[建筑土木]土木工程材料201111.ppt

建筑材料 第一章建筑材料概述 建筑材料的分类及发展趋势 建筑材料的分类按材料的化学成分分类按材料在建筑物中的功能分类按使用部位分类按来源分类无论按什么方式分 建筑材料应同时满足两个基本要求 技术性能要求和经久耐用 按化学组成分类 建筑材料 金属材料 非金属材料 植物材料 无机非金属材料与有机材料复合 黑色金属 有色金属 天然石材 烧土制品 胶凝材料 金属材料与无机非金属材料复合 金属材料与有机材料复合 无机材料 有机材料 复合材料 钢 铁 不锈钢 铝 铜及其合金 混凝土类 熔融制品 毛石 料石 烧结砖 瓦 陶瓷 石灰 石膏 各种水泥 混凝土 砂浆 玻璃 铸石 岩棉 沥青材料 高分子材料 按功能分类 结构材料 功能材料 墙体材料 构成梁 板 柱等承重系统材料 混凝土 砖 钢材 石材 构成建筑物或构筑物承重或非承重墙体材料 砖 砌块 墙板 不用于承重但具有某种特殊功能的材料 装饰材料 光学材料 声学材料 保温隔热材料 按使用部位分类 基础材料 毛石 料石 混凝土结构材料 砖 石 木材 混凝土等墙体材料 墙板 砖 石等屋面材料 沥青材料 膨胀珍珠岩等地面材料 地砖 混凝土 水磨石等饰面材料 玻璃 铝合金等其他 按材料来源分类 天然材料人工材料 万里长城 胡夫金字塔 上海金茂大厦 三峡大坝 建筑材料的发展趋势 建筑材料的发展趋势是 减少结构尺寸 降低结构自重具有多功能性高强适应于机械化施工 建筑材料的技术标准中国技术标准国家标准 gb行业标准 建工行业标准 jg 建材行业标准 jc 交通行业标准 jt 地方标准 db企业标准 qb例 gb175 2007 普通硅酸盐水泥 标准代号编号批准年份标准名称 外国技术标准国际标准 iso internationalstandardorganization 美国国家标准 ans americannationalstandard美国材料与试验学会标准 astm americansocietyfortestingandmaterials 英国标准 bs britishstandard 学习方法着重学好主要内容 材料的技术性质和应用 原料 生产 组成 构造 性质 应用 检验 运输 验收 储存 第二节建筑材料的基本性质 本节内容 与质量有关的性质与水有关的性质与热有关的性质 一 与质量有关的性质 一 密度1 密度2 表观密度3 堆积密度 二 材料的密实度与孔隙率1 密实度2 孔隙率 三 材料的填充率与空隙率1 填充率2 空隙率 二 与水有关的性质 一 亲水性与憎水性 二 吸湿性与吸水性 三 耐水性 抗渗性和抗冻性 三 与热有关的性质 一 导热性 二 热容量 三 热变形性 一 密度 定义 1 密度是指材料在绝对密实状态下 单位体积的质量 按下式计算 式中 材料的密度 g cm3 m 材料的质量 干燥至恒重 g v 材料在绝对密实状态下 不含任何孔 的体积 cm3 一 与质量有关的性质 一 密度 密度测定方法在测定有孔隙材料 如砖 石等 的密度时 应把材料磨成细粉 干燥后 用李氏瓶测定其绝对密实体积 材料磨得越细 测得的密实体积数值就越精确 相对密度相对密度又称比重 是用材料的质量与同体积水 4 的质量的比值表示 无单位 一 密度 定义 2 表观密度是指材料在自然状态下 单位体积的质量 按下式计算 式中 0 材料的表观密度 kg m3或g cm3 m 材料的质量 kg或g v0 材料在自然状态下 含内部所有孔 体积 m3或cm3 注 同种材料 由于含水状态不同 而有不同的表观密度值 a 材料的自然体积构成材料的体积构成 一 密度 定义 3 堆积密度是指散粒材料 如粉状 颗粒状材料等 在堆积状态下 单位体积的质量 按下式计算 式中 0 材料的堆积密度 g m3 m 材料的质量 kg v0 材料的堆积体积 m3 a 材料的堆放体积构成材料的体积构成 几种密度的比较 几种密度的测定方法比较 附表1 1 常用建筑材料的密度 表观密度与堆积密度 二 材料的密实度与孔隙率 定义 1 密实度是指材料体积内被固体物质充实的程度 即材料的密实体积与总体积之比 按下式计算 二 材料的密实度与孔隙率 定义 1 孔隙率是指材料体积内孔隙体积所占的比例 即材料的密实体积与总体积之比 按下式计算 孔隙特征a 孔尺寸 细孔 微孔 大孔b 连通性 连通孔 孤立孔c 孔种类 开口孔 闭口孔孔隙率 或密实度 孔隙特征在工程中的作用 a 影响材料的性质b 通过改变孔隙率和孔物征改善材料性能 三 材料的填充率与空隙率 定义 1 填充率是指散粒材料在堆积状态下被固体颗粒所填充的程度 按下式计算 三 材料的填充率与空隙率 定义 2 空隙率是指散粒状材料在堆积体积状态中 颗粒之间的空隙体积所占的比例 按下式计算 孔隙率与空隙率的比较 二 与水有关的性质 一 亲水性与憎水性 二 吸湿性与吸水性 三 耐水性 抗渗性和抗冻性 一 亲水性与憎水性 亲水性材料是指当润湿边角 90 时 水分子之间的内聚力小于水分子与材料分子间的相互吸引力 这种材料称为亲水性材料 例 水泥制品 玻璃 陶瓷 金属材料 石材等无机材料和部分木材 憎水性材料是指当润湿边角 90 时 水分子之间的内聚力大于水分子与材料分子间的吸引力 则材料表面不会表面不会被水浸润 这种材料称为憎水性材料 例 沥青 油漆 塑料 防水油膏等 润湿边角 指气 液 