i ???
ii aaaA ??????? 21
碎石标准筛
? ④ 通过百分率
? 3)坚固性
? 用 Na2SO4溶液干湿循环 5次后，测定试样质量损
失。
? 2、力学性质：压碎值、磨耗度、抗滑表层三项指
标
? 1）粗集料压碎值
? ①沥青路面：取试样：粒径 13.2mm— 16mm； 质
量 3kg；在
? 400kN的压力下，持续加压 10min后，将试样过
2.36mm筛，称其筛余质量。
ii Ap ?? 1 0 0
压碎指标仪
? ② 混凝土路面：取试样：粒径 10mm— 20mm；
质量 2.5kg；在 3~5min内加压至 200kN，保
持 5s，将试样过 2.5mm筛，称其筛余质量。
? 压碎值计算公式如下：
? 式中,---压碎值
? m0---试样总质量
? m1---试样筛余质量
1 0 0
0
1 ???
m
mmQ o
a
? 2）粗集料磨光值
? 测定方法：先将试样磨光，再测定摆值，经换算
后得磨光值 PSV
? 要求：一级公路、高速公路 PSV?42
? 其它公路 PSV?35
? 3）粗集料的冲击值 LSV
? 测定方法：
? 将 9.5~13.2mm的试样，分三层装入试模，用
13.75kg的锤，自 380mm处自由落下，连续冲击 15
次后，过 2.36mm的筛，用下式计算冲击值 LSV：
1001 ?? mmL S V
? 式中,LVS----集料冲击值
? m1----试样过筛质量
? m----试样总质量
? 4）集料磨耗值 AAV
? 测定方法：
? 用集料按一定的方法排列并固定，用磨耗仪磨 500圈，用
下式计算集料磨耗值：
? 式中,AAV----集料的磨耗值；
? -----磨耗前试样总质量 (g)；
? -----磨耗后试样总质量 (g)；
? ------集料饱和面干密度（ g/cm3）。
S S D
mmA A V
?
)(3 21 ??
? 课后小结：粗集料主要指碎石，它广泛应
用于水泥混凝土及沥青混合料中，学生必
须掌握好其各项技术指标、测定方法及技
术标准，从而达到保证材料质量的目的。
? 课题,矿质混合料的组成设计 教具用品, 相
关试验仪器
? 教学目的,了解矿质混合料的组成设计原理及
设计方法
? 重点难点,图解法及级配曲綫的绘制
1— 2 矿质混合料的组成设计
? 概述
? 矿质混合料颗粒级配应满足的基本要求：
? 1、最小空隙率：即使不同粒径的各级矿质集料按
一定的比例搭配后，应有最大密实度。
? 2、最大磨擦力：各级矿质集料在进行比例搭配时，
应使各级集料排列紧密，形成一个多级空间骨架结
构，且具有最大的摩擦力。
? 矿质混合料组成设计内容：
? 1、级配理论和级配范围的确定
? 2、基本组成的设计方法
? 一、矿质混合料的级配理论
? （一）级配类型
? 先讲级配曲线
? 1、连续级配
? 是采用标准筛对某一混合料进行筛分试验，所得
级配曲线平顺圆滑，具有连续性。
? 2、间断级配
? 是在矿质混合料中剔徐其中一个分级或几个分级
而形成的不连续的混合料。
? （二）级配理论
? ①最大密实度曲线理论 Y连续级配
? ②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=0.3— 0.6
D
dpkdp ???? 1 0 02
n
D
dp ?
?
??
?
??? 100
? 3、我国简化公式
? 一般取 i=0.7— 0.8
? x为级数 当 d=D时,x=1
? 当 d=1/2D时,x=2
? 当 d=1/4D时,x=3
? 4、魏矛斯粒子干涉理论
? ? 1100 ?? xip
D
D
D
t
?
?
?
?
?
?
?
?
??
?
?
?
?
?? 13
1
0
? 二、级配曲线范围的绘制
? 必须采用半对数坐标即横坐标用对数坐标
（解释原因）
? 建立对数坐标的方法：
? 1、先求出各颗粒粒径的对数
? 2、求出各颗粒粒径间的对数间距,
并计算出各颗粒对数间距的总和
idlog
1lo glo g ?? ii dd
? ?? ?? 1lo glo g ii dd
? 3、求出间距系数 K
? 4、选定横坐标长度，各颗粒间距
? 5、计算出各颗粒粒径在横坐标上的位置
? 6、确定横坐标，以 Pi为纵横坐标，即为对数
坐标
? 7、建立好坐标后，画级配范围
? ?? ???
??
1
1
lglg
lglg
ii
ii
dd
ddK
KLLi ?
? 三、矿质混合料的组成设计方法
? 设计依据：①各种集料的筛分结果
? ②按规范要求的级配范围即标准级配
? 1、试算法
? 因目前工程单位用的较多的是图解法，故试算法由
学生自习。
? 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 ①绘制级配曲线图
? ②确定各种集料的用量比例：两线相叠、两
线相接、两线相离。
? ③校核及调整
? 作业：完成第一章课后习题第一至第四个题的计算
? 课后小结：矿质混合料级配的好坏，直接地
影响着水泥混凝土或沥青混合料的技术性质，
因此学生必须掌握矿料的级配理论及设计方
法。图解法是本次课的重点。
? 课题,无机胶凝材料 教具用品,样品
? 教学目的,了解石灰、石膏等常用无机气硬胶
凝材料
? 重点难点,石灰、石膏的技术性质和用途
? 概述
? 定义：能够通过自身的物理化学作用，从浆体变成坚
硬的固体，并能把散粒或块块材料胶结成为一个整体
的材料，称为胶凝材料
? 分类
? 1、按化学成分
? ①有机胶凝材料：如沥青类、橡胶类等；
? ②无机胶凝材料：如石灰、石膏、水泥等。
? 2、无机胶凝材料按硬化条件
? ①气硬性胶凝材料：只能在大气中硬化，并且只能在
大气中保持一定的强度。如石灰、石膏。
? ②水硬性胶凝材料：既能用在大气中，又能用在水中
的胶凝材料。典型的代表是水泥。
2-1 石灰
? 一、石灰的生产工艺概述
? 主要原料：石灰石，其主要化学成分 CaCO3 MgCO3
以及杂质
? 生产过程,CaCO3在 1000℃ 下加热生成 CaO和 CO2Z
? 生石灰分类
? 1、优质生石灰：
? 洁白或带灰色，密度轻，一般 800— 1000kg/m3
? 2、过火石灰：
? 水化速度慢，体积膨化，产生“崩裂”现象，过火石灰
表面有裂缝或玻璃状的外壳，体积收缩明显，颜色呈灰
黑色，密度大
? 3、欠火石灰：含有未烧透的内核，效率低，粘结力差，
颜色呈深灰色。
? 二、石灰的熟化
? 1、熟化过程
? CaO+H2O Ca(OH)2+64.9KJ/mol
? 熟化过程应注意加水量、安全、烧伤、烫伤等
? 2、有关陈伏的概念
? 石料熟化后，必须在隔绝空气的条件下，放置
两个星期以上的时间，方可使用。这个过程叫
做陈伏。石灰陈伏的目的是为了消除过火石灰
的危害。
? 3、加水量不同，将会得到不同的熟石灰
? 熟石灰粉：加水适量，消化不结团
? 石灰膏：加水量较多，熟石灰呈半固态。
? 石灰乳：加水量更多一些，熟石灰呈流态。
? 4、将生石灰磨细成生石灰粉，则可不必预先
熟化、陈状，可直接使用，可节约场地，改善
施工环境，但成本高，存期不能过长
? 三、石灰的硬化
? 1、干燥硬化和结晶硬化
? 石灰中水分不断挥发，形成熟石灰结晶。
? 在该过程中，石灰强度增长不明显
? 2、碳化硬化
? Ca(OH)2+CO2+nH2O Ca CO3+(n+1)
H2O
? 该反应必须有水分存在时才能进行，且反应速
度缓慢
? 四、石灰的技术要求和技术标准
? （一）技术要求
? 1、有效 CaO和 MgO的含量
? 2、生石灰产浆量和未消化颗粒含量
? 3、二氧化碳（ CO2）含量
? 即未分解的 CaCO3的含量
? 4、消石灰粉游离水含量 游离水可使石灰碳化，
从而影响质量
? 5、细度 用 0.9mm及 0.125mm的筛进行筛分试
验，测定筛余量
? （二）石灰的技术标准
? 见教材中表 2-1,2-2,2-3,2-4
? 五、石灰的应用及储存
? （一）石灰的特点
? 1、可塑性好
? 2、强度低 28d的强度只有 0.2— 0.5mpa
? 3、耐水性差 因 Ca(OH)2易溶于水
? 4、体积收缩大
? 水分挥发，体积收缩，故石灰一般不宜单独使用，必
须掺入骨料（如砂）或纤维材料等，起到抗收缩开裂
的作用
? （二）石灰的应用
? 1、制作石灰乳 作用室内粉刷涂料
? 2、配制砂浆 一般不用消石灰粉
? 3、配制灰土或三合土,是良好的建筑物基础
和道路热层
? （三）石灰的储存
? 1、防潮，不同易燃物品混存、混运
? 2、如需要较长时间贮存生石灰，则应将其消
化后存放，并使表面隔绝空气，以防碳化。
? 课后小结：石灰及石膏均是无机结合料，属气
硬性材料，只能用于大气中，而不能用于水中。
? 课题,水泥 教具用品, 相关试验仪
器
? 教学目的,了解水泥的常见品种、水泥生产制
造过程及主要矿物成分
? 重点难点,水泥的主要矿物成分特征及其对水
泥技术性质的影响
2— 2 水泥
? 水泥概述
? 1、水泥历史不长，只 100多年的历史，但发展惊人
? 2、水泥品种
? 1）按化学成分为：
? ①硅酸盐类水泥
? 有六大类：硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、火山灰
硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、
复合硅酸盐水泥。
? ②铝酸盐类水泥
? ③无熟料（少熟料）类水泥
? 2）按用途分为：
? ①普通水泥
? ②特殊水泥
? 目前，在道路工程中，仍以硅酸盐水泥、普通硅酸
盐水泥为主，故本节着重介绍这两个品种的水泥。
此外，由于道路路面对水泥的特殊要求，近年来已
生产了道路水泥。
? 特殊水泥是为了满足一些特殊工程所生产的水泥，
如：快硬水泥、早强水泥、膨胀水泥等。
? 一、硅酸盐水泥与普通硅酸盐水泥
? 定义：凡由硅酸盐水泥熟料,0— 5%的石灰
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。即国外的
波特兰水泥 Portland cement 分为不掺混合
材料 PI和掺不超过 5%混合材料 PII
? (一 )硅酸盐水泥生产工艺概述
? 1、生产原料
? 石灰质原料 提供 CaO
? 粘土质原料 提供 SiO2 Al2O3 Fe2O3等
? 校正材料 一般为铁矿，用来补充原材料中铁质的
不足。
? 2、生产工艺
? ①按比例配生料并磨细
? 将以上三种原材料按一定的比例配好，并并磨细制
成生产水泥的生料。
? ② 窑中煅烧至 1450° C，形成熟料。
? 在高温煅烧过程中，原材料之间发生化学反
应，生成各种有用物质，尤其是 1450° C时
最关键，它是水泥中最重要的成分硅酸三钙
生成的温度。
? ③加入石膏磨细制成水泥。
? 即“两磨一烧”。
? （二）硅酸盐水泥的化学成分与矿物组成
? 1、硅酸盐水泥的矿物组成
? [原料 ] [矿物组成 ]
? 石灰质 CaO 3 CaO SiO2 C3S
? 粘土质 SiO2 2 CaO SiO2 C2S
? Al2O3 2 CaO Al2O3 C3A
? Fe2O3 4 CaO Al2O3 Fe2O3 C4AF
? 2、水泥熟料主要矿物组成的性质
? C3S是主要成分，含量 50%左右，水化速度
快，水化热高，且早期强度高，水化物对水
泥早期强度和后期强度起主要作用。
? C2S含量 10— 40%，水化速度慢，水化热低，
早期强度低，后期强度高，耐化学侵蚀性和
干缩性较好。
? C3A含量在 15%以下，水化速度最快，水化
热最高，耐化学侵蚀性差，干缩性大。
? C4AF含量 5— 15%，水化速度较快，水化热
