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建筑材料第一章 建筑材料的基本性质 Chapter 1 Basic Properties of Building Materials 建筑材料使用在不同的建筑物中，处于不同的环境，起着各种不同的作用，要求具有相应的性质。承重构件要求材料有足够的强度；保温隔热的屋顶和墙面要求材料有热容量大且不易传热的性质；挡水、蓄水或防水的建筑物要求材料有一定的抗渗性或不透水性；受水流泥沙冲刷的建筑物要求材料能抗冲耐磨。同时建筑物在使用过程中还会长期受到环境因素的影响，如大气因素引起的热胀冷缩、干湿变化、冻融循环、化学侵蚀以及昆虫和菌类等的生物危害，因此还要求建筑材料具有与环境相适应的耐久性。 正确合理选择和使用稠料是保证建筑物经久耐用的关键，而材料的性质是选择和使用材料的重要依据，为此我们必须研究和掌握材料的有关性质。建筑材料的性质是多方面的，不同材料又具有不同的特殊性。本章只研究和讨论建筑材料共同的、基本的物理性质和力学性质，各类材料的技术性质和特殊性质，分别在以后相应的章节小讨论。 第一节材料的物理性质 Section 1 The Physical Properties of Building Materials 一、建筑材料的基本物理，睦质The basic physical properties of Building Materials (一)密度Density 材料在绝对密实状态下单位体积的质量称为密度，用表示。其计算公式为 材料的绝对密实体积，指不包括材料孔隙在内的体积。钢材、玻璃等少数密实材料可根据外形尺寸求得体积，按式(11)求得密度。大多数有孔隙的材料，在测定材料的密度时，应把材料磨成细粉，干燥后用李氏瓶测定其体积。材料磨得越细，测得的密度数值就越精确。砖、石等块状材料的密度即用此法测得。在测定某些致密材料(如卵石、碎而等)的密度时，直接以颗粒状材料为试样，用排水法测定其体积，材料中部分与外部不连通的封闭的孔隙无法排除，这时所求得的密度称为视密度或近似密度，通常也就称为密度。 (二)表观密度Apparent density 材料在自然状态下单位体积的质量称为表观密度，用o表示。其计算公式为第一章 建筑材料的基本性质 Chapter 1 Basic Properties of Building Materials 建筑材料使用在不同的建筑物中，处于不同的环境，起着各种不同的作用，要求具有相应的性质。承重构件要求材料有足够的强度；保温隔热的屋顶和墙面要求材料有热容量大且不易传热的性质；挡水、蓄水或防水的建筑物要求材料有一定的抗渗性或不透水性；受水流泥沙冲刷的建筑物要求材料能抗冲耐磨。同时建筑物在使用过程中还会长期受到环境因素的影响，如大气因素引起的热胀冷缩、干湿变化、冻融循环、化学侵蚀以及昆虫和菌类等的生物危害，因此还要求建筑材料具有与环境相适应的耐久性。 正确合理选择和使用稠料是保证建筑物经久耐用的关键，而材料的性质是选择和使用材料的重要依据，为此我们必须研究和掌握材料的有关性质。建筑材料的性质是多方面的，不同材料又具有不同的特殊性。本章只研究和讨论建筑材料共同的、基本的物理性质和力学性质，各类材料的技术性质和特殊性质，分别在以后相应的章节小讨论。 第一节材料的物理性质 Section 1 The Physical Properties of Building Materials 一、建筑材料的基本物理，睦质The basic physical properties of Building Materials (一)密度Density 材料在绝对密实状态下单位体积的质量称为密度，用表示。其计算公式为 材料的绝对密实体积，指不包括材料孔隙在内的体积。钢材、玻璃等少数密实材料可根据外形尺寸求得体积，按式(11)求得密度。大多数有孔隙的材料，在测定材料的密度时，应把材料磨成细粉，干燥后用李氏瓶测定其体积。