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材料员复习 1、质量与体积 密度 表观密度 0 堆积密度 0 密 度 l 单位体积材料的质量密度 l 体积与质量是可变的，密度是不变的 l 相同质量的材料的体积与物相和质点的堆积状 态有关 材料在绝对密实状态下， 单位体积的质量。 材料在自然状态下，单 位体积的质量。 散粒材料在堆积状态下 ，单位体积的质量。 绝对密实状态 下，m/V 自然堆聚状态下，m/V0 松散堆积状态下，m/V0 密度类别类别 符号 表达式体积积状态态 （真）密 度 =m/v绝绝干状态态绝对绝对 密实实 视视密度 =m/v绝绝干状态态含闭闭 口孔隙、不含开口孔 隙 表观观密度 0 0=m/ v0自然状态态含闭闭口 、开口孔隙 堆积积密度 00=m/v0自然堆积积状态态含 闭闭口、开口孔隙含 颗颗粒间间的空隙 （二）材料的孔隙率与空隙率（二）材料的孔隙率与空隙率 1 1、材料的孔隙率、密实度、孔隙特征、材料的孔隙率、密实度、孔隙特征 1 1） 孔隙率孔隙率 2 2） 密实度密实度 2.2. 材料的空隙率材料的空隙率 1 1） 空隙率空隙率 2 2）填充率）填充率 例 题 某工地质检员从一堆碎石料中取样，并将其洗净 后干燥，用一个10升的金属桶，称得一桶碎石的净质量是 13.50Kg；再从桶中取出1000g的碎石，让其吸水饱和后用 布擦干，称其质量为1036g；然后放入一广口瓶中，并用水 注满这广口瓶，连盖称重为1411g，水温为25C，将碎石倒 出后，这个广口瓶盛满水连同盖的质量为791g；另外从洗 净完全干燥后的碎石样中，取一块碎石磨细、过筛成细粉 ，称取50g，用李氏瓶测得其体积为18.8毫升。请问？ 1）该碎石的密度、表观密度和堆积密度？ 2）该碎石的孔隙率、开口孔隙率和闭口孔隙率？ 3）该碎石的密实度、空隙率和填充率？ 解答： 1） Vo=10L, m2=13.5kg; 0 =（m/V0）= 13.5/10 = 1.35 m=1000g, 吸水后质量=1036g. 设水的密度1。 则， Vo = 791(14111036) = 416mL 0 =（m/V0）= 1000/416 = 2.404 V=18.8mL, m=50g; =(m/V)= 50/18.8=2.66 2) P = 10/ 100% =(12.404/2.66)=9.624% 其中： P开= 36/416=8.653% P闭= 9.6248.65=0.974% 3) D=1P=90.376% P=10/0 100% =(11.35/2.404)=43.8% D=1P=143.8%=56.2% 碎石在水中吸水的质量 开口孔隙体积 二、材料与水有关的性质 1.亲水性与憎水性：润湿角 2.吸水性 ：吸水率（质量和体积吸水率） 3.吸湿性：含水率 4.耐水性：软化系数 5.抗渗性：渗透系数 6.抗冻性 ：冻融循环次数 二、材料与水有关的性质 （一）亲水性（材料）与憎水性（ 材料） 润湿角（接触角）：润湿角（接触角）： 亲水性：材料与水之间的分子亲合力亲水性：材料与水之间的分子亲合力大于大于水本身分子间的内聚力水本身分子间的内聚力 90 90 0 0 憎水性：材料与水之间的分子亲合力憎水性：材料与水之间的分子亲合力小于小于水本身分子间的内聚力水本身分子间的内聚力 9090 0 0 材料的含水状态 2. 吸水性（浸水状态下） 材料在水中吸收水分的性质称为吸水性,用吸水率表示。 3. 吸湿性 材料在潮湿空气中吸收水分的性质称为吸湿性 ，用含水率表示。含水率是指材料内部所含水重量 占材料干重量的百分率。 4. 耐水性 材料长期在水作用下不破坏、强度不显著降低的性质。即材料 抵抗水破坏的能力。 5. 抗渗性 材料抵抗压力水渗透的性质称为抗渗性，通常用渗 透系数（即一定厚度的材料，在单位压力水头作用下，在 单位时间内透过单位面积的水量）表示。 6、抗冻性 n抗冻性材料饱水下，抵抗冻融循环破坏作用 的能力 n抗冻等级材料丧失性能前能承受的最多冻融 循环次数，次数愈多，等级越高 n冻融循环试验 n冻融破坏的原因 n抗冻性的影响因素 混凝土 抗冻性试验 水结冰时，体积膨胀9； 当材料内部孔隙饱水情况下，发生多 次冻融循环，在水结冰时产生的拉力 作用下，产生裂缝、扩展、延伸，和 连通，导致材料破坏。 材料内部的孔隙率与孔隙特征 孔隙内的饱水程度 材料强度与韧性 环境温度变化 热容量、比热容 热容量是指材料受热时吸收热量或冷却时放出热量的性质 。 材料与热有关的性质 导热性 材料传导热量的能力称为导热性，用导热系数（ 即厚度为1m的材料，当其相对两侧表面温度差为1k时，在 1s时间内通过1面积的热量）表示。 n耐燃性和耐火性 n 耐燃性 材料在火焰或高温作用下可否燃烧的性质。 n 耐火性 材料在火焰或高温作用下，保持其不破坏、性 能不明显下降的能力。用其耐受的时间来表示，称为耐火极限 。 