较高，强度 低，但对于抗折强度起重要作用，
耐化学侵蚀性好，干缩性小。
? 3、水泥熟料主要成分特性比较（由高至低排
列）
? 1）反应速度 C3A C3S C4AF C2S
? 2）释热量 C3A C3S C4AF C2S
? 3）强度 C3S C2S C3A不高 C4AF对抗
强度有利
? 4）耐侵蚀性 C4AF C2S C3S C3A
? 5）干缩性 C3A最大 C3S居中 C4AF C2S最小
? 4、矿物组成对水泥性能的影响
? 不同的矿物成分，表现出不同的特性。水泥是由多
种矿物成分组
? 成的，改变各种矿物成分的含量比例以及它们之间
的匹配，则可
? 以生产出性能各异的水泥。如：
? 大坝水泥：降低 C3A C3S的含量，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。
? 课后小结：水泥的发展历史只有 100多年，但
是由于其自身的良好工程性质，因而被普遍
地应用于种类建筑物中。本次课重点学习水
泥的矿物组成、特点及其对水泥的技术性质
的影响。
?课题,水泥之二 教具用品,无
?教学目的,了解水泥凝结、硬化过程 水化反
应及物理变化
?重点难点,水化反应的过程对水泥凝结时间
的影响
2— 2 水泥
?一、硅酸盐水泥与普通硅酸盐水泥
?（三）硅酸盐水泥的凝结和硬化
?概念
?凝结：水泥加水后成为可塑的水泥浆体，
由于水泥的水化作用，水泥逐渐变稠失去
流动性和可塑性和未具强度 的过程，称为
水泥的凝结。
?硬化：水泥凝结后产生强度，逐渐发展成
为坚硬大道石的过程称为水泥的, 硬化,
?1、水泥的水化
?水泥遇水后，发生下列水化反应：
?1） C3S
?3CaO SiO2+nH2O x CaO SiO2
yH2O+(3-x) Ca(OH)2
?2)C2S
?2CaO SiO2+mH2O x CaO SiO2
yH2O+(2-x) Ca(OH)2
?3)C3A
?3CaO Al2O3+6 H2O 3 CaO Al2O3
6H2O
?水化铝酸钙在石膏激发下，发生水化反应
?3CaO Al2O3+3Ca SO4 2H2O+26 H2O
? 3CaO Al2O3 3Ca SO4 32H2O
?水化硫铝酸钙,AFt、钙矾石
? 4） C4AF
? 4 CaO Al2O3 Fe2O37 H2O CaO Al2O3 6H2O+
CaO Fe2O3 H2O
? 石膏存在的情况下，继续反应
? 4 CaO Al2O3 Fe2O3+3 Ca SO4 2 H2O+26 H2O
? 3CaO(Al2O3 Fe2O3) 3 Ca SO4 32 H2O
? 三硫型水化铁铝酸钙
? 无论是 C3A还是 C4AF，在水泥中石膏消耗完毕后，水泥中
尚未消化的 C3A或 C4AF将与其三硫型水化物反应，生成单
硫化物：
? 3 CaO Al2O3 3 CaSO4 32H2O +2[3 CaO
Al2O3]+4H2O 3[3CaO Al2O3 Ca SO4 12
H2O]AFm
?单硫型水化硫铝酸钙
?3 CaO(Al2O3 Fe2O3) 3 CaSO4
32H2O+4 CaO Al2O3 Fe2O3+n H2O
? 3 CaO(Al2O3 Fe2O3)
CaSO412H2O
?因此，水泥水化后，其主要水化物有六种，
列于下表：
硅酸盐水泥水化产物的化学组成
序号 水化产物名称 化学组成 常用缩写 含量
1 水化碳酸钙 xCaOSiO2yH
2O
C-S-H 70%
2 氢氧化钙 Ca(OH)2 CH 20%
3 三硫型水化硫铝酸
钙（钙矾石）
3CaO(Al2O3
Fe2O3) 3 Ca
SO4 32 H2O
C3A3CSH32 7%
4 单硫型水化硫铝酸
钙（单硫盐）
CaO(Al2O3F
e2O3)
CaSO412H2
O
C3A3CSH12
5 三硫型水化铁铝酸
钙
3CaO Al2O3
3CaSO4 12
H2O
C3（ AF） 3
CSH32
小于 3%
6 单硫型水化铁铝酸
钙
3CaO Al2O3
Ca SO4 12
H2O
C3（ AF）
CSH12
? 水泥颗粒表面覆盖 CSH为主的渗透胶，水化反应
慢，水泥颗粒仍然分散，保持塑性。
? 3）凝结期
? 渗透腊破裂，水泥进一步水化，生成大量 CSH，
水泥颗粒间接触点增多，趋近密实，逐渐失去可
塑性
? 4）硬化期
? 水泥继续水化，且 C4AF亦开始水化，孔隙进一步
被充填，逐渐产生强度
?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
? 水灰比越大，水泥凝结、硬化的速度越慢。
?2）石膏对水泥凝结、硬化的影响
? 水泥中加入适量的石膏，起到缓凝的作用，
提高了水泥的应用性能。过量的石膏将会
与水化铝酸钙反应，生成过多的水化硫铝
酸钙，引起水泥石结构破坏。
?3）温度、湿度对水泥凝结、硬化的影响
?水泥水化必须在一定的温度与湿度下才能
进行，当温度低于零度时，水泥水化不再
进行，并且结构亦因水的结冰，体积膨胀
而引起水泥结构破坏。
?4）水泥的龄期与强度的关系
?早期增长快，后期增长慢
?3— 7d强度发展快
?4周后显著减慢
?课后小结：水泥加水后，即起水化反应，
形成各种水化物，同时水泥浆的物理状态
亦随之发生改变。初凝、终凝是本次课的
重点内容。
?课题,水泥的技术性质与标准 教具用品,
相关仪器一套
?教学目的,了解硅酸盐水泥的各项技术性质及
其含义、标准要求
?重点难点,各性质的测定方法及要求
? 一、硅酸盐水泥及普通硅酸盐水泥
? （四）硅酸盐水泥的技术性质和技术标准
? 1、技术性质
? 1）化学性质
? ①氧化镁的含量：
? 指水泥中游离的 MgO含量，其水化反应速度慢，体积膨胀，
引起水泥体积不安定。规定 5.0%
? ② 三氧化硫酸含量
? 过多时，亦引起体积膨胀，不安定，规定 3.5%
? ③ 烧失量
? 由于受潮或煅烧不佳引起的，要求 PI3.0%,PII3.5%
PO5.0%
? ④ 不溶物
? 用盐酸溶解后的不溶残渣
? 规定 PI0.75%,PII1.50%
?2）物理性质
?①细度：指水泥颗粒的粗细程度
?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
?规定：硅酸盐水化比表面积大于 300m2/kg，其它几
种水泥在 80方孔筛筛余 10%
? ② 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
? 计算公式如下：
? 式中,mw—— 水泥达到标准稠度时的用水量（ g）
? mc—— 水泥质量（ g）
? 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=33.4— 0.185s)。
? b、调整水量法 s=28mmE2mm
? 即测定水泥的锥入深度达到要求时的水质量
100??
c
w
m
mP
?③ 凝结时间
?定义：水泥从加水到失去可塑性所需的时间
?其测定方法只有标准方法，没在代用方法：
?分为 1、初凝时间 试针沉入距底板,4mmE1mm
? 2、终凝时间 试针沉入试样,0.5mm
?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）
水泥净浆搅拌机
水泥标准稠度及凝结时间测定仪
?2、对普通硅酸盐水泥，其初凝不早于 45min的，终
凝不迟过 10h
?④ 体积安定性
?定义：反映水泥浆在凝结、硬化过程中，体积变化
的均匀程度。
?影响因素：三氧化镁含量、三氧化硫含量
?测定：煮沸法（试饼法、雷氏夹法）
?⑤强度,水泥胶砂强度试验,ISO法
?水泥：标准砂：水 =1,3,0.5 制成试件
40G40G160mm，在标准状态下，经养护后，测定
3d,28d的抗折、抗压强度
?A 强度等级,42.5 42.5R 52.5 52.5R 62.5 62.5R
?B 水泥型号：普通型、早强型
水泥沸煮箱
雷氏夹
水泥胶砂搅拌机
水泥胶砂振实台
水泥胶砂试模
标准养护箱
水泥胶砂抗折机
水泥抗压夹具
?2、技术标准
?见教材表 2— 11及相应规定
?其中规范规定：
?废品水泥,MgO,SO2初凝，安定性，不合
格时
?不合格品水泥：细度，终凝，不溶物，烧失
量及混合料过多，强度过低
?课后小结：硅酸盐水泥的各项技术性质主要
包括：水泥的化学性质、物理性质及力学性
质。其中：水泥标准稠度用水量、凝结时间、
安定性及强度等级是本次课的重点内容，教
学中除了讲清楚理论知识外，必须结合仪器
讲清楚各性能的测定方法。
? 课题,水泥石的腐蚀及防治 教具用品,
无
? 教学目的,了解常见水泥石的腐蚀原因及防
治措施
? 重点难点,水泥内部组成、成分等对水泥腐
蚀的影响
? 一、硅酸盐水泥及普通硅酸盐水泥
? （五）、硅酸盐水泥的腐蚀与防治
? 水泥制品长期处于某些腐蚀性液体或气体介质中，
使得水泥石结构遭到破坏，强度降低，甚至整个
工程遭到破坏，这种现象称为水泥石腐蚀。
? 1、腐蚀原因
? （ 1）淡水的腐蚀（溶析性侵蚀） Ca（ OH） 2溶
于水中，不断溶解，导致水化硅酸钙、水化铝酸
钙的分解。
? 影响因素：水泥石中氢氧化钙含量的多少，水泥
混凝土的密实度、水的软硬程度。
? 试验 水泥：砂 =1,5，水泥：水 =1,0.35，制
成长 80mm，直径 57mm的试件，放在渗滤软水
溶液中 30昼夜，溶出 CaO27%，强度下降
49.9%。
? （ 2）酸类腐蚀
? Ca(OH)2+2HCl→ CaCl2+2H2O
? 溶解
? Ca(OH)2+H2SO4→ Ca SO4+2H2O
? 结晶膨胀
? （ 3）碳酸水的腐蚀
? Ca(OH)2+CO2+H2O→ CaCO3+2H2O
? CaCO3+CO2+H2O→ Ca（ HCO3） 2
? （ 4）盐类腐蚀
? Ca(OH)2+Na2SO4+2H2O→ Ca SO4+2H2O+NaOH
? 又与 CAH起反应生成 CA3H
? Ca(OH)2+MgSO4+2H2O→ Ca SO4,2H2O+Mg(OH)2
? 无胶凝能力
? 由上可见：水泥腐蚀的内因是水泥中的 Ca(OH)2和 C3AH6；
外因是环境中含有腐蚀性介质。
? 2、及治措施
? （ 1）合理选用水泥品种；
? （ 2）提高水泥石的密实度（控制 W/C）；
? （ 3）敷设耐蚀防护层。
? （五）硅酸盐水
? 宜用于：要求早期强度高、冬季施工及严寒地区
遭受反复冰冻的工程。
? 不宜用于：大体积混凝土工程、耐热工程。泥的
应用
? （六）硅酸盐水泥的运输和保管
? 储存运输时要防潮、防水；
? 保管时要（ 1）通风、防潮（ 2）存期不要超过 3
个月，过期水泥应重新标号（ 3）不同标号、不同
品种的水泥应分开堆放。
? （七）普通硅酸盐水泥
? 凡由硅酸盐水泥熟料掺入 6-15%混合材料与适量
石膏共同磨细生成的水硬性胶凝材料，称为普通
水泥，代号 PO。
? 强度等级有,32.5,32.5R 42.5,42.5R、
52.5,52.5R、共六级。
? 课后小结：水泥是水硬性胶凝材料，被广
泛地应用于各个领域的工程建设中，正确
认识水泥的腐蚀，有效地采取相应的预防
及补救措施。
? 课题,掺混合料的硅酸盐水泥 教具用品,
无
? 教学目的,了解各种混合料的类型、品种特
征及用途
? 重点难点,不同混合水泥之间的区别及选用
原理
? 二、掺混合料的硅酸盐水泥
? （一）定义：为改善硅酸盐水泥水泥的某些性能，
增加水泥品种，扩大水泥使用范围，并达到降低
成本，增加产量的目的，可以在硬硅酸盐水泥熟
料中掺入适量的混合料，与石膏共同磨细制成的
不同品种的硅酸盐水泥，称为掺混合料的硅酸盐
水泥，简称混合水泥。
