1、第第2章章 石灰、水泥和稳定土石灰、水泥和稳定土2.1 石灰石灰2.2 水泥水泥2.3 稳定土稳定土胶凝材料 在建筑工程中，能以自身的物理化学作用将松散材料（如砂、石）胶结成为具有一定强度的整体结构的材料，统称为胶凝材料。有机胶凝材料无机胶凝材料水硬性胶凝材料气硬性胶凝材料各种沥青和树脂 石灰、石膏、菱苦土的水玻璃等，只能在空气中硬化、保持或继续提高强度。各种水泥，则不仅能在空气中硬化，而且能更好地在水中硬化，且可在水中或适宜的环境中保持并继续提高强度。2.1 石灰石灰 根据化学成分的不同，石灰分为生石灰和熟石灰。生石灰的主要化学成分是CaO，熟石灰的主要成分是Ca(OH)2。根据成品加工方法
2、的不同，可分为块状生石灰、生石灰粉、消石灰粉、石灰浆、石灰乳。2.1.1 石灰的生产工艺概述石灰的生产工艺概述石灰 石灰是由富含CaCO3的岩石（如石灰石、白云石、白垩等，亦可用含有CaO和部分MgO的岩石）经过煅烧，逸出CO2气体后得到的块状材料。煅烧过程中，CaCO3的分解需要吸收热量，通常需加热至900 以上。优质的石灰欠火石灰过火石灰 未消化残渣含量高，有效CaO和MgO含量低，使用时缺乏黏滞力。过火石灰用于建筑结构物中仍能继续消化，以致引起成形的结构物体体积膨胀，导致结构物表面产生鼓包、隆起、起皮、剥落或产生裂缝等破坏现象，故危害极大。2.1.2 石灰的消化和硬化石灰的消化和硬化 1
3、石灰的消化石灰的消化 烧制成的生石灰，在使用时必须加水使其“消化”成为“消石灰”，这一过程亦称“熟化”，故消石灰亦称“熟石灰”。消石灰的主要化学成分为Ca(OH)2。上式中理论需水量仅为石灰质量的32%，但是由于石灰消化是一个放热反应过程，实际加水量达70%以上。块状石灰从加水至产生热量达到最高温度所需的时间称为消解速度。在石灰消化时，应注意加水速度。对消解速度快、活性高的石灰，如加水过慢、水量不够，内部石灰不易消化，产生“过烧”现象；相反，对于消解速度慢、活泼性差的石灰，如加水过快，则发热量少，水温过低，产生“过冷”现象。石灰消化时，为了消除“过火石灰”的危害，可在消化后“陈伏”半月左右再使
4、用。石灰浆在陈伏期间，在其表面应有一层水分，使之与空气隔绝，以防止碳化。2石灰的硬化石灰的硬化石灰的硬化石灰浆的干燥硬化（结晶作用）硬化石灰浆的碳化（碳化作用）石灰浆体干燥过程中，由于水分蒸发形成网状孔隙，这时滞留在孔隙中的自由水由于表面张力的作用而产生毛细管压力，使石灰粒子更加密实，从而获得“附加强度”。此外，由于水分的蒸发，引起Ca(OH)2溶液过饱和而结晶析出，并产生“结晶强度”。但从溶液中析出Ca(OH)2数量极少，因此强度增长不显著。Ca(OH)2与空气中的CO2作用生成碳酸钙晶体，为熟石灰的“碳化”，石灰浆体经碳化后获得的最终强度，称为“碳化强度”。2.1.3 石灰的技术要求和技术
5、标准石灰的技术要求和技术标准 1技术要求技术要求 用于道路或桥梁工程的石灰，应符合以下技术要求。（1）有效氧化钙和氧化镁含量 石灰中产生黏滞性的有效成分是活性氧化钙和氧化镁。它们的含量是评价石灰质量的主要指标，其含量愈多，活性愈高，质量也愈好。有效CaO和MgO含量的测定方法，按我国现行行业标准公路工程无机结合料稳定材料试验规程（JTG E512009）的规定，有效CaO含量用中和滴定法测定，MgO含量用络合滴定法测定。（2）生石灰产浆量和未消化残渣含量 产浆量是单位质量（1 kg）的生石灰经消化后，所产石灰浆体的体积（L）。石灰产浆量愈高，则表示其质量越好。未消化残渣含量是生石灰消化后，未能
6、消化而存留在5 mm圆孔筛上的残渣占试样的百分率。其含量愈多，石灰质量愈差，须加以限制。（3）CO2质量分数 控制生石灰或生石灰粉中的CO2质量分数，是为了控制石灰石在煅烧时“欠火”造成产品中未分解完成的碳酸盐的含量。CO2质量分数越高，即表示未分解完全的碳酸盐含量越高，则（CaO+MgO）质量分数相对降低，导致石灰的胶结性能下降。（4）消石灰游离水质量分数 游离水质量分数，指化学结合水以外的含水量。生石灰在消化过程中加入的水是理论需水量的23倍，除部分水被石灰消化过程中放出的热蒸发掉外，多加的水分残留于Ca(OH)2（除结合水外）中。残余水分蒸发后，留下孔隙会加剧消石灰粉的碳化作用，以致影响
