建筑材料-课件.ppt

建 筑 材 料 construction materials 主讲讲：* 建筑材料课程为建筑工程类专 业的技术基础课。本课程的目的是 为学习建筑设计、建筑施工、结构 设计专业课程提供建筑材料的基本 知识，并为今后从事专业技术工作 能够合理选择和使用建筑材料打 一.课程的性质、目的和任务 本课程的任务是使学生获得有关 建筑材料的性质与应用的基本知 识和必要的基本理论，并获得主 要建筑材料试验的基本技能训练 。 从本课程的目的及任务出以，课程内容 着重于材料的性质和应用，对这两方面 内容提出如下要求： 1、在材料性质方面：掌握材料的组成、 性质及技术要求；了解材料组成及结构 对材料性质的影响；了解外界因素对材 料性质的影响；了解各主要性质间的相 互关系；初步学会主要建筑材料的试验 方法。 2、在材料应用方面：根据工程 要求能够合理地选用材料；熟悉 有关国家标准或行业标准；了解 材料使用方法的要点；学会混凝 土配合比设计 二.复习与自学 复习与自学是掌握教学内容和扩大 信息量的重要手段。复习时以主教 材为核心，参照听课笔记，按“学习 指导”要求进行。首先以节为单元读 一遍；其次按“基本内容与要求”重 点阅读，不要强记，务求理解；再 次按“复习思考题与习题”进行小结 ，自我检测。 三. 辅 导 课 这是本课程教学的重要组成部分 ，按“基本内容与要求”及“复习 思考题与习题”进行辅导，并答 疑。 四. 考 试 限于条件，考试只在期末进行一 次。本课程考试的主要题型有： 名词解释，填空题，选择填空题 (单项选择)，计算题，问答题等 最后成绩由平时成绩和考试成绩 两部分组成,分别占20%与80%. 绪 论 内容： 建筑材料的定义和分类 建筑材料工程结构关系 建筑材料组成结构性能关系 建筑材料人类环境关系 建筑材料课程的特点与学习内容 一.建筑材料的定义 建筑材料:是人类建造活动所用一切材料的总称 .人类社会的基本活动如衣、食、住、行、无一 不直接或间接地和建筑材料密切相关 如常见的粘土砖、石材、石灰、木材、水泥、 混凝土、钢材、陶瓷砖、沥青卷材、玻璃、各 种油漆、涂料、pvc管等等。 二.建筑材料的分类 一、按化学成分 无机材料金属材料、非金属材料 有机材料植物材料、沥青材料、合成高分子 材料 复合材料：有机无机、金属非金属、金 属有机 二、按使用功能分 建筑结构材料、墙体材料、建筑功能材料 无机材料 金属材料： 黑色金属钢铁、不锈钢 有色金属铝、铜、铝合金 非金属材料：天然石材花岗岩、大理石等 烧土制品粘土砖、瓦、陶瓷 胶凝材料石灰、石膏、水泥 玻璃平板玻璃、玻璃砖 无机纤维材料玻璃、碳纤维 有 机 材 料 植物材料：木材、竹材、植物纤维等 沥青材料：煤、石油沥青、各类卷材 合成高分子材料：塑料、涂料、胶粘剂 复 合 材 料 有机无机：树脂混凝土、纤维增强塑料等 金属非金属：钢筋混凝土、钢纤维混凝土 金属无机材料：涂覆钢板、涂覆铝合金板、 塑铝管、塑钢门窗等 按使用功能分类 建筑结构材料构成建筑物受力构件（梁、板、 柱、基础、框架）和结构所用的材料。常用石材 、混凝土、钢材、钢筋混凝土等。 墙体材料构成建筑物内外和分隔室内空间所 用的材料。砖、砌块、复合板材等。 建筑功能材料具有某种特殊功能的非承重材 料。如防水材料、吸声材料、装饰材料等等。 三、建筑材料与建筑结构的关系 建筑材料的更新是新型结构出现与发展的基础 新的轻质高强材料的不断涌现，为结构向大跨 度、轻型化和新型结构形式发展提供了前提条件 。 四、建筑材料的结构性能组成 要合理地选用材料，就必须对不同材料进行 比较，了解各种材料的特性，包括强度与破坏 特性、变形性能、耐久性能等多方面 五、建筑材料人类环境关系 建筑材料是人类与自然环境之间的重要媒介， 直接影响人类的生活与社会环境。 人类大量建造的基础设施对生存环境发挥着巨 大的积极作用，同时也带来不容忽视的消极作 用，即大量地消耗地球的资源和能源，在相当 程度上污染了自然环境和破坏生态平衡。 从人类社会可持续发展的前景出发，建筑材料 也要注意可持续发展的方向。 “绿色建筑材料”、“生态建筑材料”、材料 的再循环使用。 第一章 建筑材料的基本性质 内容： 材料的组成与结构 材料的基本物理性质 材料的基本力学性质 材料的化学性质 材料的耐久性 内容： 材料的组成 材料的结构 材料的孔隙及其对材料性质的影响 1.1 材料的组成与结构 一.材料的组成 一.材料的组成是决定材料的性质的内在因素之 (一)化学组成 (二)矿物组成 二.材料的结构 (一).宏观结构 指用肉眼或放大镜能观察到的结构, 它分为散粒结构,聚集结构,多孔结构,致密结 构,纤维结构,层状结构 宏观结构 1.散粒结构 由单独的颗粒组成 2.聚集结构 材料中的颗粒通过胶结材料 彼此牢固地结合在一起 3.多孔结构 材料中含有大量的,大的 ,或微 小的均匀分布的孔隙 4.