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1、第2章 工程材料的基本知识市政工程材料是构成市政工程的所有材料的通称。市政工程材料按主要化学成分，可分为：无机材料、有机材料和有机与无机混合材料。无机材料是工程中应用最多的材料，常见的主要有水泥、砂、石、混凝土、砂浆、砖、钢材等.有机材料 主要有沥青、有机高分子防水材料、木材以及制品、各种有机涂料等。有机与无机复合材料是集有机材料与无机材料的优点工程材料，主要有浸渍聚合物混凝土或砂浆、富有有机涂膜的彩钢板、玻璃钢等。(一)无机胶凝材料1、无机胶凝材料的分类及其特性胶凝材料也称为胶结材料，是用来把块状、颗粒状或纤维状材料粘结为整体的材料。无机胶凝材料也称矿物胶凝材料,是胶凝材料的一大类别,其主要
2、成分是无机化合物，如水泥、石膏、石灰等均属无机胶凝材料.按照硬化条件的不同，无机胶凝材料分为气硬性胶凝材料和水硬性胶凝材料两类。前者如石灰、石膏、水玻璃等，后者如水泥。气硬性胶凝材料只能在空气中凝结、硬化、保持和发展强度，一般只适用于干燥环境，不宜用于潮湿环境于水中。水硬性胶凝材料既能在空气中硬化，也能在水中凝结、硬化、保持和发展强度,既适用于干燥环境,又适用于潮湿环境与水中环境.2、通用水泥的品种、主要技术性质及应用水泥是一种加水拌合成塑性浆体，能胶结砂、石等适当材料，并能在空气和水中硬化的粉状水硬性胶凝材料。水泥的品种很多:按其矿物组成可分为硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥、铁铝酸盐
3、水泥以及少熟料或无熟料水泥等。按其用途和性能可分为通用水泥、专用水泥以及特性水泥三大类。用于一般土木建筑工程的水泥为通用水泥。适应专门用途的水泥称为专用水泥，如砌筑水泥、道路水泥、油井水泥等。某种性能比较突出的水泥称为特性水泥，如白色硅酸盐水泥、快硬硅酸盐水泥、抗硫酸盐硅酸盐水泥、膨胀水泥等。（1） 通用水泥的特性及应用通用水泥即通用硅酸盐水泥简称,是以硅酸盐水泥熟料和适量的石膏，以及规定的混合材料之称的水硬性胶凝材料。通用水泥的品种、特性及应用范围见表21. 通用水泥的特性及适用范围 表21名称硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥火山灰质硅酸盐水泥粉煤灰硅酸盐水泥复合硅酸盐水泥主要特性1、
4、早期强度高；2、水化热高；3、抗冻性好；4、耐热性差；5、耐腐蚀性差；6、干缩小；7、抗碳化性好1、早期强度较高；2、水化热较高；3、抗冻性较好;4、耐热性较差；5、耐腐蚀性较差；6、干缩性较小；7、抗碳化性较好1、早期强度低，后期强度高；2、水化热较低；3、抗冻性较差；4、耐热性较好；5、内腐蚀性好；6、干缩性较大；7、抗碳化性较差8、抗渗性差1、早期强度低,后期强度高；2、水化热较低；3、抗冻性较差；4、耐热性较差；5、耐腐蚀性好;6、干缩性大；7、抗碳化性较差；8、抗渗性好1、早期强度低，后期强度高;2、水化热较低;3、抗冻性较差；4、耐热性较差;5、耐腐蚀性好；6、干缩性小;7、抗碳化
5、性较差;8、 抗裂性好1、早期强度稍低;2、其他性能同矿渣水泥适用范围1、高强混凝土及预应力混凝土工程；2、早期强度要求高的工程及冬期施工的工程；3、严寒地区遭受反复冻融作用的混凝土工程与硅酸盐水泥基本相同1、大体积混凝土工程；2、高温车间和有耐热要求的混凝土结构;3、蒸汽养护的构件；4、耐腐蚀要求高的混凝土工程1、地下、水中大体积混凝土结构；2、有抗渗要求的工程；3、蒸汽养护的构件；4、耐腐蚀要求高的混凝土工程1、地上、地下及水中大体积混凝土结构；2、蒸汽养护的构件；3、抗裂性要求较高的构件；4、耐腐蚀要求高的混凝土工程可参照矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥，但其性能受所