7、石灰的质量，因此对消石灰粉的游离水质量分数需加以限制。（5）细度 细度与石灰的质量有密切关系，过量的筛余物影响石灰的黏滞性。建筑生石灰（JC/T 4792013）和建筑消石灰粉（JC/T 4812013）规定以0.6 mm和0.15 mm筛余百分率控制石灰细度。试验方法：称取试样50 g，倒入0.6 mm，0.15 mm套筛内进行筛分，分别称量筛余物，按原试样计算其筛余百分率。2技术标准技术标准 建筑石灰依据现行标准建筑生石灰和建筑消石灰粉的规定，按其MgO质量分数划分为钙质石灰和镁质石灰两类，其分类界限如表2-1所示。（1）生石灰技术标准 根据MgO质量分数按表2-1分为钙质生石灰和镁质生石
8、灰两类，然后再按有效CaO和MgO质量分数、产浆量、未消化残渣和CO2质量分数等4个项目的指标分为优等品、一等品和合格品3个等级，如表2-2所示。（2）生石灰粉技术标准 根据MgO质量分数表2-1分为钙质石灰和镁质石灰两类，再按（CaO+MgO）质量分数、CO2质量分数和细度等项目的指标，分为优等品、一等品和合格品3个等级，如表2-3所示。（3）消石灰粉技术标准 消石灰粉MgO质量分数4%时称为钙质消石灰粉，4%MgO质量分数24%时称为镁质消石灰粉，24%MgO质量分数30%时称为白云石消石灰粉。按等级分为优等品、一等品和合格品等3个等级，如表2-4所示。2.1.4 石灰的应用和储存石灰的应
9、用和储存石灰的应用和储存石灰的应用石灰的储存 石灰砂浆主要用于地面以上部分的砌筑工程，也可用于抹面等装饰工程。加固软土地基。石灰和黏土按一定比例拌和制成石灰土或与黏土、砂石、炉渣制成三合土，用于道路工程的垫层。在道路工程中，随着半刚性基层在高等级路面中的应用，石灰稳定土、石灰粉煤灰稳定土及其稳定碎石等被广泛用于路面基层。在桥梁工程中，石灰砂浆、石灰水泥砂浆、石灰粉煤灰砂浆广泛用于圬工砌体。磨细的生石灰粉应储存于干燥仓库内，采取严格防水措施。如需长时间储存生石灰，最好将其消解成石灰浆，并使表面隔绝空气，以防碳化。2.2 水泥水泥2.2.1 硅酸盐水泥硅酸盐水泥 1概述概述 根据国家标准通用硅酸盐
10、水泥（GB 1752007）定义：凡由硅酸盐水泥熟料、05%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（波特兰水泥）。硅酸盐水泥分两种类型，不掺加混合材料的称I型硅酸盐水泥，代号为PI。在硅酸盐水泥熟料粉磨时掺加不超过水泥质量5%的石灰石或粒化高炉矿渣混合材料的称为型硅酸盐水泥，代号为P。2硅酸盐水泥生产工艺简述硅酸盐水泥生产工艺简述生料制备熟料煅烧水泥粉磨 以石灰石、黏土和铁矿粉为主要原料（有时需加入校正原料），将其按一定比例配合、磨细，制得具有适当化学成分、质量均匀的生料。将生料在水泥窑内经1 450 高温煅烧至部分熔融，得到以硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥熟料。
11、将熟料加适量石膏和05%的石灰石或粒化高炉矿渣共同磨细，即得到硅酸盐水泥。硅酸盐水泥的生产流程可用图2-1的流程图表示。图2-1 硅酸盐水泥生产流程示意图 3硅酸盐水泥的化学成分和矿物组成硅酸盐水泥的化学成分和矿物组成 （1）化学成分 硅酸盐水泥的化学成分主要有石灰石原料分解出的氧化钙（CaO），黏土原料分解出的氧化硅（SiO2）和氧化铝（Al2O3），以及铁矿粉提供的氧化铁（Fe2O3）。（2）矿物组成 生料在煅烧过程中，4种在煅烧过程中经过化学反应形成的化合物硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和铁铝酸四钙称为硅酸盐水泥的熟料矿物，其组成、含量及特性如表2-5所示。（3）硅酸盐水泥熟料矿物的性能矿
12、物性能水化反应速度水化放热量强度耐化学侵蚀性干缩性 以铝酸三钙（C3A）最快，硅酸三钙（C3S）、铁铝酸四钙（C4AF）较快，硅酸二钙（C2S）最慢。C3A最大，C3S较大，C4AF居中，C2S最小。C3S最高，C2S早期强度低，但后期增长率较大，是硅酸盐水泥强度的主要来源，C3A强度不高，C4AF对抗折强度有利。C4AF最优，C2S、C3S为其次，C3A最差。C4AF和C2S最小，C3S居中，C3A最大。水泥是由多种矿物成分组成的，改变各熟料矿物组分之间的组成比例，水泥的性能就会发生相应的变化。4硅酸盐水泥的水化和凝结硬化硅酸盐水泥的水化和凝结硬化 （1）水化 水泥加水拌和后，水泥颗粒立即分