致密结构 材料在外观上和结构上都是致密 的 5.纤维结构 是木材,玻璃纤维制品所特有的 结构 6.层状结构 是板材常见的结构 显维结构和微观结构 (二).显维结构 指借助关学显微镜和电子显微镜观察到的结构, 它可分为结晶和无定型两种.结晶和无定型是同一物质 的不同状态,晶体呈稳定状态,而无定型则具有化学活 性 (三).微观结构 指原子排列结构,根据质子间键的特性分为原 子晶体,离子晶体,分子晶体 三.材料的孔隙 (一).孔隙形成的原因 (1).水分子的占据作用 建筑材料加水拌和,用水量通常超过理论上 的用水量, 多余的水分占据的空间即为孔隙 (2).外加的发泡作用 如生产加气混泥土等的各种发泡剂,可在 材料中形成 大量的孔隙 (3).火山作用 火山爆发时,喷到空中的岩浆,冷却后在 岩石中形成大量的孔隙 (4).烧作用 孔隙的类型及对材料性质的影响 (二)孔隙的类型 (1)连通孔隙 (2)封闭孔隙 (3)半封闭孔隙 (三).孔隙对材料性质的影响(孔隙增多) (1).材料的体积密度减小 (2).材料受力的有效面积减小,强度降低 (3).体积密度减小,导热系数和热容随之减小 (4).透气性,透水性,吸水性变大 (5).对抗冻性,要试孔隙大小和形态而定,有 些能提高抗冻性 1.2 材料的物理性质 内容: 材料的各种参数 材料与水有关的性质 材料与热有关的性质 一.状态参数 （一）材料的密度 1、体积密度材料在自然状态态下单单位体 积积的质质量。单单位g/cm3或kg/m3。 公 式： o =m/ vo 式中 o表观观密度（ g/cm3 ） m材料的质质量（g） vo材料在自然状态态下的体积（cm3） 体积密度的测量 自然状态下的体积是指构成材料的固体物 质的体积与全部孔隙体积之和。材料内部孔隙 含有水分时，其质量和体积均发生变化。注明 含水情况 体积密度的测量： 1）.对形状规则的材料：砖、混凝土、石材 烘干量测几何体积称重代入公式 2）.对形状不规则的材料： 烘干蜡封浮力天平 密 度 2、密度材料在绝对密实状态下单位体 积的质量。 单位g/cm3或kg/m3。 公式： =m/v 式中 实际密度（ g/cm3 ） m材料的质量（g） v材料在绝对密实状态下的体积（cm3 ） 密 度 的 测 量 绝对密实状态下的体积是指构成材料的固体 物质本身的体积，或称实体积孔隙在内的体积 。 实际密度的测量： 1）对近于绝对密实的材料：金属、玻璃等 直接以排水法作为密实态体积近似值 2）对有孔隙的材料：砖、混凝土、石材 磨成细粉 排水法求的体积即为密实态体积 表 观密度 3、表观观密度对密实材料直接以排 水法求的体积v作为密实态体积的近 似值。单单位g/cm3或kg/m3。 公式： =m/ v 式中 表观观密度（ g/cm3 ） m材料的质质量（g） v用排水法求的的体积（cm3） （二）.材料的孔隙 1.、孔隙率指材料中孔隙体积与材料在自然 状态下的体积之比的百分率。或称总空隙率 公式 ：p=v孔/ vo *100% 式中： p空隙 v孔材料中全部孔隙的体积 vo材在自然状态下的体积 又由于p=(vo v)/ vo *100% =(1-v/vo )*100% =(1-o/)*100% 2.开口孔隙率与闭口孔隙率 开口孔隙率是指材料中能被水所饱和的孔隙体积 与材料在自然状态下的体积百分率： pk=(m2-m1)/v0 w 100% 式中： m2干燥状态下材料的质量 , g m1水饱和状态下材料的质量,g w水的密度，常温下可取1g/ cm3 闭口孔隙率pb为总空隙率与开口孔隙率之差 即pb=p- pk (三）散粒材料的堆积密度及空隙率 3、堆积密度散粒状材料在规定装填条件下 （包括散粒材料中颗粒在自然状态下的体积和 颗粒之间空隙的体积）的质量称为堆积密度。 单位g/cm3或kg/m3。 公式： /o = m/v0 式中 /o堆积密度（ g/cm3 ） m 材料的质量（g） v/o 材料的堆积体积（cm3） 空 隙 率 4、空隙率散粒材料在自然堆积状态下，其 中的空隙体积与散粒在自然堆积状态下的体积 之比的百分率称为空隙率 公式： p=(1- /o / o)*100% p散粒材料的空隙率 /o散粒材料的堆积密度 o-材料的体积密度 二、材料与水有关的性质 1、亲水性与憎水性 材料在空气中与水接触时，根据 其是否能被水润湿，将材料分为亲 水性和憎水性两大类。常用润湿角 表示。 亲水性材料 90 憎水性材料 90 2. 吸 水 性 材料吸收水分的能力称为吸水性 （1）质量吸水性： w=(m2-m1)/m1*100% 式中： w质量吸水率，% m2 材料在绝对干燥状态下的质量 m1 材料在浸水饱和状态下的质量 （2）.