《道路工程材料》中水泥教學的思考

張增平 張強

摘 要：水泥是一種重要的道路工程材料，本文圍繞水泥發展的歷史故事、水泥的水化機理和水泥的應用等三個方面對本節內容進行分析，旨在提高《道路工程材料》中水泥內容講解的教學效果。

1.引言

水泥是重要的建筑材料之一，是以硅酸鹽水泥熟料和適量的石膏、及規定的混合材料制成的水應性膠凝材料[1]。水泥在《道路工程材料》這門必修專業基礎課中也具有很重要的地位。要求學生掌握水泥熟料礦物成分特性、水化機理和技術性質及測定方法。對于土木工程領域的本科生而言，缺乏無機非金屬材料專業的基礎，理解水泥的水化、凝結硬化機理存在一定難度。鑒于此，本文便于學生理解，從水泥發展的歷史故事、水泥的水化機理和水泥的應用等三個方面對本節內容進行補充和詮釋。

2.水泥內容詮釋

2.1 水泥發展的歷史故事

關于水泥的發明，有著一段很有趣而悠久的歷史。1756年，英吉利海峽南端最重要的燈塔突然失火燒毀了。英國政府命令工程師Smeaton用最快的速度重建這座燈塔。為了節省時間，Smeaton要求把石灰石運往燈塔所在的小島，以便燒成石灰使用。兩星期后，史密頓收到的確實混有太多土質的石灰石?？墒?，時間緊迫，他只好用這些劣質原料進行燒制。出乎意料的是，用這批石灰石燒出來的石灰，粘結石塊的性能比普通石灰更好。Smeaton不愧是一名出色的工程師，他對這樣的結果進行了冷靜思考，對這些石灰進行了檢驗，發現這些石灰竟含有多達約20%的黏土。正是這樣的偶然事件，讓史密頓發現含黏土的石灰石煅燒可以獲得性能優異的石灰。從此人們開始使用各種天然含土石灰巖石（泥灰巖）來燒制水硬石灰。水硬石灰的生產技術在1796年獲得專利，并被稱為“羅馬水泥”。然而由于天然含土石灰巖石并不隨處可見，人們開始人工配制水泥。英格蘭人Aspdin在這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窯中煅燒后制成水硬水泥，并在1824年所獲得的專利中用波特蘭來命名自己的產品，因為波特蘭巖石是當地的一種堅硬、耐久的石灰巖。從這時起，膠凝材料進入了一個嶄新的發展時代[2]。

2.2關于水泥的水化機理

水泥的凝結和硬化是一個連續而復雜的物理化學變化過程。水泥與適量的水拌和后，立即發生化學反應，水泥的各個組分開始溶解并產生了復雜的物理、化學和力學變化，這種變化可以持續很長時間，最終形成具有一定強度的石狀體。水泥的水化實際上是其中各種主要礦物的水化[2，3]。

1）硅酸三鈣

2.3關于水泥的應用

在道路和橋梁中常用的有硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥和復合硅酸鹽水泥等六大品種[2]。工程建設中以硅酸鹽水泥與普通硅酸鹽水泥為主。以其優異的力學性能和耐久性，水泥是道路、橋梁和隧道等各種公路工程中最重要的一種無機結合料。水泥廣泛用于路面基層、底基層和面層中，也是養護大中修工程常用材料，用于水泥冷再生基層中[4-7]，也可以用于土壤穩定[8]。

3.結束語

開始學習《道路工程材料》這門課程的本科生一般沒有進行過水泥實驗操作，對水泥的各種技術性質還是比較陌生的。通過在課堂中引入水泥發展的歷史故事、深入解析其水化機理和介紹其應用，可以有效改善《道路工程材料》水泥這一節內容的教學效果，增加課堂的趣味性。

參考文獻：

[1]GB175-2007，通用硅酸鹽水泥

[2]申愛琴，道路工程材料，第二版，人民交通出版社[M]，2016

[3]伍必慶，道路建筑材料，人民交通出版社[M]，2007

[4]馬滿生.水泥穩定碎石基層施工技術在公路工程中的應用[J].工程建設與設計，2019（04）：213-214.

[5]韓麗華，馮火印.水泥混凝土路面施工技術在公路工程中的應用[J].交通世界，2016（36）：28-29.

[6]彭博.水泥穩定材料冷再生在公路大中修工程中的應用[J].工程技術研究，2017（10）：117+133.

[7]宋玉波.水泥就地冷再生基層在公路大中修工程中的應用[J].黑龍江交通科技，2016，39（05）：74+76.

[8]曾慶偉，孫海秀，王麗娜.水泥改良黃土在公路工程中的應用研究[J].公路，2017，62（07）：272-275.

作者簡介：

1. 張增平，男，1981年10月生，陜西藍田人，博士。工作單位：長安大學公路學院道路工程所。職稱：教授。研究方向：道路工程材料。

2. 張強，男 ，1986年12月25日生，陜西西安人。學歷：本科。工作單位：中國三安建設集團有限公司，職稱：工程師。