固三相的交点沿液面切线与固相和液相相接触的方向所成的夹角 在亲水性材料表面涂刷憎水性材料可达到防水的目的如 屋面涂刷防水涂料和家具表面刷油漆 二 吸水性与吸湿性 绝干 气干 饱和面干 湿润 材料含水状态 二 吸水性与吸湿性 二 吸水性与吸湿性 1 吸水性是指材料在水中吸入水分的能力 材料吸水性的大小用吸水率表示 吸水率是指材料中所含水的质量与绝干状态下材料的质量之比 吸水率按下式计算 式中 材料的吸水率 m0 材料在绝干状态下的质量 g m1 材料含水状态下的质量 g 二 吸水性与吸湿性 2 吸湿性是指材料在空气中吸入水分的能力 材料吸湿性的大小用含水率表示 含水率是指材料中所含水的质量与绝干状态下材料的质量之比 含水率按下式计算 式中 材料的含水率 m0 材料在绝干状态下的质量 g m1 材料潮湿状态下的质量 g 吸水率与含水率的比较 材料的吸水率与孔隙率有关 更与孔隙特征有关 因为水分是通过材料是通过开口孔吸入病通过连通孔渗入到内部的 材料的吸湿性因素 除材料自身性质外还与环境的温湿度有关 三 耐水性 抗渗性和抗冻性 1 耐水性是指材料长期在饱和水作用下不破坏 其强度也不显著降低的性能 材料的耐水性用软化系数表示 软化系数按下式计算 耐水材料是指软化系数大于0 80的材料 三 耐水性 抗渗性和抗冻性 2 抗渗性是指材料抵抗压力水渗透的性质 用渗透系数或抗渗等级表示 渗透系数ks按式计算 式中ks 渗透系数 cm h q 透水量 cm3 d 试件厚度 cm a 透水面积 cm2 t 时间 h h 水头高度 水压 cm 渗透系数ks越小 抗渗性就越强 三 耐水性 抗渗性和抗冻性 对于混凝土 抗渗性常用抗渗等级p表示 共有p4 p6 p8 p10 p12 表示混凝土能抵抗0 4mpa 0 6mpa 0 8mpa 1 0mpa 1 2mpa的静水压力而不渗漏 影响抗渗性的因素 3 抗冻性是指材料在吸水饱和状态下 能经受多次冻融循环而不破坏 强度又不显著降低的性质 常用抗冻等级fn表示 三 耐水性 抗渗性和抗冻性 抗冻等级也是衡量材料耐久性的指标 混凝土的抗冻等级以符号f表示 后面带一表示可经受冻融循环次数的数字 记为f10 f15 f25 f100等 如 f15表示所能承受的最大冻融循环 在 15 的温度下冻结后 再在20 的水中融化 为一次冻融循环 次数不少于15次 这时强度损失率不超过25 质量损失不超过5 三 耐水性 抗渗性和抗冻性 抗冻性影响因素强度材料强度越高 抗冻性越好 孔隙特征开口孔隙越多材料的抗冻性能越差 冻融循环对材料的损害材料表面将出现裂纹 剥落等现象 造成重量损失 强度降低 原因 材料内部孔隙中的水分结冰时体积增大对孔壁产生很大的压力 冰融化时压力又骤然消失所致 孔隙大小封闭大孔材料的抗冻性较小孔材料的抗冻性好 因材料孔隙中有一定的空间 可缓解冰冻的破坏作用 材料的耐水性耐水性越好 抗冻性越强 材料的吸水量大小材料吸入的水量越大 抗冻性就越差 三 耐水性 抗渗性和抗冻性 三 与热有关的性质 一 导热性 二 热容量 三 热变形性 一 导热性 导热性是指材料传递热量的能力 材料的导热能力用导热系数 表示 导热系数的物理意义在稳定传热条件下 当材料层单位厚度内的温差为1 时 在1h内通过1m2表面积的热量 绝热材料通常将导热系数 0 175w m k的材料称为绝热材料 一 导热性 影响材料导热系数的因素有 1 材料组成金属材料最大 无机非金属材料次之 有机材料最小 2 孔隙率 3 孔隙特征孔径 孔隙间连通 4 含水率由于水的导热系数 0 58w m k 远大于空气 所以材料含水率增加后其导热系数将明显增加 若受冻 冰 能力该系数更大 混凝土 砂浆 普通烧结砖和泡沫塑料的导热系数分别为1 80 0 55 0 03 w m k 混凝土结构中常用烧结砖做填充墙 砖表面泡沫塑料面层处理 增强保温效果 已测得陶粒混凝土的 0 35w m k 而普通混凝土的 1 40w m k 若在传热面积为0 4m2 温差为20 传热时间为1小时的情况下 请问要使水泥混凝土墙与厚20cm的陶粒混凝土墙所传导的热量相等 则水泥混凝土墙需要多厚 二 热容量 热容量是指材料受热时吸收热量 冷却时放出热量的性质 热容量的大小用比热容c表示 单位为kj kg k 式中q 材料吸收或放出的热量 kj m 材料的质量 kg t2 t1 材料受热或冷却前后的温差 k 对建筑物内部温度稳定有很大意义 三 热变形性 材料的热变形性是指材料在温度变化时其尺寸的变化常用长度方向变化的线膨胀系数表示 第三节建筑材料的力学性质 材料力学性能 一 强度与比强度 二 弹性和塑性 三 脆性和韧性 四 硬度和耐磨性 应力与应变的概念 应力 作用于材料单位面积上的力 应变 沿外力作用方向上 单位长度所发生的变形 一 强度与比强度 1 强度是指材料抵抗外力 荷载 破坏的能力 不同材料的破坏可能出现两种情况 1 应力达到一定值时出现较大的不可恢复变形而导致破坏 如钢材的屈服 2 应力达到其极限值而出现断裂 几乎所有的脆性材料都属于这种 类型抗压强度 抗拉强度 抗弯强度及抗剪强度 一 强度与比强度 抗压 抗拉及抗剪强度按下式计算 式中 f 材料强度 mpa p 破坏时最大荷载 n f 受力截面面积 mm2 一 强度与比强度 抗弯强度 中央集中荷载 按下式计算 式中 fm 材料抗弯强度 mpa