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材料员 培训 建筑材料的分类1 通常按材料的组成分为三大类 2 按材料在建筑物中的功能可分为 承重材料保温隔热材料吸声隔声材料防水材料装饰材料 建筑材料 结构材料墙体材料屋面材料地面材料饰面材料 3 按材料的使用部位分为 建筑材料 材料的基本性质 材料的体积体积是材料占有的空间尺寸 由于材料具有不同的物理状态 因而表现出不同的体积 1 密度 干燥状态 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 实际密度 g cm3或kg m3 m 材料的质量 g或kg V 材料的绝对密实体积 cm3或m3 每种材料的密度是固定不变的 2 表观密度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 g cm3或kg m3 m 材料的质量 g或kg V0 材料的自然体积 cm3或m3 表观密度通常是指在气干状态下 长期在空气中存放的干燥状态 的表观密度 材料在烘干状态下测得的表观密度 称为干表观密度 材料在潮湿状态下测得的表观密度 称为湿表观密度 表观体积是指包括内部封闭孔隙在内的体积 其封闭孔隙的多少 孔隙中是否含有水及含水的多少 均可能影响其总质量或体积 因此 材料的表观密度与其内部构成状态及含水状态有关 工程中砂石材料 直接用排水法测定其表观体积 3 堆积密度堆积密度是指粉状或粒状材料 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 cm3或kg m3 m 材料的质量 g或kg 材料的堆积体积 cm3或m3 由于散粒材料堆放的紧密程度不同 堆积表观密度又可分为疏松堆积表观密度 紧密堆积表观密度二种 利用材料孔隙率可计算散粒材料的空隙率 其中材料的表观密度以堆积表观密度代入 密度以视密度 包括闭口孔隙体积 代入 所得结果是颗粒之间的空隙和开口孔隙占总体积的百分率 孔隙率 孔隙率是指材料中孔隙体积与总体积的百分比 材料的孔隙率可按下式计算 VpV0V孔隙率的大小直接反映了材料的致密程度 密实度 压实度 D P 1 空隙率 散粒材料堆积体积中 颗粒之间的空隙体积所占的比例称为空隙率 空隙率 P 可按下式计算 空隙率的大小反映散粒材料的颗粒相互填充的致密程度 空隙率可作为控制混凝土骨料级配与计算含砂率的依据 孔隙率与空隙率的区别 材料与水有关的性质 亲水性与憎水性与水接触时 材料表面能被水润湿的性质称为亲水性 材料表面不能被水润湿的性质称为憎水性 具有亲水性或憎水性的根本原因在于材料的分子结构 亲水性材料与水分子之间的分子作用力 大于水分子相互之间的内聚力 憎水性材料与水分子之间的作用力 小于水分子相互之间的内聚力 材料的四种含水状态与含水率 1 干燥状态 材料中所有的孔隙中无水 2 气干状态 材料中部分的孔隙中含水 其含水量用平衡含水率来表示 其大小与环境有关 3 饱和面干状态 材料中所有的孔隙中充满水 其含水量用吸水率来表示 其大小与孔隙率有关 吸水率的大小可以反映材料的致密程度 材料的四种含水状态与含水率 4 湿润状态 除材料中所有的孔隙中充满水之外 其表面还含有表面水 其含水量用表面含水率来表示 其大小与湿润程度有关 表面含水率可为负值 吸水性与吸湿性 材料 在水中 吸收水分的性质称为吸水性 材料 在空气中 吸收水分的性质称为吸湿性 材料中的含水量与其干燥质量的百分比称为含水率材料中的水分与周围空气的湿度达到平衡时 材料处于气干状态 的含水率称为平衡含水率 材料在饱和面干状态时的含水率称为吸水率 吸水率可用质量或体积吸水率两种方式表达 质量吸水率的计算式为 式中 mb 材料吸水饱和状态下的质量 mg 材料在干燥状态下的质量 体积吸水率的计算式为 式中 mb 材料吸水饱和状态下的质量 mg 材料在干燥状态下的质量 V0 材料在自然状态下的体积 w 水的密度 常温下取1 0g cm3 Wv与Wm的关系为 式中G1 材料吸水饱和状态下的质量 G 材料干燥状态下的质量 水 水的密度 V0 材料在自然状态下的体积 材料的干表观密度 吸水率与含水率的区别 材料的耐水性材料的耐水性是指材料长期在饱和水的作用下不破坏 强度也不显著降低的性质 材料耐水性的指标用软化系数KR表示 式中 KR 材料的软化系数 fb 材料吸水饱和状态下的抗压强度 fg 材料在干燥状态下的抗压强度 经常位于水中或受潮严重的重要结构 其K软不宜小于0 85 0 90 受潮较轻或次要结构 其K软也不宜小于0 7 0 85 抗渗性 材料抵抗压力水渗透的性能称为抗渗性 材料的抗渗性与材料的孔隙率及孔隙特征有关 材料的抗渗性可用渗透系数或抗渗等级来表示 式中 K 渗透系数 ml cm2 s Q 透水量 ml d 试件厚度 cm A 透水面积 cm2 H 水头差 t 透水时间 s 材料的抗冻性 材料的抗冻性 是指材料在水饱和状态下 能经受多次冻融而不产生宏观破坏 同时微观结构不明显劣化 强度也不严重降低的性能 2 材料的抗冻性用抗冻等级来表示 如F153 抗冻等级 是指材料的标准试件 在水饱和状态下 经受冻融循环作用后 其强度不严重降低 质量不显著损失 性能不明显下降时 所经受的冻融循环的次数 影响抗冻性的因素材料的密实度 孔隙率 密实度越高则其抗冻性越好 材料的孔隙特征 开口孔隙越多则其抗冻性越差 材料的强度 