? （二）、混合材料的类型
? 1、活性混合料，分为
? 粒化高炉矿渣
? 火山灰质混合材料
? 粉煤灰
? 2、非活性混合料（又称填充性混合材料），如：
石英砂、石灰石、粘土等，以及不符合技术要求
的粒化高炉矿渣、粉煤灰及火山灰质混合材料。
? （三）混合水泥种类
? 1、矿渣硅酸盐水泥，简称矿渣水泥，代号
PS
? （ 1）、定义及技术性质
? 定义：凡由硅酸盐水泥熟料和粒化高炉矿
渣，适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，
即为矿渣硅酸盐水泥。
? 技术要求见教材表 2-14,2-15所示
? （ 2）、矿渣水泥的水化、硬化过程
? 1）、首先是水泥熟料水化成为水化物
? 2）、矿渣再水化如下
? xCa(OH)2+SiO2+m H2O→ xCaO,SiO2.mH2O
? yCa(OH)2+ +n H2O→ yCaO,Al2O3.nH2O
? （ 3）、矿渣水泥的性能及应用
? 1）、特点
? A、抗软水及硫酸盐腐蚀能力强
? B、水化热低
? C、早期强度低
? D、耐热性较强
? E、保水性差
? 2、火山灰水泥，简称火山灰水泥，代号 PP
? （ 1）、定义及技术性质
? 定义：凡由硅酸盐水泥熟料和火山灰质混合料，
适量石膏磨细制
? 成的水硬性胶凝材料，即为火山灰质硅酸盐水泥。
? 技术要求见教材表 2-14,2-15所示
? （ 2）、火山灰质水泥的水化、硬化过程与矿渣水
泥的相同，首先是水泥熟料水化成为水化物，然
后火山灰质再与水泥的水化物起化学反应。
? （ 3）、火山灰质水泥的性能及应用
? 1）、火山灰水泥凝结硬化缓慢，早期强度低，后期强度
高。
? 2）、火山灰水泥具有良好的抗渗性、耐水性及一定的抗
腐蚀能力。
? 3）、火山灰水泥保水性差。
? 4）、火山灰水泥具有较低的水化热，适用于大体积工程。
? 3、粉煤灰硅酸盐水泥，简称粉煤灰水泥，代号 PF
? （ 1）、定义及技术性质
? 定义：凡由硅酸盐水泥熟料和粉煤灰，适量石膏磨细制成
的水硬性胶凝材料，即为矿渣硅酸盐水泥。
? 技术要求见教材表 2-14,2-15所示
? （ 2）、粉煤灰水泥的水化、硬化过程与矿渣水泥相似，
首先是水泥熟料水化成为水化物，再由粉煤灰与水泥的水
化物发生反应。但这个过程也有不同之处，粉煤
? 灰的活性组分主要是玻璃体，这种玻璃体比较稳
定而且结构致密，不易水化。在 Ca(OH)2的激发
下，经过 28d到 3个月的水化龄期，才能在玻璃体
表面形成水化硅酸钙和水化铝酸钙。
? （ 3）、粉煤灰水泥的性能及应用
? 1）、粉煤灰水泥凝结硬化缓慢，早期强度低，后
期强度高，甚至赶上或明显地超过硅酸盐水泥。
? 2）、粉煤灰内比表面积较小，吸附水的能力小，
因而这种水泥干缩性小，抗裂性较强。
? 3）、粉煤灰水泥泌水较快，易引起失水裂缝，在
硬化早期应加强养护，并采取一定的工艺措施。
? 课后小结：混合水泥是在硅酸盐水泥熟料
中加入一定的混合材料，从而达到降低成
本，改善性能，扩大水泥的目的。本次课
的重点内容是各种混合水泥的特性及工程
适用情况。
? 课题, 稳定土 教具用品, 无
? 教学目的,了解稳定土的组成材料的种类及
技术性质与组成设计
? 重点难点,稳定土的强度试验方法及结合料
剂量确定方法
2— 3 稳定土材料
? 一、概述
? 1、定义：稳定土是在粉碎的或原来松散的土中，掺入足
量的石灰、水泥、工业废渣、沥青及其它材料后，经拌合、
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。
? 2、适用范围：
? 适用于路面的基层及底基层，不适用于路面的面层。
? 3、分类：按所用结合料可分为以下几种：
? 1）、石灰稳定土；
? 2）、水泥稳定土；
? 3）、沥青稳定土；
? 4）、石灰稳定工业废渣；
? 5）、综合稳定土等
? 二、稳定土材料的组成
? （一）稳定土的基本材料
? 组成稳定土的基本材料是土，一般规定土的液限
不大于 40%，塑性指数不大于 20%，且级配良好。
? （二）稳定土的外掺材料
? 1、石灰
? 各种化学组成的石灰均可用于稳定土，石灰的最
佳剂量，对粘性土和粉性土为干
? 土重的 8%~16%，对砂性土为干土重的
10%~18%。
? 石灰的稳定效果：可使土粒胶结成整体，密实性
提高，水稳定性提高，强度提高。
? 2、水泥
? 各种水泥均可都可用于稳定土，通常情况下硅酸盐水泥比
铝酸盐水泥的稳定效果好。在保证质量的前提下，应尽可
能降低水泥的用量。
? 3、粉煤灰
? 粉煤灰加入土中既能起填充的作用，又能与石灰反应，生
成起胶结作用的产物，从而达到改善稳定土的水稳定性、
提高强度与密实度的目的。
? 4、沥青
? 各种沥青，包括：石油沥青、煤沥青、乳化沥青、沥青膏
浆等均可用于拌合稳定土。一般情况下多用液体沥青。
? 沥青加入土或集料中，可分两种类型：
? 结构沥青：有利于提高沥青稳定土的水稳定与强度。
? 自由沥青：在稳定土压实时起润滑和填充的作用。
三、稳定土的性质
? （一）、强度
? 1、强度形成原理
? （ 1）、离子交换作用
? 所谓离子交换作用是指稳定剂中高价阳离子在一
定的条件下替换土中某些低价金属离子等的作用。
通过离子交换，使土粒凝聚而增强了粘聚力，并
使其水稳定性提高。能发生离子交换作用的稳定
剂有石灰、水泥等。
? {土 +Na+,K+}+Ca2+→ {土 + Ca2+}+ Na+
（ 或 K+）
? （ 2）、碳酸化作用
? 碳酸化指消解石灰或水泥产物 Ca(OH)2吸咐空气
中的 CO2气体，生成碳酸钙的过程，其化学反应
式如下：
? Ca(OH)2+CO2+nH2O→ CaCO3.+ (n+1)H2O
? （ 3）、结晶作用
? 当土中 Ca(OH)2浓度达到一定程度时,Ca(OH)2即
会由饱和溶液转变成过饱和溶液，形成晶体，其
化学反应式如下：
? Ca(OH)2+nH2O→ Ca(OH)2,nH2O
? 由此作用，使土的密实度得以改善，强度提高，
水稳定性也因晶体 Ca(OH)2溶解度比非晶体
Ca(OH)2小而改善。
? （ 4）、火山灰反应
? 火山灰反应指活性 SiO2和 Al2O3在 Ca(OH)2激发下产生的
化学反应，生成类似硅酸盐水泥的水化产物，即水化硅酸
钙和水化铝酸钙的过程，其反应式如下：
? mCa(OH)2+SiO2+(n-1)H2O→ mCaO.SiO2,nH2O
? mCa(OH)2+ Al2O3+(n-1)H2O→ mCaO,Al2O3 nH2O
? （ 5）、硬凝反应
? 此作用主要是水泥水化生成胶结性很强的各种物质，能够
将松散的颗粒胶结成整体材料，提高材料的稳定性能。
? （ 6）、吸咐作用
? 某些稳定剂加入土中后能吸咐于土颗粒表面，使土颗粒表
面具有憎水性或使土颗粒表面粘结性增加，如沥青材料。
? 2、影响稳定土强度的因素
? （ 1）、土质
? 对于石灰稳定土和石灰粉煤灰稳定土，用塑性指数为
10%~20%的粘性土较适宜，不适宜用塑性指数小于 10%
的低塑性土及重粘土。
? 对于水泥稳定土，可用各种砂砾、粉土和粘土，但级配良
好的粗、中颗粒的土比单纯粘性土较适宜。
? （ 2）、稳定剂品种及用量
? 当采用石灰稳定剂时，必须测定石灰中有效氧化钙和氧化
镁的含量，宜用技术等级为 3级以上的石灰。
? 用水泥稳定时，硅酸盐水泥比铝酸盐水泥效果好一些，不
宜采用快硬或早强水泥。
? 水泥稳定土的强度随水泥剂量增加而增加，石灰稳定土的
强度则存在一个最佳石灰剂量值，超过或低于此值，石灰
稳定土的强度则降低。
? （ 3）、含水量
? 存在一个最佳含水量。
? （ 4）、密实度
? 希望密实度越大越好。
? （ 5）、施工时间长短的影响
? 主要针对水泥稳定土，要求其从开始加水到完全
压实的时间尽可能短，一般不要超过 6h。
? （ 6）、养生条件
? 稳定土必须在适当的温度、湿度下养护，其强度
才会不断提高。
? （二）、稳定土材料的变形性能
? 1、缩裂特性
? 干缩：随着无机结合料稳定土强度的不断形成，
水分逐渐消耗以及蒸发，体积发生收缩，收缩变
形受到约束时，逐渐产生裂缝，即为干缩裂缝。
? 温缩：无机结合料稳定土具有热胀冷缩性质，随
着气温的降低，稳定土会产生冷却收缩变形，收
缩变形受到约束时，逐渐形成裂缝，即为温缩裂
缝。
? 2、裂缝防治措施
? （ 1）、改善土质：稳定土用土越粘，则缩裂越严
重。
? （ 2）、控制含水量及压实度。
? （ 3）、掺加粗粒料。
? （三）稳定土材料的疲劳特性
? 石灰粉煤灰稳定材料的抗疲劳性能优于水泥砂砾，
但水泥稳定土的强度因素对提高疲劳寿命也有利。
? （四）、稳定土材料水稳定性和冰冻稳定性
? 可用浸水强度试验和冻融循环试验来评价。
? 影响稳定土材料水稳定性和冰冻稳定性的因素有：
土类、稳定剂种类及剂量、密实度及龄期。
四、稳定类材料组成设计
? （一）、设计标准：主要考虑强度和耐久性。
? （二）、材料组成设计步骤
? １、原材料试验
? ２、拟定混合料配合比
? （１）、选定不同的稳定料剂量，制备同一种土样的混合
料试件若干个。
? （２）、通过击实试验确定混合料的最佳含水量和最大干
密度。
? （３）、按最佳含水量和计算得的干密度制备试件，进行
强度试验
? ３、试件的强度试验
? ４、选定石灰或水泥剂量。
? 课后小结：各种类型的稳定材料是路面基
层常用材料，其强度及变形受诸多因素的
影响，其中最重要的是土质、稳定剂品种
及数量、含水量等。
? 课题,普通水泥混凝土对组成材料要求
? 教具用品,无
? 教学目的,了解混凝土组成材料的种类及技术
要求
? 重点难点,水泥品种与强度等级选用
第三章 水泥混凝土和砂浆
? 定义：水泥混凝土是由水泥和水组成的水泥
浆体，为粘结介质，将分散其间的不同粒径
的粗、细集料胶结起来，在一定条件下，硬
化成为具有一定力学性能的一种人工石材。
? 分类：
? 1、按表观密度分为
? ①普通混凝土 ②轻混凝土 ③重混凝土
? 2、按强度分为
? ①低强度混凝土 ②中强度混凝土 ③高强度混凝土 2、按流
动性分为
? ①塑性混凝土②低流动性混凝土③干硬性混凝土
? 混凝土的优缺点
? 优点,1、抗压强度较高，耐久性好，耐火性好，养护费用
极少；
? 2、新拌混凝土具有良好塑性，可加工成任何形状；
? 3、材料来源广泛，便于就地取材，价格便宜；
? 4、可以根据工程要求改变材料配合比来满足需要。
? 缺点,1、抗拉强度低；
? 2、由于干缩，易出现裂缝；
? 3、施工日期长；
? 4、自重较大；
? 5、结构拆除比较困难。
3— 1普通水泥混凝土
? 一、普通水泥混凝土组成材料
? 1、水泥
? 2、水
? 此两者组成水泥浆，起流动胶结作用
? 3、粗集料
? 4、细集料
? 此两者起骨架作用
? 各种材料所占比例见下表所示：
? 混凝土组成及各组分材料绝对体积比
组成成
分
水泥 水 砂 石 空气
占混凝
土总体
积的
（ %）
10~15 15~20 20~33 35~48 1~3
22~35 66~48 1~3
? （一）水泥
? 1、水泥品种选择：应根据工程特点、气候与环境条件选择；
? 2、水泥强度等级：考虑混凝土抗压强度（低强度时 1.5-2.0
倍，高强度时,0.9-1.5倍）。
? （二）细集料
? 具体要求
? 1、有害杂质含量
? （ 1）含泥量及泥块含量
? d<0.08mm的尘屑、淤泥和粘土为泥
? d>1.25mm 手捏后可破碎成小于颗粒者称为泥块
? （ 2）云母含量 <2%
? （ 3）轻物质含量 的颗粒
? （ 4）有机质含量，延缓硬化过程，影响强度
? （ 5）硫化物与硫酸盐含量
0.2??