p 材料所受的荷载 n l 两支点间距离 mm b 试件截面的宽度 mm h 试件截面高度 mm 一 强度与比强度 抗弯强度 两个集中荷载 按下式计算 式中 fm 材料抗弯强度 mpa p 材料所受的荷载 n l 两支点间距离 mm b 试件截面的宽度 mm h 试件截面高度 mm 常用材料强度 一 强度与比强度 2 比强度比强度是指材料强度与其表观密度之比 它是评价材料轻质高强的指标 下表列出常见几种建筑材料的比强度 二 弹性和塑性 1 弹性是指材料在外力作用下产生变形 当外力取消后 能够完全恢复原来形状的性质 这种可完全恢复的变形称为弹性变形 见图 二 弹性和塑性 弹性模量e弹性变形的变形量与对应的应力大小成正比 其比例系数用弹性模量e来表示 按下式计算 式中 材料所受的应力 mpa 材料在应力 作用下产生的应变 无单位 弹性模量越大 材料在荷载作用下越不易变形 二 弹性和塑性 2 塑性是指在外力作用下材料产生变形 不破坏 当外力取消后 仍保持变形后的形状和尺寸的性质 这种不能恢复的变形称为塑性变形 右图 二 弹性和塑性 钢材受力变形在受力不大的情况下 表现为弹性变形 但受力超过一定限度后 则表现为塑性变形 混凝土受力变形在受力后 弹性变形及塑性变形同时产生 如果取消外力 则弹性变形部分可以恢复 而塑性变形部分则不能恢复 三 脆性和韧性 1 脆性是指材料在冲击或震动荷载作用下 突然发生破坏而无明显变形的性能 如玻璃 烧结砖 建筑陶瓷等 2 韧性是指材料在冲击或震动荷载作用下 能够吸收较大的能量而不破坏的性能 如建筑钢材和木材 四 硬度和耐磨性 1 硬度对于不同的建筑材料 有不同的硬度测试方法 主要有洛氏硬度 维氏硬度和布氏硬度 在后续课程中将结合具体材料进行介绍 2 耐磨性耐磨性是指材料抵抗磨损的能力 用耐磨率 单位面积材料磨前磨后质量变化率 表示 水工混凝土和路面材料考虑耐磨性 第四节建筑材料的耐久性 材料的耐久性 耐久性耐久性是指材料在长期使用过程中 能保持其原有性能而不变质 不破坏的能力 环境中各种自然因素的破坏作用 1 物理作用 如干湿交替 冻熔循环等 2 化学作用 如酸雨对混凝土的破坏 3 生物作用 如各种细菌 昆虫对木材 混凝土 钢材的破坏 4 机械作用 如车辆等对道路桥梁的破坏等 材料的耐久性 耐久性是一种综合性质 它包括抗渗性抗冻性抗风化性耐蚀性抗老化性耐热性耐磨性等耐久性一般用抗冻等级指标衡量 p263 7 某材料孔隙率为2 5 密度为2 6g cm3 则其密度为 kg m3 a 2535b 253 5c 2650d 1950 解 选a 8 含水率为8 的湿砂120g 其中所含水的质量为 a 120x8 b 120 8 8 c 120 120 1 8 d 120 1 8 120 解 选c 9 某材料自然状态下1m3重量2400kg 孔隙率为25 密度为 a 1 8g cm3b 3 2g cm3c 1800g cm3d 3200g cm3 解 选b 18 1m3水泥砂浆配用水泥松散体积0 45m3 其堆密度为1200kg m3 搅拌损耗率为3 1m3水泥砂浆的水泥耗用量是 a 540kgb 556 2kgc 2666 67kgd 2746 67kg 解 选b 1 含水率为10 的湿砂220g 其中所含水的质量为 a 19 8gb 22gc 20gd 20 2g 选c 2 含水率为5 的砂420g 其干燥后的质量为 a 399gb 441gc 400gd 451g 选c 3 加气混凝土的密度为2 55g cm3 气干表观密度为500kg m3时 其孔隙率应为 a 19 6 b 94 9 c 5 1 d 80 4 选d 4 从组成上看 的导热率最大 的导热率最小 a 金属材料b 无机非金属材料c 有机材料 5 保温效果好的材料 其 a 热传导性小 热容量要小b 热传导性大 热容量要小c 导热传导性小 热容量要大d 导热传导性大 热容量要大 答案 a c c 6 憎水材料的润湿角为 a b c d 7 能对冻融破坏起缓冲作用的是 a 开口孔隙b 闭口孔隙c 毛细孔隙d 粗大孔隙 答案 b c b 8 欲使建筑物室内尽可能冬暖夏凉的外墙材料应选择导热率 和比热容c的值的大小是 a 值小c小b 值大c小c 值小c大d 值大c大 答案 10 同一建筑材料的构造越密实 越均匀 它的 a 孔隙率越大b 吸水率越大c 强度越大d 弹性越小 c d 9 在组成结构一定的情况下 要使材料的导热率 尽量小应采用 使含水率尽量低使孔隙率大 特别是闭口小孔尽量多含水率尽量低 大孔尽量多a和b 第二章气硬性胶凝材料 本章内容 1 石膏2 石灰3 菱苦土4 水玻璃 胶凝材料概述 胶凝材料定义胶凝材料是指建筑材料中 经过一系列物理 化学作用 能将散粒材料或块状材料粘结成为坚固整体的材料 胶凝材料的分类 胶凝材料概述 1 气硬性胶凝材料气硬性胶凝材料是指只能够在空气中凝结硬化 也只能在空气中保持和发展强度的胶凝材料 如石膏 石灰 水玻璃 菱苦土 2 水硬性胶凝材料水硬性胶凝材料是指不仅能够在空气中凝结硬化 而且能够更好地在水中保持和发展强度的胶凝材料 如各种水泥 石灰 水泥 气硬性胶凝材料 水硬性胶凝材料 第一节石膏 本节介绍石膏的生产石膏的熟化与硬化石膏的性质与技术要求石膏的应用 一 石膏的生产 石膏原料 以硫酸钙caso4为主要成分 1 