强度越高则其抗冻性越好 材料的耐水性 耐水性越好则其抗冻性也越好 材料的吸水量大小 吸水量越大则其抗冻性越差 材料与热有关的性质 导热性 材料传导热量的性质称为导热性 材料导热性的大小用导热系数表示 式中 导热系数 W m K Q 通过材料的热量 J d 材料厚度或传导的距离 m A 材料传热面积 m2 Z 导热时间 s t 材料两侧的温度差 K 孔隙率材料的孔隙中含有空气 而空气的导热性很小 所以材料的孔隙率愈大 导热性愈低 孔隙特征空气在粗大和连通的孔隙中较易对流 使导热性增大 故具有细微或封闭孔隙的材料 比具有粗大或连通孔隙的材料导热性低 含水率水的导热性大大超过空气 所以当材料的含水率增大时其导热性也相应提高 若水结冰 其导热性进一步增大 对于纤维结构的材料 顺纤维方向的导热性比横纤维方向的大 影响材料导热性的因素 当材料温度升高 或降低 1K时所吸收 或放出 的热量 称为该材料的热容量 J K lkg材料的热容量 称为该材料的比热 J K 表示方法 式中Q 材料吸收或放出的热量 JC 材料的比热 J kg K G 材料的质量 kg t2 t1 材料受热 或冷却 前后的温度差 K 比热及热容量 几种材料的导热系数及比热 材料的温度变形性材料的温度变形是指温度升高或降低时材料的体积变化 用线膨胀系数 表示 L t2 t1 L式中 L 线膨胀或线收缩量 mm或cm t2 t1 材料前后的温度差 K 材料在常温下的平均线膨胀系数 1 K L 材料原来的长度 mm或m 材料的线膨胀系数与材料的组成和结构有关 常选择合适的材料来满足工程对温度变形的要求 材料的力学性质 材料的力学性质 是指材料在外力作用下有关变形性质和抵抗破坏的能力 一 材料的变形性质二 材料的强度 一 材料的变形性质 材料的变形性质 是指材料在荷载作用下发生形状及体积变化的有关性质 主要有弹性变形 塑性变形 徐变与应力松弛 一 弹性变形与塑性变形弹性变形是指在外荷载作用下产生 卸荷后可以自行消失的变形 塑性变形是指在外力去除后 材料不能自行恢复到原来的形状而保留的变形 也称残余变形 弹性与塑性变形 塑性材料与脆性材料 塑性材料 破坏前的变形明显脆性材料 破坏前的变形不明显塑性材料的特点 抗压强度 抗拉强度 脆性材料的特点 抗压强度 抗拉强度 二 徐变与应力松弛 固体材料在恒定外力作用下 变形随时间的延长而逐渐增长的现象称为徐变 材料在恒定荷载作用下 若所产生的变形因受约束而不能发展时 其应力将随时间的延长而逐渐减小 这一现象称为应力松弛 二 材料的强度 材料的强度是指材料抵抗外力 荷载 作用引起的破坏的能力 一 材料的静力强度在静荷载作用下 材料达到破坏前所承受的应力极限值 称为材料的静力强度 简称材料强度 或极限强度 根据作用荷载的不同 材料强度可分为抗压强度 抗拉强度 抗弯强度 或抗折强度 和抗剪强度等 材料强度的测定 材料强度的测定常用破坏性试验方法来进行 即将材料制成试件 置于试验机上 按规定的速度均匀地加荷 直到试件破坏 由试件破坏时的荷载值 按相应计算公式 可求得材料强度 抗压 抗拉及抗剪强度的计算 式中f 材料强度 MPa F 破坏时荷载 N A 试件受力断面面积 mm2 抗弯强度的计算 抗弯强度的计算公式分别为 集中荷载三分点加荷式中fm 抗弯强度 MPa F 破坏荷载 N L 梁的跨度 mm b h 梁断面的宽与高 mm 四 材料的持久强度及疲劳极限 材料在承受持久荷载下的强度 称为持久强度 静力强度是材料在承受短期荷载条件下具有的强度 也称暂时强度 实际结构物中材料承受的荷载通常既有持久荷载 自重 和又有短期荷载 活荷载 材料在持久荷载作用下会产生徐变 使塑性变形增加 故材料的持久强度一般低于暂时强度 疲劳极限 材料承受的荷载随时间而交替变化时 其应力也随时间而交替变化 这种交替变化的应力超过某一极限 且多次反复作用后 即会导致材料破坏 该应力极限值称为疲劳极限 疲劳极限与静力破坏不同 它常在没有显著变形的情况下 突然断裂 疲劳极限远低于静力强度 甚至低于屈服强度 三 材料的冲击韧性 材料抵抗冲击或震动等荷载作用的性能 称为冲击韧性 冲击韧性以试件受冲击时 单位体积或单位面积内所能吸收的冲击功来表示 脆性材料受冲击后易碎裂 强度低的材料不能承受较大的冲击荷载 故材料冲击韧性可反映材料既有一定强度 又有良好受力变形的综合性能 桥梁 路面 桩及有抗震要求的结构所用的材料需考虑冲击韧性 四 材料的硬度 磨损及磨耗 材料抵抗其它较硬物体压入的能力称为硬度 材料受外界物质的摩擦作用而造成质量和体积损失的现象称为磨损 用磨耗率表示材料同时受到摩擦和冲击两种作用而造成的质量和体积损耗现象称为磨耗 石灰与水泥 概述 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 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 一 石灰的生产 原材料生产石灰的原材料包括天然石灰石和化工副产品 主要成分为CaCO3 生产工艺 煅烧石灰生产过程 是石灰石煅烧过程 根据煅烧程度可分为欠火石灰 正火石灰 过火石灰 CaCO3 CaO CO2 MgCO3 MgO CO2 900 700 生石灰 欠火石灰的中心部分仍是碳酸钙硬块 不能熟化 形成渣子 过火石灰结构紧密 且表面有一层深褐色的玻璃状硬壳 故熟化很慢 当被用于建筑物后 能继续熟化产生体积膨胀 从而引起裂缝或局部脱落现象 