体 积 吸 率 公式：w0=(m2-m1)/v0* w *100% 式中： w0 -体积吸水率 m2材料在自然状态下的体积 m1水的密度，常温下取1=g/ cm3 体积吸水率与质量吸水率的关系为： w0=w* o 一般来说孔隙率愈大,吸水率也愈大,吸 水率增大对吃的性质有不良影响,如体积密度 增加,体积膨胀,导热性增大,强度及抗动性下 降等 . (3) .水 饱 和 度 公式： kb=w0/p kb 水饱和度 w0 材料的体积吸水率，% p材料的孔隙率，% kb可在01之间波动，当kb =0时即w0 =0说明 该材料所有的孔隙均未充水，孔隙为闭口孔隙 ；当kb =1时即w0 = p ，说明材料所有的孔隙 全部充满水，孔隙为开口孔隙 耐 水 性 3、耐水性材料在水作用,保持其原有 性质的能力称为耐水性,用软化系数表示 。 公式 :kp=fw/f 式中:kp 材料的软化系数 f 材料在干燥状态下的抗压强度（mpa ） fw材料在浸水饱和状态下的抗压强度 （mpa） 材料软软化系数的要求 1).软化系数越小，说明材料吸水饱和后 的强度降低越多，其耐水性越差。 2).对经常处于水中或受潮严重的重要结 构物（如地下构筑物、基础、水工结构 ）的材料，其k软0.85； 3).受潮较轻的或次要结构物的材料，其k 软0.85； 4).k软0.80的材料，一般称为耐水的材 料。 抗 渗 性 4.、抗渗性材料抵抗有压介质（水、油、气 ）渗透的性质称抗渗性。用渗透系数k表示。 依达西定律: q=khft/d 式中k材料的渗透系 (cm/h) q渗透量（ cm3 ） t透水时间（h） f渗水面积（ cm2 ） h水头差（cm） d试件的厚度（cm） 抗渗性用抗渗标号s表示 抗 动 性 5、抗冻性浸水饱和的材料在 冻,融循环作用下保持其原有性质 的能力称为抗冻性。用抗冻标 号d表示。 三.与热有关的性质 1、导热性材料传导热量的能力称为导热性 。其大小用热导率（）表示。 公式:=q*a/a(t1-t2)z 式中 导热系数（w/m.k） q传导的热量（j） a平壁面积（m2） a材料的厚度（m） z传热时间（s） (t2-t1)材料两侧温差（k） 影响导热系数的因数 无机材料的导热系数大于有机材料 晶体的导热系数大于无定形体的热导系数 材料的孔隙率愈大,即空气愈多,导热系数愈小 同类材料的孔隙率是随体积密度的件小而增大 ,则导热系数随体积密度的件小而减小 导热系数与孔隙形态特征的关系,认为有微细 而封闭孔隙组成的材料,导热系数小,反之大 材料的含水率增加,导热系数也增加 大多数材料的导热系数随温度升高而增加 热 容 2、热容材料加热时吸收热量，冷却时放出 热量的性质，称为热容。大小用比热容（比热 ）表示 公式 q=cm(t2t1) 式中 q材料吸收或放出的热量（j） c材料的比热(j/g.k) m材料的质量（g） (t2t1) 材料受热或冷却前后的温差（k) 1.3 材料的力学性质 内容： 材料在外力作用下的变形性质 试验条件对强度结果的影响 强度标号与等级 一.材料在外力作用下的变形性质 弹性材料在外力的作用下产生变形，当外力 取消后，材料变形即可消失并能完全恢复原来 形状的性质。 弹性模量 e=/ 塑性材料在外力的作用下产生变形而不出现 裂缝,并且外力停止后,不能自动恢复原来形状 的性.遗留的变形称为塑性变形. 实际的材料并不存在理想的弹性变形和塑性变 形。 二.试验条件对强度结果的影响 1.强度与试验条件有密切关系:如试的形状、 尺寸、表面状态、含水率、温度、及试验时3. 加荷速度等。 2.棱柱体比正方体的强度低。 3.尺寸大的试件强度低与尺寸小的试件。 4.含水的试件，其强度较干燥的低。 5.一般老说温度高，强度将降低 6.加荷速度快时，则破环时的强度值较高 1.4材料的耐久性 1.耐久性是指材料保持工作性能直到极限 状态的性质。 2.实验室快速试验包括：干湿循环，动融 循环，加湿与紫外线干燥循环，炭化， 盐溶液浸渍与干燥循环，化学介质浸渍 等 第二章：石 材 内容： 岩石的基本性质 常用建筑石材 2.1 岩石的基本性质 石材是天然岩石不经机械加工或镜机械加工而 的到的材料的统称。 一.造岩矿物 天然岩石是矿物的集合体，组成岩石的矿物称 为造岩矿物。 石英 是结晶的二氧化硅 长石 是钾，钠钙等的铝硅酸盐的晶体 角闪石，辉石，方解石 白云石 岩石的结构与性质 二.岩石的结构与性质 1.岩石大多数属于结晶晶体，少数属于玻 璃质结构两者相比结晶质的较玻璃质的 强度高，化学稳定性及耐久性好。 2.岩石的孔隙率较大，则岩石的强度，抗 冻性，耐水性及耐久性等会显著下降。 2.2 常用建筑石材 一.常用建筑石材 （一）花岗岩 它属于深成岩，是火成岩中分布最广的岩石， 其主要的矿物组成为长石，石英和少量的云母 。它耐磨性好，抗风化性好及耐久性高，耐酸 性好。 花岗岩主要用于基础，挡土墙，勒脚，踏步地 面，外墙饰面雕塑。 石灰岩和大理岩 （二）石灰岩 它属于沉积岩，主要由方解石组成 石灰岩可用与基础，墙体，挡土墙等砌体。 （三）大理岩 它属于副变质岩，由石灰岩或白云岩变质而成 ，主要矿物组成为方解石和白云石。大理岩主 要用于室内的装修，如墙面，柱面及磨埙较小 的地面，踏步。 第三章 气硬性胶凝材料 内容提要： 本章介绍建筑工程中常用的石膏、 石灰、菱苦土和水玻璃四种无机胶凝材 料的原料、生产、硬化原理、技术性质 及其在工程中的应用。其中石膏、石灰 、水玻璃的技术性质、影响因素、工程 应用是学习的重点。 胶凝材料cementing material 3.1 石 膏 建筑工程中将能够把散粒状材料或块状黏结成 一个整体的材料称为胶凝材料。它分为无机胶 凝材料和有机胶凝材料。无机胶凝材料按硬化 条件分为气硬胶凝材料和水硬胶凝材料。 一.建筑石膏的凝结与硬化 （一）建筑石膏的水化 caso41/2h2o+3/2h2o= caso42h2o (二）建筑石膏的凝结与硬化 从加水开始拌和一直到浆体刚开始失去 可塑性的过程称为浆体的初凝，对应的 时间为初凝时间；从加水开始拌和一直 到浆体完全失去可塑性，并开始产生强 度的过程称为浆体的硬化，对应的时间 称为终凝时间。 三.建筑石膏的质量和应用 1.建筑石膏的质量要求： 主要有强度，细度和终凝时间。并按强度，细 度和终凝时间划分为优等品，一等品，和合格 品。各等级建筑石膏的初凝时间不得小于 6min,终凝时间不得大于30min. 2.建筑石膏的应用 建筑石膏的用途很广，主要用于室内摸灰，粉 刷，和生产各种石膏板 建筑石膏的特性 建筑石膏的特性： 1）凝结硬化快 2）凝结硬化时体积膨胀 3）孔隙率大与体积密度小 4）保温性和吸收性好 5）强度较低 6）具有一定的调温和调湿性能 7）防火性好，但耐火性较差 8）耐水性，抗掺性，抗冻性差 3.2 石 灰 内容: 石灰的原料与生产 石灰的熟化与硬化 石灰的特性与应用 石灰质量要求 一.石灰的原料与生产 1.生产石灰的原料主要是碳酸钙为主的天然 岩石。 caco3cao+co2（900-1100度） 即的生石灰，其内部孔隙大，晶粒小，体积密 度小，与水作用快。 2.欠火石灰：温度控制不够产生的，它只是降 低了石灰的利用率，不会带来危害。 3.过火石灰： 是由于温度过高得到的石灰， 它的结构致密，孔隙率小，体积密度大 二.石灰的熟化与硬化 （一）石灰的熟化 生石灰（氧化钙）与水发生作用生成熟 石灰（氢氧化钙）的过程，称为石灰的 熟化或消解。 cao+h2oca(oh)2 熟石灰又称消石灰，有两种熟化形式即 ：石灰膏与消石灰 (二).石灰的硬化 石灰浆体的硬化过程包括干燥硬化和炭化硬化 . 机理: 干燥硬化砌体吸水、空气 碳化硬化碳化生成caco3 由于空气中的二氧化碳少,且生成的碳酸钙负 在表面阻止反应的进行因此石灰浆体硬化慢, 强度低,也不耐水. 三.石灰的特性、质量要求与应用 (一).石灰的特性: 1.保水性与可塑性好 2.凝结硬化慢,强度低 3.耐水性差 4.干燥收缩大 (二).石灰的的质量要求 建筑生石灰的技术要求为有效氧化钙和有效氧 花镁的含量,二氧化碳含量及细度并按此划分 优等品,一等品,合格品.见表3-3 建筑消石灰的技术要求为有效氧化钙和有效氧 化镁含量,游离水含量,体积安定性及细度,并由 此划分优等品,一等品,合格品见表3-4 (三).石灰的应用 拌制灰土或三合土、 配制水泥石灰砂浆、 石灰砂浆、 石灰膏罩白、 制作碳化石灰板 、 制造加气混凝土砌块、 粉煤灰砌块等 配制无熟料水泥：矿渣石灰磨细 3.3. 水 玻 璃 一.水玻璃的组成 俗称泡花碱石英砂苛性钠 品种: 硅酸钠水玻（na2o.nsio2） 硅酸钾水玻璃（ k2o.nsio2 ） 硅 酸锂水玻璃（ li2o.nsio2 ） 通式：r2o.nsio2 n-水玻璃模数 二氧化硅与氧化钠的摩尔数的比值称为 水玻璃的摩尔数 水玻璃的浓度越高,则水玻璃的密度和黏 度越大,硬化速度越快,硬化后的黏结力 与强度,耐热性与耐酸性越高. 水玻璃的模数越高,则水玻璃的密度和黏 度越大,硬化速度越快,硬化后的黏结力 与强度,耐热性与耐酸性越高 二.水玻璃的硬化 碳化硬化水玻璃吸水空气中的二氧化 碳,析出二氧化硅凝胶,并逐渐干燥脱水 成为氧化硅而硬化 na2o.nsio2+co2+mh2o-nsio2.mh2o+na2co3 晶体（sio2）胶体 (nsio2.mh2o)晶体(nsio2) 三.水玻璃的碱性质与应用 (1)水玻璃的性质 a.黏结力强,强度较高 b.耐酸性好 c.耐热性好 d.耐碱性和耐水性差 (2).水玻璃的应用 水玻璃可用作耐热和耐酸材料外,还有以下用途: a.涂刷材料表面 b.提高抗风化能力 c.加固土壤 d.配置速凝防水剂 e.修补砖墙裂缝 第 四 章 水 泥 cement 内容提要： 重点介绍硅酸盐水泥的矿物组成、 水化硬化机理、影响水化因素；硅酸盐 水泥主要技术性质；水泥石的腐蚀和防 止；同时介绍了其它掺混合材的水泥、 特种水泥；达到正确的选择和使用水泥 。 