6、用混合材料性能的影响，所以使用时应针对工程的性质加以选用(2）通用水泥的主要技术性质 1）细度细度是指水泥颗粒粗细的程度，它是影响水泥用水量、凝结时间、强度和安定性能的重要指标。颗粒愈细，与水反应的表面积愈大，因而水化反应的速度愈快,水泥石的早期强度愈高，但硬化体的收缩也愈大，且水泥在储运过程中易受潮而降低活性,因此，水泥细度应适当。硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的细度用透气式比表面仪测定。国家标准GB175-2007规定,通用水泥的比表面积应不大于300m2/kg。2） 标准稠度及其用水量在测定水泥凝结时间、体积安定性等性能时,为使所测结果有准确的可比性，规定在试验时所使用的水泥净浆必须以标准办
7、法（按GB/T1346-2011规定）测试,并达到统一规定的浆体可塑性程度（标准稠度）.水泥净浆标准稠度用水量，是指拌制水泥净浆时为达到标准稠度所需的加水量，它以水与水泥质量之比的百分数表示。3） 凝结时间水泥从加水开始到失去流动性所需的时间称为凝结时间，分为初凝时间和终凝时间。初凝时间为水泥从开始加水拌合起至水泥浆开始失去可塑性所需的时间；终凝时间是从水泥开始加水搅拌起至水泥浆完全失去可塑性,并开始产生强度所需的时间。水泥的凝结时间对施工有重大意义。初凝过早，施工时没有足够的时间完成混凝土或砂浆的搅拌、运输、浇捣和砌筑等操作；水泥的终凝过迟，则会拖延施工工期。国家标准规定：硅酸盐水泥初凝时间
8、不得早于45min，终凝时间不得迟于390min。普通硅酸盐水泥、矿渣、火山灰质、粉煤灰、复合硅酸盐水泥）初凝时间不得早于45min,终凝时间不得迟于600min.4） 体积安定性水泥体积安定性是指水泥浆体硬化后体积变化的稳定性。安定性不良的水泥，在浆体硬化过程中或硬化后产生不均匀的体积膨胀，并引起开裂.水泥安定性不良的主要原因是熟料中含有过量的游离氧化钙、游离氧化镁或渗入的石膏过多。国家标准规定，硅酸盐和普通硅酸盐水泥熟料中游离氧化镁含量不得超过5.0%,三氧化硫含量不得超过3。5.体积安定性不合格的水泥为废品,不能用于工程中。5） 水泥的强度水泥强度是表征水泥力学性能的重要指标，它与水泥的
9、矿物合成、水泥细度、水胶比大小、水化龄期和环境温度等密切相关.水泥强度按水泥胶砂强度检验方法（ISO法）GB/T17671-1999的规定制作试块，养护并测定其抗压和抗折强度值，并据此评定水泥强度等级。根据3d和28d龄期的抗折强度和抗压强度进行评定,通用水泥的强度等级划分见表22。6） 水化热水化热是指水泥和水之间发生化学反应放出的热量，通常以焦耳/千克（J/kg）表示.水泥水化放出的热量以及放热速度,主要决定于水泥的矿物组成和细度。熟料矿物中铝酸三钙和硅酸三钙的含量愈高,颗粒愈细，则水化热愈大，这对一般建筑的冬期施工时有利的，但对于大体积混凝土工程是有害的。为了避免由于温度应力引起水泥石的
10、开裂，在大体积混凝土工程施工中，不宜采用硅酸盐水泥，而应采用水化热低的水泥，如中热水泥、低热矿渣水泥等，水化热的数值可根据国家标准规定的方法测定。通用水泥的主要技术性能见表2-2. 通用水泥的主要技术性能 表22品种性能硅酸盐水泥普通水泥矿渣水泥火山灰水泥粉煤灰水泥复合水泥水泥中混合材料掺量05% 活性混合材615%，或非活性混合材料10%以下 粒化高炉矿渣2070%火山灰质混合材料2050%粉煤灰20%40两种或两种以上混合材料，其总掺量为1550%密度（g/cm3）3.03.152.83.1堆积密度（kg/m3）1000160010001200900100010001200 续表 品 种性