材料的力学性能 n强度材料抵抗外力，不变形或破坏的能力 ； n比强度材料强度与质量之比； n弹性材料能恢复荷载作用下的变形的性能 ； n塑性不可恢复荷载作用下的变形的性能； n脆性材料破坏前，不产生明显变形而突发 破坏； n韧性材料破坏前，能产生较大变形或吸收 较大能力； n硬度材料抵抗刻划、擦伤、磨损的能力； 材材 料料 的的 力力 学学 性性 质质 抗压强度抗压强度 抗拉强度抗拉强度 强度强度 抗剪强度抗剪强度 抗弯（折）强度抗弯（折）强度 弹性变形弹性变形 变形性变形性 塑性变形塑性变形 弹、塑性变形弹、塑性变形 抗冲击性抗冲击性韧性、脆性韧性、脆性 表面性能表面性能耐磨性、硬度耐磨性、硬度 抗压、抗拉、抗剪强度 建筑钢材的主要性能 n 由低碳钢在拉伸过程中形成的应力 ()-应变()关系图(图8.1)可知，低碳钢 受拉过程可划分为以下4个阶段。 n (1)弹性阶段(OA) n (2)屈服阶段(AB) n (3)强化阶段(BC) n (4)颈缩阶段(CD) 8.2.1 抗拉性能 l0 A0 d0 l 头部 头部 工作段 钢材拉伸的应力应变曲线 力 4 1 2 3 5 Stress (F/A) 弹性阶段 塑性阶段 应变硬化 断裂 极限拉 伸强度 UTS 斜率=E 颈缩 屈服强 度y 断裂强 度F l0 A0 d0 l 头部 头部 工作段 n 将断裂后的试件拼合起来，量出标距两 端点间的距离，按下式计算出伸长率： 第二章 n（4）烧结普通砖的缺陷指标 n 当生产烧结砖的原料中含有有害杂质或生产工 艺不当时，均可造成烧结砖的质量缺陷，影响砖的 耐久性。主要缺陷及耐久性指标有： n1）烧结砖的泛霜 n 当生产烧结砖的原料中含有可溶性无机盐时， 会隐含在成品烧结砖的内部，砖吸水后再次干燥时 ，水分会向外迁移，这些可溶性盐随水渗到砖的表 面，水分蒸发后便留下白色粉末状的盐，形成白霜 ，这就是泛霜现象。 n 泛霜严重时，由于大量盐类的溶出和结晶膨胀 会造成砖砌体表面粉化及剥落，内部孔隙率增大， 抗冻性显著下降。国家标准规定优等砖不得有泛霜 现象，合格砖不得严重泛霜。 n）烧结砖的石灰爆裂 n 有时生产烧结砖的原料中夹有石 灰石等杂物，经焙烧后砖内形成了颗 粒状的石灰块等物质。处于干燥条件 下时，这些杂质不会影响砖的性能， 一旦吸水后，就会产生局部体积膨胀 ，导致砖体开裂甚至崩溃。石灰爆裂 不仅造成砖体的外观缺陷和强度降低 ，还可能造成对砌体的严重危害。 n3）欠火砖与过火砖 n 烧结砖的形成是砖坯经高温焙烧， 使部分物质熔融，冷凝后将未经熔融的 颗粒粘结在一起成为整体。当焙烧温度 不足时，熔融物太少，难以充满砖体内 部，粘结不牢，这种砖称为欠火砖。欠 火砖孔隙率大，强度低，抗冻性差，外 观颜色较浅，为有缺陷砖。 n 当焙烧温度过高时，砖内熔融物过 多，造成高温下的砖体变软，此时砖在 点支撑下易产生弯曲变形，这种砖为过 火砖。它也属于有缺陷砖。欠火砖与过 火砖均为不合格产品。 n例6-1 试解释制成红砖与青砖的原理。 n 焙烧是制砖最重要的环节。当砖坯在氧化气氛中 烧成出窑，砖中的铁质形成了红色的Fe2O3，则制得 红砖。若砖坯在氧化气氛中烧成后，再经浇水闷窑 ，使窑内形成还原气氛，促使砖内的红色高阶氧化 铁（Fe2O3）还原成青灰色的低价氧化铁(FeO)，即 制得青砖。 n 粘土砖焙烧温度为950左右烧出的砖色泽多为 红色。这是由于砖中的着色矿物，如在氧化气氛中 保温、冷却时，铁形成了呈红色的Fe2O3之故。而为 获得青色，则焙烧开始阶段在氧化气氛中，达到焙 烧温度后，封闭火门，隔绝空气流入，并配合从窑 顶洇水入窑，产生大量水蒸汽，转变成缺氧环境， 使砖在还原气氛里保温、冷却。这时，砖中形成的 是呈青灰色的氧化铁(FeO)，制得青砖。 n例6-2何谓烧结普通砖的泛霜和石灰爆裂？它们对建 筑物有何影响？ n解 n 泛霜是指粘土原料中的可溶性盐类（如硫酸钠 等），随着砖内水分蒸发而在砖表面产生的盐析现象 ，一般为白色粉末，常在砖表面形成絮团状斑点。泛 霜的砖用于建筑中的潮湿部位时，由于大量盐类的溶 出和结晶膨胀会造成砖砌体表面粉化及剥落，内部孔 隙率增大，抗冻性显著下降。 n 当原料土中夹杂有石灰质时，则烧砖时将被烧成 过烧的石灰留在砖中。石灰有时也由掺入的内燃料（ 煤渣）带入。这些石灰在砖体内吸水消化时产生体积 膨胀，导致砖发生胀裂破坏，这种现象称为石灰爆裂 。 n 石灰爆裂对砖砌体影响较大，轻者 影响外观，重者将使砖砌体强度降低直 至破坏。砖中石灰质颗粒越大，含量越 多，则对砖砌体强度影响越大。 n 51012000规定，优等品砖不 允许有泛霜现象，一等品砖不允许出现 中等泛霜，合格品砖不允许出现严重泛 霜。标准规定，优等品砖不允许出现最 大破坏尺寸大于2mm的爆裂区域；一等 品砖不允许出现最大破坏尺寸大于10 mm的爆裂区域，在 10 mm之间爆裂 区域，每组砖样不得多于15处。 n例6-3 如何识别欠火砖和过火砖？ n烧结砖的形成是砖坯经高温焙烧，使部 分物质熔融，冷凝后将未经熔融的颗粒 粘结在一起成为整体。当焙烧温度不足 时，熔融物太少，难以充满砖体内部， 粘结不牢，这种砖称为欠火砖。欠火砖 ，低温下焙烧，粘土颗粒间熔融物少， 孔隙率大、强度低、吸水率大、耐久性 差；过火砖由于烧成温度过高，产生软 化变形，造成外形尺寸极不规整。