为消除过火石灰的危害 石灰浆应在消解坑中存放两星期以上 称为 陈伏 使未熟化的颗粒充分熟化 陈伏 期间 石灰浆表面应覆盖一层水膜 以免石灰浆碳化 二 石灰的熟化硬化过程 石灰的熟化 CaO H2O Ca OH 2 64 9KJ石灰的硬化Ca OH 2从饱和溶液中析出 晶体互相交叉连生 从而提高强度 结晶过程Ca OH 2空气中的CO2发生化学反应 形成CaCO3使石灰的强度逐渐提高 碳化过程 石灰的品种按石灰中的氧化镁含量的高低分按成品的加工方法分块状生石灰 磨细生石灰粉 消石灰粉 石灰膏 石灰乳等 生石灰 钙质石灰 镁质石灰 MgO 5 MgO 5 三 石灰的技术性质和技术标准 石灰的质量等级建筑生石灰 建筑生石灰粉 建筑消石灰粉按有效CaO MgO的含量 可分为优等品 一等品和合格品三个等级 石灰的特性1 可塑性好 2 生石灰吸湿性强 保水性好 3 凝结硬化慢 强度低 4 硬化后体积收缩大 易开裂 5 耐水性差 四 石灰的应用 配制石灰砂浆和石灰乳 配制三合土和灰土 制作碳化石灰板 生产硅酸盐制品 生产无熟料水泥 四 石灰的储存 生石灰 消石灰用牛皮纸 复合纸 编制袋包装 袋上应标明厂名 产品名称 商标 净重 等级和批量编号 生石灰每袋净重分40 1kg和50 1kg 消石灰分20 0 5kg和40 1kg 堆放生石灰的仓库应密闭 屋面不得漏水 灰堆离墙壁距离70mm 石膏 一 石膏的生产二 建筑石膏的水化与硬化三 建筑石膏的技术特性 质量要求与应用四 高强石膏 一 石膏的生产 石膏胶凝材料是一种以硫酸钙为主要成分的气硬性胶凝材料原材料 天然二水石膏 CaSO4 2H2O 与无水石膏 CaSO4 其中无水石膏只能生产无水石膏水泥 生产 主要工序破碎 加热与磨细 一 石膏的生产 天然二水石膏 65 75 C 高强石膏 半水石膏 建筑石膏 半水石膏 107 170 C 开始脱水 压蒸锅 1 3大气压127 C 型半水石膏结晶细小 分散度高 其中杂质含量少 白度较高 常用于制作模型合花饰 称模型石膏 在陶瓷工业中用做成型的模型 型半水石膏结晶粗大 生成的半水石膏是粗大而密实的晶体 水化后具有较高强度 故称高强石膏 二 建筑石膏的水化与硬化 1 水化反应方程式 CaSO4 H2O 1 H2O CaSO4 2H2O2 浆体的凝结硬化过程 半水石膏溶解于水以后 很快成为饱和溶液 二水石膏在水中的溶解度小于半水石膏 达到饱和后形成胶体微粒并不断转变为晶体析出 破坏溶液的平衡 使半水石膏不断溶解 同时水分不断减少 浆体逐渐变稠 晶体逐渐长大 共生和相互交错 这个过程使浆体逐渐产生强度 并不断增长 直到完全干燥 晶体之间的摩擦力和粘结力不再增加 强度才停止发展 三 建筑石膏的性质 要求与应用 1 建筑石膏技术性质 1 凝结硬化速度快 初凝 6min 终凝 30min 2 与水泥相比硬化后强度较低 3 6MPa 表观密度小 3 由于石膏制品的孔隙率大 因而导热系数小 吸声性强 吸湿性大 可调节室内温湿度 4 石膏凝结过程中体积膨胀 装饰性好 5 石膏制品的耐水性差抗冻性差 不宜用于潮湿部位 6 具有良好的抗火性能 三 建筑石膏的性质 要求与应用 2 质量要求建筑石膏的质量要求主要有强度 细度和凝结时间 按强度和细度划分为优等品 一等品和合格品 执行标准GB9776 1988 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 三 建筑石膏的性质 要求与应用 3 应用 1 制成石膏抹灰材料 2 各种墙体材料如纸面石膏板 石膏空心砌块 石膏空心条板 3 各种装饰石膏板 石膏浮雕花饰 雕塑制品 4 使用时应注意问题 在运输及储存时应防止受潮 一般储存三个月后强度降低30 左右 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 不得与易燃 易爆等危险液体物品混合存放和混合运输 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 水泥的特点和适用范围 水泥的特点水泥是一种粉末状材料 加水后拌合均匀形成的浆体 不仅能够在干燥环境中凝结硬化 而且能更好地在水中硬化 保持或发展其强度 形成具有堆聚结构的人造石材 水泥适用范围不仅适合用于干燥环境中的工程部位 而且也适合用于潮湿环境及水中的工程部位 水泥的分类 按性能和用途分 粉煤灰硅酸盐水泥 火山灰质硅酸盐水泥 按主要水硬性物质分 一 硅酸盐水泥的原材料和生产工艺 硅酸盐水泥的原材料生产硅酸盐水泥熟料的原材料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 石灰石等 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 铁矿粉采用赤铁矿 化学成分为Fe2O3 石膏主要为天然石膏矿 无水硫酸钙等 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 硅酸盐水泥的生产工艺 两磨一烧 工艺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 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 一 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 