《道路工程材料》中水泥教学的思考

张增平 张强

摘 要：水泥是一种重要的道路工程材料，本文围绕水泥发展的历史故事、水泥的水化機理和水泥的应用等三个方面对本节内容进行分析，旨在提高《道路工程材料》中水泥内容讲解的教学效果。

1.引言

水泥是重要的建筑材料之一，是以硅酸盐水泥熟料和适量的石膏、及规定的混合材料制成的水应性胶凝材料[1]。水泥在《道路工程材料》这门必修专业基础课中也具有很重要的地位。要求学生掌握水泥熟料矿物成分特性、水化机理和技术性质及测定方法。对于土木工程领域的本科生而言，缺乏无机非金属材料专业的基础，理解水泥的水化、凝结硬化机理存在一定难度。鉴于此，本文便于学生理解，从水泥发展的历史故事、水泥的水化机理和水泥的应用等三个方面对本节内容进行补充和诠释。

2.水泥内容诠释

2.1 水泥发展的历史故事

关于水泥的发明，有着一段很有趣而悠久的历史。1756年，英吉利海峡南端最重要的灯塔突然失火烧毁了。英国政府命令工程师Smeaton用最快的速度重建这座灯塔。为了节省时间，Smeaton要求把石灰石运往灯塔所在的小岛，以便烧成石灰使用。两星期后，史密顿收到的确实混有太多土质的石灰石。可是，时间紧迫，他只好用这些劣质原料进行烧制。出乎意料的是，用这批石灰石烧出来的石灰，粘结石块的性能比普通石灰更好。Smeaton不愧是一名出色的工程师，他对这样的结果进行了冷静思考，对这些石灰进行了检验，发现这些石灰竟含有多达约20%的黏土。正是这样的偶然事件，让史密顿发现含黏土的石灰石煅烧可以获得性能优异的石灰。从此人们开始使用各种天然含土石灰岩石（泥灰岩）来烧制水硬石灰。水硬石灰的生产技术在1796年获得专利，并被称为“罗马水泥”。然而由于天然含土石灰岩石并不随处可见，人们开始人工配制水泥。英格兰人Aspdin在这方面取得了巨大的成功。他用粉磨的石灰石和黏土混合物在老式立窑中煅烧后制成水硬水泥，并在1824年所获得的专利中用波特兰来命名自己的产品，因为波特兰岩石是当地的一种坚硬、耐久的石灰岩。从这时起，胶凝材料进入了一个崭新的发展时代[2]。

2.2关于水泥的水化机理

水泥的凝结和硬化是一个连续而复杂的物理化学变化过程。水泥与适量的水拌和后，立即发生化学反应，水泥的各个组分开始溶解并产生了复杂的物理、化学和力学变化，这种变化可以持续很长时间，最终形成具有一定强度的石状体。水泥的水化实际上是其中各种主要矿物的水化[2，3]。

1）硅酸三钙

2.3关于水泥的应用

在道路和桥梁中常用的有硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥等六大品种[2]。工程建设中以硅酸盐水泥与普通硅酸盐水泥为主。以其优异的力学性能和耐久性，水泥是道路、桥梁和隧道等各种公路工程中最重要的一种无机结合料。水泥广泛用于路面基层、底基层和面层中，也是养护大中修工程常用材料，用于水泥冷再生基层中[4-7]，也可以用于土壤稳定[8]。

3.结束语

开始学习《道路工程材料》这门课程的本科生一般没有进行过水泥实验操作，对水泥的各种技术性质还是比较陌生的。通过在课堂中引入水泥发展的历史故事、深入解析其水化机理和介绍其应用，可以有效改善《道路工程材料》水泥这一节内容的教学效果，增加课堂的趣味性。

参考文献：

[1]GB175-2007，通用硅酸盐水泥

[2]申爱琴，道路工程材料，第二版，人民交通出版社[M]，2016

[3]伍必庆，道路建筑材料，人民交通出版社[M]，2007

[4]马满生.水泥稳定碎石基层施工技术在公路工程中的应用[J].工程建设与设计，2019（04）：213-214.

[5]韩丽华，冯火印.水泥混凝土路面施工技术在公路工程中的应用[J].交通世界，2016（36）：28-29.

[6]彭博.水泥稳定材料冷再生在公路大中修工程中的应用[J].工程技术研究，2017（10）：117+133.

[7]宋玉波.水泥就地冷再生基层在公路大中修工程中的应用[J].黑龙江交通科技，2016，39（05）：74+76.

[8]曾庆伟，孙海秀，王丽娜.水泥改良黄土在公路工程中的应用研究[J].公路，2017，62（07）：272-275.

作者简介：

1. 张增平，男，1981年10月生，陕西蓝田人，博士。工作单位：长安大学公路学院道路工程所。职称：教授。研究方向：道路工程材料。

2. 张强，男 ，1986年12月25日生，陕西西安人。学历：本科。工作单位：中国三安建设集团有限公司，职称：工程师。