欠火 砖色浅、敲击时声哑，过火砖色较深、 敲击时声清脆。 第三章 胶凝材料的定义和分类 n胶凝材料的定义 经过一系列的物理和化学变化，能够产 生凝结硬化，将块状或粉状材料胶结起来， 形成为一个整体的材料。 n胶凝材料的分类 如沥青、聚合物等 胶凝材料 无机胶凝材料 有机胶凝材料 气硬性胶凝材料 水硬性胶凝材料 如：石灰、石 膏、水玻璃等 通称为 “水 泥” n石膏的水化：半水石膏遇水后将重新水 化生成二水石膏： n 随着浆体中自由水分因水化和蒸发 而逐渐减少，浆体也逐渐变稠，这个过 程称为凝结过程。其后，二水石膏晶体 继续大量形成、长大，晶体之间互相交 错连生，形成结晶结构网，使浆体变硬 ，并形成具有强度的石膏制品。这个过 程称为硬化过程。 建筑石膏的凝结硬化 n (1)凝结硬化快 ：30分钟完全失去可塑 性 n (2)凝固时体积微膨胀 ：约0.5%-1% n (3)孔隙率大，表观密度小，绝热、吸声 性能好 n (4)具有一定的调温调湿性 n (5)防火性好，但耐火性差 n (6)耐水性、抗冻性差 建筑石膏的性质特点 石灰的熟化硬化过程 n生石灰的熟化 n熟化的过程 生石灰+水 熟石灰 n熟化的方式 淋 灰生石灰粉（消石灰粉） 化 灰 熟石灰膏 n熟化过程的特点 放出大量的热；体积膨胀1.53.5倍。 n熟化过程的注意事项 n熟石灰在使用前必须陈伏15d以上防止过火石灰的危害 ； n在化灰池表面保留一层水防止石灰碳化。 MgO + H2O = Mg（OH）2 CaO + H2O = Ca（OH）2 + 64.83kj n 石灰的硬化包含下面两个同时进行 的过程： n 结晶过程多余水分蒸发或被 砌体吸收，Ca(OH) 2逐渐从饱和溶液中 析出结晶。 n 碳化过程Ca(OH) 2和空气中 的CO2化合，生成碳酸钙晶体。反应式 如下： n (1)良好的可塑性及保水性 n (2)凝结硬化慢、强度低 n (3)耐水性差 n (4)体积收缩大 n (5)吸湿性强 石灰的特性 石灰的储存 n生石灰储存时间不宜过长，一般不超过一 个月。作到“随到随化”。 n不得与易燃、易爆等危险液体物品混合存 放和混合运输。 n熟石灰在使用前必须陈伏15d以上，以防 止过火石灰对建筑物产生的危害。 第四章 水泥 水泥的分类 n按性能和用途分 水 泥 通用水泥 专用水泥 特性水泥 硅酸盐水泥 普通硅酸盐水泥 矿渣硅酸盐水泥 粉煤灰硅酸盐水泥 火山灰质硅酸盐水泥 复合硅酸盐水泥 石灰石硅酸盐水泥 如砌筑水泥、油井水泥、 道路水泥、大坝水泥等 如白色硅酸盐水泥、快凝 快硬硅酸盐水泥等 硅酸盐水泥的原材料和生产 工艺 n硅酸盐水泥的原材料 n生产硅酸盐水泥熟料的原材料 n石灰质原料 天然石灰石。也可采用与天然石 灰石化学成分相似的材料如白垩、石灰华等。 n粘土质原料 主要为粘土，其主要化学成分为 SiO2，其次为Al2O3和少量Fe2O3。 n铁矿粉 采用赤铁矿，化学成分为Fe2O3。 n石膏主要为天然石膏矿、无水硫酸钙等 。 n混合材料 包括活性混合材料（粒化高炉矿 渣、粉煤灰、火山灰质混合材料等）和非 活性混合材料（石灰石粉、磨细石英砂等 ）。 n硅酸盐水泥的生产工艺“两磨一烧”工 艺 n生产水泥的方法主要有干法立窑生产和湿法 回转窑生产两种 ； n硅酸盐水泥分为：型硅酸盐水泥（不掺混 合材料）和型硅酸盐水泥（掺不超过5%混 合材料）。 硅酸盐水泥的原材料和生产 工艺 石灰石 粘 土 铁矿粉 生 料 石 膏 硅酸盐水泥 混合材料 熟 料 按比例混合 磨细 1350 1450 煅烧磨细 体积安定性 n体积安定性是指水泥浆体硬化后体积变化的稳 定性。水泥在硬化过程中体积变化不稳定，即 为体积安定性不良。 n水泥安定性不良的原因： n熟料中含有过量的游离氧化钙（fCaO），或含有 过量的游离氧化镁（fMgO）； n生产水泥时掺入的石膏过量。 n国家标准GB1751999规定，硅酸盐水泥的安 定性用沸煮法检验必须合格。 n体积安定性不良的水泥严禁用于工程中。 六、硅酸盐水泥的特性及应 用 n凝结硬化快，早期及后期强度均高，适用于有早强要 求的工程。 n抗冻性好，适合水工混凝土和抗冻性要求高的工程。 n耐腐蚀性差，因水化后氢氧化钙和水化铝酸钙的含量 较多。 n水化热高，不宜用于大体积混凝土工程。但有利于低 温季节蓄热法施工。 n抗碳化性好。因水化后氢氧化钙含量较多，故水泥石 的碱度不易降低，对钢筋的保护作用强。适用于空气 中二氧化碳浓度高的环境。 n耐热性差。因水化后氢氧化钙含量高。不适用于承受 高温作用的混凝土工程。 n耐磨性好，适用于高速公路、道路和地面工程。 混合材料及其分类 混合材料 为了改善水泥性能、提高水泥的 产量，在生产时掺入的天然或人工矿物质材料。 n活性混合材料 具有潜在水硬性或火山灰特性，或者兼具有潜在 水硬性和火山灰特性的混合材料。 n粒化高炉矿渣； n粉煤灰； n火山灰质混合材料 n非活性混合材料 不具有潜在水硬性或质量活性指标不能达到规定 要求的混合材料。如磨细石灰石粉、磨细石英砂等。 矿渣水泥、粉煤灰水泥、火山灰 水泥 n定义 技术性质要求（与普通水泥相比） n相同点：细度、凝结时间、安定性的技术要求相同。 