二 熟料的矿物组成及其特性 熟料的矿物组成 水泥熟料矿物 硅酸二钙 铁铝酸四钙 游离氧化钙和氧化镁 铝酸三钙 硅酸三钙 碱类及杂质 2CaO SiO2 C2S 4CaO Al2O3 Fe2O3 C4AF f CaO和f MgO 3CaO Al2O3 C3A 3CaO SiO2 C3S 化学式及简写 二 熟料的矿物组成及其特性 水泥熟料矿物的主要特性熟料矿物磨细加水 均能单独与水发生化学反应 氧化镁 MgO 它是一种有害成分 含量多时会使水泥安定性不良 国家规定 硅酸盐水泥中MgO的含量一般不得超过5 若经试验论证其含量允许放宽到6 MgO含量不符合规定者 为废品 三氧化硫 SO3 它主要是粉磨熟料时掺入石膏带来的 当石膏掺量合适时 既可以调节水泥的凝结时间 又可以提高水泥的性能 但当石膏掺入量超过一定值时 会使水泥的性能变差 国家标准规定 硅酸盐水泥中SO3的含量不得超过3 5 SO3含量不符合规定者 为废品 游离氧化钙 f CaO 它是在煅烧过程中未能反应结合而残存下来的过烧并呈游离态的CaO 如果f CaO的含量较高 则由于其滞后的水化 产生结晶膨胀而导致水泥石开裂 甚至破坏 即造成水泥安定性不良 通常熟料中f CaO含量应严格控制在1 2 以下 碱分 K2O Na2O 可以增加pH值到13 5 对保护钢筋有利 然而 太高的碱含量会产生碱骨料反应和引起浆体的收缩变形 因此熟料中碱含量应加以限制 三 硅酸盐水泥的凝结和硬化 凝结硬化的概念凝结 水泥加水拌合而成的浆体 经过一系列物理化学变化 浆体逐渐变稠失去可塑性而成为水泥石的过程 硬化 水泥石强度逐渐发展的过程称为硬化 水泥的凝结过程和硬化过程是连续进行的 凝结过程较短暂 一般几个小时即可完成 硬化过程是一个长期的过程 在一定温度和湿度下可持续几十年 熟料矿物的水化反应硅酸三钙2 3CaO SiO2 6H2O 3CaO 2SiO2 3H2O 3Ca OH 2硅酸二钙2 2CaO SiO2 4H2O 3CaO 2SiO2 3H2O Ca OH 2铝酸三钙3CaO Al2O3 H2O 3CaO Al2O3 6H2O3CaO Al2O3 6H2O 3 CaSO4 2H2O 19H2O 3CaO Al2O3 3CaSO4 31H2O铁铝酸四钙4CaO Al2O3 Fe2O3 7H2O 3CaO Al2O3 6H2O CaO Fe2O3 H2O 熟料矿物的水化反应过程水化初期熟料矿物与水反应的速度较快 使水化产物不断地从液相中析出并聚集在水泥颗粒表面 形成以水化硅酸钙凝胶为主体的凝胶薄膜 大约在1h左右即在凝胶薄膜外侧及液相中形成粗短的针状钙矾石晶体 水化中期以水化硅酸钙 C S H 和氢氧化钙的快速形成为特征 水化后期由于新生成的水化产物的压力 水泥颗粒薄膜的凝胶薄膜破裂 使水进入未水化水泥颗粒的表面 水化反应继续进行 水化产物之间互相交叉连生 不断密实 固体之间的空隙不断减小 网状结构不断加强 结构逐渐紧密 A 凝胶体 C S H凝胶 水化硅酸钙凝胶 B 晶体 氢氧化钙 水化铝酸钙 水化硫铝酸钙 C 孔隙 毛细孔 凝胶孔 气孔等 D 未水化的水泥颗粒 水泥石的结构1 水泥石主要由凝胶体 晶体 孔隙 水 空气和未水化的水泥颗粒等组成 存在固相 液相和气相 2 硬化后的水泥石是一种多相多孔体系 3 水泥石的结构 水化产物的种类及相对含量 孔的结构 对其性能影响最大 硅酸盐水泥的主要技术性质 1 密度 指水泥在自然状态下单位体积的质量 分松散和紧密状态下的密度 分别为900 1300kg m3和1400 1700kg m3 通常取1300kg m3 2 细度细度是指水泥颗粒的粗细程度 水泥颗粒的粗细 直接影响其水化反应速度 活性和强度 水泥细度可用筛析法和比表面积法来检测 筛析法 是以80 m方孔筛的筛余量来表示水泥的细度 比表面积法 是用1kg水泥所具有的总表面积 m2 kg 来表示水泥的细度 国家标准规定硅酸盐水泥的比表面积可用透气法 勃压法 测定 其值应大于300m2 kg 细度不符合规定的 为不合格品 3 标准稠度用水量由于加水量的多少 对水泥一些技术性质的测定值影响很大 故测定这些性质时 必须在一个规定的浆体稠度下进行 这个规定的稠度 即称为标准稠度 水泥净浆达到标准稠度时 所需的拌和水量 以占水泥质量的百分比表示 称为标准稠度用水量 也称需水量 硅酸盐水泥的标准稠度用水量一般在24 30 之间 水泥熟料矿物成分不同时 准稠度用水量亦有差别 此外 水泥磨得越细 标准稠度用水量越大 水泥标准中 对标准稠度用水量没有提出具体要求 当其它条件相同时 水泥的标准稠度用水量越小越好 4 凝结时间凝结时间分为初凝时间和终凝时间 初凝时间是从加水至水泥浆开始失去塑性的时间 终凝时间是从加水至水泥浆完全失去塑性的时间 水泥初凝时间不宜过早 终凝时间不宜过迟 国家标准GB175 1999规定 硅酸盐水泥初凝不得早于45min 终凝不得迟于6 5h 5 体积安定性体积安定性是指水泥浆体硬化后体积变化的稳定性 水泥安定性不良的原因 熟料中含有过量的游离氧化钙 f CaO 或含有过量的游离氧化镁 f MgO 生产水泥时掺入的石膏过量 检验水泥安定性的方法 有试饼法及雷氏法两种 通过对试件进行煮沸加速f CaO熟化 然后检查是否有不安定现象 国家标准GB175 1999规定 硅酸盐水泥的安定性用沸煮法检验必须合格 体积安定性不良的水泥严禁用于工程中 6 强度及强度等级 1 