材料磨得越细，测得的密度数值就越精确。砖、石等块状材料的密度即用此法测得。在测定某些致密材料(如卵石、碎而等)的密度时，直接以颗粒状材料为试样，用排水法测定其体积，材料中部分与外部不连通的封闭的孔隙无法排除，这时所求得的密度称为视密度或近似密度，通常也就称为密度。 (二)表观密度Apparent density 材料在自然状态下单位体积的质量称为表观密度，用o表示。其计算公式为第4页第二章 天 然 石 材 Chapter 2 Natliral Dimension Stones 天然石材是从天然岩石山开采得到的毛石，经过加工后成为料石，板材和颗粒状等材料，统称为天然石材。由于天然岩石的分布较广，符合就地取材的经济原则。义由于天然岩石的质地坚硬、抗压强度高和耐久性好等，不仅广泛地用于房屋建筑工程中，而且也广泛地用于水利工程、道路和桥梁等。 第一节天然岩石的组成及分类 Seclion 1 TheComposition and Classification of Natural Rock 一、天然岩石的组成The composition of natural rock 天然岩石是由各种不同的地质作用所形成的天然固态矿物的集合体。组成岩石的矿物称为造岩矿物，主要的造岩矿物有长石、石英、云母、辉石、角闪石、橄榄石和方解石等30多种。由一种矿物组成的岩石称为单矿岩，如石灰岩和白色大理石等，这种岩石的性质由矿物和结构来决定。由多种矿物组成的岩石称为多矿岩，如花岗石、长石、石英和云母等，这种岩石的性质由组成矿物的相对含量和结构构造来决定。不同种类的岩石其矿物、结构和构造均不相同，其物理力学性能也不相同。同种类的岩石其产地不同时，其矿物组成和构造也不尽相同，其物理力学性能也有差异。 二、天然岩石的分类The classification of natural rock 天然岩石根据生成的地质条件分为三大类，即岩浆岩、沉积岩和变质岩。 (一)岩浆岩Magmatic rock 1岩浆岩的形成The form of magmatic rock 岩浆岩义称为火成岩。由地壳内部熔融岩浆上升冷凝而成，是组成地壳的主要岩石。根据岩浆冷却的条件不同，岩浆岩又可分为以下三类： (1)深成岩 深成岩是地壳深处的岩浆，受上部覆盖层的压力作用，缓慢地较均匀地冷却而形成的岩石。其特点是矿物全部结晶，晶粒较粗，结构致密，抗压强度高，吸水率小，表观密度大，抗冻性好等。有花岗岩、正长岩和闪长岩等。 (2)喷出岩 喷出岩是岩浆喷出地表冷却而成。当岩浆喷出地农时，压力骤减迅速冷却，因此大部分结晶不完全，多呈细小结晶(隐晶型)或玻璃质(非晶质)结构。当岩浆喷出形成较厚的岩层时，其结构与深成岩相似；当岩浆喷出形成较薄的岩层时，由于冷却较快，岩浆中气体压力减低而膨胀，形成多孔结构与火山岩相似。有玄武岩、安山岩和辉绿岩等。 (3)火山岩 火山岩是火山爆发时，岩浆被喷到空中，急速冷却后形成的岩石。由于冷却极快而形成玻璃质结构，表观密度小。有火山灰、火山砂、浮石和火山凝灰岩等。第21页2岩浆岩的种类The classification of magmatic rock 岩浆岩的矿物成分是岩浆化学成分的反映。其化学成分很复杂，但含量最大的为SiO2。根据SiO2含量分为： (1)酸性岩类(SiO265) 由石英、正长石及少量的黑云母和角闪石等组成。有花岗岩、花岗斑岩和流纹岩等。其颜色较浅，密度较小。 (2)中性岩类(SiO2为5265) 由正长石、斜长石、角闪石及少量的黑云母和辉石等组成。有正氏岩、正长斑岩、闪长岩、闪长斑岩和粗面岩等。其颜色较深，密度较大。 (3)基性岩类(SiO2为4552) 由斜长石、辉石及少量的角闪石和橄榄石等组成。有玄武岩、辉长岩和辉绿岩等。其颜色深、密度大。 (4)超基性岩类(SiO245) 由橄榄石、辉石及角闪石组成，一般不含硅铝矿物。