4.1 硅酸盐水泥 定义 由硅酸盐水泥熟料、05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portland cement. 一.硅酸盐水泥熟料的矿物组成与特性 1.定义:煅烧时由生料脱水和分解出的cao, al2o3,sio2,fe2o3,在约1450度的高温下相 互间产生化学反应,生成一些以硅酸盐为 主的新的化合物,称为水泥熟料. 硅酸盐四种矿物 2.四种熟料矿物:硅酸三钙(c3s),硅酸二钙 (c2s),铝酸三钙(c3a),铁铝酸四钙(c4af) 3.四种矿物的比例对水泥性质的影响: 如提高c3s的含量,可得到高强硅酸盐水 泥;提高c3s和c3a的含量,即可制得快硬硅 酸盐水泥;降低c3s和c3a的含量,提高的含 量可的低热或中热硅酸盐水泥. 二.硅酸盐水泥的水化、凝结硬化 水化物质由无水状态变为有水状态，由 低含水变为高含水，统称为水化。 凝结水泥加水拌和初期形成具有可塑性 的浆体，然后逐渐变稠并失去可塑性的 过程称为凝结。 硬化此后，浆体的强度逐渐提高并变成 坚硬的石状固体（水泥石），这一过程 称为硬化。 (一).水化反应 2(3cao.sio2)+6h2o3cao.2sio2.3h2o+ ( 水化硅酸钙凝胶) 3ca(oh)2 2(2cao.sio2)+4h2o3cao.2sio2.3h2o+ ca(oh)2 3cao.al2o3+6h2o3cao.al2o3.6h2o (水化铝酸三钙晶体) 4cao.alo3.fe2o3+7h2o 3cao.al2o3.6h2o+ cao.fe2o3.h2o(水化铁酸钙凝胶) (二) 水 泥 石 1.水泥石的组成： 未水化水泥颗粒 水化产物晶体、胶体 毛细孔、毛细水 2.影响水泥石结构的因数: a.石膏的掺量 c.养护时间, b.温度和湿度 d.水灰比 三.硅酸盐水泥的技术要求 (一)密度、细度 a.密度：3.053.20g/cm3，一般取3.1 堆积密度：1.3 g/cm3 b.细度指水泥颗粒的粗细程度，用筛余或比 表面积表示（300350 m2/kg），影响水泥的 水化速度、收缩等性质 c.粒径： 40 m 水化非常缓慢，接近惰性 (二) 凝 结 时 间 a.初凝时间时间 （t初）水泥开始加水拌和至 水泥浆浆开始失去可塑性所需的时间时间 。 b.终终凝时间时间 （t终 终） 水泥开始加水拌和至 水泥浆浆完全失去可塑性并开始产产生强度 所需的时间时间 。 c.gb1346规规定： t初45min t终 终6.5h (三)体积安定性 定义义: 是水泥硬化后因体积积膨胀胀而产产生不均匀变变 形 的性质质。体积积安定性不良的水泥应应作废废品 处处理。 原因: 熟料中含游离氧化钙钙（f-cao)过过多 熟料中含游离氧化镁（f-mao)过过多 石膏过过多 游离氧化钙钙、镁镁膨胀胀原因 a.熟料中f-cao、f-mgo都是过烧的， 结构致密，水化很慢； b.水泥硬化后才吸收孔隙中水分熟化： cao+h2o=ca(oh)2 mgo+h2o=mg(oh)2 c.体积膨胀97以上，从而引起不均匀体 积膨胀，使水泥石开裂。 四.水泥石的腐蚀蚀 定义水泥石在外界侵蚀性介质（软水、 含酸、含盐、含碱等）的作用下结构受 到破坏，强度降低的现象称为水泥石的 腐蚀。 表现形式： 体积膨胀膨胀型腐蚀 体积收缩溶出型腐蚀 (一)水泥石腐蚀的原因 内因水泥石存在不稳稳定的ca(oh)2和介 稳稳的水化硫铝铝酸钙钙； 外因环环境中有害介质质（软软水、酸、盐盐等 ）的存在； 联联系水泥石中的孔缝缝系统统，产产生有害介 质质的侵蚀蚀、交换换作用。 长长期性、后期加剧剧性 (二)水泥石腐蚀蚀的防止 措施： 根据侵蚀环境特点,合理选用水泥品种； 提高水泥石的密实度； 加作保护层石材、陶瓷、沥青 五、硅酸盐盐水泥的应应用 常用于： 重要结构的高强混凝土和预应力混凝 土工程 要求凝结快的现场浇注的混凝土工程 冬季施工及严寒地区遭受反复冻融的工程 不宜用于： 受流动的软水和有水压作用的工程 受海水和矿物水作用的工程 大体积工程 耐热、耐酸工程 4.2 掺混合材的硅酸盐水泥 定义凡在硅酸盐水泥熟料中，掺入一定量的混 合材料和适量的石膏共同磨细制成的水硬性胶 凝材料，均属掺混合材的硅酸盐水泥。 掺入目的： a.改善水泥的性能 b.增加品种 c.提高产量 d.节约熟料， e.降低成本 一、混 合 材 料 定义在水泥生产过程中，为改善水泥 性能，调节水泥标号，扩大使用范围而 掺入的天然或人工的矿质原料称为混合 材。 分类： 活性混合材具有火山灰性或潜在水硬性 的材料，如矿渣、粉煤灰等。 非活性混合材不具有潜在水硬性的材料 ，如石灰石粉、慢冷矿渣等 非 活 性 混 合 材 a.