天然二水石膏 2 化工石膏 3 天然无水石膏 石膏生产 掌握 石膏生产 建筑石膏 高强石膏 二 建筑石膏的熟化硬化 1 建筑石膏的熟化建筑石膏加水拌和 与水发生水化反应 原理 由于半水石膏的溶解度比二水石膏的大 约四倍 所以二水石膏处于过饱和状态 不断从溶液中析晶 水解反应不断右移 直至半水石膏全部转变成二水石膏 半水石膏和水反应生成二水石膏的过程 二 建筑石膏的熟化硬化 2 建筑石膏的凝结硬化石膏的凝结过程石膏浆体中的自由水分因水化和蒸发而逐渐减少 粒子总表面积增加 因而浆体可塑性逐渐减小 浆体渐渐变稠 这一过程称为凝结 硬化 失去可塑性浆体强度增加的过程 凝结硬化的物理化学过程 石膏浆体 半水石膏颗粒二水石膏晶体 石膏胶体 石膏硬化体 水 孔隙 水化初期 二水石膏晶体较少 随着水化反应进行二水石膏晶体量 石膏硬化体中晶体堆积体 三 建筑石膏的性质与技术要求 1 建筑石膏的性质 1 凝结硬化快 2 凝结硬化时体积微膨胀 可以单独使用 3 硬化后孔隙率高 4 防火性能好 5 耐水性和抗冻性差 三 建筑石膏的性质与技术要求 2 建筑石膏的技术要求主要技术指标 强度 细度和凝结时间 按强度 细度和凝结时间将建筑石膏分为优等品 一等品 合格品三个等级 四 建筑石膏的应用 粉刷石膏石膏板纸面石膏板纤维石膏板空心石膏板吸声用穿孔石膏板装饰石膏板石膏装饰件 第二节石灰 本节介绍石灰的生产及分类石灰的熟化与硬化石灰的性质与技术要求石灰的应用 一 石灰的生产及分类 石灰的生产原料 以caco3为主要成分的天然岩石 如 石灰石 白垩等 原料在高温下煅烧 碳酸钙将按下式分解成为生石灰 逸出二氧化碳气体后得到的块状材料 生石灰特征 呈白色或灰色块状 其内部孔隙率大 晶粒细小 堆积密度小仅为 800 1000kg m 化工副产品主要有电石渣 消化电石而得 等 块状生石灰 熟石灰 制备工艺与产品 石灰石 900 c 磨细 生石灰粉 生石灰 水喷淋 熟石灰粉 水 化灰池 石灰浆 浓缩 石灰膏 陈伏 煅烧石灰石 内含caco3 正火石灰 欠火石灰 过火石灰 二 石灰的熟化与硬化 熟化过程熟化是指生石灰 氧化钙 与水作用生成氢氧化钙 熟石灰 又称消石灰 的过程 又称石灰的消解或消化 生石灰的熟化反应如下 目的 使生石灰具有粘性和塑性 特点 放热和膨胀 1 2 5倍 理论加水 实际加水量 24 3 70 熟化方法根据熟化时加水量的不同 石灰的方式分为两种 1 熟化为熟石灰粉 将生石灰块分层淋适量的水 使石灰充分熟化 又不会过湿成团 此时得到的产品就是熟石灰粉 2 熟化为石灰膏 将生石灰放入化灰池中 加大量的水 熟化成石灰膏 为了消除过火石灰的危害 生石灰熟化形成的石灰浆应在储灰坑中放置两周 14d 以上 这一过程称为石灰的 陈伏 过火石灰在这一期间将慢慢熟化 石灰浆表面应保有一层水分 与空气隔绝 以免碳化 严格控制加水量和加水速度不同品质的石灰熟化速度不同 活泼性大的石灰 加水要快 水量充足 并加速搅拌散热 否则已消化的石灰颗粒包围于未消化颗粒周围 使内部石灰不易消化 称为 过烧 现象 活泼性小的石灰 加水要慢 水量少 如加水过快 则发热量少 水温过低 增加了未消化颗粒 称为 过冷 现象 二 石灰的熟化与硬化 石灰的硬化 1 干燥过程石灰浆 石灰膏 毛细孔隙失水 使得毛细管产生负压力 氢氧化钙颗粒间接触变得紧密 产生一定强度 2 结晶过程干燥过程中氢氧化钙还会逐渐从饱和溶液中结晶析出 3 碳化过程碳化过程是指氢氧化钙与空气中的二氧化碳在有水的情况下按下式反应生成碳酸钙晶体的过程 结晶和碳化两个过程同时进行 但极为缓慢 碳化过程长时间只限于表面 结晶过程主要在内部发生 由于空气中co2含量稀薄 使碳化反应进展缓慢 同时表面的石灰浆一旦硬化就形成外壳 阻止了co2的渗入 同时又使内部的水分无法析出 影响硬化过程的进行 原因 三 石灰的性质与技术要求 1 石灰的性质 1 可塑性好生石灰熟化为石灰浆时 能自动形成颗粒极细的呈胶体分散状态的氢氧化钙 表面吸附一层厚的水膜 因此用石灰调成的石灰砂浆其突出的优点是具有良好可塑性 在水泥砂浆中掺入石灰浆 可使可塑性显著提高 2 硬化慢 强度低从石灰浆体的硬化过程可以看出 由于空气中二氧化碳稀薄 碳化甚为缓慢 而且表面碳化后 形成紧密外壳 不利于碳化作用的深入 也不利于内部水分的蒸发 因此 石灰是硬化缓慢的材料 硬化后的强度也不高 如1 3石灰砂浆28天抗压强度仅为0 2 0 5mpa 所以 石灰不宜用于重要建筑物的基础 3 硬化时体积收缩大石灰在硬化过程中 蒸发大量的游离水而引起显著的收缩 所以除调成石灰乳作薄层涂刷外 不宜单独使用 常在其中掺入砂 纸筋等以减少收缩和节约石灰 4 耐水性差氢氧化钙易溶于水 如果长期受潮或被水浸泡 会使已硬化的石灰溃散 若石灰浆体在完全硬化之前就处于潮湿的环境中 石灰中的水分不能蒸发出去 其硬化就会被阻止 所以石灰不宜在潮湿的环境中应用 2 建筑石灰的技术要求钙质生石灰 mgo含量 5 镁质生石灰 mgo含量 5 镁质生石灰熟化较慢 但硬化后强度稍高 三 石灰的性质与技术要求 石灰的应用砌筑工程和抹面装饰工程 石灰乳 将消石灰粉或熟化好的石灰膏加入多量的水搅拌稀释 成为石灰乳 是一种廉价的涂料 主要用于内墙和天棚刷白 增加室内美观和亮度 石灰砂浆是将石灰膏 砂加水拌制而成 按其用途 分为砌筑砂浆和抹面砂浆 