其颜色很深，密度很大，是沥青混凝土的优选骨料，因为沥青属酸性材料。 3常用的岩浆岩Commonly used magmatic rock (1)花岗岩 花岗岩是岩浆岩中分布较广的一种岩石，由长石、石英及少量云母或角闪石等组成。花岗岩为全晶质结构，其颜色一般为灰白、微黄和淡红色等。花岗岩构造致密，孔隙率和吸水率都很小，表观密度大于2700kgm3，抗压强度为10250MPa，抗冻性为100200次冻融循环，硬度大耐磨性好，耐久性为75200年，对硫酸和硝酸有较强的抵抗性。但在高温作用下发生晶型转变，体积膨胀而破坏，其耐火性不好。 在土木工程中花岗岩可用于基础、闸坝、桥墩、墙石、勒脚、台阶、路面和纪念性建筑等。经加工后的板材色泽美观、华丽典雅等，是非常优良的室内外装饰材料。 (2)玄武岩 玄武岩是喷出岩中分布较广的一种岩石，由斜长石、橄榄石和辉石组成。玄武岩常为隐晶质或玻璃质结构，有时也为多L状或斑形构造。表观密度为29003500k8m3，抗压强度为100500MPa，硬度高脆性大，抗风化能力强。常用于高强混凝土的骨料、道路路面和水利上程等。 (3)浮石、火山灰 浮石是颗粒状的火山岩。粒径大于5mm的多孔结构，表观密度300600kgm3，可作为轻混凝土的骨料。火山灰是粉状火山岩。粒径小于5mm，在常温水中能与石灰反应生成水硬性胶凝材料。可作为水泥的混合材和混凝土的外掺料。 (二)沉积岩SOlimcntury rock 1沉积岩的形成The form of sedimentary rock 沉积岩又称为水成岩。由地表的各类岩石经自然界的风化作用破坏，被风力、水流和冰川搬迁后再沉淀堆积，在地表或地表下不太深的地方形成的岩石。沉积岩多呈层状结构，每层岩石的构造、成分、颜色和性能均不相同。沉积岩的孔隙率和吸水率大，表观密度小，抗压强度低，耐久性差。 沉积岩按生成条件可分为三类： (1)机械沉积 是岩石经自然风化而松散破碎后，经风力、水流和冰川等搬运、沉积、重新压实或胶结而成的岩石，有砂岩和页岩等。 (2)化学沉积 是岩石中易溶于水的矿物，经聚集沉积而成的岩石，有石膏、白云岩和菱镁石等。 (3)生物沉积 是各种生物死亡后的残骸沉积而成的岩石，有贝壳石灰岩、白垩和硅藻第三章 气硬性胶凝材料 Chapter 3 Air Hardening Binding Materials 胶凝材料是指在，一定条件下，通过自身的一系列变化而把其他材料胶结成具有强度的整体的材料。 胶凝材料分为无机胶凝材料和有机胶凝材料两类。有机胶凝材料是以天然或人工合成的高分子化合物为主要成分的胶凝材料，常用的有沥青，各种合成树脂。无机胶凝材料是以无机矿物为主要成分的胶凝材料。无机胶凝材料分为气硬性胶凝材料和水硬性胶凝材料。气硬性胶凝材料只能在空气中硬化，也只能在空气中保持和发展其强度，如石灰、石膏、水玻璃。水硬性胶凝材料不但能在空气巾硬化，而且能更好的在水中硬化，并保持和发展其强度，如各种水泥。 气硬性胶凝材料只能用于地面以上处于干燥环境的建筑物；水硬性胶凝材料既可用于地上也可用于地下或水中的建筑物。 第一节 石 灰 Section 1 Lime 石灰是种较古老的建筑材料，具原料来源广，生产工艺简单，使用方便，被广泛用于建筑工程。 用石灰岩、白垩、白云质石灰岩或其他含碳酸钙为主的天然原料，纤煅烧而得的块状产品，称为生石灰。生石灰的主要成分是CaO，煅烧时的反应为 石灰煅烧的温度一般高达10001100，煅烧时温度的高低，对石灰质量有很大影响。若温度太低或煅烧时间不足，碳酸钙不能完全分解，则产生欠火石灰；若温度太高或煅烧时间过长，则产生过火石灰。煅烧良好的石灰，质轻色匀，密度约为328cm3，堆积密度介于8001000kgm3之间。 按MgO含量的多少，生石灰又分为钙质石灰和镁质石灰，当MgO含量小于或等于5时，称为钙质石灰；当MgO含量大于5时，称为镁质石灰。 根据成品的加工程度不同，除了块状生石灰外，石灰还有磨细生石灰、熟石灰粉、石灰浆等。