? 2、粗细程度与颗粒级配
? 3、压碎值和坚固性
? 压碎值,C30以上混凝土,Qa小于或等于
35%
? C30以下混凝土,Qa小于或等于 50%
? 坚固性,5次循环，质量损失小于 10%
? （三）粗集料
? 1、强度与坚固性 见教材表 3-5所示
? 2、有害杂质含量 见教材表 3-7所示
? 3、最大粒径及颗粒级配
? ①最大粒径及混凝土的影响：在条件容许的前提下，
越大越好
? ②规范对 D的要求
? ③颗粒级配应满足教材表 3-8要求所示
? 4、颗粒形状及表面特征
? 针状颗粒,L>2.4d平均
? 片状颗粒：厚度 d<0.4d平均
? 5、碱活性检验
? 其规定见表 3-9所示
? 课后小结：水泥混凝土的基本组成材料包括
粗集料、细集料、水泥及水。如何控制各项
材料的质量是保证混凝土质量的关键，亦是
本次课的重点内容。
课题,混凝土的技术性质（一）
教具用品, 相关的试验仪器
教学目的,了解混凝土的各项技术性质的含
义及其测定方法、影响因素
重点难点,混凝土的工作性及强度
3-1 普通水泥混凝土的技术性质
对于水泥混凝土的技术性质，通常分两种情况进行分析：
一是新拌混凝土混合料的性质，二是凝结硬化的混凝土的
性质，本次课重点讲解新拌混凝土混合料的工作性。
（一）新拌水泥混凝土的工作性（和易性）
1、新拌混凝土工作性的概念
指混凝土拌和物易于施工操作且成型后质量均匀密实的性
质。
它包括以下三个方面：
①流动性：指混凝土拌和物在自身或机械振捣下，能产生
流动且能均匀密实地填滿模板的性能。
②粘聚性：组成材料之间有一定的粘聚力
③保水性：具有保持一定水分能力，不致产生泌水
2、新拌混凝土工作性的测定方法
目前缺少全面的测定方法，主要偏重于测定流动
性
1）坍落度（ mm）试验
按规定拌和水泥混凝土混合料，将坍落筒按要求
湿水，然后分三层将拌和物装入筒内，每层捣实
25次，测定坍落强度 H(mm)。
坍落度试验只适用于集料最大粒径 D不大于 40mm，
坍落度 H不小于 10mm的新拌混凝土。
在试验测定的同时，必须观察棍度，含砂情况、粘聚性、
保水性，以定性评价其工作性。
2）维勃稠度
适用于 D不超过 40mm，维勃稠度 5— 30s之间的干硬性混
凝土的稠度测定
3、新拌混凝土工作性的选择
1）桥涵混凝土工作性选择
见表 3-11，应考虑下列因素：结构物断面尺寸、钢筋疏密
程度、振捣方式。
2）路面混凝土工作性选择
一般选 10— 25mm
4、影响混凝土混合料工作性的因素
1）水泥浆的数量和集浆比
①正常情况：水泥浆充满集料间隙略有剩余
②用浆过多：流浆，浪费水泥，且影响强度，耐久性
③用浆过少：产生分层，泌水
水泥浆质量
集料质量集浆比 ?
维勃稠度仪
2）水灰比的影响
过大：可使水泥浆变稀，但易产生流浆、
离析，甚至影响强度。
过小：可使水泥浆变稠，但拌和物流动性
小。
所以要选择合理水灰比
混凝土中水泥用量
混凝土用水量水灰比 ?
C
W
3）砂率
砂率对坍落度的影响见下图
含砂率(合理）
坍落度（mm)
3）砂率
砂率对坍落度的影响见下图
4）水泥的品种和集料的性质
①水泥品种
不同的水泥，达到标准稠度用水量不同，其所表
现出的工作性亦不一样。
②集料表面特征，如碎石与卵石
5）外加剂
使用外加剂，可在不增加用水量及水泥用量的前
提下，有效地改
善水泥混凝土的工作性。如减水剂等。
6）温度与搅拌时间
如夏季与冬季在施工中注意的问题不一样，搅拌
时间过短，拌和物的工作性差。
5、改善工作性的措施
1）调节材料组成
设计合理的配合比，使之有较好的工作性。
2）掺加外加剂
合理地利用外加剂，改善混凝土的工作性。
3）提高振捣的效能
课后小结：水泥混凝土拌和马歇尔物的施
工和易性包括了流动性、可塑性、稳定性
和易密性，它们之间既有联系又有区别。
?课题,混凝土的技术性质
?教具用品, 相关仪器
?教学目的,了解硬化后混凝土的各项技术性质
及要求
?重点难点,混凝土的抗压、抗折强度含义及测
量方法
3-1 普通水泥混凝土的技术性质
? 二、水泥混凝土的技术性质
? （二）硬化后混凝土的力学性质
? 1、强度
? 1）抗压强度标准值和强度等级
? ①立方体抗压强度 fcu
? 制作 150X150X150mm试件，养护 28d，测定强度
? 三个值的算术平均值作为测定值，误差 ± 15%，若
任一个超过 15%，取中值作为测定值，若两个超过
15%，则测定结果无效。
A
Ff
cu ?
混凝土搅拌机
振动台
抗压试模
? ② 立方体抗压强度标准值 fcu,k
? 指保证率为 95%时的抗压强度
? ③强度等级 C7.5 C10 C15 C60 共 12个强度等
级，由抗压强度标准值确定。
? 2）抗折强度（ fcf）
? 试件尺寸为 150x150x150mm30，养护 28d，测定其
强度值。
? 数据取舍方法同抗压强度试验 加荷速度 3.8kN—
5.3kN/s
? 3）轴心抗压强度
? 用尺寸为 150mmx150mmx300mm的棱柱体试件，
进行测定：
A
Ff
cp?
? 4）劈裂抗拉强度
? 制作尺寸为 150mmX150mmX150mm的试块，试件中心间内用圆弧为垫
条施加两个方向的均布压力
? 2、影响混凝土强度的因素
? 1）材料组成对混凝土强度的影响
? ①水泥强度和水灰比
? 式中,fce为水泥的实际强度，可经过试验测定，亦可用下列经验
A
F
A
Ff
ts
6 3 7.02 ??
?
?
?
??
?
? ??
bceacu w
cff ??
28.
? 公式计算：
? 该公式经 1919年美国,1925年挪威,1930年瑞士学者们论
证。
? ②集料特征、形状及表面特征
? 特别是粗集料的形状与表面特征对强度有着直接的影响。
? ③
? 就混凝土强度而言，存在着最优浆集比。
? 2）养护条件：温度、湿度
? 混凝土拌和后必须保持适当的温度和湿度，使水泥充分水化，
以保证混凝土强度不断提高。
gcecce ff,?? ?
集粒体积
水泥浆体积浆集比 ?
? 3）龄期：混凝土在正常养护条件下，强度随龄期
的增长而增长，它们之间的关系可用下式表示：
? 4）试验条件：试件形状与尺寸、试件湿度、试件
温度、支承条件和加载方式等
? 3、提高混凝土强度的措施
? 1）采用高强度水泥
? 2）增加混凝土密实度
? 3）蒸气养护、蒸压养护
? 4）掺外加剂
acuncu fa
nf
,,lg
lg?