四 石灰的应用和贮存 石灰砂浆 灰砂砖和硅酸盐制品石灰与天然砂或硅铝质工业废料混合均匀 加水搅拌 经压振或压制 形成硅酸盐制品 为使其获早期强度 往往采用高温高压养护或蒸压 使石灰与硅铝质材料反应速度显著加快 使制品产生较高的早期强度 如灰砂砖 硅酸盐砖 硅酸盐混凝土制品等 蒸压灰砂砖 蒸压加气砼砌块 加固软土地基在软土地基中打入生石灰桩 可以利用生石灰吸水产生膨胀对桩周土壤起挤密作用 利用生石灰和粘土矿物间产生的胶凝反应使周围的土固结 从而达到地基承载力的目的 用于道路工程的垫层石灰和粘土按一定比例拌和制成石灰土 或与粘土 砂石 矿渣制成三合土 用于道路工程的垫层 三合土用作铺筑步道砖的垫层 粘土颗粒表面的少量活性氧化硅和氧化铝与氢氧化钙起化学反应 生成了不溶性水化硅酸钙和水化铝酸钙 将粘土颗粒粘结起来 因而提高了粘土的强度和耐水性 用于道路路面基层在道路工程中 随着半刚性基层在高等级路面中的应用 石灰稳定土 石灰粉煤灰稳定土及其稳定碎石广泛用于路面基层 石灰稳定用于土路面基层 四 石灰的应用和贮存 石灰的贮存磨细的生石灰粉应贮存于干燥仓库内 采取严格防水措施 块状生石灰放置太久 会吸收空气中的水分而自动熟化成消石灰粉 再与空气中二氧化碳作用而还原为碳酸钙 失去胶结能力 所以贮存生石灰 不但要防止受潮 而且不宜贮存过久 最好运到后即熟化成石灰浆 将贮存期变为陈伏期 由于生石灰受潮熟化时放出大量的热 而且体积膨胀 所以 储存和运输生石灰时 还要注意安全 第三节菱苦土 略 第四节水玻璃 一 水玻璃的生产与模数 什么是水玻璃 碱金属硅酸盐的水溶液 r2o nsio2 h2o其中r na k 1水玻璃的制备方法 湿法 r2o nsio2 h2o水玻璃干法 r2o nsio2r2o nsio2r2o nsio2 h2o水玻璃 一 水玻璃的生产与模数 2 水玻璃模数水玻璃模数是二氧化硅与氧化钠的摩尔比 固体水玻璃在水中溶解的难易随模数而定 模数为1时能溶解于常温的水中 模数加大 则只能在热水中溶解 当模数大于 时 要在 个大气压以上的蒸压条件下才能溶解于水 低模数水玻璃的粘结能力较差 模数提高水玻璃的粘结能力随之增大 建筑上常用的水玻璃模数一般为2 5 2 8 3水玻璃硬化过程水玻璃与空气中的co2反应 生成无定型的硅酸凝胶 随着水分挥发干燥 硅酸凝胶转变成sio2而硬化 水玻璃的促硬剂 氟硅酸钠其原理是氟硅酸钠加速水玻璃中硅酸凝胶的析出和sio2的形成 三 水玻璃的性能 1 粘结能力强 2 不燃烧 耐高温 3 耐酸能力强 4 不耐水 5 不耐碱 四 水玻璃的应用 1 用于涂刷在无机非金属材料表面 提高材料的耐候性 2 用于配制耐酸砂浆和耐酸混凝土 3 与氯化钙交替灌溉提高基础的承载力 第三章水泥 本章介绍 1 通用水泥2 特性水泥3 专用水泥 第一节通用水泥 本节介绍 1 硅酸盐水泥的生产工艺2 通用水泥代号及命名3 水泥的基本组成4 水泥的水化硬化5 水泥的技术性质6 通用水泥的选用 水泥分类 一 硅酸盐水泥的生产工艺 硅酸盐水泥生产工艺流程 i型硅酸盐水泥的生产工艺流程 三 水泥的基本组成 硅酸盐水泥熟料矿物组成 除了上表组成外 还含有少量游离氧化钙 游离氧化镁和碱 但其总含量一般不超过水泥质量的10 二 水泥混合材料定义 在生产水泥时 为改善水泥性能 调节水泥强度等级而加到水泥中去的人工的和天然的矿物材料 称为水泥混合材料 水泥混合材料分类 非活性混合材料活性混合材料 1 非活性混合材料 非活性混合材料指在水泥中主要起填充作用而又不损害水泥性能的矿物质材料 将其掺入硅酸盐水泥中可提高水泥产量降低水泥强度等级减少水化热 常用非活性混合材料磨细的石英砂 石灰石 粘土 慢冷矿渣等 2 活性混合材料 活性混合材料定义能够与水泥水化后的氢氧化钙起反应生成新的水硬性胶凝材料的物质称为活性混合材料 常用的活性混合材料有 1 粒化高炉矿渣 2 火山灰质混合材料 3 粉煤灰 四 水泥的水化硬化 1 水化熟料矿物与水发生的水解或水化作用 水泥各矿物单独与水反应式如下 四 水泥的水化硬化 水泥的凝结硬化过程示意图 水泥石中多余的水 自由水和吸附水 蒸发后 会在水泥中留下微孔 裂纹 从而降低水泥石强度 影响水泥凝结硬化的因素 1 熟料矿物成分 2 细度 3 用水量 4 养护时间 5 温度和湿度 6 石膏掺量 五 水泥的技术性质 水泥的技术性质主要包括 1 细度 2 凝结时间 3 安定性 4 强度 5 水化热 一 细度 细度是指水泥颗粒粗细的程度 水泥颗粒细度的意义水泥颗粒越细与水反应的表面积就越大 水化较快而且较完全 早期强度和后期强度都较高 但在空气中硬化时收缩较大 成本也较高 水泥颗粒过粗则不利于水泥活性的发挥 水泥细度的检验筛析法 用孔边长为0 08mm的方孔筛对水泥试样进行筛析试验 要求筛余率应小于10 比表面积法 硅酸盐水泥用比表面积法检验 单位以m2 kg表示 要求大于300m2 kg 细度不合格的水泥应当次品处理 二 凝结时间 初凝水泥加水拌合时起至标准稠度净浆开始失去可塑性所需的时间 终凝水泥加水拌和时起至标准稠度净浆完全失去可塑性并开始产生强度所需的时间 2 凝结时间 水泥初凝时间不能过短为使混凝土和砂浆有充分的时间进行搅拌 运输 浇捣和砌筑 硅酸盐水泥初凝时间不得早于45min 初凝不合格的水泥应为废品 终凝时间不能太长当施工完毕 