n不同点：（1）三氧化硫含量：矿渣水泥不超过4.0 ；火山灰质水泥、粉煤灰水泥不得超过3.5。（2） MgO含量不超过5%，熟料中不超过6% 熟料适量石膏 20%70%粒 化高炉矿渣 20%40%粉 煤灰 20%50%火 山灰质混合料 矿渣水泥 （PO） 粉煤灰水泥 （PS） 火山灰水泥 （PP） 磨细 磨细 磨细 矿渣水泥、粉煤灰水泥、火山灰 水泥 n主要特性（与硅酸盐水泥、普通水泥相比） n三种水泥的共同特性 n凝结硬化较慢，早强强度较低，后期强度增长较快； n水化热较低，放热速度慢； n抗硫酸盐腐蚀和抗水性较好； n蒸汽养护适应性好； n抗冻性、耐磨性及抗碳化性能较差。 n三种水泥各自特性 n矿渣水泥的抗渗性较差，但耐热性好，可用于温度不 高于200的混凝土工程中。 n火山灰水泥的抗渗性好，但干缩较大，不适用于长期 处于干燥环境中的混凝土工程。 n粉煤灰水泥干缩小，抗裂性好。 n例3-2 何谓水泥的体积安定性？水泥的体 积安定性不良的原因是什么？安定性不良 的水泥应如何处理？ n解 n水泥浆体硬化后体积变化的均匀性称为水 泥的体积安定性。即水泥硬化浆体能保持 一定形状，不开裂，不变形，不溃散的性 质。导致水泥安定性不良的主要原因是： n（1） 由于熟料中含有的的游离氧化钙、 游离氧化镁过多； n（2） 掺入石膏过多； n其中游离氧化钙是一种最为常见，影响也是最 严重的因素。熟料中所含游离氧化钙或氧化镁 都是过烧的，结构致密，水化很慢。加之被熟 料中其它成分所包裹，使得其在水泥已经硬化 后才进行熟化，生成六方板状的Ca（OH）2晶体 ，这时体积膨胀97以上，从而导致不均匀体 积膨胀，使水泥石开裂。当石膏掺量过多时， 在水泥硬化后，残余石膏与水化铝酸钙继续反 应生成钙矾石，体积增大约1.5倍，也导致水泥 石开裂。 n体积安定性不良的水泥，会发生膨胀性裂纹使 水泥制品或混凝土开裂、造成结构破坏。因此 体积安定性不良的水泥，应判为废品，不得在 工程中使用。 n例3-3 现有四种白色粉末，已知其为建 筑石膏、生石灰粉、白色石灰石粉和白 色硅酸盐水泥，请加以鉴别（化学分析 除外）。 n解 n取相同质量的四种粉末，分别加入适量 的水拌合为同一稠度的浆体。放热量最 大且有大量水蒸气产生的为生石灰粉； 在分钟内凝结硬化并具有一定 强度的为建筑石膏；在分钟到 小时内凝结硬化的为白色水泥；加水后 没有任何反应和变化的为白色石灰石粉 。 n鉴别这四种白色粉末的方法有很多，主要 是根据四者的特性来区分。生石灰加水， 发生消解成为消石灰氢氧化钙，这个过 程称为石灰的“消化”，又称“熟化”， 同时放出大量的热；建筑石膏与适量水拌 合后，能形成可塑性良好的浆体，随着石 膏与水的反应，浆体的可塑性很快消失而 发生凝结，此后进一步产生和发展强度而 硬化。一般石膏的初凝时间仅为10min左 右，终凝时间不超过30min。白色硅酸盐 水泥的性能和硅酸盐水泥基本项同，其初 凝时间不早于45min，终凝时间不超过 6h30min。石灰石粉与水不发生任何反应 。 第五章 混凝土 （一） 普通混凝土的组成 水泥 水 水泥浆 石子 砂子 骨 料 新拌混凝土 100%体积 6075% 715% 2540% 1421% 2128% 3942% 凝结硬化 硬化混凝土 混凝土外加剂 为了改善或提高混 凝土的性能 各组成材料的作用 骨 料 v廉价的填充材料，节省水泥用量 v混凝土的骨架，减小收缩，抑制裂缝的扩展 v传力作用 v降低水化热 v提高耐磨性 水泥浆 v润滑作用与水形成水泥浆，赋予新拌混凝土以流动 性 v胶结作用包裹在所有骨料表面，通过水泥浆的凝结 硬化，将砂、石骨料胶结成整体，形成固体 含水状态：完全干燥 气 干 饱和面干 含水湿润 含水量： 不含水 有效含水量 有效含水量 有效含水量 完全干燥 气 干 饱和面干 含水湿润 骨料的含水状态 混凝土拌合物的技术性质：和易性 混凝土拌合物便于施工操作，能够达到结构均匀 、成型密实的性能。和易性主要包括流动性、粘聚性 和保水性： 和易性粘聚性 保水性 流动性 易达结构均匀 易成型密实 好 好 在本身自重或施工机械振捣 作用下，能产生流动并且均 匀密实地填满模板的性能。 各组成材料之间具有一定的 内聚力，在运输和浇注过程 中不致产生离析和分层现象 的性质。 具有一定的保持内部 水分的能力，在施工 过程中不致发生泌水 现象的性质。 保证混凝土 硬化后的质 量 二、和易性的评定 定量测定拌合物的 流动性、辅以直观 经验评定粘聚性和 保水性。 1.坍落度法 测定混凝土拌合物在自重作用下产生的变形值坍落度（单 位mm）。 适用范围： 集料最大粒径不大于40mm； 坍落度值不小于10mm的低塑性混凝土、塑 性混凝土。 影响和易性的因素 1.组成材料及其用量之间的关系 水泥浆数量和单位用水量； 骨料的品种、级配和粗细程度； 砂率 ； 外加剂 。 见下图。 2.施工环境的温度、搅拌制度等。 水泥水砂石子外加剂 水泥浆骨料 混凝土拌合物 影响和易性的因素 合理砂率的确定 合理砂率是指在水泥浆数量一定的条件 下，能使拌合物的流动性（坍落度T）达到最大，且 粘聚性和保水性良好时的砂率；或者是在流动性（坍 落度T）、强度一定，粘聚性良好时，水泥用量最小 的砂率。 