? 4、混凝土的变形
? 1）非荷载作用变形
? （ 1）化学收缩 由水化反应引起，不能恢复
? （ 2）干湿变形
? 收缩值 >膨胀值 约 30— 60%
? （ 3）温度变形
? 2）荷载的变形：弹性变形、塑性变形、徐变形
? （三）混凝土的耐久性
? 1、抗冻性 100mmx100mmx400mm的棱柱体
? -170C— 50C 冻融循环，测定混凝土试件所能承
受的循环次数，有确定其抗冻能力：
? 抗冻标号等级,D25 D50 D100 D150 D200
D300
? 2、耐磨性
? 测定 150mmx150mmx150mm试件，养护 17d 60C
烘干后，在 200N负荷下磨 50转，测其单位面积质量
损失
? 3、碱集料反应
? 我国现行规范用最大水比灰及最水水泥来控制混凝
土的耐久性，见教材表 3-18所示
? 课后小结：硬化后的水泥混凝土的技术性质主要包
括强度及变形两个方面，影响强度的因素有很多，
水泥的强度等级及水灰比是最重要的因素。
?课题,普通混凝土的组成设计
?教具用品, 挂图
?教学目的,掌握普通水泥混凝土配合比设计的
方法、基本要求及步骤
?重点难点,试配强度与设计强度的关系
3-1 普通水泥混凝土
? 三、普通水泥混凝土的组成设计：
? （一）概述
? 混凝土各组成材料用量之比即为混凝土的配合比，混凝土配
合比设计的内容，包括选料和配料两部分，本节重点讲解配
料方面的内容。
? 1、混凝土配合比表示方法
? （ 1）单位用量表示法：以 1m3混凝土中各种材料的用量表
示
? 水泥：水：砂：石 =X,Y,Z,A
? （ 2）相对用量表示法
? 以水泥质量为 1，并按水泥：细集料：粗集料；水灰比的顺
序表示。
? 2、混凝土配合比设计的基本要求
? 1）满足结构设计强度的要求
? 试配强度 >设计强度
? 2)满足施工工作性的要求
? 3)满足环境耐久性的要求
? 设计配合比时，应考虑最大水灰比、最小水泥用量
? 4）满足经济性的要求
? 在满足前三项的前提下，尽量节约水泥，合理使用
材料，以降低成本。
? 3、水泥混凝土配合比设计的三个参数：
? ①水灰比 W/C
? ② 砂率 ③单位用水量（水泥浆与集料的关系）
?4、混凝土配合比设计的步骤
?（ 1）计算初步配合比
?（ 2）提出基准配合比
?（ 3）确定试验室配合比
?（ 4）换算工地配合比
gvsvwvcv mmmm,：：
gasawaca mmmm,：：
gbsbwbcb mmmm,：：
gswc mmmm,：：
?（二）普通混凝土配合比设计方法（以抗压
强度为指标）
?1、初步配合比计算
?1）确定试配强度 fcu,0
? 式中：
?645.1,0,?? kcucu ff
1
1
2
,
2
?
?
?
?
?
n
fnf
n
i
cuicu ?
?
?2）计算水灰比
?①按强度计算
?式中：
? ②复核耐久性
?按砝码耐久性要求，复核水灰比不得大于表
中的规定。
?3）选定单位用水量 mw0
?根据粗集料品种、粒径及施工要求的混凝土
稠度，查表选择。
cebacu
cea
ff
f
C
W
??
?
?
?
0.
kcecce frf,?
? 4）计算单位水泥用水量 复核耐久性
? 5）选定砂率
? 方法一：查表确定（坍落度、粗集料品种、最大粒
径及水灰比）
? 方法二：对坍落度大于 60mm的混凝土，查表后应
作调整。
? 方法三：坍落度小于 10mm的混凝土，其砂率应经
试验确定。
? 6）计算粗、细集料单位用量（ mgo mso）
com
C
W
m
m woco ?
s?
?① 质量法
?②体积法
s
goso
so
cpgosowoco
mm
m
mmmmm
???
?
????
100
s
gos
s
g
g
s
s
w
w
c
c
mm
m
mmmm
?
?
????
??
?
?????
100
100010
0
0
0000
? 2、试配、调整提出基准配合比
? 1）试配：按初步配合比称取相应的材料作工作性
及强度试验
? 2）校核工作性，确定基准配合比
? 3、检验强度，确定试验室配合比
? 1）制作试件，检验强度
? 三组试件：一组为基准配合比，一组试件水灰比
为,第三组试件的水灰比为
? 2）确定试验室配合比
? 测定强度与湿表观密度
? 选择既满足强度要求，工作性又满足要求的配合比
作为试验室配合比。
05.0?cw
05.0?cw
? 4、施工配合比换算
? 设施工现场砂、石含水率分别为 a%,b%，则施工
配合比中各材料单位用量为：
bcc mm ??
? ?%1 amm bss ?? ?
? ?%1 bmm bgg ?? ?
? ?%% bmammm gbbsbww ???? ??
?课后小结：水泥混凝土配合比设计共分四大
步骤：初步配合比设计、基准配合比设计、
试验室配合比设计及施工配合比设计。正确
掌握各个步骤的实质是本节课的关键。
? 课题,混凝土配合比设计
? 教具用品, 无
? 教学目的,通过例题进一步了解掌握混凝土
配合比设计方法
? 重点难点,例题、试拌与调整的方法
3-1 普通水泥混凝土的技术性质
? 五、混凝土配合比设计
? 5、混凝土配合比设计例题
? [题目 ] 试设计钢筋混凝 T型桥梁用混凝土
配合比
? [原始资料 ]
? （ 1）已知混凝土设计强度等级为 C30，无
强度历史统计资料，要求混凝土拌和物坍
落度为 30-50mm，桥梁所在地区属寒冷地
区
? （ 2）材料组成：可供硅酸盐水泥，等级为
42.5,富裕系数,砂为中砂，
表观密度 含水量 w=3%，碎石最
大粒径为 dmax=31.5mm，表观密
度,含水量 w=1%
? [设计要求 ]
? （ 1）按资料计算初步配合比
? （ 2）按初步配合比在试验室进行材料调整
得出试验室配合比
3/10.3 mgc ?? 1.1?c?
3/65.2 mgs ??
3/70.2 mgg ??
? [设计步骤 ]
? 1、计算初步配合比
? 1）确定混凝土配制强度（ fm,o）
? 2）计算水灰比 w/c
? ① 计算水泥实际强度
?
M p aff kcuocu 2.385645.130645.1 0,,?????? ?
M p aff kcecce 75.465.421.1,????? ?
? ② 计算水灰比
? 2）按耐久性复核水灰比
? 查表 P84 表 3-18 允许最大水灰比 0.55
? 故取 w/c=0.54
? 3)确定单位用水量（ mwo）
? 查表 3-20 P85 mwo=185
54.075.4607.046.02.38 75.4646.0
,
???? ????
cebaocu
cea
ff
f
c
w
??
?
? 4）计算单位水泥用量（ mco）
? （ 1）计算
? （ 2）复核耐久性 查表 3-18 最小水泥用量
=280kg/m3，则 mco=343kg/m3
? 5）选定砂率 ( )
? 查表 3-21 P84
取
? 6）计算砂石用量
3/3 4 3
54.0
1 8 5
/ mkgcw
mm wo
co ???
s?
%33?S?
? (1)采用质量法
? 设
? 则
? 即
? 解方程得
3/2400 mkgm cp ?
cpwocogoso mmmmm ????
s
goso
so
mm
m ??
?
1 2 53 4 32 4 0 0 ???? goso mm
33.0??
goso
so
mm
m
3/618 cmkgm so ?
3/1254 cmkgm go ?
? (2)采用体积法
? 解方程得 mso=615
? mgo=1248
? 2、调整工作性，提出基准配合比
? 1）计算试拌材料用量
6941011851.334310070.265.2 ?????? goso mm
33.0??
goso
so
mm
m
3/cmkg
3/cmkg
? 拌合混合料各材料用量（设试拌 15L混凝土混合料）
? 水泥,343× 0.015=5.15kg
? 水,185× 0.015=2.78kg
? 砂,615× 0.015=9.25kg
? 碎石,1248× 0.015=18.72kg
? 2）调整工作性
? 将上述各材料拌和后，测定工作性，按以下几种情况调整：
? ①测得坍落度值符合设计要求，其它各项性能良好，则该
盘混凝土用来浇制检验强度或其它指标的试块
? ②坍落度值符合要求，其它性能不要求，则应加大砂率，
重新称料，搅拌检测
? ③坍落度低于设计要求，可把所有拌和物收集，保持水灰
比不变，增加水泥浆用量，重新搅拌后再检验其坍落度，
若一次添料后即能满足要求，则此调整后的配合比即为基
准配合比，如果一次添料不能满足要求，则该盘混凝土作
废，重新称料调整，直至符合要求为止
? ④ 如坍落度大于设计要求，则该盘混凝土作废，保持水灰
比不变，减少水泥浆用量，称料拌合进行测定。
? 3）提出基准配合比
? 3、检验强度，测定试验室配合比
? 1）检验强度
? 三组试件，水灰比分别为
? A,0.49 水泥用量,2.92/0.49=5.96
? B,0.54 水泥用量,2.92/0.65=5.41
? C,0.59 水泥用量,2.92/0.59=4.95
? 作图找出标准水灰比
? 经作图，混凝土的标准水灰比为 0.55。
? 2）确定试验室配合比
? 用水量
?
? ? 3/1 9 405.011 8 5 mkgm wb ???
3/3 5 355.01 9 4 mkgm cb ???
? 体积法：
28d立
方体抗压强度f(MPa)
20
1.5
30
25
40
35
45
50
混凝土28d抗压 强度与灰水比关系曲线
灰水比（C/W)
1.6 1.7 1.8 1.9 2.0
2.1
解得
6821011941.33531 0 0 070.215.2 ?????? gbsb mm
33.0?
? gbsb
sb
mm
m
604?sbm 1226?gbm
? 密度核实
? 计算湿表观密度
? 实测湿表观密度
? 4、换算工地配合比
? 已知砂的含水量为 5%，碎石的含水量为
1%，则该混凝土的施工配合比为 L
? 水泥用量
? 砂用量
? 碎石用量
ec,?
tc,?
ec
tc
,
,
?
?
? ?
3/3 6 0 mkgm c ?
? ?%514 1 5 5 ??sm
? ?%111 2 5 5 ??gm
? ?%11 2 5 5%55.61 9 8 ?????wm
? 课后小结：工作性调整及试验室配合比确
定是正确理解例题的关键。
? 课题,路面混凝土配合比设计
? 教具用品, 无
? 教学目的,了解掌握路面混凝土配合比设计方
法
? 重点难点,水灰比及单位用水量计算公式
3-1 普通水泥混凝土
? 三、普通混凝土配合比设计方法
? （三）路面水泥混凝土配合比设计方法（以抗弯拉
强度为指标的设计方法）
? 基本要求：施工工作性、抗弯拉强度、耐久性（包
括耐磨性）、经济合理性
? 1、计算初步配合比
? （ 1）确定配制强度
? k为系数，施工水平较高者取 1.10，一般者取 1.15
kcfcf kff,0,?
? （ 2）计算水灰比（ w/c）
? 对碎石混凝土
? 对于卵石混凝土
? 规范规定，路面混凝土水灰比一般不小于 0.40，不
大于 0.50
5684.1
)3485.00079.1(,,fceocf ff
w
c ???
2684.1
)4565.05492.1(,,fceocf ff
w
c ???
? （ 3）计算单位用水量（ ）
? 对于碎石混凝土
? 对于卵石混凝土
? 确定砂率 查表 3-25 P94
? (4)计算单位水泥用量
? 规范规定：路面混凝土单位水泥用量一般不小于
300kg/m3，不大于 360kg/m3
swo wcHm ?61.0/27.1109.397.104 ????
wom
swo wcHm ?00.1/24.1170.389.86 ????
c
w
m
m woco ?
? （ 5）计算砂石材料单位用量 (, )，用绝
对体积法
? 2、试拌调整，提出基准配合比
? （ 1）试拌 一般拌制 30L混合料
? （ 2）测工作性
? （ 3）调整配合比
? ①流动性不合格：增减水泥浆用量
? ②保水性、粘聚性不合格：应调整砂率
som gom
1 0 0 0??????
w
w
g
go
s
so
c
co mmmm
????
s
goso
so
mm
m ???
?
