建筑材料教学绪论PPT.ppt

n建筑材料 n building materials n主讲人:宣国良 绪言 n建筑材料是指建造各种土木建筑工程中所用 的材料，通常可分为三大类： n 无机材料又分为无机非金属材料和金 属材料 n 有机材料 n 复合材料 n建筑材料是一切工程的重要物质基础，在工 程中所占投资的比重较大（5060%）。 n建筑材料的质量直接影响到工程的质量和耐 久性。 n品质优良的材料有利于许多工程技术问题的 突破。 n新材料的出现又将促进结构设计及施工技术 的革新。 建筑材料的技术标准 n建筑材料的技术标准由：标准名称、代号、 标准号和年代组成。 n国标gb gb/t 部标：jg sl dl jc jtj n地方标准，企业标准 n例：jtj268-96水运工程混凝土施工规范 课程内容： n着重讲述港航工程中常用的主要建筑材 n料，是土建工程技术人员必学的一门技术 n基础课，为后继课程，如钢筋混凝土，提 n供必要的基础知识。另一方面，为在工程 n实际中解决建筑材料问题提供一定的基本 n理论知识和基本试验技能。 n任务： n通过本课程的学习，要掌握主要建筑 材料 n的特性、基本理论，学会常用的材料 试验 n方法，学会使用和选择材料。 n学习方法：以课堂讲课为主，试验 课是 n重要的教学环节。 n考核方法：平时成绩加期末考试进 行综 n合评定。 第一章 建筑材料的基本性质 basic properties of building materials n建筑材料在建筑物中承受各种不同的作 n用，相应地，材料应具有不同的性质。 n本章将介绍具有共同性和比较重要的材 n料性质。 第一节 材料的组成、结构和构造 component, micro-structure and structure 材料的组成、结构和构造是决定材料性质 的内因。 一、材料的组成指材料所含的化学组成和 矿物组成。 化学组成指组成材料的化学元素及化 合物的种类和数量。 矿物组成批组成材料的矿物种类和数 量。 矿物 二、结构指组成材料的原子、分 子的排列方式、结合状况等。 晶体结构 n晶体的特性： n注：一般晶体材料却是各向同性的。为什么 ？ n影响晶体材料的物理力学性质的因素 ： n晶体材料中还存在各种缺陷 ：点，线，面 非晶体内容质点的排列没有一定的 规律性的材料 特点： 特性 ： 胶体结构指粒径10-6 10-4mm的颗粒在 介质中形成的分散体系。可分为溶胶和凝胶。 n溶胶其性质主要取决于介质的胶体 n凝胶其性质主要取决于胶粒的胶体。 n胶体具有触变性。 亚微观结构1 10-3mm，用光学显微镜 可观察到的材料内部结构。 三、材料的构造材料的宏观组织，肉眼 可辨析。可分为： n层状 n纤维状 n致密状 n多孔状孔的大小和特征：极细孔 ，细小孔，粗大孔；开口孔，封闭孔 。 第二节材料的密度、表观密度和孔隙率 density, apparent density, porosity 1、密度材料在绝对密实状态下单位体 积的质量。 n g/cm3 vm vb va v0 2、表观密度材料在自然状态下单 位体积的质量。 n g/cm3 ，kg/m3 n3、孔隙率孔隙体积占材料总体积的 百分比。 n 四、散粒材料的视密度、堆积密度和空隙 率 1、视密度apparent specific gravity材料 包含封闭孔隙在内的单位体积的质量。 g/cm3 2、堆积密度accumulated density散粒材 料在自然堆放状态下单位体积的质量。 kg/m3 3、空隙率percentage of voids 第三节 材料的力学性质 mechanical properties n力学性质是指材料在外力作用下的有关变形性 质与抵抗破坏的能力。 一、材料的变形性质 （一）弹性变形与塑性变形 n弹性变形 elastic deformation n塑性变形 plastic deformation n在规定的温度和湿度及加荷速度条件下施加外力， 根据材料在破坏前产生 塑性变形的大小（2%）， 可将材料划分为塑性材料与脆性材料。 （二）横向变形与体积变形 n1、横向变形 n n2、体积变形 （三）徐变与应力松弛 n1、徐变creep变形随时间延长而逐渐增 长的现象。 n2、松弛stress relaxation 材料在一定荷 载作用下，当其所产生的变形不能发展时， 材料内部的应力随时间延长而逐渐减小的现 象。 二、材料的强度 strength n（一）静力强度有抗压、抗拉、抗剪、抗 弯强度 1强度测定用破坏性试验方法测定。 n抗压、剪、拉强度： n f=f/a， mpa n抗弯强度：中间一个集中力作用时 n当跨中受两个对称的集中力作用时 2影响材料强度测定结果的因素 1） 试件的形状、尺寸、表面状况 2）测试时的温度和湿度 3）测试时的加荷速度及试验装置情况 3材料的强度等级 通常脆性材料按抗压强度大小划分强度等 级；塑性材料按抗拉强度大小划分强度等 级。 （二）持久强度和疲劳极限 持久强度约为静力强度的60%左右。 疲劳极限fatigue limit材料受到交 变应力的反复作用而不破坏的应力极 限值。对混凝土和钢材而言，以循环 次数106108次来测定。 三、冲击韧性ak impact toughness n材料抵抗冲击或震动等荷载作用的性能 。 n冲击韧性可分为：受压、受拉、受弯冲击韧 性。 n脆性材料冲击韧性小。 n塑性材料冲击韧性大。 四、材料的硬度、磨损和摩耗 hardness, wearing, wearing and tearing 硬度材料抵抗较硬物体压入其内的能力。 摩损材料受磨擦作用造成质量和体积减 少 的现象。 摩耗材料同时受到磨擦和冲击作用造成质 量 和体积损耗的现象。 第四节 材料与水有关的性质 n一、亲水性和憎水性 hydrophilicity and hydropholicity 二、吸水性材料吸收水分的性质 。 absorption n 1、含水率 n 2、吸水率 n三、耐水性材料受水的作用不破 坏、也不显著降低其强度的性质。 n 1、表示方法k软 n 2、用途 四、抗渗性材料抵抗压力水渗透 的能力。water tightness 第五节 材料的耐久性 durability 1、材料在自然环境中可能受到的作用 有： n 物理的 n 化学的 n 生物的 n2、耐久性材料在所处的自然环境 中，受到物理的、化学的、生物的作 用而不破坏，强度也不显著降低的性 能。 3、材料的抗冻性材料在水饱和状态下， 能经受多次冻融循环而不产生宏观破坏，强 度也不显著降低的性能。 4、材料冻融破坏的机理： n同质量的水结冰后其体积增加约9%，因此对 毛细孔产生： n冰胀压力， n水压力， n显微析冰作用。 5、影响材料的抗冻性的因素： n内因：吸水程度，材料的抗拉强度，孔隙 率及孔隙特征，软化系数； n外因冻结温度、速度及冻融频繁程度。 6、材料抗冻性表示方法抗冻等级。 第三章 气硬性胶凝材料 n胶凝材料指经过自身的物理化学作用硬 化后，能把散粒材料胶结成一个整体的材料 。 n分类：有机胶凝材料inorganic materials 无机胶凝材料organic materials ： 气硬性胶凝材料 水硬性胶凝材料 第一节 石 灰 lime 石灰是一种古老的建筑材料，生产成本低，使用 方便。 一、石灰的生产 caco3 cao + co2 二、石灰的熟化（消解） cao + h2o ca(oh)2 + 64.9kj cao熟化后生成消石灰ca(oh)2 ，密度减小，体 积增加一倍以上。 n陈伏把石灰浆放在消解坑内加水 覆盖2周以上的过程。 n陈伏的目的使未熟化的cao颗粒充 分熟化，消除过火石灰的危害。 三、石灰的硬化 hardening两个过程 n结晶过程 n2碳化过程 ca(oh)2 + n h2o caco3 + (n+1) h2o 在石灰的硬化过程中，以结晶过程为主 ， 碳化过程为辅。 n注意：石灰的硬化既要有水的参与，又必须 在空气中才能进行。 四、石灰的分类 n石灰的主要技术指标是有效钙、镁含 量，按其含量高低分为优等品、一等 品和合格品。要注意生石灰和消石灰 的指标是不同的。其他指标可参见表3 -2。 五、石灰的应用 n配制砂浆，用作涂料、配制三合土及 用于公路填料的改良和底基层、二灰 土、二灰碎石的无机结合料。以及硅 酸盐制品的原材料。 第二节 石 膏 gypsum、 plaster stone 一、石膏的生产天然二水石膏煅烧脱水制得 型半水石膏，然后再磨细。 n caso42h2o = caso41/2h2o + 1/2h2o 煅烧温度107 170，生成型半水石 膏。凝结硬化很快。是常用石膏 n煅烧温度170 200，生成硬石膏。凝结 硬化较快。 n煅烧温度200 250，生成的石膏仅含微 量水。凝结硬化很慢。 n煅烧温度400，生成不溶解硬石膏。不能 凝结硬化 n煅烧温度800，生成的石膏又分解出部分 cao。重新能凝结硬化。 二、建筑石膏型半水石膏 n1物理性质：=2.52.8g/cm3, 松堆积密度10001200kg/m3，通 常为白色粉末。 n2凝结硬化 caso41/2h2o + 1/2h2o = caso42h2o caso41/2h2o的溶解度远 caso42h2o 的 溶解度（约为5倍）。 3建筑石膏的性质： n 1）凝结硬化快（初凝约6min ，终凝 300/kg。 n 细度不合格者为不合格品。 （三）标准稠度(normal consistency)用水量p n水泥浆用标准稠度仪测得的试锥下沉深 度为262mm时的稠度，这时拌制水泥 浆所用的用水量为标准稠度用水量（ p=w/c100%） n硅酸盐水泥的p=24%30%。p大对 混凝土的性质不利。 （四）凝结时间 setting time n初凝（initial set）：水泥浆从加水拌和 开始至浆体开始失去塑性的时间。