改善和易性的措施 n采用合理砂率； n改善砂石的级配； n掺外加剂或掺合料； n根据环境条件，注意坍 落度的现场控制； n在水灰比不变的条件下 ，适当增加水泥浆的用 量，可增大拌合物的流 动性； n在砂率不变的条件下， 适当增加砂石的用量， 可减小拌合物的流动性 。 掺外加剂 的混凝土 n影响混凝土强度的因素 影响混凝土强度的主要因素有： （1）水泥强度与水灰比 混凝土强度，随水灰比增大而降低，呈曲 线关系，而混凝土强度与灰水比呈直线关 系 当混凝土水灰比值在0.400.80之间时越大，则混 凝土的强度越低； 水泥强度越高，则混凝土强度越高。 n式中fcu,0混凝土28天抗压强度, a； fce水泥的实际强度,a； 灰水比； 每立方米混凝土中水泥用量, kg; 每立方米混凝土中用水量, kg 。 a,b为回归系数 采用碎石：a=0.46b0.07 采用卵石：a=0.48b =0.33 n水泥石与骨料的粘结情况与骨料种类和骨料表面性质有关，表 面粗糙的碎石比表面光滑的卵石（砾石）的粘结力大。在其他 条件相同的情况下，碎石混凝土的强度比卵石混凝土的强度高 。 根据大量试验建立的混凝土强度公式： n(3) 龄期 在正常养护条件下，混凝土强度的增长遵 循水泥水化历程规律，即随着龄期时间的延长 ，强度也随之增长。最初内，强度 增长较快，以后增长较慢。但只要温湿 度适宜，其强度仍随龄期增长。 普通水泥制成的混凝土，在标准养护条件下， 其强度的发展，大致与其龄期的对数成正比（ 龄期不小于三天） 式中式中 f f n n ndnd龄期混凝土的抗压程度龄期混凝土的抗压程度, MPa, MPa； 28 28 2828龄期混凝土的抗压强度龄期混凝土的抗压强度, MPa , MPa； lglg、lglg 28 28（不小于（不小于3 3）和）和2828的常用对数。的常用对数。 n徐变 混凝土在恒定荷载长期作用下，随时间 增长而沿受力方向增加的非弹性变形，称为混 凝土的徐变。 一般认为，徐变是由于水泥石中凝胶体 在外力作用下，粘滞流变和凝胶粒子间的滑移 而产生的变形，还与水泥石内部吸附水的迁移 等有关。 影响混凝土徐变因素很多，混凝土所受初 应力越大，在混凝土制成后龄期较短时加荷， 水灰比越大，水泥用量越多，都会使混凝土的 徐变增大；另外混凝土弹性模量大，会减小徐 变，混凝土养护条件越好，水泥水化越充分， 徐变也越小。 n 混凝土的徐变会使构件的变形增加，在 钢筋混凝土截面中引起应力的重新分布 。对预应力钢筋混凝土结构，混凝土的 徐变将使钢筋的预应力受到损失。但有 时徐变也对工程有利，如徐变可消除或 减小钢筋混凝土内的应力集中，使应力 均匀地重新分布。对大体积混凝土，徐 变能消除一部分由温度变形所产生的破 坏应力。 n混凝土配制强度 在施工中配制混凝土时，如果所配制混凝土的强 度平均值（ ）等于设计强度（fcu,）， n则混凝土强度保证率只有50。因此，为了保证工 程混凝土具有设计所要求的95强度保证率，在进 行混凝土配合比设计时，必须使混凝土的配制强度 大于设计强度（fcu）。 二、配合比设计的要求 n满足结构设计的强度 等级要求； n满足混凝土施工所要 求的和易性； n满足工程所处环境对 混凝土耐久性的要求 ； n符合经济原则，即节 约水泥以降低混凝土 成本。 三、配合比设计基本参数 水灰比（ mw/mc ）、单位用水量（mw） 和砂率（s）是混凝土配合比设计的三个基本 参数。水泥水砂石子 水泥浆骨料 混凝土 单位用水量mw砂率w水灰比 mw/mc 与强度、耐久 性有关 与流动性有关 与粘聚性、保水 性有关 五、配合比计算例题 例题 某工程现浇室内钢筋混凝土梁，混凝土设计强度 等级为C30。施工采用机械拌合和振捣，选择的混凝 土拌合物坍落度为3050mm。施工单位无混凝土强 度统计资料。所用原材料如下： 水泥：普通水泥，强度等级42.5MPa，实测28d抗压强度 48.0MPa，密度c3.1g/cm3; 砂：中砂，级配2区合格。表观密度s2.65g/cm3; 石子：卵石，540mm。表观密度g2.60g/cm3; 水：自来水，密度w1.00g/cm3。 试用体积法和质量法计算该混凝土的基准配合比。 五、配合比计算例题 解: 1.计算混凝土的施工配制强度fcu,0： 根据题意可得：fcu,k30.0MPa，查表 3.24取5.0MPa，则 fcu,0 fcu,k + 1.645 30.0+1.6455.038.2MPa 2.确定混凝土水灰比mw/mc （1）按强度要求计算 根据题意可得：fce48.0MPa，a0.48 ，b0.33，则： （2）复核耐久性：经复核，耐久性合格 。 五、配合比计算例题 3.确定用水量mw0 根据题意，骨料为中砂，卵石， 最大粒径为40mm，查表取mw0160kg。 4.计算水泥用量mc0 （1）计算： （2）复核耐久性 经复核，耐久性合格 。 5.确定砂率s 根据题意，采用中砂、卵石（最大 粒径40mm）、水灰比0.50，查表s2833，取 s30。 6.