胶砂强度国家标准规定 水泥和标准砂按1 3 0质量比混合 加入规定量的水 水灰比为0 50 经标准试验方法搅拌成型 制成40mm 40mm 160mm的标准试件 在标准条件 1d温度为20 1 相对湿度90 以上的空气中带模养护 1d以后拆模 放入20 1 的水中养护 下养护 根据水泥品种不同 分别测定3d 28d的抗折强度和抗压强度 即为水泥的胶砂强度 2 强度等级根据水泥的胶砂强度划分的级别称为强度等级 硅酸盐水泥的强度等级划分为42 5 42 5R 52 5 52 5R 62 5 62 5R共六个等级 注 R型为早强型 主要是3d强度较高 7 水化热水泥的水化热是指在水化过程中的放热量 单位为kJ kg 水化热的高低与熟料矿物的相对含量有关 铝酸三钙 硅酸三钙的水化热高 而铁铝酸四钙 硅酸二钙的水化热较低 因此要降低水化热 可适当减少铝酸三钙和硅酸三钙的含量 水化热主要对大体积混凝土工程有影响 对于大体积混凝土工程 应选择水化热较低的水泥 或者采取特殊措施降低水化热的危害 水泥石的腐蚀及防止 水泥石腐蚀的方式 1 软水侵蚀 溶出性侵蚀 2 酸的腐蚀 溶解性化学腐蚀 一般酸的腐蚀碳酸水的腐蚀 3 硫酸盐腐蚀 膨胀性化学腐蚀 4 强碱腐蚀 水泥石的腐蚀及防止 防止水泥石腐蚀的措施 1 根据工程的环境特点 合理选择水泥品种 2 提高混凝土的密实度 3 在水泥石结构的表面设置保护层 硅酸盐水泥的特性 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 抗冻性好 适合水工混凝土和抗冻性要求高的工程 耐腐蚀性差 因水化后氢氧化钙和水化铝酸钙的含量较多 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 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 硅酸盐水泥的特性 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 耐磨性好 适用于高速公路 道路和地面工程 掺混合材料的硅酸盐水泥 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 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 粒化高炉矿渣 粉煤灰 火山灰质混合材料非活性混合材料 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 普通硅酸盐水泥 代号P O 定义硅酸盐水泥熟料 6 1 的混合材料 适量石膏技术性质要求 与硅酸盐水泥相比 相同点MgO含量 SO3含量 初凝时间 安定性的技术要求相同 不同点细度 80 m方孔筛筛余量不超过10 0 终凝时间 不迟于10h 烧失量 不得大于5 0 强度等级 普通硅酸盐水泥分为32 5 32 5R 42 5 42 5R 52 5 52 5R六个强度等级 各龄期的强度不低于下表的规定 主要特性 1 早期强度略低 后期强度高 2 水化热略低 3 抗渗性好 抗冻性好 抗碳化能力强 4 抗侵蚀 抗腐蚀能力稍好 5 耐磨性较好 耐热性能较好 应用普通硅酸盐水泥的应用范围和硅酸盐水泥相同 矿渣水泥 粉煤灰水泥 火山灰水泥 定义技术性质要求 与普通水泥相比 相同点MgO含量 细度 凝结时间 安定性的技术要求相同 不同点 熟料 适量石膏 20 70 粒化高炉矿渣 20 40 粉煤灰 20 50 火山灰质混合材料 矿渣水泥 P O 粉煤灰水泥 P S 火山灰水泥 P P 磨细 磨细 磨细 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 强度等级 强度等级划分为32 5 32 5R 42 5 42 5R 52 5 52 5R共六个等级 密度 水泥的密度为2800 3000kg m3 主要特性 与硅酸盐水泥 普通水泥相比 三种水泥的共同特性凝结硬化较慢 早强强度较低 后期强度增长较快 水化热较低 放热速度慢 抗硫酸盐腐蚀和抗水性较好 蒸汽养护适应性好 抗冻性 耐磨性及抗碳化性能较差 三种水泥各自特性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 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 粉煤灰水泥干缩小 抗裂性好 复合硅酸盐水泥和石灰石硅酸盐水泥 复合硅酸盐水泥 P C 与硅酸盐水泥相比 由于掺入了两种或两种以上的混合材料 复合水泥的水化热较低 早期强度较高 其强度要求与普通水泥的强度要求相同 石灰石硅酸盐水泥 P L 凡由硅酸盐水泥熟料和石灰石 适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料称为石灰石硅酸盐水泥 石灰石硅酸盐水泥的技术要求应符合相应标准的规定 铝酸盐水泥 铝酸盐水泥的特性与应用早期强度很高 故适用于工期紧急的工程 抗渗性 抗冻性好 抗硫酸盐腐蚀性好 水化放热极快且放热量大 不得应用于大体积混凝土工程 耐热性好 高温下产生烧结作用 具有良好的耐高温性能 较高的强度 故适合耐热工程 长期强度降低较大 不适合长期承载结构 通用水泥的验收 包装标志和数量的验收包装标志的验收 包装有袋装和散装两种袋装水泥在包装袋上应清楚地标明产品名称 