11、 能硅酸盐水泥普通水泥矿渣水泥火山灰水泥粉煤灰水泥复合水泥细度比表面积300 m2/kg80m方孔筛筛余量10%凝结时间初凝45min终凝6。5h10h体积安定性安定性沸煮法必须合格（若试饼法和雷氏法两者有争议，以雷氏法为准）MgO含量5.0%SO3含量3.5（矿渣水泥中含量4.0%）碱含量用户要求低碱水泥时，按Na2O+0。685K2O 计算的碱含量，不得大于0。06，或由供需双方商定。强度等级42.5、42.5R52。5、52。5R62。5、62。5R42。5、42。5R52.5、52。5R32.5、32.5R、42.5、42。5R、52。5、52。5R注：R表示早强型。3、道路专用硅酸盐
12、水泥、市政工程常用特性水泥的特性及应用(1）道路硅酸盐水泥 道路硅酸盐水泥简称道路水泥，是指由道路硅酸盐水泥熟料、010%活性混合材料与适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。道路硅酸盐水泥熟料是指以适当成分的生料烧至部分熔融，所得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称为道路硅酸盐水泥熟料。道路硅酸盐水泥的强度高（特别是抗折强度高)、耐磨性高、干缩小、抗冲击性好、抗冻性好、抗硫酸盐腐蚀性能比较好,适用于道路路面、机场跑道道面、城市广场等工程。（2） 特性水泥特性水泥的品种很多，以下仅介绍市政工程中常用的几种。1） 快硬硅酸盐水泥凡以硅酸盐熟料和适量石膏磨细组成的以3d抗压强度表示强度
13、等级的水硬性胶凝材料称为快硬硅酸盐水泥，简称快硬水泥.快硬硅酸盐水泥的特点是，凝结硬化快,早期强度增长率高。可用于紧急抢修工程、低温施工工程等，可配置成早强、高等级混凝土。快硬水泥易受潮变质,故贮运时须特别注意防潮，并应及时使用，不宜久存。出厂超过1个月,应重新检验，合格后方可使用2） 膨胀水泥膨胀水泥是指以适当比例的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，硅酸盐水泥等和天然二水石膏磨制而成的膨胀性的水硬性胶凝材料。按基本组成我国常用的膨胀水泥品种有：硅酸盐膨胀水泥、铝酸盐膨胀水泥、硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐膨胀水泥等。膨胀水泥主要用于收缩补偿混凝土，防渗水泥土（屋顶防渗、水池等）、防渗砂浆，使用在结构的加固
14、、构件接缝、后浇带，固定设备的机座及地脚螺栓等部位施工。（二）混凝土1、普通混凝土的分类及主要技术性质 （1)普通混凝土的分类 混凝土是以胶凝材料,粗细骨料及外掺材料按适当比例拌制、成型、养护、硬化而成的人工石材。通常将水泥、矿物掺合材料、粗细骨料、水和外加剂按一定的比例配制而成的、干表观密度20002800kg/m3的混凝土称为普通混凝土；按不同要求分类如下： 1）按用途分为：结构混凝土、抗渗混凝土、抗冻混凝土、大体积混凝土、水工混凝土、耐热混凝土、耐酸混凝土、装饰混凝土等. 2)按强度等级分为：普通强度混凝土(C60）、高强度混凝土（C60）、超高强混凝土（C100)等。3）按施工工艺分为：喷射混凝土、泵送混凝土、碾压混凝土、压力灌浆混凝土、离心混凝土、真空脱水混凝土等。普通混凝土广泛用于建筑,桥梁，道路,水利，码头,海洋等工程. （2) 普通混凝土的主要技术性质 混凝土的技术性质包括混凝土拌合物和硬化混凝土的技术性质。混凝土拌合物的主要技术性质为和易性，硬化混凝土的主要技术性质包括强度,变形和耐久性等。 1）混凝土拌合物的和易性 混凝土中的各种组成材料按比例配合经搅拌形成的混合物称为