计算砂、石子用量ms0、mg0 五、配合比计算例题 （1）体积法 将数据代入体积法的计算公式，取1 ，可得： 解方程组，可得ms0570kg、mg0 1330kg。 （2）质量法 假定混凝土拌合物的质量为mcp 2400kg，将数据代入质量法计算公式，得： ms0 + mg02400320160 解方程组，可得ms0576kg、mg0 1344kg。 6.计算基准配合比 （1）体积法 mc0:ms0:mg0320:570:1330 1:1.78:4.16， mw/mc 0.50； （2）质量法 mc0:ms0:mg0320:576:1344 1:1.80:4.20， mw/mc 0.50。 第六章 砂浆 6.1.4.1 水泥混合砂浆配合比设计 (1)计算试配强度 (2)每立方米砂浆中的水泥用量按下式计算： 6.1.4 砌筑砂浆配合比设计 (3)确定1m3水泥混合砂浆的掺加料用量： QD=QA-QC (4)每立方米砂浆中的砂子用量，应按干燥状 态(含水率小于0.5%)的堆积密度值作为计算值 (kg)。 (5)每立方米砂浆中的用水量，根据砂浆稠度 等要求可选用240310kg。 【例题1】要求设计用于砌筑砖墙的水泥混合砂浆配合比 。设计强度等级为M7.5，稠度为7090mm。 原材料的主要参数，水泥：32.5级矿渣水泥；干砂 ：中砂，堆积密度为1450kg/m3；石灰膏：稠度120 mm ；施工水平：一般。 【解】 (1)计算试配强度fm,o fm,o=f2+0.645 式中 f2=7.5MPa =1.88MPa（查表6.2） fm,o=7.5+0.6451.88=8.7MPa (2)计算水泥用量QC QC=1000(fm,o-)/(fce) 式中 fm,o=8.7MPa =3.03，=-15.09 fce=32.5MPa QC=1000(8.7+15.09)/(3.0332.5)=242kg/m3 (3)计算石灰膏用量QD QD=QA-QC 式中 QA=330kg/m3 QD=330-242=88kg/m3 (4)砂子用量QS QS=1450kg/m3 (5)根据砂浆稠度要求，选择用水量为300kg/m3 水的用量Qw=（300-1450*2%）=271kg 砂浆试配时各材料的用量比例： 水泥石灰膏砂=242881450=10.365.99 【例题2】要求设计用于砌筑砖墙的水泥砂浆，设计强 度为M10，稠度7090mm。原材料的主要参数，水泥： 32.5级矿渣水泥；干砂：中砂，堆积密度为1400kg/m3； 施工水平：一般。 【解】 (1)根据表6.3选取水泥用量260kg/m3 (2)砂子用量QS QS=1400kg/m3 (3)根据表6.3选取用水量为290kg/m3 砂浆试配时各材料的用量比例： 水泥砂=2601400=15.38 第七章 建筑钢材 8.1 钢的冶炼和分类 n 钢是由生铁冶炼而成的。钢和铁都 是铁碳合金，钢的含碳量在2%以下， 而生铁的含碳量大于2%。另外钢中的 杂质含量也少于生铁。 n 生铁有炼钢生铁和铸造生铁之分。 n 钢的冶炼就是将熔融的生铁进行氧 化，使碳的含量降低到规定范围，其他 杂质含量也降低到允许范围之内。 8.1.1 钢的冶炼 n 根据炼钢设备所用炉种不同，炼钢 方法主要可分为平炉炼钢、氧气转炉炼 钢、电炉炼钢三种。 n(1)平炉炼钢 n 它以熔融状或固体状生铁、铁矿石 或废钢铁为原料，以煤气或重油为燃料 。利用铁矿石中的氧或鼓入空气中的氧 使杂质氧化。可用于炼制优质碳素钢和 合金钢等。 n(2)氧气转炉炼钢 n 以熔融的铁水为原料，由转炉顶部 吹入高纯度氧气，能有效地去除有害杂 质，并且冶炼时间短(2040min)，生产 效率高，所以氧气转炉钢质量好，成本 低，应用广泛。 n(3)电炉炼钢 n 以电为能源迅速将废钢、生铁等原 料熔化，并精炼成钢。电炉又分为电弧 炉、感应炉和电渣炉等。 n 冶炼后的钢水中含有以FeO形式存 在的氧，FeO与碳作用生成CO气泡，并 使某些元素产生偏析(分布不均匀)，影 响钢的质量。所以必须进行脱氧处理， 方法是在钢水中加入锰铁、硅铁或铝等 脱氧剂。 n 根据脱氧程度的不同，钢可分为沸 腾钢、镇静钢和半镇静钢三种。 n(1)沸腾钢 n 是脱氧不完全的钢。 n(2)镇静钢 n 是脱氧充分的钢。 n(3)半镇静钢 n 其脱氧程度和质量介于上述两者之 间。 n 建筑钢材是将钢坯加热后经轧制而 成的。 一、钢及其特性 n钢 n理论上，凡是把含碳量小于2%，含杂质比较 少的铁碳合金称为钢。 n含碳量超过2%，称为生铁；含碳量小于0.08% ，称为工业纯铁。 n钢的特点 n具有强度高，塑性好，具有良好的韧性；工 艺性能良好，易于加工；但是，钢材易锈蚀 、耐火性差。 （三）钢的含碳量与性能关系 n亚共析钢： 碳含量位于0.020.77之间 晶体组织为铁素体和珠光体 n共析钢： 碳含量在0.77 晶体组织全部为珠光体 n共析钢： 碳含量在0.772.11之间 晶体组织为珠光体和渗碳体 n含碳量的增加 珠光体逐渐减少，渗碳体逐渐增多 强度与硬度逐渐提高，塑性与韧性逐渐降低 晶体组 织含量 （） 性能 变化 0.02 分类 项目 工业 纯铁 亚共析钢 铁素体 珠光体 渗碳体 过共析钢 含碳量0.77 2.11 0 塑性、韧性 硬度 强度 铁碳合金的含碳量、晶体组织与性能的关系 n (1)碳是决定钢材性能的主要元素。 