这类这类 材料本身不具有潜在的水硬性或火 山灰性，与水泥矿矿物组组成不起化学作用 b.掺掺入目的：扩扩展水泥标标号、降低水化 c.常用的有：磨细细的石英砂、石灰石粉 磨细细的高炉矿矿渣、尾矿矿粉 二、掺混合材的硅酸盐水泥 1、普通硅酸盐水泥代号p.o ordinary portland cement 硅酸盐水泥熟料(615)%混合材石膏 后磨细制成的水硬性胶凝材料 标号（gb175-1999） 32.5、32.5r、42.5、42.5r、52.5、52.5 性质：同硅酸盐水泥相近 硅酸盐水泥的技术要求 2.硅酸盐水泥的技术要求 (1)细度 筛孔尺寸为80m的方孔筛的筛余 不得超过10%,否则为不合格 (2)凝结时间 初凝时间不得早于45min,终 凝时间不得迟于10h (3)标号 根据3和28的抗压强度和抗折强 度,将普通硅酸盐水泥划分为 325,425,525,625等四个标号 3.普通硅酸盐的特性 普通硅酸盐与硅酸盐性质差异: (1)早期强度略低 (2)耐腐蚀性销好 (3)水化热略 (4)抗冻性和抗掺性略差 (5)耐磨性略差 三种水泥的共性 矿渣、火山灰质、粉煤灰硅酸盐水泥 凝结硬化速度慢，早期强度低，后期强度高； 水化放热速度慢，放热量低； 对温度敏感性高，温度低时影响强度发展； 抗软水、so42+的腐蚀性好；矿渣水泥耐热性好 适于水下、大体积混凝土结构和蒸养的混凝土 构件； 不适于抗冻、干燥地区的混凝土工程。 五种常用水泥的主要性能 93 特性 品种p.p. p.op.sp.pp.f 水化热高低 凝结时间快较快较慢，低温下尤甚 强度发展早期强度 高 早期强度 较高 早期强度低，但后期强度 可等于同标号硅酸盐水泥 抗硫酸腐蚀较差较强 当sio2多时，抗硫酸盐腐蚀性好 当alo3多时，抗硫酸盐腐蚀性差 抗冻性好较差 干缩性小较大大较小 保水性较好差好差 蒸养适应性不宜高于6080好 4.3 高 铝 水 泥 定义:高铝酸水泥属于铝酸盐类水泥,它 是由绿矾土和石灰石为原料,经高温熔融 煅烧所得的以铝酸钙为主要成分的熟料, 经磨细而得的水硬性胶凝材料. (一)技术要求: (1)细度 筛孔尺寸为80m的方孔筛的筛 余不得超过10%,否则为不合格 (2)凝结时间 初凝时间不得早于 45min,终凝时间不得迟于10h (3)标号 根据3和28的抗压强度和抗 折强度,将普通硅酸盐水泥划分为 325,425,525,625等四个标号 高铝水泥的应用 适于： 紧急抢修的工程，临时军事工事； 冬季施工的工程水化放热量大且集中 ； 有抗硫酸盐腐蚀要求的工程f-cao极少 耐高温（13001400）的工程高温 时，烧结结合代替了水化结合。 不适于于： 长期承重的结构工程晶体转变引起的 强度倒缩； 大体积工程温度过高引起强度倒缩。 与硅酸盐水泥混用 第五章 混 凝 土 concrete 本章重点介绍普通混凝土的组成及各个组 成材料的质量要求和砂石级配的概念、 作用及评定方法； 普通混凝土的主要技术性质-和易性、强 度、变形性质及耐久性； 普通混凝土质量控制的方法和意义； 普通混凝土配合比设计的原理方法和步骤 ； 混凝土的定义 广义上-凡由胶凝材料、骨料按适当 比例配合，拌合制成的混合物，经一定 时间硬化而成的人造石材统称之为混凝 土。 目前工程上使用最多的是以水泥为胶结 材料，以砂、石为骨料，加水及掺入适 量外加剂和掺和料拌制的普通水泥混凝 土（简称普通混凝土） 5.1.混泥土的基本要求 一.混凝土组成材料的作用 水和水泥成为水泥浆. 在硬化前的混凝土拌和物中,水泥浆在砂, 石颗粒之间起润滑作用, 硬化后,水泥浆成为水泥石,将骨料牢固地 胶结成为整体. 混凝土中的骨料,一般不与水泥浆起化学 反应,其作用是构成混凝土的骨架. 二.混凝土的基本要求 四项性能要求: (1)混凝土拌和物的和易性 (2)强度 (3)耐久性 (4)经济性 5.2 普通混凝土的组成材料 水泥+水+天然砂+石子+掺和料和外加剂 水泥+水水泥桨（paste） 水泥浆砂水泥砂浆（mortar） 水泥砂浆石子混凝土（concrete) 外加剂admixture 掺和料 一、水泥的品质要求 水泥品种的选择依据工程性质、工程环 境、施工条件等合理选择。 水泥标号的选择与配制的混凝土强度等 级相适应。 当混凝土强度： c30：fce=(1.52.0)fcu c30：fce=(0.91.5)fcu 水 泥 标 号 若水泥标号过低时,为满足强度要求必然使 水泥用量过大,不够经济; 若水泥标号过高时,较少的水泥用量就可以 满足混凝土强度的要求.,但往往不能满 足混凝土拌和物和易性和混凝土耐久性 的要求,为保证这些性质,还必须再增加 水泥,因而也不经济 二、细细 骨 料 fine aggregate 定义：粒径在0.165mm之间的岩石颗粒称为 细骨料。 分类： 天然砂天然砂是由天然岩石经长期风化等 自然条件作用而形成的。 