则要求尽快硬化 具有强度 硅酸盐水泥终凝时间不得迟于390min 终凝不合格的水泥应为次品 凝结时间的测定以标准稠度的水泥净浆 在规定温度及湿度环境下用维卡仪测定 3 安定性 定义安定性是指水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性 安定性不良的水泥应为废品 安定性不良水泥浆体硬化过程发生了不均匀的体积变化 会导致水泥石膨胀开裂 翘曲 即安定性不良 危害 安定性不良的水泥会降低建筑物质量 甚至引起严重事故 3 安定性 引起水泥安定性不良的原因有三个 1 熟料中游离氧化钙过多 2 熟料中游离氧化镁过多 3 石膏掺量过多 四 强度 强度是划分水泥强度等级的依据 水泥胶砂强度的测定水泥 标准砂和水按1 3 0 5混合 按规定的方法制成试件 40 40 160mm 在标准温度 20 1 的水中养护 测定其3d和28d的强度 五 水化热 水泥与水反应会产生热量 如不能及时释放 会使水泥制品产生开裂 硅酸盐水泥与普通硅酸盐水泥的特性 1 硬化快 强度高 尤其是早期强度 2 抗冻性好 3 水化热大 4 耐腐蚀性差 5 耐高温性能较差 六 通用水泥的特点 1 矿渣水泥 火山灰水泥 粉煤灰水泥和复合水泥 1 共性 早期强度低 后期强度高 水化热低 耐腐蚀性较好 蒸汽 蒸压养护效果好共同的缺点 抗碳化能力差 抗冻性 耐磨性差 第二节特性水泥 本节介绍 1 快硬型水泥2 膨胀型水泥 一 快硬型水泥 1 快硬硅酸盐水泥 2 快硬高强铝酸盐水泥 3 快硬铁铝酸盐水泥学习上述知识时 注意它们与通用水泥的不同点和不得使用的工程环境 二 膨胀水泥 一 硅酸盐膨胀水泥 二 铝酸盐膨胀水泥 三 硫铝酸盐膨胀水泥 四 自应力水泥学习上述知识时 注意它们与通用水泥的不同点和不得使用的工程环境 第三节专用水泥 一 白色硅酸盐水泥和彩色硅酸盐水泥 二 砌筑水泥 三 道路水泥 四 低水化热水泥 第四章混凝土 本章介绍 1 普通混凝土2 轻混凝土3 其他混凝土 混凝土概述 混凝土定义是由胶凝材料 水 粗骨料 细骨料按适当比例混合拌制成 经一定时间硬化而成的混合材料 混凝土按表砚密度分类 混凝土的分类 按表观密度分类按用途分类按胶凝材料分类按施工工艺分类按强度分类 混凝土的特点 优点原材料来源丰富 造价低廉 性能可按需要调节混凝土拌和物具有良好的塑性抗压强度高耐久性好可与钢筋共同作用缺点抗拉强度低自重大 比强度小生产周期长 混凝土的发展趋势 对混凝土的基本要求是 1 具有与施工条件相适应的施工和易性 2 具有符合设计要求的强度 3 具有与工程环境相适应的耐久性 4 在保证质量前提下 节约造价 第一节普通混凝土 本节介绍 1 普通混凝土的材料组成2 普通混凝土的主要性能3 混凝土外加剂 转到材料组成中 4 混凝土质量控制与强度评定5 普通混凝土配合比设计 一 普通混凝土的组成材料 本节介绍水泥细骨料 砂粗骨料 石子拌合及养护用水混凝土外加剂混凝土掺合料 混凝土结构示意图 一 水泥 1 水泥品种的选择 略 2 水泥强度等级选择混凝土用水泥强度等级选择的一般原则 配制高强度的混凝土 水泥强度等级为混凝土强度等级的0 9 1 5倍 一般情况下 水泥强度等级为混凝土强度等级的1 5 2 倍 二 细骨料 砂 定义粒径小于4 75mm的骨料为细骨料 1 有害杂质含量2 砂的粗细及颗粒级配3 砂的坚固性4 碱骨料反应 1 有害杂质含量 砂所需的质量是按国标gb14684 2001确定的 混凝土的质量在很大程度上被砂的成分的各种灰尘 淤泥 粘土 有机物存在的量所影响 2 砂的粗细及颗粒级配 对于混凝土而言 砂是指由不同尺寸 0 15 4 75mm 的颗粒组成的 并获得最小空隙的物质 砂所形成的空隙越小 获得密实混凝土所需水泥量就越少 2 砂的粗细及颗粒级配 砂的级配是由通过一组筛孔尺寸为4 75 2 36 1 18 0 60 0 30 0 15mm 从顶到底 的筛子的筛分试验确定的 砂的样品被干燥至恒重 称取500克 并在4 75 2 36 1 18 0 60 0 30 0 15mm连续筛孔的筛子上进行筛分 每个筛子上的筛余量被称量后按下面的方法计算 分计筛余量按下列公式计算 精确到0 10 ai gi g 100 累计筛余量是某一筛子上所有分计筛余量的总和 它的计算式如下 ai a2 36 a1 18 aia2 36a1 18分别为筛孔尺寸为2 36 1 18mm筛子上的分计筛余量 ai为某筛子上的分计筛余量 砂的细度模数是划分砂粒尺寸等级的指标 尺寸大小范围为2 36 0 15mm 细度模数的计算公式如下 mk a2 a3 a4 a5 a6 5a1 100 a1 基于细度模数 砂子被分为粗砂 中砂 细砂和特细砂 相应的细度模数值为 粗砂mk 3 7 3 1 中砂mk 3 0 2 3 细砂mk 2 2 1 6 特细砂mk 1 6 砂子级配的筛分曲线如下所示 三 粗骨料 石子 1 有害杂质含量2 最大粒径的选择3 坚固性4 强度5 碱骨料反应 三 粗骨料 石子 普通混凝土的粗骨料是由卵石 碎石 碎矿渣和碎砖块组成 粗骨料是尺寸大于4 75mm的碎块混合物 gb14685 2001 一般它分为卵石和碎石 按照技术要求 卵石和碎石被分为3类 卵石是由自然风化形成的 它呈圆形并具有光滑的表面 碎石则拥有许多棱角 因此 碎石混凝土具有较高的强度 