n 如图8.7所示，随着含碳量的增加， 钢的强度和硬度提高，塑性和韧性下降 。但当含碳量大于1.0%时，由于钢材变 脆，强度反而下降。 n (2)硅、锰 n 加入硅和锰可以与钢中有害成分FeO 和FeS分别形成SiO2、MnO和MnS而进入 钢渣排出，起到脱氧、降硫的作用。 8.2.7 钢的化学成分对钢材性能的影响 n (3)硫、磷 n 硫不溶于铁而以FeS的形式存在， FeS和Fe形成低熔点的共晶体。当钢材 温度升至1000以上进行热加工时，共 晶体熔化，晶粒分离，使钢材沿晶界破 裂，这种现象叫做热脆性。 n 磷能使钢的强度、硬度提高，但显 著降低钢材的塑性和韧性，特别是低温 状态的冲击韧性下降更为明显，使钢材 容易脆裂，这种现象叫做冷脆性。 n (4)氧、氮 n 未除尽的氧、氮大部分以化合物的 形式存在，如FeO、Fe4N等。这些非金 属化合物、夹杂物降低了钢材的强度、 冷弯性能和焊接性能。氧还使钢的热脆 性增加，氮使冷脆性及时效敏感性增加 。 n (5)钛、钒、铌 是钢的强脱氧剂 和合金元素。能改善钢的组织、细化晶 粒、改善韧性，并显著提高强度。 钢材的时效 时效 n钢材随时间的延长，其强度、硬度提高，而 塑性、冲击韧性降低的现象称为时效。 n时效分为自然时效和人工时效两种。 n自然时效是将其冷加工后，在常温下放置1520d ； n人工时效是将冷加工后的钢材加热至100200保 持2h以上。 n经过时效处理后的钢材，其屈服强度、抗拉 强度及硬度都将提高，而塑性和韧性降低。 热处理 n热处理是将钢材按一定的规则加热、保温 和冷却，以获得需要性能的一种工艺过程 。 n热处理的方法有：淬火和回火。 n淬火：将刚才加热至基本组织改变温度（ 723）以上保温，是基本组织转变成奥氏体 ，然后投入到水中或矿物油中急冷。 n回火：加热至基本组织改变温度一下（150- 650）保温后按一定制度冷却至室温 （一） 碳素结构钢 1、钢的牌号： 根据国标GB700-1988，碳素结构钢按照屈服强度分 为Q195、Q215、Q235、Q255和Q275五个牌号，每个牌 号又根据硫、磷等杂质含量分为A、B、C、D四个质量 等级。 牌号的顺序：屈服强度字母Q、屈服强度数值、 质量等级（A、B、C、D）、 脱氧程度符号（F、b、Z、TZ）。 例如：Q235AF，表示屈服强度为235MPa，A级沸腾（F） 碳素结构钢。 2、钢牌号与性能的关系 钢牌号越大，钢的含碳量增加，强度与硬度增高，塑 性和韧性降低，可焊性变差。 碳素结构钢 3、选用原则：应根据钢结构的工作条件、荷载类型 、连接方式、环境温度与介质的腐蚀情况等综合 因素选用。 例如： Q195和Q215号钢强度较低，塑性和韧性较大， 易弯加工，可用于钢钉、螺栓等。 Q235A使用于承受静载作用的钢结构； Q235B可用于承受动载焊接的普通钢结构； Q235C可用于承受动载焊接的重要钢结构； Q235D可用于低温承受动荷载焊接的钢结构。 Q255和Q275强度较高，塑性和韧性较差，主要用于机 械零件等 （二）优质碳素结构钢 1、钢的牌号 用两位数字表示，代表平均含碳量的万分数，如含锰量 较高时，在牌号后加注（Mn）。 如：45号钢，表示气焊碳量为0.45%。 2、选用： 3045号钢，用于重要结构的钢铸件和高强度螺栓 ； 6580号钢，常用于制作碳素钢丝、刻痕钢丝和钢 绞线等。 （三）低合金结构钢 1、组成：含有5%以下的合金元素（Si、Mn、Ti、V、Cr、 Ni、Cu等）。含碳量0.2%。 2、合金元素的作用： 细化结晶，起到细晶强化作用，不仅可提高强度和硬 度，还可一定程度上增加塑性和韧性。 弥散强化作用，较硬微粒均匀分散在晶粒内部，阻碍 晶粒滑移变形，大大提高钢的强度和硬度。 3、牌号：与碳素结构钢一样，用Q+屈服强度值+质量等级 （A、B、C、D、E）表示。 4、特性：强度和硬度高，有害杂质少，质量高且稳定，良 好的塑性和韧性，适当的可焊性。 5、应用：适合于大跨度结构、高层建筑和桥梁。 低合金结构钢的性能要求 (1) 高强度：一般其屈服强度在300MPa以上。 (2) 高韧性：要求延伸率为15%20%，室温冲 击韧性大于600kJ/m2800kJ/m2。对于大型焊 接构件，还要求有较高的断裂韧性。 (3) 良好的焊接性能和冷成型性能。 (4) 低的冷脆转变温度。 (5) 良好的耐蚀性。 低合金结构钢的组成特点 低碳：由于韧性、焊接性和冷成形性能的要求 高，其碳含量不超过0.20%。 加入以锰为主的合金元素。 加入铌、钛或钒等辅加元素：少量的铌、钛或 钒在钢中形成细碳化物或碳氮化物，有利于获 得细小的铁素体晶粒和提高钢的强度和韧性。 加入少量铜（0.4%）和磷（0.1%左右）等， 可提高抗腐蚀性能。 加入少量稀土元素，可以脱硫、去气，使钢材 净化，改善韧性和工艺性能。 问题： 与碳素钢相比，低合金结构钢有何 特点？ 