人工砂人工砂是将天然岩石轧碎而成，其 颗粒棱角多，较洁净，但片状颗粒及细粉含量 较多，且成本较高，一般只在当地缺乏天然砂 源时才采用人工砂。 (一)、砂的粗细程度和颗粒级配 砂的粗细程度是指不同粒径的砂粒，混合在一 起后的总体的粗细程度。 砂子通常分为粗砂、中砂、细砂和特细砂等几 种。 在相同用砂量条件下，细砂的总表面积较大，粗 砂的总表面积较小。在混凝土中砂子表面需用 水泥桨包裹，赋予流动性和粘结强度，砂子的 总表面积愈大，则需要包裹砂粒表面的水泥桨 就愈多。一般用粗砂配制混凝土比用细砂所用 水泥为省。 砂的颗粒级配 定义：是指不同大小颗粒和数量比例的砂 子的组合或搭配情况。 在混凝土中 砂粒之间的空隙是由水泥桨 所填充，为达到节约水泥和提高强度的 目的，就应尽量减小砂粒之间的空隙。 颗粒级配和粗细程度的定量表示 砂的颗粒级配和粗细程度，常用筛分析 的方法进行测定。用级配区表示砂的级 配，用细度模数表示沙的粗细。 筛分析的方法 是用一套孔径（净尺寸）为5、2.5、1.25、 0.63、0.315、0.16mm的6个标准筛，将500g干 砂试样由粗到细依次过筛，然后称量余留在各 筛上的砂重，并计算出个筛上的分计筛余百分 率a1、a2、 a3 、a4、 a5、 a6、（各筛上的 筛余量占砂样总重的百分率）及累计筛余百分 率a1、a2、a3、 a4 、a5、 a6 （各筛和比该 筛粗的所有分计筛余百分率之和）。累计筛余 百分率与分计筛余百分率的关系见下表。 砂的粗细细度模数（f） 砂的粗细程度用表示细度模数（ f ），其计算 公式为 f=(2+3+4+5+6)-5 1 /100 细度模数（ f ）愈大，表示砂愈粗，普通混凝 土用砂的细度模数范围一般为3.70.7，其中f 在3.73.1为粗砂， f在3.02.3为中砂， f在2.21.6为细砂， f在1.50.7为特细砂 砂的坚坚固性与饱和面干 定义：是指砂在气候、环境或其它物理 因素作用下抵抗破裂的能力。 按标准规定，用硫酸钠溶液检验，砂样 经5次循环后其质量损失应符合书中表5- 5的规定 饱和面干定义: 当骨料颗粒表面干燥,而颗粒内部的孔隙 含水饱和时,称为饱和面干状态,此时的 含水率,称为饱和面干吸水率. 三、粗 骨 料 定义：粒径5mm的岩石颗粒 分类：卵石（砾石） 碎石 卵石是由天然岩石经自然条件长期作用而 形成的粒径大于5mm的颗粒，按其产源可分为 河卵石、海卵石、山卵石等几种，其中河卵石 应用较多。 碎石由天然岩石经破碎、筛分而成，也可 将大卵石轧碎、筛分而得。 标准：普通混凝土用碎石或卵石质量标准及 检验办法（jgj5392） (一)、骨料最大粒径(dmax) 1.定义: 粗骨料公称粒级的上限称为该粒级的最大立径 2.最大粒级径的大小表示骨料的粗细程度,粗骨 料粒径增大时,骨料的总表面积件小,因而可使 水泥浆用量减小,这不仅能节约水泥,而且有助 于提高混凝土的密实度,件小发热量及混凝土 的收缩,因此在条件允许的情况下,当配置中等 强度等级以下的混凝土时,应尽量采用最大粒 径大粗骨料. 最大粒径限值 混凝土结构工程施工及验收规范（ gbj5020492）规定: 混凝土用粗骨料的最大粒径不得大于结构截面 最小尺寸的1/4，同时不得大于钢筋最小净距的 3/4； 对于混凝土实心板，可允许采用最大粒径达1/2 板厚的骨料，但最大粒径不得超过50mm； 对泵送混凝土，碎石最大粒径与输送管内径之 比，宜小于或等于1：3，卵石宜小于或等于1 ：2.5 连续级配和间断级配 连续级配是按颗粒尺寸大小由小到大连续 分级（5mmdmax）,每一级骨料都占有一定比 例。连续级配颗粒级差小（d/d2）,配制的 混凝土拌和物和易性好，不易发生离析； 间断级配是人为剔除某些中间粒级颗粒， 大颗粒的空隙直接由比它小得多的颗粒去填充 ，颗粒级差大（d/d6）,空隙率的降低比连 续级配快得多，可最大限度地发挥骨料的骨架 ，减小水泥用量。但混凝土拌和物易产生离析 现象； 5.3普通混凝土的拌和物的性质 混凝土硬化前: 混凝土拌合物的和易性（工作性 workability） 混凝土硬化后: 混凝土的强度、变形性能和耐久性 一. 和 易 性 和易性指混凝土拌和物易于各施工 工序施工操作（搅搅拌、运输输、浇浇注、捣捣 实实）并能获获得质质量均匀，成型密实实的混 凝土的性能。 和易性是一项综项综 合性的技术术指标标，包括 ： a.流动动性 b. 粘聚性 c.保水性 不同的施工方式，所要求的和易性不同 。 (一).黏 聚 性 粘聚性是指混凝土拌和物内部组分之间具有 一定的凝聚力，在运输和浇注过程中不致发生 分层离析现象使混凝土保持整体均匀的性能。 粘聚性差的混凝土拌合物，在施工过程中易出 现分层、离析现象。 离析指混凝土拌合物各组分分离，造成不均 匀和失去连续性的现象。常有两种形式：粗骨 料从混合料中分离；稀水泥浆从混合料中淌出 。 