13、散于水中并与水发生化学反应。水泥的水化过程是水泥各种熟料矿物及石膏与水发生反应的过程。掺入石膏的目的是延缓水泥的凝结硬化速度，否则水泥遇水会快速凝结，呈现“瞬凝”现象，给水泥的施工造成不便。（2）凝结硬化 随着时间的推延，水泥浆逐渐失去塑性，形成具有一定强度的石状体，这个过程叫水泥的凝结硬化。如图2-2，硅酸盐水泥的凝结硬化是一个连续的复杂过程。图2-2 凝结硬化 水泥的硬化期可以延续很长时间，但28 d可表现出大部分强度。5硅酸盐水泥的技术标准硅酸盐水泥的技术标准 （1）技术指标 细度。细度是指水泥颗粒的粗细程度。水泥细度可用下列方法表示。筛析法：以80 m方孔筛上的筛余量百分率表示。筛析法
14、分负压筛法和水筛法两种，鉴定结果发生争议时，以负压筛法为准。比表面积法：以每千克水泥所具有的总表面积（m2）表示。比表面积采用勃氏法测定。标准稠度用水量。在测定水泥的凝结时间和安定性时，为使其测定结果具有可比性，必须采用标准稠度的水泥净桨进行测定。现行国家标准水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法（GB/T 13462011）规定：以标准法维卡仪（如图2-4所示）的试杆沉入净浆距底板的距离为61 mm时水泥浆的稠度作为标准稠度。水泥净浆达到标准稠度时所需的拌和水量称为标准稠度用水量。图2-4 标准法维卡仪 凝结时间。凝结时间是指水泥从加水时至水泥浆失去可塑性所需的时间。凝结时间分初凝时间
15、和终凝时间。初凝时间是从水泥加水至水泥浆开始失去可塑性所经历的时间；终凝时间是从水泥加水至水泥浆完全失去可塑性所经历的时间。凝结时间以试针沉入水泥标准稠度净浆至一定深度所需的时间表示。现行国家标准（GB/T 13462011）规定：将标准稠度的水泥净浆装入凝结时间测定仪的试模中，以标准试针（分初凝用试针和终凝用试针）测试。当试针沉至距底板4 mm1 mm时，为水泥达到初凝状态，以水泥加水至达到初凝状态所经历的时间作为初凝时间；完成初凝时间测定后，将试模连同浆体翻转180，换上终凝试针（终凝针上装有一个环形附件），当试针沉入试体0.5 mm时，即环形附件开始不能在试体上留下痕迹时，为水泥达到终凝
16、状态，以水泥加水至达到终凝状态所经历的时间作为水泥的终凝时间。国家标准通用硅酸盐水泥（GB 1752007）规定：硅酸盐水泥初凝不得早于45 min，终凝不得迟于6.5 h；普通硅酸盐水泥初凝不得早于45 min，终凝不得迟于10 h。体积安定性。水泥的体积安定性是指水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀程度。引起水泥体积安定性不良的原因是：水泥中含有过多的游离CaO和MgO或者石膏掺量过多。水泥粉磨时，若掺入过量的石膏，当水泥硬化后，这些多余的石膏还会继续与C3AH6反应生成钙矾石，体积膨胀，引起水泥石开裂。国家标准通用硅酸盐水泥规定，硅酸盐水泥的体积安定性用沸煮法检验。沸煮法分雷氏法（标准法）
17、和试饼法（代用法）两种。按照国标（GB/T 13462011）的规定，雷氏法是将标准稠度的水泥净浆按规定方法装入雷氏夹的环形试模中，湿养24 h后测定指针尖端距离，接着将其放入沸煮箱内，30 min内加热至水沸腾，然后恒沸3 h。待试件冷却后再测定指针尖端的距离，若沸煮前后指针尖端增加的距离不超过5.0 mm，则认为水泥的体积安定性合格。试饼法是用标准稠度的水泥净浆按规定方法制成规定的试饼，经养护、沸煮后，观察饼的外形变化，如目测试饼无裂纹，用钢直尺检查无弯曲，则认为安定性合格，反之为不合格。用沸煮法只能检测出游离CaO造成的体积安定性不良。由MgO造成的体积安定性不良，必须用压蒸法才能检验出
18、来。石膏造成的安定性不良则需要更长时间在温水中浸泡才能发现。由于这两种原因引起的体积安定性不良都不易快速检验，所以国家标准规定：硅酸盐水泥熟料中MgO的质量分数不得超过5.0%，若经压蒸试验水泥的安定性合格，允许放宽到6.0%；SO3的质量分数不得超过3.5%，以保证水泥的安定性合格。强度。硅酸盐水泥的强度主要取决于熟料的矿物组成和水泥的细度，此外还与水灰比、试验方法、试验条件、养护龄期等因素有关。现行通用硅酸盐水泥（GB 1752007）规定：将水泥、标准砂及水按规定的比例（水泥:标准砂:水=1:3:0.5），用规定方法制成40 mm40 mm160 mm的标准试件，在标准条件（在温度201