代号 净含量 强度等级 生产许可证编号 生产者名称和地址 出厂编号 执行标准号 包装年月日等主要包装标志 掺火山灰质混合材料的普通硅酸盐水泥 必须在包装上标上 掺火山灰 字样 包装袋两侧应印有水泥名称和强度等级 通用水泥的验收 包装标志和数量的验收包装标志的验收印刷字体颜色 硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥 红色 矿渣硅酸盐水泥 绿色 火山灰质硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥 黑色 散装水泥供应时须提交与袋装水泥标志内容相同的卡片 包装标志和数量的验收数量的验收袋装水泥每袋净含量为50kg 且不得少于标志质量的98 随机抽取20袋总质量不得少于1000kg 质量的验收检查出厂合格证和试验报告 复验 仲裁检验 废品及不合格品的规定废品 凡氧化镁 三氧化硫 初凝时间 安定性中的任一项不符合相应标准规定的通用水泥 均为废品 不合格品 对于通用水泥 凡有下列情况之一者 均为不合格品硅酸盐水泥 普通水泥 凡不溶物 烧失量 细度 终凝时间中任一项不符合标准规定者 矿渣水泥 火山灰水泥 粉煤灰水泥 复合水泥 凡细度 终凝时间中任一项不符合标准规定者 掺混合材料硅酸盐水泥混合材料掺量超过最大限值或强度低于商品强度等级规定的指标者 水泥出厂的主要包装标志中水泥品种 强度等级 工厂名称和出厂编号不全者 通用水泥的保管 不同品种和不同强度等级的水泥要分别存放 不得混杂 防水防潮 做到 上盖下垫 堆垛不宜过高 一般不超过10袋 场地狭窄时最多不超过15袋 储存期不能过长 通用水泥不超过三个月 水泥储存期超过三个月 水泥会受潮结块 强度大幅度降低 会影响水泥的使用 混凝土 混凝土的分类 按生产和施工工艺分预拌混凝土 商品混凝土 泵送混凝土 喷射混凝土 碾压混凝土 离心混凝土 按强度分普通混凝土 C60 高强混凝土 C60 超高强混凝土 100MPa 按配筋情况分素混凝土 钢筋混凝土 预应力混凝土 钢纤维混凝土等 按表观密度分特重 干表观密度大于2700重 1900 2500轻 小于1900 混凝土的特点 优点抗压强度高 耐久 耐火 维修费用低 原材料丰富 成本低 混凝土拌合物具有良好的可塑性 混凝土与钢筋粘结良好 一般不会锈蚀钢筋 缺点抗拉强度低 约为抗压强度的1 10 1 20 变形性能差 导热系数大 约为1 8W m K 体积密度大 约为2400kg m3左右 硬化较缓慢 混凝土的结构 混凝土的结构水泥 水 水泥浆 砂 水泥砂浆 石子 混凝土拌合物 硬化混凝土组成材料的作用 混凝土体积构成水泥石 25 左右 砂和石子 70 以上 孔隙和自由水 1 5 水泥的选择 品种的选择对一般条件下的普通混凝土 可采用普通硅酸盐或矿渣硅酸盐水泥 火山灰质硅酸盐水泥 粉煤灰硅酸盐水泥 水位变化区的外部 建筑物的溢流面 有耐磨和抗冻性要求的混凝土 应优先选用中热硅酸盐水泥 硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥 大体积建筑物内部 水下和基础混凝土 宜选用低热水泥 低热矿渣水泥 矿渣硅酸盐水泥 粉煤灰硅酸盐水泥和火山灰质硅酸盐水泥 当环境水对混凝土有硫酸盐侵蚀时 应选用抗硫酸盐水泥 受蒸汽养护的混凝土 宜选用矿渣硅酸盐水泥 火山灰质硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐类水泥 水泥的选择 强度等级的选择原则上 配制高强度等级的混凝土 选择高强度等级的水泥 一般情况下 水泥强度等级为混凝土强度等级的1 5 2 0倍 配制高强混凝土时 可选择水泥强度等级为混凝土强度等级的1倍左右 砂的技术质量要求 定义砂是指粒径在4 75mm以下的颗粒 分类按产源分按技术要求分 类宜用于强度等级大于C60的混凝土 类用于强度等级为C30 C60及抗冻 抗渗或其他要求的混凝土 类宜用于强度等级小于C30的混凝土和建筑砂浆 砂 天然砂 人工砂 机制砂 混合砂 河砂 湖砂 山砂 和淡化海砂等 1 表观密度 堆积密度及空隙率表观密度 s 2500kg m3 松散堆积密度 so 1350kg m3 空隙率P 47 2 含泥量 泥块含量及石粉含量含泥量是指粒径小于0 075mm的颗粒含量 泥块含量是指粒径大于1 18mm 经水洗 手捏后小于600 m的颗粒含量 石粉含量是指人工砂中粒径小于0 075mm的颗粒含量 3 有害物质含量砂中不应混有草根 树叶 树枝 塑料等杂物 有害物质主要是云母 轻物质 有机物 硫化物及硫酸盐 氯化物等 4 颗粒级配 1 颗粒级配采用筛分法确定 2 颗粒级配的指标级配区按600 m筛的累计筛余率的大小 可分为1区 2区 3区共三个级配区 级配合格判定砂的实际级配全部在任一级配区规定范围内 除4 75mm和600 m筛档外 可以略有超出 但超出总量应小于5 3 级配的选择宜优先选择级配在2区的砂 当采用1区砂时 应适当提高砂率 当采用3区砂时 应适当减小砂率 5 规格砂按细度模数大小分为粗砂 中砂 细砂 粗砂Mx 3 7 3 1 中砂Mx 3 0 2 3 细砂Mx 2 2 1 6 细度模数按下式计算 式中 Mx 细度模数 A1 A2 A3 A4 A5 A6 分别为4 75mm 2 36mm 1 18mm 600 m 300 m 150 m筛的累计筛余百分率 