100
? （ 4）提出基准配合比
? 3、强度测定，确定试验室配合比
? ①三组试件，水灰比相差 0.03
? ② 测定强度，养护 28d后，测定混凝土的抗折强度。
? ③选定既符合强度要求，且最经济的配合比
? 4、换算工地配合比
? 根据施工现场材料性质，砂石材料颗粒表面含水率，
对理论配合比进行换算，最后得出施工配合比。换
算时注意，试验室配合比是以砂石材料饱和面干含
水率为准
? 课后小结：路面混凝土配合比设计相对于普
通混凝土有较大的区别，且集料均以饱和面
干状态作为标准状态进行计算，因此，在换
算施工配合比时，不能算错。
?课题,混凝土的质量控制
?教具用品, 无
?教学目的,了解混凝土质量的影响因素及质量
控制方法
?重点难点,混凝土抗压强度的质量评定方法
3-1 普通水泥混凝土
? 四、普通水泥混凝土的质量控制
? （一）混凝土质量的波动
? 影响混凝土质量的因素有：
? 1、原材料的质量和配合比
? 原材料中对质量影响最大的是水泥
? 配合比：①现场含水率变化时，应及时调整施工配
合比
? ②防止杂质混入
? ③配合比应得到正确、准确地执行
? 称料容许误差：水、水泥为 ± 1%
? 砂、石 ± 2%
? 2、施工工艺
? ①拌合方式：人工、机械
? ②运输时间：应考虑水泥的水化反应速度对运输时
间的限制。
? ③浇灌或振捣情况
? ④养护时间、湿度
? 3、养护方法
? ①保湿：覆盖、洒水
? ②保温：保证水泥能在正常的温度范围内水化。
? 4、试验条件
? 取样方法：试件成型，养护条件等
? ①浇注一般体积的结构物（如基础，墩石等）时每一单元结
构物应制取 2组试件
? ②连续浇注大体积结构时，每 80— 200m3或第一工作班应制
取 2组
? 上部结构，主要构件长 16m以下应制取 1组,16— 30m制取 2
组,31— 50m制取 3组,50m以上者不少于 5组，小型构件批
或第工作班至少应制取 2组
? ③每根钻孔桩至少应制取 2组，桩长 20m以上者不少于 3组，
桩径大、浇注时间长时，不少于 4组，如换班工作时，每工
作班应制取 2组
? ④构筑物（小桥涵、挡土墙）每座，每处或每工作班制取不
少于 2组
? ⑤另取 n组作为施工阶段的强度依据
?（二）混凝土质量评定方法
?混凝土质量评定一般以抗压强度作为评定指
标
?1、统计方法（已知标准差方法）
?当强度等级 <=C20时，尚应满足
?-----当强度等级 >C20时，尚应满足
07.0 ???? kfm cnfm
0,m i n,7.0 ??? kmm ff
kmm ff,m i n,85.0?
kmm ff,m i n,9.0?
?
?
? n
i
imfm
1
,
0
59.0
?
?2、统计方法（未知标准差方法） n>=10组
?
? 为验收系数，见 P99 表 3-28
?
?Sfm必须 >=0.6fm,k
?3、非统计方法,n<10
kmcem fsfmf,1 9.0?? ? kmm ff,2m i n,?? ?
1? 2?
1
2
1
2
?
?
?
?
?
n
fnmf
s
m
n
i
mi
fm
kmm fmf,15.1? kmm
ff,m i n,95.0?
? （三）混凝土生产质量水平
? 混凝土抗压强度评为合格得满分，不合格为零分
? 抗弯拉强度评定
? n>10组时，
? n>20时，允许有一组 R<0.85RS2 但不得小于 0.75RS2，高
速、一级路均不得小于 0.85RS2
? N<=10时，
vkRR S ?? 2
试验组数列 11--14 15— 19 >=20
k 0.75 0.70 0.65
205.1 SRR ? 285.0 si RR ?
?课后小结：水泥混凝土质量控制于许多因素，
且在有关质量统计时，具体方法随试样数量
的不同而异。
? 课题,建筑砂浆 教具用品, 分层度仪
? 教学目的,了解建筑砂浆的材料组成及技术性
质、技术标准
? 重点难点,分层度、沉入度
建筑砂浆
? 定义：砂浆是由胶结料、细集料、掺合料和水配制而成的建
筑工程材料。
? 作用：在工程起粘结、衬垫和传递应力的作用
? 用途：用于砌筑挡土墙、桥涵或隧道等圬工砌体及砌体表面
的抹面
? 分类：按用途分为砌筑砂浆和抹面砂浆
? 一、砌筑砂浆
? 常见类别,1、水泥砂浆
? 2、水泥混合料砂浆
? （一）组成材料
? 1、水泥：宜与砂浆强度等级相对应，一般不宜用较高强度
等级的水泥。
? 2、掺合料：石灰、粘土、粉煤灰等
? 3、砂：一般用中砂 与混凝土相比在最大粒
径 D及含泥量两个方面有所不同：
? 最大粒径要求：不应超过灰缝的 1/4— 1/5
? 对于砖砌体,D=2.5mm
? 对于石砌体,D=5.0mm
? 含泥量较混凝土有所放宽。
? 4、水：要求同混凝土
? 5、外加剂：适当加入外加剂可改善砂浆的使
用性能。
? （二）技术性质
? 1、新拌砂浆的和易性
? 1）流动性：是指新拌砂浆在自重或外力作用下，
易于产生流动的性质，用稠度表示
? 测定指标沉入度 cm
? 砌筑砂浆的稠度选用见表 3-46 P124
? 2)保水性
? 用分层度表示
? 将新拌砂浆装入内径 15cm、高 30cm的圆桶内静置
30min后，分别对上部及底部各 1/3的砂浆测稠度，
计算其差值
? 要求：分层度不得大于 30mm
? 2、硬化后砂浆强度
? 制成 70.7X70.7X70.7mm的正立方体，养护 28d，测
抗压强度
? 6个试件作为一组，取平均值，若最大值或最水值
与平均值相差 20%，则取中间的四个作为测定结果。
? 3、粘结力
? 与强度关系密切，一般认为强度越高，粘结力越大
? 4、耐久性：考虑其抗渗、抗冻、抗侵蚀等性能，
主要提高其密实度
? （三）配合比设计
? 1、配合比计算
? 1）计算设计试配强度
? 2）水泥用量计算
? 3)掺合料用量
?6 4 5.02,?? ff om
? ?
ce
om
c f
f
Q
?
??
?,
1 0 0 0
CAD QQQ ??
? 4）每立方砂浆中的砂子用量 以干燥状态为准
? 5）用水量 根据稠度选 240— 310kg
? 2、水泥砂浆配合比选用 见表 3-48
? 3、配合比试配、调整与确定
? 1）试拌，测沉入度、分层度，调整至符合要求为
止，得实际基准配合比
? 2）试配
? 三个不同的配合比
? ①水泥用量 -10%
? ② 基准配合比
? ③水泥用量 +10%
? 3)测抗压强度，选符合要求的，且水泥用量最低的
配合比作为砂浆配合比
? 课后小结：建筑砂浆的技术性质主要包括和
易性与力学性质两个方面，分别用沉入度、
分层度及抗压强度来表示。
? 课题,沥青材料的概述及组分 教具用品, 无
? 教学目的,了解沥青材料的主要类别及石油沥
青的结构与组分
? 重点难点,石油沥青的化学组分及结构类型
第四章 沥青材料
? 定义：沥青材料是一种有机胶凝材料，其内部
组成是一些十分复杂的碳氢化合物及其非金属
衍生物的混合物。
? 分类：
? 1、地沥青：包括天然沥青和石油沥青
? 2、焦油沥青：包括煤沥青、页岩沥青和木沥
青
4-1 石油沥青
? 一、石油沥青的生产和分类
? （一）石油沥青生产工艺概述
? 原油提炼成汽油、煤油、柴油和润清油，然后再加工
成沥青材料
? （二）石油沥青的分类
? 1、按原油成分分类
? ①石蜡基沥青
? ②环烷基沥青
? ③中间基沥青
? 2、按加工方法分类
? ①直馏沥青：常压基馏减压蒸馏或深拔装置
? ② 氧化沥青：吹入 250℃ — 300℃ 空气，数小时
产生氧化反应
? ③溶剂沥青：用溶剂提取一部分石蜡
? 3、按沥青在常温下的稠度分类
? ①针入度 >300，液体沥青
? ②针入度 <=300，粘稠沥青，
? 又分为固体沥青（ <40）和半固体沥青 (40--
300)
? 二、石油沥青的组成和结构
? （一）元素组成 Cn。 H ２ n+a,Ob,Sc,Nd
? 其中 C占 80— 87%,H占 10%--15%
? （二）石油沥青的化学组分
? 1、三组分分析法
? 将沥青分为油分、树脂、沥青质三个组分
? 2、四组分分析法
? 将沥青分为沥青质、饱和分、环烷芳香分和酸性芳香分（胶质）
? 化学组分对路用性能的影响
? 油分：使沥青具有流动性
? 树脂：使沥青具有塑性
? 酸性树脂：是一种表面活性物质，能增强沥青与砂质材料表面的
粘附性
? 沥青质：能提高沥青的粘结性和热稳定性
? 3、含蜡量
? 高温时，石蜡变软，导致沥青路面的高温稳定
性降低，出现车辙，另一方面，低会使沥青变
脆硬，导致路面低温抗裂性降低，出现裂缝，
且蜡会使石料与沥青之间的粘附性降低，使路
面石子与沥青产生剥落，石蜡的存在还会降低
沥青路面的抗滑性能
? （三）石油沥青的结构
? 1、胶体理论
? 沥青是分散相，油分和是分散介质沥青质吸附
胶质形成胶团后分散于芳香分和饱和分中
? 2、胶体的结构类型
? （ 1）溶胶结构：
? 沥青质含量少，油和树脂多。这种结构的特点是粘滞
性小，流动性大，塑性好，温度稳定性差，是液体沥
青特有的结构类型。
? （ 2）溶凝胶结构：
? 沥青质适中，油和树脂亦适中。在常温下，这种结构
的沥青处于溶胶型结构与凝胶型结构之间，其性质亦
介于两者之间。
? （ 3）凝胶结构：
? 沥青质较多，油分和树脂料少。这种结构的特点是弹
性和粘性较高，温度敏感性较小，流动性、塑性低。
? 3、胶体结构类型的判定
? 胶体结构类型与沥青路用性能之间有密切的关
系，一般工程中用针入度指数 PI划分沥青的胶
体结构：
? ① 当 PI<-2 溶胶型
? ② 当 PI>+2 凝胶型
? ③ 当 -2<PI<+2 溶凝胶型
? 课后小结：石油沥青是建筑工程中应用广泛的
建筑材料，其化学组分包括：油分、树脂、沥
青质及石腊（国产沥青含量较高），沥青的结
构有三种类型，溶凝胶型结构是一种理想结构。
?课题,石油沥青的技术性质
?教具用品, 试验仪器
?教学目的,了解石油沥青的各种技术性质，
掌握其测定方法
?重点难点,针入度、延度、转化点
4-1 石油沥青
? 三、石油沥青的技术性质
? （一）粘滞性（粘性）
? 指沥青在外力作用下抵抗变形的能力，其大小取
决于沥青的化学组分及温度
? 1、沥青的绝对粘度（亦称动力粘度）
? 由于绝对粘度测定较复杂，故一般工程上，多测
定沥青的相对粘度
? 2、沥青的相对粘度（亦称条件粘度）
d
vAF ??? ?