19、，相对湿度不低于90%。的养护箱或雾室内24 h）下养护，测定其3 d和28 d的抗折强度和抗压强度。根据3 d和28 d的抗折强度和抗压强度划分硅酸盐水泥的强度等级。硅酸盐水泥强度等级分为42.5，42.5R，52.5，52.5R，62.5，62.5R。硅酸盐水泥各强度等级、各养护龄期的强度指标如表2-7所示。硅酸盐水泥分两种型号：普通型和早强型（也称R型）。早强型水泥早期强度发展较快，3 d强度可达到28 d强度的50%，可用于早期强度要求高的工程中。对于路面水泥混凝土，为防止路面发生温度裂缝，除低温天气施工、有快通要求的路段施工可采用R型水泥外，一般情况均宜使用普通型水泥。（2）技术标准
20、表2-8 硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥的技术标准 通用硅酸盐水泥（GB 1752007）规定：检验结果符合不溶物、烧失量、MgO、SO3、氯离子、凝结时间、安定性及强度的规定为合格品。任何一项检验结果不符合上述规定中的技术要求为不合格品。凡MgO、SO3、凝结时间、安定性中任一项不符合标准规定时，均为废品。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和强度低于商品强度等级的指标时为不合格品。水泥包装标志中水泥品种、强度等级、生产者名称和出厂编号不全的也属于不合格品。废品水泥严禁在工程中使用。6硅酸盐水泥的特性、应用与储运硅酸盐水泥的特性、应用与储运 （1）
21、特性与应用特性与应用凝结硬化快，早期强度和后期强度均较高抗冻性好水化热大耐腐蚀性差耐热性差抗碳化性能好干缩小耐磨性好 适用于有早强要求的混凝土工程、冬季施工的混凝土工程、地上及地下重要结构中的高强混凝土和预应力混凝土工程。适用于严寒地区水位升降范围内遭受反复冻融的混凝土工程。不宜用于大体积混凝土工程，可用于冬季施工工程。不宜用于经常与流动淡水或硫酸盐等腐蚀性介质接触的工程。适用于CO2浓度较高的环境。硅酸盐水泥不宜用于有耐热要求的混凝土工程。可用于干燥环境中的混凝土工程。可用于路面水泥混凝土工程。（2）储存与运输 硅酸盐水泥在储存和运输过程中，应按不同品种、不同强度等级及出厂日期分别储运，不得
22、混杂，要注意防潮、防水。一般水泥在储存3个月后，强度降低约10%20%，6个月后降低15%30%。水泥的有效储存期是3个月，存放期超过3个月的水泥在使用时必须重新鉴定其技术性能。7水泥石的腐蚀与防止水泥石的腐蚀与防止 硅酸盐水泥硬化后形成的水泥石，在正常环境条件下将继续硬化，强度不断增长。但在某些腐蚀性液体或气体的长期作用下，水泥石就会受到不同程度的侵蚀，严重时会使水泥石强度明显降低，甚至完全破坏，这种现象称为水泥石的腐蚀。（1）腐蚀类型 在道路与桥隧构筑物中，水泥石常见的腐蚀类型有以下几种：腐蚀类型淡水侵蚀硫酸盐侵蚀镁盐侵蚀碳酸侵蚀 又称溶析性侵蚀，是指硬化后混凝土中的水泥水化产物被淡水溶解
23、并带走，从而造成混凝土孔隙率增大、强度降低的一种侵蚀现象。通过海湾、沼泽或跨越污染河流的线路，沿线桥涵墩台，有时会受到海水、沼泽水、工业污水的侵蚀，这时如水中含有酸性硫酸盐，就会与水泥石中的Ca(OH)2作用形成硫酸钙，硫酸钙会结晶析出，并与水泥石中的水化铝酸钙发生反应，生成钙矾石，体积膨胀，在水泥石内产生很大的内应力，使混凝土强度降低，造成结构物的破坏。镁盐与水泥石中的Ca(OH)2起置换作用，生成强度低无胶结能力的Mg(OH)2，液相中Ca(OH)2浓度降低，还会引起水泥石中Ca(OH)2、水化硅酸钙、水化铝酸钙等强度组分的分解，导致水泥石的破坏。CO2与水泥石中的Ca(OH)2作用，可生
24、成碳酸钙，碳酸钙再与水中的碳酸作用，生成可溶的碳酸氢钙，从而使水泥石的强度降低。（2）腐蚀原因腐蚀原因 水泥石内存在易受腐蚀的成分，如氢氧化钾和水化铝酸钙，它们极易与外界侵蚀性介质发生化学反应生成易溶于水的物质、无胶结力的物质或结晶膨胀物质，引起水泥石的破坏。水泥石存在孔隙，腐蚀介质容易进入水泥石内部与其成分互相作用，加剧腐蚀。（3）防止腐蚀的措施防止腐蚀措施 根据环境特点，合理选择水泥品种。提高水泥石的密实度，降低孔隙率。在水泥石表面设置保护层。2.2.2 掺混合材料的水泥和其他品种水泥掺混合材料的水泥和其他品种水泥 1水泥混合材料水泥混合材料水泥混合材料活性混合材料非活性混合材料 在常温条