答：由于低合金结构钢中的合金元素的细晶强化 和弥散强化作用，以及含碳量低，有害杂质少， 质量较高且稳定，使得低合金结构钢有以下特点 ： 不但具有较高的屈服强度和抗拉强度，而且具有 较好的塑性、韧性和适当的焊接性，耐低温性较 好，时效敏感性也较小。 沥青材料及防水材 料 概 述 n沥青： 有机胶凝材料，是高分子碳氢化合物和非金属 衍生物的混合物。 n沥青的特点 热塑性材料，加热就软化； 憎水性材料，耐水、不溶于水； 良好的粘结性和粘弹性； 较强的耐腐蚀性。 沥青 天然沥青 煤沥青 石油沥青 地沥青 焦油沥青 木沥青 泥炭沥青 页岩沥青 沥青分类 一、石油沥青 n定义： 石油原油经蒸馏等提炼各种轻油（如 汽油、柴油等）及润滑油后的残留物 ，或经过加工而得的产品。是一种有 机胶凝材料。 常温下有固体、半固体或粘性液体三 种形态。 （一）石油沥青的组分与结构 n化学组成： 83% 碳； 10% 氢； 7% 氧, 氮 和硫； 微量的钒、镍、铝和硅。 （一）石油沥青的组分与结构 n组分 l油分（芳香油和饱和油） 油状液体，密度最小 ，加热可以挥发，能溶于有机溶剂，它们赋予沥 青以流动性。分子量为100 500 。 l树脂（沥青脂胶） 粘稠状液体（半固体），密度 大于油分，属于中性树脂，能溶于有机溶剂（苯 、汽油）。它们赋予沥青以良好的粘结性、塑性 和可流动性，分子量为5001000 。 l地沥青质（沥青质） 固态无定性物质，密度大于 1，决定沥青的温度敏感性和粘性，其含量越高， 沥青软化点越高，粘性越大，越硬脆。分子量大 于10006000。 2、石油沥青的胶体结构 n组分的相溶特性 油分与树脂相溶； 树脂能浸润地沥青质； 地沥青质对油分有憎液性。 n胶体结构 以地沥青质为核心构成胶核； 胶核周围形成树脂薄膜，薄膜外吸附一层油分构成胶团 ； 无数胶团分散在油分中而形成胶体结构。 n分散体结构 分散相是吸附部分树脂的地沥青质； 分散介质是溶有部分树脂的油分。 沥青的胶体结构 n溶胶结构 油分较多，胶团较少，温度稳定性差； 胶团相对运动自由，流动性和塑性较好。 n溶凝胶结构 介于溶胶结构与凝胶结构之间。 n凝胶结构 油分与树脂较少，地沥青质较多，温度稳定性好； 胶团相互连接成不规则空间网状的凝胶结构，弹性和 粘性较高，流动性和塑性较低。 溶胶结构 凝胶结构 沥青的胶体结构 n粘性（粘滞性） n塑性（延性） n温度敏感性 n大气稳定性 n其他性能 （二）石油沥青的技术性质 石油沥青的技术性质 n粘性（粘滞性） 概念： 粘性反映石油沥青材料抵抗外力或自重作用 下变形的能力。 评价指标：相对粘度和针入度。相对粘度越大或针入 度越小，粘性越大。 测定方法：标准粘度计和针入度仪法。 影响因素： u组成： 地沥青质含量较高，油分含量较小但有时量树脂， 则粘性大； u温度： 在一定温度范围内，粘性随温度升高而降低，反之 则随之增大。 沥青的针入度试验 规定的荷载、时间和温度下进行 P针入度 开始时5秒后 n塑 性 概念 塑性指石油沥青在外力作用时产生变形而不破坏 ，除去外力后，则仍保持变形后的形状的性质。也反映 了沥青的自愈合性能。 评价指标 延度（伸长度），延度越大，塑性越好。 测定方法 把沥青试样制成8字型标准试模（中间最小截 面积1cm2），在规定拉伸速度（5cm/min）和规定温度 （25C）下拉断时的长度，即为延度，用cm为单位表 示。 影响因素 u树脂含量较多，其他组分含量适当时，则塑性较大 ； u温度升高，塑性增大；沥青膜层厚度越厚，则塑性 愈大。 石油沥青的技术性质 延度 沥青延度试验 n温度敏感性 概念 敏感性是指石油沥青的粘性和塑性随温度升 降而改变的程度。 评价指标 软化点，它是沥青材料由固态转变为粘 流态时的温度。 测定方法 环球法 影响因素 n地沥青质含量高，软化点高，温度敏感性减小； n沥青中蜡含量高，增大其温度敏感性； n加入矿物粉末填料（滑石粉、石灰石粉等）可减小其温度 敏感性。 石油沥青的技术性质 n大气稳定性 概念 指石油沥青在热、光、氧和潮湿等因素长期作 用下，抵抗老化使性能稳定的程度。 老化现象 上述因素作用下的变化 沥青各组分发生 递变，油分和树脂含量逐渐减小，而地沥青质含量 逐渐增多，流动性和塑性降低，硬脆性增大的过程 。 评价指标 蒸发后的质量损失或蒸发后的针入度比， 蒸发损失愈小或蒸发后针入度比愈大，则大气稳定 性愈好，“老化”愈慢。 测定方法 测量在160C下蒸发5小时后，沥青的针入 度与蒸发前针入度比值的百分数，即为蒸发后针入 度比。 影响因素 石油沥青中油分含量高，则大气稳定性差 石油沥青的技术性质 大气稳定性评价 针入度比 老化后沥青的针入度 老化前沥青的针入度 n其他性能 溶解度 石油沥青在三氯乙烯、四氯化碳或笨中溶解的百分率 ，以表示沥青中有效物质含量，即纯净程度。不溶解 的物质会降低沥青的性能，应加以限制。 闪点 加热沥青至初次闪火（有蓝色闪光）时的沥青温度。 燃点或着火点 加热沥青，并与火接触能持续燃烧5秒以上时的温度 。 石油沥青的技术性质 （三）石油沥青的标准、选用与 掺配 1、石油沥青的技术标准 n道路石油沥青（有七个牌号) 牌号越大，粘性越小（针入度越大）；