分层指混凝土浇注后由于重力沉降产生的不 均匀分布现象。 (二).流 动 性 流动性是指混凝土拌和物在自重或 机械振捣作用下，能产生流动，并均匀 密实地填满模板的性能。 （广义上：流动性是固、液体混合物， 即分散系统中克服内阻力而产生变形的 性能，其大小取决于固、液相的比例） 。 流动性的大小，反映混凝土拌和物的稀 稠，直接影响着浇捣施工的难易和混凝 土的质量。 (三).保 水 性 保水性是指混凝土拌和物具有一定 的保持内部水份的能力，在施工过程中 不致产生严重的泌水现象. 保水性差的混凝土拌和物，在施工过程 中，一部分水易从内部析出至表面，在 混凝土内部形成泌水通道，使混凝土的 密实性变差，降低混凝土的强度和耐久 性。它反映混凝土拌和物的稳定性。 影响和易性的因素 水泥浆的数量 水泥浆的稠度 砂率 组成材料性质的影响 外加剂 时间和温度 5.4普通混凝土结构及性质 一.砼砼的抗压压强度与强度等级级 定义：混凝土的抗压强度是指标准试件 在压力作用下直到破坏的单位面积所能 承受的最大应力（亦称极限强度）。 混凝土结构物常以抗压强度为主要参数 进行设计，而且抗压强度与其它强度及 变形有良好的相关性，因此，抗压强度 常作为评定混凝土质量的指标，并作为 确定强度 二、影响混凝土强度的因素 砼结构连续性的丧失： 硬化后的混凝土在未受到外力作用之 前，由于水泥水化造成的化学收缩和 物理收缩引起砂浆体积的变化，在粗 骨料与砂浆界面上产生了分布极不均 匀的拉应力，从而导致界面上形成了 许多微细的裂缝。 另外还因为混凝土成型后的泌水作 用，某些上升的水分为粗骨料颗粒 所阻止，因而聚集于粗骨料的下缘 ，混凝土硬化后就成为界面裂缝。 当混凝土受力时，这些预存的界面 裂缝会逐渐扩大、延长并汇合连通 起来，形成可见的裂缝，致使混凝 土结构丧失连续性而破环. 三.荷载作用下的变形 (一)混凝土的弹性模量 定义在应力应变曲线上任一点的 应力与其应变的比值，称作混凝土在 该应力下的变形模量。 弹性模量的三种表示方法: a.初始切线模量 b.切线模量 c.割线模量 (二)影响混凝土弹性模量的因素 混凝土的强度越高,弹性模量也越大 ;骨料弹性模量越高,混凝土的弹性 模量越大;状态下的混凝土弹性模量 要比干燥的高;混凝土中水泥浆含量 较少,弹性模量较大;蒸气养护混凝 土比潮湿养护混凝土的弹性模量低 10%. (三).徐变及其对结构物的影响 定义:混凝土在持续荷载作用下,随时间增长的 变形. 有利面： 徐变可消除钢筋混凝土内的应力集中，使应力 重分布，从而使局部应力集中得到缓解； 对大体积混凝土则能消除一部分由于温度变形 所产生的破坏应力。 不利面： 在预应力钢筋混凝土中，混凝土的徐变将使钢 筋的预加应力受到损失。 四. 混凝土的耐久性 durability of concrete 长期以来，人们一直认为混凝土材料是一种耐 久性良好的材料，因为不少用其建造的结构物 使用寿命长久。如一些早期建成的混凝土建筑 物，已经使用了100年上下仍然完好。但与此 同时不少结构物过早地毁坏，维修困难而且费 用高昂，促使人们重视耐久性问题；许多大型 结构物的兴建，例如海底隧道、跨海大桥、石 油钻钻井平台、核废废料储储存容器等，对对使用寿 命提出了更高的要求，如100年、150年，甚至 几百年 (一).耐久性的定义 定义混凝土抵抗环境介质作 用并长期保持其良好的使用性能 和外观完整性，从而维持混凝土 结构的安全、正常使用的能力称 为耐久性。 (二).提高混凝土耐久性的措施 a.合理选择水泥品种。 b.选用质量良好，技术条件合格的砂石骨料 。 c.控制水灰比及保证足够的水泥用量是保证 混凝土密实度的重要措施，是提高混凝土耐 久性的关键。 d.掺入减水剂或引气剂，改善混凝土的孔结 构，对提高混凝土的抗渗性和抗冻性有良好 作用. e.改善施工操作，保证施工质 5.6 混 凝 土 配 合 比 设 计 目的： 确定混凝土中各组成材料数量之间的比例关系 。 常用的表示方法： 以每1混凝土中各项材料的质量表示， 水泥（mc）300 kg、水（mw）180 kg、 砂（ms）720 kg、石子（mg）1200 kg 以各项材料的质量比来表示（以水泥质量为1 ） 如 : 水泥：砂：石子：水1：2.4:4:0.6 一.混凝土配合比设计中的三个参数 、水与水泥之间的比例关系 水灰比表示； 、砂与石子之间的比关系 砂率表示； 、水泥浆与骨料之间的比例关系 单位体积用水量来表示 确定三个参数的基本原则： 在满足混凝土强度和耐久性的基础 上，确定混凝土的水灰比； 在满足混凝土施工要求的和易性基 础上，根据粗骨料的种类和规格确 定混凝土的单位用水量； 砂在骨料中的数量应以填充石子空 隙后略有富余的原则来确定砂率。 混凝土配合比设计的步骤 初步计算配合比 基准配合比 (调整坍落度) 实验室配合比 (校核强度、耐