? （ 1）针入度 PT,m,t 量纲 0.1mm
? 式中,T 是试验温度,m 是荷重 t是贯入时间
? 仪器设备：针入度仪，标准针（ 2.5g），盛样皿；
? 盛样皿按针入度的大小不同分为三种类型：
? 当针入度 ≤200时，用高 h=35mm，直径为
D=55mm的小盛样皿；
? 当针入度为 =200~350时，用高为 h=45mm，
直径为 D=70mm的大盛样皿；
? 当针入度 ≥350时，用高 ≮ 60mm，体积
≮ 125ml的特殊盛样皿。
? 恒温水槽：不少于 10L，温控的准确度为 0.1℃
? 平底玻璃皿：不少于 1L
? 温度计（ 0~50℃,分度为 0.1℃ ）、秒表 等。
? 试样准备：试验温度 25℃ （或 15℃, 30℃, 5℃ ）
? 按规定将试样装入试杯，并冷却；
? 调整仪器；
? 试验步骤：将试样移入平底玻璃皿中，测定针入
度，同一试样进行 3次平行试验；
沥青针入度仪
? 误差要求
? 针入度（ 0.1mm） 允许误差（ 0.1mm）
? 0— 49 2
? 50— 149 4
? 150— 149 12
? 250— 500 20
? （ 2）粘度（液体沥青） CT,d (s)
? T为试验温度 d为流孔直径
? 标准条件,C60,5，即试验温度为 60℃,试验孔
径为 5mm。
? (二 )塑性
? 指沥青在外力作用下发生变形而不破坏的能力
? 与沥青的化学组分及温度有关
? 塑性用延度表示，用延度仪测定
? 仪器、延度仪
? 试模,8字模
? 隔离剂：（甘油与滑石粉的质量比 2,1）
? 步骤：试模（涂隔离剂，注模、冷却 30-40min）
恒温 30min 取出刮平，再恒温 1— 1.5h
沥青延度仪
? 拉伸：水面距试件表面不小于 25mm
? 水流：不循环流动，沥青丝不得浮于水面或沉于
槽府
? 记录：长度（ cm）并记录断口情况
? 误差：做三次平行试验，取平均
? 测定结果均大于 100cm时，记作大于 100即
可，
? 结果小于 100cm时，重复性误差 20%，复现性
30%
? （三）温度稳定性（感温性）
? 指沥青粘结性和塑性随温度升降而变化的性能
? ①高温稳定性，用软化点表示，环与球法
? ②低温抗裂性用脆点表示
沥青软化点仪
?课后小结：石油沥青的各项技术指标中，
针入度、延度、软化点合称为三大指标。
? 课题,石油沥青的技术性质及标准
? 教具用品, 相关仪器
? 教学目的,了解石油沥青的加热稳定性及技术
标准
? 重点难点,石油沥青的技术标准及标号划分
三、石油沥青的技术性质
? （四）加热稳定性
? 1、中、轻交通量：蒸发损失试验
? 1630C 5h 情况下测质量损失,针入度
比
? 2、重交通量：薄膜加热试验
? 3、液体沥青：蒸馏试验
? RTFOT薄膜加热试验,163℃ 5h 形成 3.2mm厚的
薄膜
01
12
mm
mmL
b ?
??
1 0 0??
前
后
p
pk
p
? 测定 1、质量损失百分率 RTFOT旋转加热
? 2、针入度比
? 3、延度（ 25℃ ） (cm)
? 4、延度（ 15℃ ） (cm)
? （五）安全性
? 闪点：指加热沥青挥发出可燃气体与空气组成的混
合气体在规定条件下与火接触，产生闪光时的沥青
温度（ ℃ ）
? 燃点：指沥青加热产生的混合气体与火接触，持续
燃烧 5s以上时的沥青温度，一般与闪点相差 10℃
? 测定方法：利天兰开口杯式闪点测定仪
? （六）溶解度
? 指石油沥青在三氯乙烯中溶解的百分率，一
般来说，不溶物为一些有害物质
? （七）含水量
? 含水危害,1、影响施工速度
? 2、加热时“溢锅”易引起火灾
? 3、造成材料损失
? （八）非常规的其它性能
? 1、针入度指数
? 则
? A称为感温系数,A越大，则材料越感温
? 针入度指数
? 与感湿性之间的关系：越大则材料温度稳定
性越好
? 利用可判断石油沥青胶体结构之间的关系
KATp ??lg
? ?
25
25lg800lg
?
??
m
o
T
pA
10
501
30 ?
?
???
A
P
? 当 p.I<-2 溶胶型结构
? p.I >+2 凝胶型结构
? p.I =-2~+2 溶凝胶型结构
? 2、劲度横量
TtS b,?
?
??
?
??
?
?
? ???? PtTfS b,,
? 根据沥青材料的针入度指数、软化点、路面温度及
荷载作用时间等因素，查表 4-14获得沥青的劲度模
量。
? 3、粘附性
? 与沥青及集料性质有关，一般应优先使用碱性集料
? 测定方法,1、水浸法 DO13.2mm
? 2、水煮法 D>13.2mm
? 水煮法：取 13.2— 19mm颗粒 5个，烘干，加热，置
于热沥青中，冷却 5min，水煮微沸,3min后观察沥
表剥落情况，评价等级,5— 1级,5级最好,1级最
差
? 4、老化
? 沥青在自然因素作用下，产和不可逆的化学变化，
导致路用性能劣化，称之为老化。
? 沥青老化后，在物理力学性质方面，表现为针入度
减少，延度降低，软化点升高，绝对粘度提高，脆
点降低等。在化学组分含量方面，表现为饱和分变
化较少，芳香分明显转变为胶质（速度较慢），而
胶质又转变为沥青质（速度较快），由于芳香分转
变为胶质，不足以补偿胶质转变为沥青质，所以最
终是胶质明显减少，而沥青质显著增加。
? 四、石油沥青的技术标准
? （一）粘稠石油沥青的技术标准
? 1、重交通量见教材表 4-3所示
? 根据针入度分为 AH-50,AH-70,AH-90,AH-110，
AH-130五个标号。
? 2、中、轻交通量见教材表 4-4所示
? 根据针入度为 A-60甲,A-60乙,A-100甲,A-100
乙,A-140甲,A-180,A-200七个标号。
? （二）液体沥青见教材表 4-5所示
? 课后小结：沥青的老化问题是影响沥青使用
的一个重要因素。石油沥青按照其稠度的大
小划分为若干个标号等级。
? 课题,沥青混合料特点 教具用品,无
? 教学目的,了解沥青混合料的类型、特点及
其组成结构和强度理论
? 重点难点,结构沥青与自由沥青
第五章 沥青混合料
? 一、定义
? 沥青混合料是经人工合理选择级配组成的矿质混合料与适
量沥青材料，在一定温度下经拌和而成的高等级路面材料。
? 沥青混凝土混合料（ Asphalt concrete mixture）,[粗集
料 +细集料 +填料 +沥青 ] 简称 AC
? 沥青碎石混合料（ Asphalt macadan mixture） [粗集料 +
细集料 +填料 +沥青 ] 简称 AM
? 二、沥青混合料的特点
? 1、良好的力学性能：弹塑性，无需设置施工缝、伸缩缝，
路面平整且有弹性
? 2、良好的抗滑性能：平整且有一定的粗糙度，不反光，
行车安全
? 3、施工方便，速度快
? 4、可分期改造和再生利用
? 5、晴天无尘，雨天不泞，便于汽车高速行驶
? 缺点,1、老化 表层产生松散
? 2、温度稳定性差：高温软化，产生过分变形；
低温脆化，产生裂缝
? 三、沥青混合料分类
? 1、按胶凝材料种类
? （ 1）石油沥青混合料
? （ 2）煤沥青混合料
? 2、按砂料最大粒径可分为以下几种
? （ 1）特粗式 D>=37.5mm
? （ 2）粗粒式 D=31.5/26.5mm 用于基层、下面
层
? （ 3）中粒式 D=19/16mm 面层或下面层
? （ 4）细粒式 D=13.2/9.5mm 面层
? （ 5）砂粒式 D<=4.75mm 磨耗层
? 3、按砂质混合料级配类型分类
? （ 1）连续级配 如沥青混凝土混合料
? （ 2）间断级配 如 SMA stone mastic Asphalt
? 4、按连续级配密实度分
? （ 1）密级配沥青混合料 AC VV<10% 其中：
3%~6% I型 4~10% II型
? （ 2）半开级配沥青混合料 VV>10% AM
? （ 3）开级配沥青混合料 VV>15% AK
? 5、按施工温度分
? （ 1）热拌热铺沥青混合料
? （ 2）热拌冷铺沥青混合料
? （ 3）冷拌冷铺沥青混合料
? 课后小结：沥青混合料是由粗集料、细集
料、矿粉及沥青混合而成的混合材料。具
有良好的力学性能及路用性能。
? 课题,沥青混合料结构 教具用品,无
? 教学目的,了解沥青混合料的结构、类型、强
度理论
? 重点难点,最佳沥青用量及砂粉
5-2 热拌沥青混合料
? 定义：热拌沥青混合料是经人工组配的矿质混合料与粘稠沥
青在专门设备中加热拌和而成，用保温运输工具运送至施工
现场，并在热态下进行摊铺和压实的混合料，通称：热拌热
铺沥青混合料，简称：热拌沥青混合料
? 热拌沥青混合料是目前路面材料中最典型的品种，故本文着
重介绍该品种。
? 一、沥青混合料的组成结构和强度理论
? （一）沥青混合料组成结构
? 1、结论理论
? 1）表面理论：矿料形成矿质骨架，沥青胶结料分布在矿料
表面起粘聚作用
? 2）胶浆理论 多级网络分散体系
? 粗分散系：以粗集为为分散相，分散在沥青砂浆的介质中
? 细分散系：以细集料为分散相，分散在沥青胶浆中
? 微分散系：矿填料分散相，分散在高稠度的沥青介
质中
? 2、沥青混合料组成结构类型
? 1）悬浮 — 密实结构：由连续级配形成，粗集料较
少
? 特点：粘聚力大，内摩阻角小，高温性差，是 AC特
有的结构
? 2）骨架 — 空隙结构（ AK）：
? 属于连续开级配，粗集料多，细集料少
? 特点：空隙率大，耐久性差，沥青与矿料间的粘聚
力差，但热稳定性好，内摩阻力大
? 3）骨架 — 密实结构（ SMA）：
? 是一种理想结构，它既有一定的粗集料形成骨架，
又有足够的细集料充填空隙，既有较高的粘聚力，
又有较高的内摩阻角
? （二）沥青混合料的强度理论
? 要求沥青混合料在高温时，必须具备一定的抗剪强
度和抵抗变形的能力，一般采用库伦理论
? （三）影响沥青混合料抗剪强度的因素
? 1、沥青粘度的影响
? 通常沥青的粘度越高，沥青混合料的抗剪强度越高。
? C随着沥青粘度升高而升高，略有上升
? 2、沥青与矿料之间的吸附作用
? ①物理吸附
? 与沥青表面活性物质含量有关，另外，碎石干燥时
才产生物理吸附
? ②化学吸附
? 受化学吸附力影响的沥青叫做结构沥青，不受化学
吸附力影响的沥青叫做自由沥青。
? 3、沥青与矿粉用量比例
? 沥青用量过少：不足以包裹矿料表面
? 增加沥青，逐渐形成结构沥青
? 沥青用量过多：形成自由沥青
? 故存在着最佳沥青用量这个概念。见下图所示：
0
1 2
3 4
5
6
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.7
0.8
10
20
30
40
50
60
70
c
φ
? 4、矿料级配类型及表面状态的影响
? 密级配,C大,小
? 开级配,C小,大
? 间断配,C大,大
? 5、加荷速度对沥青混合料抗剪强度影响
? 温度升高,C 降变形升
? 温度降低,C 升 升变形能力降
? 加荷频率高，产生不可生永久变形
?
?
?
?