但流动性差 卵石混凝土强度较低 但又很好的流动性 粗骨料类似于砂 含有害杂质 如灰尘 淤泥 粘土 有机酸等 有害杂质的含量不应超过特定指标 1 有害杂质含量 2 最大粒径的选择 按照国标 bg50204 2002 在建筑中的混凝土所用骨料允许尺寸是不能大于结构最小横截面尺寸的1 4 同时不能大于钢筋间距的3 4 对于实心板 混凝土易于浇捣 故可用大尺寸的颗粒 但其尺寸不宜大于板厚尺寸的1 3 且不得超过40 00mm 对于泵送混凝土 碎石最大粒径与输送管内径之比 不宜小于或等于1 3 卵石不宜小于或等于1 2 5 在水力工程中 集料尺寸可大于70 00mm 3 坚固性 坚固性是石子在自然风化和其他外界物理 化学因素作用下抵抗破坏的能力 常用硫酸钠溶液浸泡法进行试验 石子经5次浸泡 冲洗循环后 其质量损失表示 4 强度 1 立方体抗压强度碎石取自于不小于80mpa的火成岩 60mpa的变质岩和30mpa水成岩 碎石的形状接近于立方体cubes 50mm 50mm 50mm 用在工业与民用建筑中的颗粒强度和等级 饱和水抗压强度 应比混凝土强度高 对低于 的碎石强度为1 50倍 等于或大于 的碎石强度为 倍或更高 4 强度 2 压碎指标粒径10 20mm放在圆柱体内 施加200kn的荷载持续160 300s 然后在筛孔直径为2 5mm的筛上进行筛分 再按压碎指标公式计算 g0为未施荷前样品质量 g 为样品筛余量 压碎指标越小 粗骨料抗碎能力越强 5 碱骨料反应 碱骨料反应是指普通混凝土中活性骨料 蛋白石 白云石 与水泥中的碱性物质 氧化钠和氧化钾 起反应 在界面 水泥与石子的接触面 产生膨胀性破坏的现象 四 拌合及养护用水 对混凝土拌合及用水质量的要求是 不得影响混凝土的凝结硬化 不得有损于混凝土强度发展及耐久性 不得加快钢筋腐蚀 不引起预应力钢筋脆断 不得污染混凝土表面 五 混凝土外加剂 p295 目前 在工程中常用的外加剂有 减水剂缓凝剂早强剂引气剂膨胀剂防冻剂 五 混凝土外加剂 混凝土外加剂按其主要功能分为四类 改善混凝土拌合物流变性能的外加剂 包括各种减水剂 引气剂和泵送剂等 调节混凝土凝结时间 硬化性能的外加剂 包括缓凝剂 早强剂和速凝剂等 改善混凝土耐久性的外加剂 包括引气剂 防水剂和阻锈剂等 改善混凝土其他性能的外加剂 如加气剂 膨胀剂 防冻剂 着色剂 防水剂等 减水剂按其主要化学成分不同可分为 木质素系减水剂 多环芳香族磺酸盐系减水剂 水溶性树脂磺酸盐系减水剂等 六 混凝土矿物掺合料 在混凝土 或砂浆 搅拌前或搅拌过程中加入的天然或人工矿物粉状材料 统称为混凝土矿物掺合料 简称矿物掺合料或掺合料 矿物掺合料多数是以氧化硅 氧化铝为主要成分粉煤灰粒化高炉矿渣粉硅灰 二 普通混凝土的主要性能 一 混凝土拌和物的和易性1 和易性概念和易性又称工作性 是指混凝土拌和物在一定的施工工艺及设备条件下 易于施工 搅拌 运输 浇灌 捣实 并能获得质量均匀 成型密实的混凝土的性能 和易性包括 流动性 粘聚性 保水性 2 和易性测定方法对其流动性进行测定 再辅以目测和经验评定其粘聚性和保水性 坍落度法 维勃稠度法 坍落度与坍落扩展度法 坍落度与坍落扩展度法坍落度试验的方法粘聚性的检查方法保水性的检查方法 按照国标 gb t50080 2002 混凝土拌合物的坍落度分类如下 大流动性混凝土拌合物坍落度可大于160 00mm 流动性 混凝土拌合物坍落度为100 150mm 塑性混凝土拌合物坍落度为50 90mm 低流动性混凝土拌合物坍落度为10 40mm 干硬性混凝土拌合物和超干硬性混凝土拌合物没有坍落度 维勃稠度法 应用于干硬性的混凝土拌合物 坍落度值小于10mm 维勃稠度测试方法适用范围适用于骨料最大粒径不超过40mm 维勃稠度在5 30s之间的混凝土拌合物的稠度测定 维勃稠度仪 3 影响和易性的主要因素 1 水泥浆的用量 2 水灰比 3 砂率 合理砂率 4 外加剂 5 环境条件的影响温度湿度风速 6 搅拌工艺的影响搅拌方式搅拌时间 7 放置时间的影响 二 混凝土的强度 1 混凝土立方体抗压强度与强度等级2 混凝土的轴心抗压强度3 抗拉强度4 影响混凝土强度的因素 1 混凝土立方体抗压强度与强度等级 混凝土立方体试件抗压强度定义 按照 普通混凝土力学性能试验方法标准 gb t50081 2002 规定 将混凝土拌合物制作边长为150mm的立方体试件 在标准条件 温度20 2 相对湿度95 以上 养护到28d龄期 测得的抗压强度值 简称立方体抗压强度以 cu表示 非标准的试块还有边长为200 00mm和100 00mm的立方体 它们的试验值应分别乘以1 05和0 95的系数 混凝土试件受压破坏后形状分析 下图是混凝土标准试件抗压强度试验破坏前后的形状 请分析试件破坏后所得形状的原因 混凝土标准试件抗压强度试验破坏前后的形状 1 混凝土立方体抗压强度与强度等级 混凝土强度等级是按混凝土立方体抗压强度标准值来划分的 混凝土强度等级表示方法符号c加立方体抗压强度标准值 以mpa计 下限表示 普通混凝土有 c15 c20 c25 c30 c35 c40 c45 c50 c55 c60 c65 c70 c75和c80共14个等级 2 混凝土的轴心抗压强度 轴心抗压强度的测定标准试件 150mm 150mm 300mm棱柱体特点轴心抗压强度 