磨细生石灰是将生石灰磨成细粉，不经消解，直接使用，其细度为通过008mm方孔筛筛余量不大于15；熟石灰粉是将牛石灰用适量的水消化而得的粉末，密度约为21scnl3，松散状态下的堆积密度为400450kgm3；石灰浆是用较多的水将石灰拌和而成的膏体，堆积密度为13001400kgm3。如果加更多的水，还可形成石灰乳、石灰水。 一、石灰的熟化和硬化Aging and Hardening of lime 生石灰在使用前，一般要加水熟化，具主要成分变为Ca(OH)2。化学反应为其特点为，反应迅速，放热量大，体积膨胀大(约15-20倍)。 石灰的硬化是指石灰浆体的于燥、结晶、碳化三个交错进行的作用形成Ca(OH)：结晶结构网的结果。硬化过程的特点是体积收缩大。 二、石灰的特性Characteristic of lime 石灰具有如下特性： (1)塑性和保水性较好。石灰浆是珠状细颗粒高分散度的胶体，表面附有较厚的水膜，降低了石灰颗粒间的摩擦力，故可塑性和保水性较好。 (2)石灰熟化时放热量大，体积膨胀大。过火石灰使用时，由于表面覆盖厂一层致密的碳酸钙，阻碍厂氧化钙与水接触及时发生熟化反应，当表层的碳酸钙逐渐溶解后，可能继续熟化并产生体积膨胀，从而引起结构或砌体开裂或脱落的现象，这是过火石灰在使用过程中的危害。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。如果使用磨细生石灰，可消除过火石灰的危害，并可提高石灰硬化体的强度。 (3)硬化缓慢。由于石灰硬化过程中伴有碳化作用，它主要发生在与空气接触的表面，当表层生成致密的碳酸钙薄壳后，阻碍了内部水分的蒸发，从而影响了Ca(OH)2结晶的速度，所以石灰浆的硬化是一个较缓慢的过程。 (4)硬化时体积收缩大，硬化后强度低。生石灰熟化的理论加水量，仅为CaO质量的32，为了满足石灰的和易性要求，实际加水量常为60-80。硬化时大量的游离水蒸发，导致内部毛细管失水紧缩，硬化体结构差，强度低。所以在工程上常配成石灰砂浆使用，也可在砂浆中加入适量的纤维材料来减少和避免开裂。 (5)耐水性差。石灰为气硬性胶凝材料，硬化后的主要化学成分为Ca(OH)2，其在水中有一定的溶解度，使石灰硬化体遇水后产生溃散，故石灰不宜用于潮湿环境。 镁质石灰的熟化与硬化均较慢，产浆量较少，但硬化后孔隙率较小，强度较高。 三、石灰的技术指标Technical indexes of lime 根据建筑石灰标准，建筑石灰分为钙质石灰、镁质石灰及白云石石灰。其分类标准见表31，各类石灰技术指标见表32。第四章 水 泥 ChaptCr 4 Cement 水泥是一种水硬性胶凝材料，能在空气中，潮湿环境和水中凝结、硬化、发展和保持强度。由于本身的工程性能决定，不仅是工业与民用建筑丁程中不可缺少的胶凝、结构材料，而且也广泛地用于道路、桥梁、水利、海洋和国防工程中。 水泥按矿物组成可分为硅酸盐类水泥、铝酸盐类水泥、硫铝酸盐水泥等。其中硅酸盐类水泥使用最多，也最广泛。水泥按性能和用途可分为通用水泥、专用水泥和特性水泥。通用水泥为硅酸盐类的水泥，主要用于土木建筑工程。专用水泥为砌筑水泥、道路水泥、防射线水泥和油井水泥等。特性水泥为快硬水泥、无收缩快硬水泥、中热和低热水泥、膨胀水泥和抗硫酸盐水泥等。 不同种类的水泥其用途不同，而同一种类的水泥，调整具矿物组成可配制成不同品种、不同强度等级的水泥，以满足工程中不同的需要。因此，只有充分掌握各种水泥的特性和应用，根据不同的丁程和环境条件，合理地选用水泥，才能使其达到技术经济的效果。 本章重点讲解硅酸盐类水泥，介绍其他品种的水泥。 