? 课后小结：热拌沥青混合料的强度有很多方
面，目前重点研究其在高温时的抗剪强度。
混合料中结构沥青的比例是影响强度的最重
要的因素，对过控制沥青用量及矿粉用量等
手段来实现。
? 课题,沥青混合料技术性质和技术标准
? 教具用品, 相关仪器
? 教学目的,了解沥青混合料各项技术性质和
内容、测定方法及规范要求
? 重点难点,混合料的高温稳定性及马歇尔试
验指标
5-2 热拌热铺沥青混合料
? （一）沥青混合料的技术性质
? 1、高温稳定性
? 指混合料在高温（通常为 600C）条件下，经车辆荷载长
期重复作用后，不产生车辙和波浪等病害的性能
? 评价方法：马歇尔稳定度试验及动稳定度试验即抗车辙试
验
? 1）马歇尔试验
? ①稳定度：指标准尺寸试件在规定温度下和加荷速度下，
在马歇尔试验仪中最大的破坏荷载（ KN）
? ②流值：达到最大破坏荷重时，试件的垂直变形，以
0.1mm计
? ③马歇尓模数
FL
MT S 10??
? 车辙试验
? 300G300G50mm的试件，在 60℃ 的温度条件下，以一定的
荷重的轮子在同一轨迹上作一定时间的反复行走，形成一
定的车辙深度，然后计算试件变形 1mm所需车轮行驶次
数，即为动稳定度
? 规定：高速公路，不宜小于 800次 /mm
? 一级公路、城市主干道，不宜小于 600次 /mm
? 影响混合料高温稳定性的因素：沥青用量、沥青的粘度、
矿料的级配、矿料尺寸、形状
? 2、低温抗裂性
? 混合料随温度降低，变形能力下降，路面由于低温而收缩
以及行车荷载的作用，在薄弱部位产生裂缝
? 引起原因：混合料低温脆化、低温缩裂、温度疲劳引起
? 措施：设计时选择沥青要稠度较低、温度敏感性低、抗老
化能力强
? 3、耐久性
? 指在长期的荷载作用和自然因素影响下，保持正
常使用状态而不出现剥落和松散等损坏的能力
? 影响因素：沥青的化学性质、矿料的矿物成分、
混合料的组成结构、混合料的空隙率
? 控制指标：空隙率、饱和度（沥青填隙率）、残
留稳定度
? 4、抗滑性：矿质集料的微表面性质、混合料级
配、沥青用量、含蜡量
? 5、施工和易性
? 指混合料在施工过程中是否容易拌的、摊铺和压
实的性能
? 影响因素：砂料级配、沥青品种及用量、施工环
境条件等
? （二）热拌沥青混合料的技术标准
? 分为三个等级：
? ①高速公路、一级公路、城市快速路、主干道
? ②其它等级公路和城市道路
? ③行人道路
? 见表 5-1 P161
? 课后小结,沥青混合料有几项技术性质，且
相互间既有联系又有矛盾，目前作重考虑
其高温时的稳定性。通过马歇尔试验测定
稳定度、流值等指标来控制。
? 课题,马歇尓试验
? 教具用品, 相关仪器
? 教学目的,马歇尓试验方法
? 重点难点,成型、物理、力学指标测定及计
算
沥青混合料试验
? 1 沥青混合料试件制作方法（击实法）
? 一、仪器
? 1、击实筒
? 小,10.16mm+-0.02mm，高 87cm底座和套筒
? 大,高 115mm
? 2、击实锤
? 标准,98.5mm，锤重 4536E9g
? 落高 457.2+-1.5mm
? 大,149.5mm 457.2+-1.5mm落高 锤质量
10210+-10g
mm021 5 2 4 ???
?
?
? 3、试件：当 D<=26.5mm时，做标准试件
? 当 D<=37.5mm时，做加大试件
? 尺寸：标准：
? 加大：
? 4、击实仪
? 5、搅拌机
? 6、脱模机
mmmm 5.636.1 0 1 ??
mmmm 3.954.1 5 2 ??
? 二、试验准备
? 1、确定温度（拌和及压实温度） 查表 试表 5-1
? 2、试验室备料
? 1）炼干各材料
? 2）测各材料的密度
? 3）加热砂料，砂粉单独加热，按组备料
? 4）取沥青，加热
? 3、做试模，擦黄油，并在 100℃ 烘箱中，加热
1h
? 试验步骤
? 1、拌合混合料
? 2、击实成型
? 用量：标准试件约 1200g，大试件约 4050g
? 确定用量 备模 垫纸 装料 插捣
击实 反转面击实
? 调整用量再击实 对试件的高度有如下要求：
? 63.5+-1.3mm（标准试件）
? 95.3+-2.5mm（大试件）
? 养护 脱模
5-2 压实沥青混合料密度试验
? 一、仪器：静水天平
? 二、步骤
? 1、称取干燥试件在空气中质量 ma
? 2、称取试件在水中质量 mw
? 3、称取表干质量 mf
? 三、结果整理
? 1、计算吸水率
? 2、计算试件的毛体积相对密度和抟体积密度
wf
af
a mm
mm
S
?
?
?
? 3、试件实隙率
? 4、计算理论最大相对密度
? ①已知油石比 Pa
wf
a
f mm
m
?
??
w
wf
a
f mm
m ?? ?
?
?
1 0 01 ???
?
?
???
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t
f
v
vvv
a
a
n
n
a
t PPPP
P
????
?
???????
?
?
2
2
1
1
100
? ② 当已知沥青含量 Pb时
? ③理论密度
? 5、沥青体积百分率
a
b
n
n
t PPPP
????
?
?
?
?
?????
?
?
?
2
2
1
1
100
wtt ??? ??
a
fbPVA
?
??
?
? 6、砂料间隙率
? 7、沥青体积饱和度
? 8、粗集料骨架间隙率
? ? aA
fa
P
P
VA
?
?
??
??
?
1 0 0
1 0 0
VVVAV M A ??
1 0 0??? VVVA VaVFA
1 0 01m i n ???
?
?
??
?
?
??? ca
ca
f P
v
v
V C A
沥青混合料马歇尔试验
? 一、设备：马歇尔试验仪、加压压头
? 二、步骤
? （一）标准方法
? 1、检查高度：恒温 60oC
? 标准试件恒温 30— 40min加大试件恒温 45—
60min后，测定试件的稳定度及流值。
? （二）浸水马歇尔试验
? 应将试件浸水 48h后，再测定试件的稳定度及流
值。
? 课后小结：马歇尔试验包括试件成型、物
理指标测定及力学指标测定几个方面。较
复杂的是各项物理指标的换算。
? 课题,沥青混合料配合比设计
? 教具用品, 无
? 教学目的,掌握沥青混合料配合比设计的方
法与内容
? 重点难点,最佳沥青用量确定
5-2 热拌沥青混合料
? 四、沥青混合料配合比的设计
? 包括三个设计阶段
? 1、试验室配合比设计
? 2、配合比设计
? 3、试拌试铺配合比调整
? 试验室配合比设计包括两部分：砂质混合料配合
比设计、沥青最佳用量确定
? 1、矿质混合料组成设计
? 目的：选配一个具有足够密实度，并且有较高内
摩阻力的矿质混合料
? 级配范围（标准级配）：可用理论计算，但一般
查规范确定
? 设计步骤
? 1）确定沥青混合料类型
? 依据道路等级、路面类型，所处结构层作选择
? 2）确定矿质混合料的级配范围
? 由混合料类型查表 5-9找级配范围 P166
? 3）矿质混合料配合比计算
? 选料①组成材料（原始数据测定）：取样、筛分、没密度
? ②计算组成材料的配合比：试算法、图解法
? ③调整配合比
? a：一般情况下应接近中值，尤其是 0.075,2.36、
4.75mm三个粒径，必须满足规范的要求。
? b：高等级公路偏下限
? 一般公路偏上限
? c：合成级配，合理适用
? 2、确定沥青混合料的最佳用量
? 方法：理论计算法、试验法（维姆法、马
歇尔试验法）
? 步骤：
? 1）制备试样
? ①计算矿料用量
? ②查表 5-9找沥青用量范围
? 2）马歇尔试验
? ①测定物理指标
? ②测定力学指标
? 3）马歇尔试验结果分析
? ① 绘物理 — 力学性质与沥青用量的关系图
各项物理力学指标
6.5
5.0
沥青用量
5.5 6.0
5
7.0
4
1
2
3
? 图中,1线 -马歇尔稳定度曲线
? 2线 -饱和度曲线
? 3线 -流值曲线
? 4线 -密度曲线
? 5线 -空隙率曲线
? ②确定
? ③确定
? ④综合确定 OAC
? ?3211 31 aaaO A C ???
? ?m a xm i n2 21 O A CO A CO A C ??
? 验证 OAC1 对应各指标应合格
? 由 OAC1与 OAC2综合确定 OAC
? 热区、重交通在 OAC2与 OACmin中取值 0.5%
? 寒区、中轻交通在 OAC2与 OACmax中取值 0.2%
? 5）水稳定性检查
? 三组试件 OAC OAC1 OAC2 测定 MS0 当
MS0>=75% I型
? MS0 >= 50% II型
? 6）抗辙能力检验
? OAC OAC1 OAC2三组作车辙试验
? 课后小结：沥青混合料的配合比设计包括
矿料配比设计及最佳沥青用量设计两个方
面。矿料配比设计一般用图解法，最佳沥
青用量一般用马歇尔试验法。
? 课题,建筑钢材
? 教具用品, 无
? 教学目的,了解建筑钢材的技术性质和技术
标准，通过学习掌握钢材的基本性质、选
用及检测方法
? 重点难点,钢材的主要技术性质及技术标准、
钢材的选用及质量检测
? 作业布置,1、钢有哪些分类方法，钢号表
示的含意是什么？
? 2、桥梁常用哪些钢，为什么？有什么特殊
要求？
? 课后小结：钢材由于具有较高强度和硬率，
有一定的塑性和韧性，并能进行焊拉、铆
接及切割，因而被广泛地应用于各项工程
建设中。
第六章 建筑钢材
? 6-1 钢材
? 一、钢材分类
? （一）按化学成分
? 1、碳素钢
? ①低碳钢 <0.25%
? ② 中碳钢 0.25— 0.6%
? ③ 高碳钢 >0.6%
? 2、合金钢
? ①低合金钢 <5%
? ② 中合金钢 5— 10%
? ③ 高合金钢 >10%
? （二）按用途分
? （三）按冶炼时脱氧程度分
? 1、沸腾钢
? 2、镇静钢
? 3、半镇静钢
? （四）钢号的含义
? 15Mn 其中 15是平均含碳量（万分数）,n是主加合金元
素，含量少于 1.5%时不标明
? 二、建筑钢材的主要技术性质
? （一）机械性能
? 1、抗拉强度
? A点：弹性极限
? B下：屈服点 屈服强度
e?
s?
万能材料试验机
? C点,抗拉强度
? 屈服比 对工程设计有较大意义
? 2、塑性
? （ 1）伸长率
? （ 2）断面收缩率
? 3、冷弯性能
? 4、冲击韧性
? 5、硬度 HB
?
b
s
?
?
%1 0 0
0
01 ???
L
LLf
n
%1 0 0
0
10 ???
A
AA?
A
Aa k
k ?
? （二）化学成分对性能的影响
? 1、碳
? 2、锰,<0.8%时，无影响； >0.8%时，
提高强度、硬度及耐磨性，降低冲击韧性
? 3、硅,<0.15%无影响
? 4、硫：热脆，规定要求 <0.055%
? 5、磷：冷脆，规定要求 <0.045%
? 三、建筑钢材的技术标准
? （一）钢结构用钢
? 1、碳素结构钢
? （ 1）牌号,Q235— AF 其中 Q为屈服强度； A
为等级； F为脱氧方法
? F：沸腾钢
? b：半镇定钢
? Z：镇定钢
? TZ：半镇定钢
? （ 2）碳素结构钢性能
? 化学成分及力学性能均有详细要求
? （ 3）桥梁用钢,16桥，甲 3桥,16q,A3q
? 2、低合金钢
? 16Mn 15 MnV 15 MnVN
? （二）钢筋混凝土用钢材