c比同截面的立方体强度值 cu小 立方体抗压强度 cu 10 55 mpa 的范围内 轴心抗压强度 c与 cu之比约为0 70 0 80 在结构设计中混凝土受压构件的计算采用混凝土的轴心抗压强度 c 又称棱柱强度 3 混凝土的抗拉强度 混凝土抗拉强度只有抗压强度的1 10 1 20 且随着混凝土强度等级的提高 比值降低 混凝土抗拉强度采用立方体劈裂抗拉试验来测定 称为劈裂抗拉强度 ts 劈裂抗拉强度应按下式计算 4 影响混凝土强度的因素 1 水泥强度等级与水灰比混凝土的强度主要决定于水灰比和水泥强度 水灰比太小 拌合物过于干硬 无法保证浇灌质量 混凝土中出现蜂窝 孔洞 强度也将下降 4 影响混凝土强度的因素 混凝土强度与水灰比和水泥强度的关系可用公式来表示 无水泥28d抗压强度实测值时 用水泥强度等级 fce g 代入式中 并乘以水泥强度等级富余系数 c 即fce c fce g c值应按统计资料确定 一般取1 13 4 影响混凝土强度的因素 4 影响混凝土强度的因素 2 骨料的种类 质量和数量 3 施工条件的影响 4 影响混凝土强度的因素 4 养护条件 1 温度环境温度对水泥水化速度的影响 温度高 水泥早期水化速度快 早期过快水化会导致水化物分布不均匀 对后期强度的发展不利 温度降至冰点以下时的危害水分大部分结冰 水泥颗粒不能和冰发生化学反应 水分结冰而引起的膨胀使混凝土的内部结构遭受破坏 养护温度对混凝土强度的影响 4 影响混凝土强度的因素 4 养护条件 2 湿度环境湿度不够的危害拌合物表面水份蒸发 内部水份向外迁移 混凝土会因失水干燥而影响水泥水化作用的正常进行 危害水化反应的水量不足 不仅严重降低混凝土的强度 而且因水化作用未能完成 使混凝土结构疏松 渗水性增大 或形成干缩裂缝 从而影响耐久性 4 影响混凝土强度的因素 5 养护时间 龄期 龄期 是指混凝土在正常养护条件下所经历的时间 普通水泥混凝土在标准条件养护下 龄期不小于3d的混凝土强度发展大致与其龄期对数成正比 n 养护龄期 n 3d 4 影响混凝土强度的因素 14 28 抗压强度 龄期 d 14 28 龄期 d 三 混凝土的变形性能 非荷载作用下的变形化学收缩干湿变形 湿胀干缩温度变形荷载作用下的变形在短期荷载作用下的变形长期荷载作用下的变形 徐变 1 化学收缩 定义由于水泥水化生成物的固相体积比反应前物质的总体积 包括水的体积 小 而使混凝土产生的收缩称为化学收缩 属不可恢复的变形 化学收缩特点收缩量是随混凝土硬化龄期的延长而增长的 增长的幅度随时间延长逐渐减小 化学收缩是不能恢复的 2 干湿变形 湿胀干缩 混凝土湿涨产生的原因特点 湿胀变形量很小 对混凝土性能基本上无影响 混凝土干缩产生的原因特点 干缩的混凝土再次吸水时 干缩变形一部分可恢复 也有一部分 约30 60 不能恢复 2 干湿变形 湿胀干缩 干缩变形的大小用干缩率表示 其值约为 3 5 10 4 即每米混凝土收缩0 3 0 5mm 3 温度变形 热胀冷缩 混凝土温度变形系数约为1 10 5 即温度变化 升高或降低 每米混凝土膨胀0 01mm 水泥水化热可导致混凝土产生温度变形 举例 1 在短期荷载作用下的变形 混凝土它不是一种完全的弹性体 而是一种弹塑性体 混凝土在受力时 既产生可以恢复的弹性变形 又产生不可恢复的塑性变形 如右图所示 混凝土在短期压力作用下的应力 应变曲线 2 长期荷载作用下的变形 徐变 徐变定义徐变的影响因素与特点主要取决于水泥石的数量与龄期 水泥用量越大 水灰比越大 混凝土不论是受压 受拉或受弯时 均有徐变现象 徐变的益处使钢筋混凝土构件截面的应力重新分布 从而消除或减小其内部的应力集中现象 大体积混凝土能消除一部分温度应力 徐变的危害预应力混凝土结构中使钢筋的预加应力受到损失 四 混凝土的耐久性 抗渗性抗冻性抗侵蚀性碳化碱骨料反应混凝土中的钢筋锈蚀 1 抗渗性 抗渗性定义是指混凝土抵抗压力水 或油 渗透的能力 它直接影响混凝土的抗冻性和抗侵蚀性 抗渗等级抗渗等级是以28d龄期的混凝土标准试件 按规定的方法进行试验 所能承受的最大静水压力来确定 分为 p4 p6 p8 p10 p12等5个等级 2 抗冻性 抗冻性混凝土的抗冻性是指硬化混凝土在水饱和状态下 经受多次冻融循环作用 能保持强度和外观完整性的性能 抗冻性影响因素 与抗渗性类似 混凝土密实度 内部孔隙的大小与构造 含水程度 抗冻等级九个等级 f10 f15 f25 f50 f100 f150 f200 f250 f300 提高混凝土抗冻性的最有效方法掺入引气剂 减水剂和防冻剂 3 抗侵蚀性 海水侵蚀对水泥石的侵蚀外 还有反复干湿的物理作用 海浪的冲击磨损 海水中氯离子对混凝土内钢筋的锈蚀等 混凝土的抗侵蚀性的影响因素水泥品种 混凝土的密实程度 孔隙特征有关 提高混凝土抗侵蚀性的主要措施是 选择合理水泥品种 提高混凝土密度程度 改善孔结构 4 混凝土的碳化 碳化定义指空气中的二氧化碳co2在有水存在的条件下 与水泥石中氢氧化钙ca oh 2发生反应 生成碳酸钙和水的过程 碳化作用危害最主要的是 减弱了其对钢筋的防锈保护作用 使钢筋易出现锈蚀 增加混凝土的收缩 使混凝土抗拉 抗折强度降低 碳化的益处 较小 使混凝土的抗压强度提高 5 碱骨料反应 碱 骨料反应定义是指硬化混凝土中所含的碱 氧化钠和氧化钾 与骨料中的活性成分发生反应 其反应