45min。 n终凝：( final set )：水泥浆从加水拌和 开始至浆体完全失去塑性的时间。6.5h。 n水泥的初凝和终凝的混凝土的施工具有重要 意义。 n初凝时间不合格者为废品。 n终凝时间不合格者为不合格品。 （五）体积安定性 soundness n体积安定性：指水泥浆体在硬化过程中体积 变化的均匀性。 n体积安定性不合格的现象：水泥石出现龟裂 、弯曲、松脆或崩溃。 n原因：水泥中fcao、so3、mgo含量过 高。 n安定性不合格者为废品。 （六）强度 strength n通过测定水泥胶砂3d和28d的抗折强度和 抗压强度，并根据其28d的抗压强度来划分 水泥强度等级，同时其他强度不得低于规定 的数值。 n硅酸盐水泥的强度等级有：42.5、52.5、 62.5三个等级。每个等级又分普通型的早 强型，如42.5r。 （七）水化热 hydrate n水泥水化过程中放出的热量。水泥的 水化热会对大体积混凝土产生不利影 响，产生温度裂缝。 n注意促凝物质和缓凝物质的影响 四、环境水对水泥石的侵蚀 erode n水泥石在受到环境水的物理和化学作用后， 其结构会遭到破坏强度降低、甚至结构破坏 的现象称为环境水对水泥石的侵蚀。 n原因：1）水泥石本身含有易被腐蚀的 n ca(oh)2、水化铝酸钙等物质； n 2）混凝土本身的不密实性； n 3）环境水存在腐蚀介质。 侵蚀类型 n溶出性侵蚀 n碳酸盐侵蚀 nca(oh)2 +co2 +h2o = caco3 + 2h2o ncaco3 + co2 +h2o = ca(hco3)2 n 易溶于水 n一般酸性侵蚀 n硫酸盐侵蚀 n镁盐侵蚀 n强碱、糖等侵蚀 防治措施： n合理选择水泥品种 n提高混凝土的密实性 n必要时在混凝土表面设置保护层。 五、硅酸盐水泥的主要特性 n 早强高强， n 抗冻耐磨性好， n 干缩较小， n 水化热大， n 耐腐蚀性较差。 第三节 混合材料及掺有混合材料的 硅酸盐水泥 n一、混合材料 mixture n1、非活性混合料活性很小或没有活性的混 合料，只起填充作用。可调节水泥的强度等 级。 n2、活性混合料active addition：在常温下与 石灰加水拌和后，能生成水硬性胶凝水化产 物的混合料。 n主要品种有： n 粒化高炉矿渣 blast-furnace slag n 火山灰质混合材料 pozzolan n 粉煤灰 fly-ash 二、普通水泥代号：po ordinary portland cement n该水泥只是在硅酸盐水泥中掺加6% 15%的非活性混合料，因此它的主要 特性与硅酸盐水泥非常接近，是目前 使用最广泛的水泥品种。 三、矿渣水泥portland blast- furnace slag cement n水化反应的特点：首先是水泥熟料颗粒开始 水化；然后熟料水化时生成的ca(oh)2与 矿渣中的sio2、al2o3进行二次反应，形成 具有胶凝性能的水化产物。 n密度=2.83.0g/cm3,细度、凝结时间、 安定性同普通水泥。 技术性能特点： n具有较强的抗溶出性侵蚀和抗硫酸 盐侵蚀的能力。 n水化热低。 n早期强度低，后期强度增长率大。 n温度敏感性大，适宜于蒸汽养护。 n保水性较差，泌水率较大。 n干缩性较大。 n抗冻耐磨性较差。 n碳化速度较快、深度较大。 n耐热性较强，可用于200以下的高 温车间、高炉基础混凝土。 四、火山灰质硅酸盐水泥portland pozzolan cement n水化反应的特点：与矿渣水泥相同。 n技术性能与矿渣水泥基本相同，其不 同点有： n 抗冻耐磨性较之更差。 n 干缩率较之更大。 n 泌水率较小。 n 抗渗性较高。 五、粉煤灰硅酸盐水泥 portland fly-ash cement n粉煤灰水泥的水化特点和技术性能与 火山灰水泥基本相同。其主要特点： n 干缩率较小，拌制的混凝土抗裂 性较好。特别适用于大体积混凝土。 n 配制的混凝土和易性较好。 六、复合硅酸盐水泥 composite portland cement n该水泥掺有两种或两种以上规定的混合料， 它扩大了混合材料的使用范围，又可降低水 泥的生产成本。 n在复合水泥中，两种混合料的作用不是简单 的叠加，而是相互补充。 n应当注意，复合水泥的性能与主要混合材料 的品种有关。为此标准中规定在包装袋上要 标明主要混合料的名称。 第四节 其它品种水泥 n一、抗硫酸盐水泥 n特点：抗硫酸盐侵蚀能力强，也有较 强的抗冻性 n用途：受硫酸盐侵蚀、冻融和干湿作 用的海港工程、水利工程和地下工程 。 二、快硬水泥 rapid hardening cement n特点：硬化快、早期强度高。 n用途：配制早强、低温条件下高强混 凝土预制构件、紧急抢修工程。 三、膨胀水泥和自应力水泥 n特点：水泥在硬化过程中具有体积膨胀性， 形成较密实