25、件下，能与Ca(OH)2或水泥发生水化反应的混合材料称为活性混合材料。活性混合材料能参与水泥的水化反应，明显改善水泥的性能。常用的活性混合材料有粒化高炉矿渣、火山灰质混合材料和粉煤灰。在常温条件下，不能与Ca(OH)2或水泥发生水化反应的混合材料称为非活性混合材料。非活性混合材料不参与水泥的水化反应，仅起到提高产量、降低成本、调整水泥强度等级、降低水化热和改善新拌混凝土和易性的作用，所以也称为填充性混合材料。磨细的石灰石、石英砂、黏土、慢冷矿渣及各种废渣都属于非活性混合材料。在水泥生产过程中加入的人工的或天然的矿物材料称为水泥混合材料。为改善硅酸盐水泥的某些性能，同时达到增加产量、降低成本的目
26、的，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制得的水硬性胶凝材料，称为掺混合材料水泥。2掺混合材料硅酸盐水泥的水化特点掺混合材料硅酸盐水泥的水化特点 掺活性混合材料的硅酸盐水泥与水拌和后，首先是水泥熟料水化，然后水化生成的Ca(OH)2再与活性混合材料中的活性组分发生二次水化反应生成相应的水化产物。由该水化过程和活性混合材料的水化特点可知，掺活性混合材料的水泥较硅酸盐水泥的凝结硬化速度慢、早期强度低。3普通硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥 通用硅酸盐水泥（GB 1752007）规定：凡由硅酸盐水泥熟料、5%20%混合材料、适量石膏共同磨细制成的水硬性胶凝材料，称为普通硅酸盐水泥（简称普通
27、水泥），代号PO。其中允许用不超过水泥质量5%的窑灰或不超过水泥质量8%的非活性混合材料来代替混合材料。普通硅酸盐水泥强度等级分为32.5，32.5R，42.5，42.5R，52.5，52.5R。普通硅酸盐水泥各强度等级、各龄期的强度指标如表2-7所示。国家标准对普通硅酸盐水泥的技术要求如表2-8所示。普通硅酸盐水泥的性能与硅酸盐水泥差异 早期强度略低；耐腐蚀性略有提高；耐热性稍好；水化热略低；抗冻性、耐磨性、抗碳化性略有降低。4矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥 （1）定义 根据国家标准通用硅酸盐水泥的规定，凡由硅酸盐水泥熟料
28、、粒化高炉矿渣和适量石膏共同磨细制成的水硬性胶凝材料称为矿渣硅酸盐水泥（简称矿渣水泥），代号PS。水泥中粒化高炉矿渣的掺量按质量百分比计为20%70%。允许用石灰石、窑灰、粉煤灰和火山灰质混合材料中的一种材料代替粒化高炉矿渣，代替数量不得超过水泥质量的8%，替代后水泥中粒化高炉矿渣含量不得少于20%。凡由硅酸盐水泥熟料和火山灰质混合材料、适量石膏共同磨细制成的水硬性胶凝材料称为火山灰质硅酸盐水泥（简称火山灰水泥），代号PP。水泥中火山灰质混合材料掺量按质量百分比计为20%50%。凡由硅酸盐水泥熟料和粉煤灰、适量石膏共同磨细制成的水硬性胶凝材料称为粉煤灰硅酸盐水泥（简称粉煤灰水泥），代号PF。水
29、泥中粉煤灰掺量按质量百分比计为20%40%。（2）技术要求 国家标准通用硅酸盐水泥对矿渣水泥、火山灰水泥及粉煤灰水泥的技术要求如表2-9所示。矿渣水泥、火山灰水泥和粉煤灰水泥的强度等级分为32.5，32.5R，42.5，42.5R，52.5，52.5R。各强度等级水泥不同龄期的抗压强度、抗折强度指标如表2-10所示。（3）性能与应用 矿渣水泥、火山灰水泥和粉煤灰水泥都是在硅酸盐水泥熟料的基础上加入大量活性混合材料磨细制成的。由于三种水泥所用的活性混合材料的化学组成与活性基本相同，因而它们的很多性能及应用相同或接近，在许多情况下可互相替代。三种水泥共同特性 凝结硬化慢，早期强度低，后期强度高。对
30、温度敏感，适合高温养护。耐腐蚀性好。水化放热量小。抗冻性差、耐磨性差。三种水泥分别特性矿渣水泥火山灰水泥粉煤灰水泥 耐热性较好，可用于高温环境；保水性差，易产生泌水，抗渗性差，干缩大，不宜用于有抗渗要求的混凝土工程。保水性好，具有较高的抗渗性和耐水性，可用于有抗渗要求的混凝土工程。干缩小，抗裂性好，抗碳化能力差。5复合硅酸盐水泥复合硅酸盐水泥 凡由硅酸盐水泥熟料、两种或两种以上规定的混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为复合硅酸盐水泥（简称复合水泥），代号PC。水泥中混合材料的总掺加量按质量百分比计应大于20%，但不超过50%。水泥中允许用不超过8%的窑灰代替部分混合材料；混合材料掺