石子的技术质量要求 定义粒径大于4 75mm的骨料称为粗骨料 分类按产源分 卵石和碎石按技术要求分 类宜用于强度等级大于C60的混凝土 类用于强度等级为C30 C60及抗冻 抗渗或其他要求的混凝土 类宜用于强度等级小于C30的混凝土和建筑砂浆 强度采用岩石抗压强度和压碎指标两种检验 岩石抗压强度是将母岩制成50mm 50mm 50mm立方体试件 在水饱和状态下测定其极限抗压强度值 压碎指标是将一定质量风干状态下9 50 19 0mm的颗粒装入标准圆模内 在压力机上按1kN s速度均匀加荷至200kN并稳定 卸荷后用2 36mm的筛筛除被压碎的细粉 称出筛余量 按下式计算 式中 Qc 压碎指标值 G1 试样的质量 g G2 压碎后的筛余量 g 颗粒级配粗骨料的颗粒级配有连续级配与间断级配两种 连续级配是石子由小到大连续分级 间断级配是指用小颗粒的粒级直接和大颗粒的粒级相配 中间为不连续的级配 由于易产生离析 应用较少 最大粒径粗骨料公称粒级的上限称为该粒级的最大粒级的最大粒径 从结构上考虑 混凝土用粗骨料的最大粒径不得超过结构截面最小尺寸的1 4 且不得超过钢筋最小净间距的3 4 对混凝土实心板 不宜超过板厚的1 3 且不得超过40mm 从施工上考虑 对泵送混凝土 粗骨料最大粒径与输送管内径之比碎石不宜大于1 3 卵石不宜大于1 2 5 高层建筑宜在1 3 1 4 超高层建筑宜在1 4 1 5 从经济上考虑 当最大粒径小于80mm时 水泥用量随最大粒径减小而增加 当大于150mm后 节约水泥的效果却不明显 和易性 工作性 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 和易性的指标及测定方法到目前为止 还没有确切的指标能全面地反映混凝土拌和物的和易性 一般常用坍落度定量地表示拌和物流动性的大小 根据经验 通过对试验或现场的观察 定性地判断或评定混凝土拌和物粘聚性及保水性的优劣 坍落度大于10mm的称为塑性混凝土 其中10mm 30mm的常称为低流动性混凝土 坍落度小于10mm的称为干硬性混凝土 对于干硬性混凝土拌和物 采用维勃稠度 VB 作为和易性指标 影响混凝土拌和物和易性的因素1 水泥浆含量2 砂率 合理砂率是在水灰比及水泥用量一定的条件下 使混凝土拌和物保持良好的粘聚性和保水性并获得最大流动性的砂率 也即在水灰比一定的条件下 当混凝土拌和物达到要求的流动性 而且具有良好的粘聚性及保水性时 水泥用量最省的含砂率 3 水泥浆稀稠4 其它因素 如水泥品种 掺合料品种及掺量 骨料种类 粒形及级配 混凝土外加剂以及混凝土搅拌工艺和环境温度等条件的影响 混凝土的强度 混凝土强度的种类 混凝土强度 抗拉强度 抗剪强度 抗压强度 握裹强度 轴心抗压强度 立方体抗压强度 钢筋与混凝土的粘结强度 1 立方体抗压强度以边长为150mm的标准立方体试件 在温度为20 2 相对湿度为95 以上的潮湿条件下或者在Ca OH 2饱和溶液中养护 经28d龄期 采用标准试验方法测得的抗压极限强度 用fcu表示 当采用非标准试件时 须乘以换算系数 见下表 2 混凝土强度等级按混凝土立方体抗压强度标准值划分的级别 以 C 和混凝土立方体抗压强度标准值 fcu k 表示 主要有C10 C15 C20 C25 C30 C35 C40 C45 C50 C55 C60 C65 C70 C75 C80等十五个强度等级 立方体抗压强度标准值 fcu k 是立方体抗压强度总体分布中的一个值 强度低于该值的百分率不超过5 强度等级表示的含义 强度的范围 某混凝土 其fcu 30 0 34 9MPa 某混凝土 其fcu 30 0MPa的保证率为95 C30 C 代表 混凝土 30 代表fcu k 30 0MPa 3 轴心抗压强度采用150mm 150mm 300mm的棱柱体试件 在立方体抗压强度为0 55MPa范围内fcp 0 7 0 8 fcu 在结构设计计算时 一般取fcp 0 67fcu 非标准尺寸的棱柱体试件的截面尺寸为100mm 100mm和200mm 200mm 测得的抗压强度值应分别乘以换算系数0 95和1 05 影响抗压强度的因素 1 水泥的强度和水灰比1 当混凝土水灰比值在0 40 0 80之间时越大 则混凝土的强度越低 2 水泥强度越高 则混凝土强度越高 2 骨料种类及级配 在水泥石强度及其它条件相同时 碎石混凝土的强度高于卵石混凝土的强度 3 养护条件及龄期 当采用普通水泥拌制的 中等强度等级的混凝土 在标准养护条件下 混凝土的抗压强度与其龄期的对数成正比 4 施工方法 5 施工质量 提高混凝土抗压强度的措施 1 采用高强度等级水泥 2 采用单位用水量较小 水灰比较小的干硬性混凝土 3 采用合理砂率 以及级配合格 强度较高 质量良好的碎石 4 改进施工工艺 加强搅拌和振捣 5 采用加速硬化措施 提高混凝土的早期强度 6 在混凝土拌合时掺入减水剂或早强剂 提高混凝土耐久性的措施 1 合理选择混凝土的组成材料 2 提高混凝土制品的密实度严格控制混凝土的水灰比和水泥用量 选择级配良好的骨料及合理砂率 保证混凝土的密实度 掺入适量减水剂 提高混凝土的密实度 严格按操作规程进行施工操作 3 改善混凝土的孔隙结构在混凝土中掺入适量引气剂 可改善混凝土内部的孔结构 封闭孔隙的存在 可以提高混凝土的抗渗性 抗冻性及抗侵蚀性 外加剂及其分类 混凝土外加剂是指在拌制混凝土过程中掺入的 用以改善混凝土性能的物质 