31、量不得与矿渣硅酸盐水泥重复。复合水泥的水化、凝结硬化过程基本上与掺混合材料的硅酸盐水泥相同。通用硅酸盐水泥（GB 1752007）规定，对复合硅酸盐水泥的技术要求与矿渣水泥、火山灰水泥和粉煤灰水泥相同，强度等级分为32.5，32.5R，42.5，42.5R，52.5，52.5R。各强度等级在各龄期的强度指标如表2-11所示。复合硅酸盐水泥中掺入了两种或两种以上的混合材料，可以互相取长补短，克服了掺单一混合材料水泥的一些弊端。复合水泥的早期强度接近于普通水泥，而其他性能优于矿渣水泥、火山灰水泥和粉煤灰水泥，因此适用范围较广。综上所述，硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥和
32、粉煤灰硅酸盐水泥这五种水泥是目前工程中应用最多的水泥品种，五种水泥的组成、性能与适用范围如表2-12所示。表2-12 五种水泥组成、性能及适用范围2.2.3 其他品种水泥其他品种水泥 1道路硅酸盐水泥道路硅酸盐水泥 （1）定义 道路硅酸盐水泥（GB 136932005）规定：以适当成分生料烧至部分熔融，得到以硅酸钙为主要成分和较多量的铁铝酸四钙的硅酸盐水泥熟料，加010%活性混合材料和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为道路硅酸盐水泥（简称道路水泥）。（2）矿物组成矿物组成铝酸三钙铁铝酸四钙 道路水泥熟料中C3A质量分数不得大于5.0%。道路水泥熟料中C4AF的质量分数不得小于16.0%。（
33、3）技术标准 （4）特性与应用 道路硅酸盐水泥强度高，特别是抗折强度高，耐磨性好，干缩小，抗冲击性好，抗冻性好，抗硫酸盐腐蚀性能好，适用于道路路面、机场跑道道面、城市广场等工程。2快硬硅酸盐水泥快硬硅酸盐水泥快硬硅酸盐水泥定义熟料组成技术标准特性与应用 由硅酸盐水泥熟料和适量石膏磨细制成，以3 d抗压强度表示强度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）。与硅酸盐水泥比较，快硬水泥在组成上适当提高了C3S和C3A的含量，达到了早强快硬的效果。快硬水泥的细度要求为80 m方孔筛筛余不得超过10.0%；初凝时间不得早于45 min，终凝时间不得迟于10 h；安定性必须合格。快硬水泥有3
34、2.5，37.5，42.5三个强度等级，各强度等级快硬水泥在各龄期的强度指标如表2-15所示。快硬硅酸盐水泥凝结硬化快，早期强度高，后期强度也高，抗冻性及抗渗性好，水化放热量大，耐腐蚀性差。它适用于紧急抢修工程、冬季施工的混凝土工程，不宜用于大体积混凝土工程和耐腐蚀要求高的工程。另外，快硬水泥干缩率较大，容易吸湿降低强度，储存期超过一个月时，需重新检验其技术性能。3膨胀水泥膨胀水泥 膨胀水泥是硬化过程中不产生收缩，而具有一定膨胀性能的水泥。一般水泥在凝结硬化过程中都会产生一定的收缩，使水泥混凝土出现裂纹，影响混凝土的强度及其他性能。而膨胀水泥则克服了这一弱点，在硬化过程中能够产生一定的膨胀，增
35、加水泥石的密实度，消除由收缩带来的不利影响。按膨胀值的大小，膨胀水泥可分为补偿收缩水泥和自应力水泥两大类。补偿收缩水泥膨胀率较小，大致可补偿水泥在凝结硬化过程中产生的收缩，因此又称为无收缩水泥。这种水泥可防止混凝土产生收缩裂缝。自应力水泥的膨胀值较大，在限制膨胀的条件下（如有配筋时），由于水泥石的膨胀作用，使混凝土产生压应力，从而达到预应力的目的。这种靠水泥自身水化产生膨胀来张拉钢筋达到的预应力称为自应力。混凝土中所产生的压应力数值即为自应力值。在路桥工程中，膨胀水泥常用于水泥混凝土路面，机场跑道或桥梁结构中修补混凝土。此外，在越江隧道或山区隧道工程中用于配制防水混凝土以及接缝、堵漏等。2.3
36、 稳定土稳定土2.3.1 概述概述 稳定土是在粉碎的或原来松散的土（包括各种粗、中、细粒土）中，掺入足量的石灰、水泥、工业废渣、沥青及其他材料后，经拌和、压实及养护后，得到的具有较高后期强度、整体性和水稳定性的一种材料。这类材料的耐磨性差，不宜作为路面的面层，常用作路面的基层和底基层。由于稳定土材料具有较大的抗变形能力，故称为半刚性基层稳定土材料。它包括石灰稳定土、水泥稳定土、沥青稳定土、石灰稳定工业废渣和综合稳定土。2.3.2 稳定土的组成稳定土的组成 1稳定土的基本稳定土的基本材料材料土土 土的矿物成分对稳定土性能具有重要影响。试验表明，除有机质或硫酸盐含量高的土以外，各类沙砾土、砂土、粉