一般情况掺量不超过水泥质量的5 按主要功能的分类 1 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 2 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 3 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 4 改善混凝土其它性能的外加剂 包括加气剂 膨胀剂 防冻剂 着色剂 防水剂和泵送剂等 减水剂的作用效果 1 减少混凝土拌合物的用水量 提高混凝土的强度 在混凝土拌合物坍落度基本一定的情况下 减少混凝土的单位用水量5 25 2 提高混凝土拌合物的流动性 在用水量和强度一定的条件下 坍落度可提高100 200mm 3 节约水泥 在混凝土拌合物坍落度 强度一定的情况下 可节约水泥5 20 4 改善混凝土拌合物的性能 掺入减水剂可以减少混凝土拌合物的泌水 离析现象 延缓拌合物的凝结时间 减缓水泥水化放热速度 显著提高混凝土硬化后的抗渗性和抗冻性 粉煤灰效用 1 形态效应 滚珠润滑作用 减少用水量 改善和易性 增加强度和耐久性 2 火山灰效应 玻璃体二次水化反应 3 微集料效应 改善水泥混凝土颗粒级配 提高混凝土密实性 粉煤灰品质指标 细度 需水量比 烧失量 三氧化硫含量 游离氧化钙含量 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 砂浆 定义砂浆是由胶凝材料 细骨料 掺加料和水按一定比例配制而成的建筑工程材料 分类按用途不同分砌筑砂浆 抹面砂浆和特种砂浆 按胶凝材料分水泥砂浆 石灰砂浆 混合砂浆按生产工艺分传统砂浆 预拌砂浆 干粉砂浆 砌筑砂浆的组成材料 1 胶凝材料及掺加料砌筑砂浆常用的胶凝材料是水泥 其品种应根据砂浆的用途和使用环境来选择 其强度等级宜为砂浆强度等级的4 5倍 用于配制水泥砂浆的水泥强度等级不宜大于32 5级 用于配制混合砂浆的水泥强度等级不宜大于42 5级 2 砂砌筑砂浆用细骨料主要为天然砂 宜用中砂 其中毛石砌体宜选用粗砂 砂的含泥量要求 水泥砂浆 强度等级 M5的混合砂浆不应超过5 强度等级 M5的水泥混合砂浆 不应超过10 3 水和外加剂拌制砂浆应采用不含有害杂质的洁净水 为改善或提高砂浆的性能 可掺入一定的外加剂 但对外加剂的品种和掺量必须通过试验确定 强度砂浆强度是以边长为70 7mm 70 7mm 70 7mm的立方体试块 在温度为20 3 一定湿度下养护28d 测得的极限抗压强度 砂浆按其抗压强度平均值分为M2 5 M5 0 M7 5 M10 M15 M20等六个强度等级 在一般工程中 办公楼 教学楼以及多层建筑物宜选用M5 0 M10的砂浆 平房商店等多选用M2 5 M5 0的砂浆 仓库 食堂 地下室以及工业厂房等多选用M2 5 M10的砂浆 而特别重要的砌体宜选用M10以上的砂浆 抹面砂浆定义 作用 种类 1 定义及作用普通抹面砂浆是以薄层抹在建筑物内外表面 保持建筑物不受风 雨 雪 大气等有害介质侵蚀 提高建筑物的耐久性 并使其表面平整美观 2 普通抹面砂浆的种类按所用材料不同可分为石灰砂浆 水泥混合砂浆 水泥砂浆 麻刀石灰砂浆和纸筋石灰砂浆 按功能不同可分为底层抹面砂浆 中层抹面砂浆和面层抹面砂浆 建筑石材 岩石的种类 岩石的力学性能变形抗压强度 指岩石在轴向压力作用下抵抗压碎破坏的能力 在数值上等于岩石受压破坏时的极限应力 抗剪强度抗拉强度 砌筑用石材一 主要品种 一 毛石 山体爆破直接得到的石块 1 乱毛石 形状不规则 主要用于砌筑基础 墙身 堤坝 挡土墙等 2 平毛石 乱毛石经粗略加工而成 主要用于砌筑基础 墙身 桥墩 涵洞等 二 料石 条石 具有较规则六面体形的石块 1 毛料石 外观大致方正2 粗料石 3 细料石 经过细加工 外观规则 二 砌筑用石材的强度强度指标 立方体抗压强度 MPa 立方体试件 50 50 50mm 1组3个 强度等级 9个 MU100 MU80 MU60 MU50 MU40 MU30 MU20 MU15 MU10 装饰用石材 钢材 金属材料类型 黑色金属 是以铁元素为主要成分的金属及其合金 常用的主要有钢和铁 钢应用最广 有色金属 是除黑色以外的其他金属 其中铝是一种重要的轻质结构和装饰材料 钢及其特性 钢 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 含碳量超过2 称为生铁 含碳量小于0 08 称为工业纯铁 特点 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 钢的分类 1 按冶炼方法分2 按质量 品质 分按S和P元素含量 分为普通质量钢 含硫量不超过0 050 优质钢 结构 含硫量不超过0 045 含碳0 040 工具 含硫量不超过0 030 含碳0 035 和高级优质钢 含硫量不超过0 020 含碳0 030 3 按化学成分4 按用途分建筑钢 结构钢 工具钢 特殊性能钢 如不锈钢 耐酸钢 耐碱钢 磁钢等 建筑钢材的主要品种型钢简单截面型钢 圆钢 方钢 六角钢 八角钢等复杂截面型钢 工字钢 角钢 槽钢 钢轨等线材 如钢筋 钢丝等管材 无缝钢管 焊接钢管等板材 光面钢板 花纹钢板 彩色涂层钢板等 标准试件 按照一定的要求 对表面进行车削加工后的试件 非标准试件 不经过加工 直接在线材上切取的试件 1 低碳钢的拉伸