37、土和黏土均可用无机结合料稳定。一般规定土的液限不大于40%，塑性指数不大于20%。级配良好的土用无机结合料稳定时，既可节约无机结合料用量，又可取得满意的效果。重黏土中黏土颗粒含量多，不易粉碎和拌和，用石灰稳定时，容易使路面造成缩裂。粉质黏土的稳定效果最佳。用水泥稳定重黏土时，不易粉碎和拌和，会造成水泥用量过高而不经济。级配良好的砾石砂黏土稳定效果最佳。2稳定土的外掺材料稳定土的外掺材料稳定土的外掺材料石灰水泥粉煤灰沥青 在剂量不大的情况下，钙质石灰比镁质石灰稳定土的初期强度高。镁质石灰稳定土在剂量较大时后期强度优于钙质石灰稳定土。石灰的最佳剂量，对黏性土和粉性土为干土重的8%16%，对砂性土为
38、干土重的10%18%。石灰可使土粒胶结成整体，密实性高，水稳定性高，强度高。硅酸盐水泥比铝酸盐水泥稳定效果好。水泥的作用：在水泥加入塑性土中后能大大降低土的塑性，增加土的强度和稳定性。粉煤灰加入土中既能起填充作用，与石灰反应的产物也起胶结作用，由此而达到改善稳定土的水稳定性、提高强度与密实度的目的。沥青加入集料或土中，依据其与集料或土表面距离远近可分为结构沥青（接近表面）和自由沥青（远离表面）。结构沥青有利于提高沥青稳定土的水稳性和强度，自由沥青在压实时起润滑和填充作用。液体沥青习惯上用于稳定各种土，但在潮湿地区不宜采用，较黏稠的沥青宜用于稳定低黏性的土。2.3.3 稳定土的性能稳定土的性能
39、1强度强度 （1）强度形成原理强度形成原理 离子交换作用。碳酸化作用。结晶作用。火山灰反应。硬凝反应。吸附作用。（2）影响稳定土强度的因素 土质。对于石灰稳定土和石灰粉煤灰稳定土，可用亚砂土、亚黏土、粉土类和黏土类土。石灰土或二灰土的强度有随土的塑性指数增大而增大的趋势，但塑性指数过大的重黏土不易粉碎，且易产生收缩裂缝。故规范规定：用于石灰稳定土的土，较适宜使用塑性指数为10%20%的黏性土，而不适宜使用稳定塑性指数在10%以下的低塑性土。对于水泥稳定土，可用各种砂砾、粉土和黏土，但级配良好的粗、中颗粒的土比单纯细粒土的稳定效果要好。有机质和硫酸盐含量高的土，均不宜用于石灰稳定土和水泥稳定土。
40、黏稠沥青不宜用于稳定黏性较大的土，液体沥青不宜稳定砂土。稳定剂品种及用量。当采用石灰作稳定剂时，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III级以下的石灰，以提高石灰稳定土的强度。用水泥稳定土时，硅酸盐水泥要比铝酸盐水泥效果好些，且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不是这种规律，一般存在一最佳石灰剂量值，超过或低于此值，石灰稳定土强度则降低。在二灰土中，粉煤灰的品质、用量将决定其强度。另外若二灰土中石灰与粉煤灰比例大致在1:21:4时，二灰土的强度较高。对于同样含量的粉煤灰，被稳定材料中细料含量增加和塑性指数增大时，石灰用量也随之增加。
41、沥青稳定剂也因沥青种类及用量对稳定效果产生明显影响。含水量。在一般情况下，在最佳含水量下压实的干密度较大的试件强度也高，因此实际施工中尽可能达到最佳含水量，并注意控制养护中水分的蒸发，以保证某些稳定剂的水化。密实度。密实度越大，材料有效受荷面积越大，强度越高，受水影响的可能性越小。密实度应通过选材和合适的施工工艺综合控制。施工时间。施工时间长短的影响主要针对水泥稳定土而言，水泥稳定土从开始加水拌和到完全压实的时间要尽可能短，一般不要超过6 h，若碾压或湿拌的时间拖长，水泥就会产生部分结硬，影响水泥稳定土的压实度，导致水泥稳定土强度损失。养生条件。稳定土的强度发展需要适当的温度、湿度。必须在潮湿
42、的条件下养护，否则其强度将显著下降。同时，养生温度越高，强度增长越快。2稳定土材料的变形性能稳定土材料的变形性能 （1）缩裂特性缩裂特性干缩温缩 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，称为干缩裂缝。试验表明，在最佳含水量状态下各种无机结合料稳定土的干缩系数的大小排序为：石灰土石灰砂砾二灰土二灰沙砾水泥砂砾。稳定土干缩裂缝的产生与结合料的种类与用量、含细粒土的多少及养护条件有关。石灰稳定土比水泥稳定土容易产生干缩裂缝。对于含细粒土较多的无机结合料稳定土，常以干缩为主，故应加强初期养护，保证稳定土表面潮湿，减少其干缩裂缝。无机结合
43、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，称为温缩裂缝。试验表明，在最佳含水量状态下各种无机结合料稳定土的温缩系数大小排序为：石灰土石灰砂砾二灰土水泥砂砾二灰沙砾。其温缩裂缝产生与结合料的种类与用量、土的粗细程度与成分以及养护条件有关。石灰稳定土比水泥稳定土的温缩大，细粒土比粗粒土的温缩大。掺入一定数量的粉煤灰可以降低温缩系数。早期养生良好的无机结合料稳定土易于成形，早期强度高，可以减少裂缝的产生。（2）裂缝防治措施裂缝防治措施改善土质控制含水量及压实度掺加粗粒料 稳定土用土愈黏，则缩裂愈严重。所以应采用黏性较小的土，或在黏性土中掺入
44、砂土、粉煤灰等，以降低土的塑性指数。稳定土因含水量过多产生的干缩裂缝显著，压实度小时产生的干缩比压实度大时严重。因此，稳定土压实时含水量比最佳含水量略小为好，并尽可能达到最佳压实效果。掺入一定数量（掺入量60%70%）的粗粒料，如砂、碎石、砾石等，使混合料满足最佳组成要求，可以提高其强度和稳定性，减少裂缝的产生，同时可以节约结合料和改善碾压时的拥挤现象。3稳定土材料的疲劳特性稳定土材料的疲劳特性 在重复荷载作用下，材料的强度与其静力极限强度相比有所下降。荷载重复作用的次数越多，这种强度下降越多，即疲劳强度越小。材料从开始至出现疲劳破坏的荷载作用次数称为材料的疲劳寿命。试验表明，石灰粉煤灰稳定材
45、料的抗疲劳性能优于水泥砂砾稳定材料。由于在一定的应力条件下，疲劳寿命决定于材料的强度，故在多数情况下凡有利于提高水泥（石灰）类材料强度的因素对提高疲劳寿命也有利。4稳定土材料水稳定性和冰冻稳定性稳定土材料水稳定性和冰冻稳定性 稳定类基层材料除具有适当的强度，能承受设计荷载以外，还应具备一定的水稳定性和冰冻稳定性，否则，稳定类基层由于面层开裂、渗水或者两侧路肩渗水将使稳定土含水量增加，强度降低，从而使路面过早破坏。在冰冻地区，冰冻将加剧这种破坏。评价水稳定性和冰冻稳定性可进行浸水强度试验和冻融循环试验。影响水稳定性及冰冻稳定性的主要因素土类稳定剂种类及剂量密实度龄期 细土含量多，塑性指数大的土，
46、水稳定性、抗冰冻能力差。石灰粉煤灰粒料和水泥粒料的水稳定性最好，由液体沥青稳定的土（包括砂土）水稳定性较差。当稳定剂剂量不足时，胶结作用弱，透水性强，强度达不到要求，其稳定性也差。密实度大时，透水能力降低，水稳定性增强。由于某些稳定剂如水泥、石灰或二灰的强度形成需要一定的时间，因此这类稳定土的水稳定性随龄期的增长而增大。2.3.4 稳定类材料组成设计稳定类材料组成设计 稳定类材料组成设计，也称混合料设计，即根据对某种材料规定的技术要求，选择合适的原材料，掺配用料（需要时），确定结合料的种类和数量及混合料的最佳含水量。材料组成设计是路面设计的重要组成部分。1设计标准设计标准 稳定土混合料组成设计
47、目前依据的标准有强度和耐久性。各种无机结合料稳定土的强度标准（按7 d龄期）初步建议值如表2-16所示。2材料组成设计步骤材料组成设计步骤 原材料试验。原材料试验主要包括基础材料（各种土）和稳定剂性能试验。对于粗粒土和中粒土应做筛分或压碎值试验，以检验材料的颗粒组成和颗粒强度。对于稳定剂，主要测定石灰的钙、镁含量和水泥的胶凝强度及凝结时间。拟定混合料配合比。按如下要求初步拟定混合料配合比：a选定不同的石灰（或水泥）剂量，制备同一种土样的混合料试件若干个，规范推荐的剂量如表2-17、表2-18所示。b通过击实试验确定混合料的最佳含水量和最大干密度。至少要做三组不同石灰（或水泥）剂量混合料的击实试验（即最小、中间和最大剂量）。按工地预定达到的压实度计算不同剂量时试件应有的干密度。c按最佳含水量和计算得到的干密度制备试件进行强度试验，试件数应符合表2-19的规定。试件的强度试验。试件在规定温度下保温养生6 d，浸水1 d后，进行无侧限抗压强度试验，计算试验结果的平均值和偏差系数。选定石灰或水泥剂量。根据试验结果和表2-16所示的强度标准，选定合适的水泥或石灰剂量。此剂量试件的室内试验结果的平均抗压强度R应符合下式的要求：工地实际采用的石灰（或水泥）剂量应比室内确定的剂量多0.5%1.0%，二灰土则多2%3%。Rdav1RZ C