第一节硅酸盐水泥 Section 1 Portland Cement 一、硅酸盐水泥的定义Dcfinition of Portland Cement 凡以适当成分的生料，烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主要成分的水泥熟料，并掺人05的石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏共同磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥(即波特兰水泥)。硅酸盐水泥为两种类型：未掺入石灰石或粒化高炉矿渣混合材的称为I型硅酸盐水泥，代号PI；掺人不超过熟料5的石灰石或粒化高炉矿渣混合材的称为型硅酸盐水泥，代号P。 二、硅酸盐水泥的原料、生产Raw materialsandproductionOfPortlandcelncnt (一)硅酸盐水泥的原料RawmaterialsOrportlandcement (1)石灰质原料：如石灰石、大埋石、贝壳和白垩等。主要成分为CaCO3，主要提供CaO。 (2)粘土质原料：如粘土、粘土质页岩和黄土等。主要成分为SiO2Al2OsFe2O3，主要提供SiO2、Al2O3和少量的Fe2Os。 (3)校正材料：如铁矿粉、河砂、硅藻土和矾土等，以补充SiO2、Al2O3和Fe2O3的不足。 (二)生产Production Of portland cement 硅酸盐水泥的生产工艺，如图41所示：第35页日前生产硅酸盐水泥的煅烧设备有立窑和回转窑，还有“窑外分解”的先进设备。生料的配制有湿法和干法，湿法是把生料加水磨成生料浆；干法是把原料烘干磨成生料粉。要求配料准确、细度符合要求、搅拌均匀，使煅烧时各成分之间能充分反应。 我国的大型水泥厂大多数采用回转窑生产，例如湿法生产，生料在煅烧时要经历干燥、预热、分解、烧成和冷却等阶段： 干燥阶段 100200，生料水分逐渐蒸发干燥； 预热阶段 300500，生料被预热； 分解阶段 500900，粘土质原料脱水分解成为尤定型的AlzO3和SiO2，在600以上石灰质原料分解成为CaO和CO2； 烧成阶段 10001200生成铝酸三钙、铁铝酸四钙和硅酸二钙，13001450C生成硅酸三钙； 冷却阶段 烧成后迅速冷却，即成为熟料。 将熟料加入适量石膏共同磨细，即得到硅酸盐水泥PI型； 将熟料加入适量石膏和混合材共同磨细，即得到硅酸盐水泥P型。 硅酸盐水泥的生产工艺也可以概括为“两磨一烧”，即生料的配制磨细，生料煅烧至部分熔融为熟料，熟料的磨细。 (三)硅酸盐水泥的矿物组成及特性Mineral composition and characteristic Of Portland cement 1硅酸盐水泥的矿物组成Mineral composition of portland cement 硅酸盐水泥由四种主要矿物组成，其名称、化学成分、代号和含量，见表41。 熟料巾的硅酸三钙和硅酸二钙称为硅酸盐矿物，含量约占70左右；铝酸三钙和铁铝四钙称为溶剂性矿物，含量占1825。由于煅烧不充分等原因，还存有少量的有害成分：如游离氧化钙(f-CaO)和游离氧化镁(f-MgO)、含碱矿物和玻璃等(约占百分之几)。这些成分过多，会降低水泥的质量，甚至成为废品。 由于在水泥熟料中硅酸钙约占?o左右，因此我国称为硅酸盐水泥。又由于硅酸盐水泥为英国人约瑟夫阿斯普丁(Joseph Aspdin)在1824年取得专利，开创了水泥工业的历第五章 混 凝 土 Chapter 5 Concrete 第一节概 述 Section 1 Outlines 凡由胶凝材料、骨料和水等按适当比例配合拌制的混合物，再经浇筑成型硬化后得到的人造石材，统称为混凝土。目前，工程上使用最多的是以水泥为胶凝材料，以砂石为骨料，加水等拌制的水泥混凝土，通常也就简称为混凝土。当用其他胶凝材料拌制的混凝土，往往需在其前加上胶凝材料的名称，如沥青混凝土、树脂混凝土、水玻璃混凝土等。 一、混凝土的分类The classification of concrete (1)混凝土按强度等级高低分类 强度等级为C10-C60的，称为普通混凝土；强度等级为C60C100的，称为高强混凝土；强度等级C100的称为超高强混凝土。 (2)混凝土按表观密度的大小分类 干表观密度在21002500kgm3的称为普通混凝土，是用天然(或人22)砂、石作骨料配制的，一般干表观密度在2400kgm3左右，为土木工程中最常用的混凝土；干表观密度大于2600kgm3的称为重混凝土，是用重晶石或钡水泥、锶水泥等配制的，其表观密度可达32003400kgm3，重混凝土能防射线、防辐射，故又称为防辐射混凝土；干表观密度小于1950kgm3的称为轻混凝土，多采用陶粒等轻质多孔的骨料或掺人加气剂、泡沫剂等形成多孔结构的混凝土，常用于轻质结构、保温隔热工程。 (3)混凝土按用途或施工方法的不同分类 如水工混凝土、海工混凝土、道路混凝土、防水混凝土、耐酸混凝土，耐热混凝土、喷射混凝土、泵送混凝土、碾压混凝土等多种。 二、混凝土的特点ThecharacteristicOfconcrete 普通混凝土是目前用量最大的土木工程结构材料。因为混凝土有如下优点：(1)可就地取材，成本低。(2)具有良好的可塑性与町模性。(3)与钢筋有牢固的粘结力，且能保护钢筋不锈蚀。(4)具有较高的抗压强度。(5)耐久性好，维护和保养费用极低。混凝土的主要缺点是：(1)自重大，比强度小。(2)抗拉强度低，一般抗拉强度仅为抗压强度的110120，因此受拉时易产生脆裂。(3)生产周期长，施工过程质量难以控制。 第二节 普通混凝土的基本组成材料 Section 2 The primary constructional material Ofordinary concrete 普通混凝土主要由水泥、砂、石子及水四种基本材料所组成。各种材料的作用如下：砂子填充石子的空隙；水泥和水形成水泥浆而填充砂、石的空隙，并包裹在砂、石表面，将砂石紧紧粘结在起，硬化后形成混凝土。水泥浆发挥厂填充、润滑、胶结三方面的作用。混凝土中的砂称为细骨料(或细集料)，石子称为粗骨料(或粗集料)。粗、细骨料一般不与水泥起化学反应，主要起骨架、抑制水泥石的体积变形两方面的作用。图51为混凝土的结构示意图，混凝土是由水泥石、石子，砂子、孔隙等组成的一个宏观均匀，微观非均匀的堆聚结构。混凝土的质量在很大程度是由原材料的性质及相对含量所决定，为此，必须首先了解其组成材料的性质、作用及技术要求，合理选择原材料，才能保证混凝土的质量。 一、水泥Cement 水泥在混凝土中起胶结作用，是最主要的材料。正确、合理地选择水泥的品种和强度等级是保证混凝土质量的重要因素。配制混凝土时一般用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿碴硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥。水泥质量应符合国家现行标准和规范的要求。对于某个工程具体选用哪种水泥品种，应当根据工程性质、特点、环境及施工条件，结合各种水泥的特性，合理选择。常用水泥品种的选择详见第四章。每个工程所用水泥品种以12种为宜，重要工程常常是指定生产厂家，生产适合本工程的专用水泥。 水泥强度等级的选择应当与?昆凝土的设计强度等级相适应。原则上是配制混凝土的强度越高，选择的水泥强度等级就越高，反之亦然。通常以水泥强度等级为混凝土强度等级的152倍为宜，对于高强度混凝土可取0915倍。 二、细骨料(砂)Fineaggregate(sand) 粒径为015mmv475mm的骨料称为细骨料，简称为砂。混凝土用砂一般采用天然砂，如河砂、山砂、海砂等，其中以河砂品质最好，应用最多。人工砂是由岩石破碎，筛选所得。根据国家规范GBT146842001建筑用砂规定，砂的技术要求包括：有害杂质含量的限值、细度和颗粒级配及物理性质的要求等。根据技术要求从高到低，把砂分为、类，分别町用于强度等级大于C60的?昆凝土、强度等级为C30-C60和有抗冻及抗渗或有其他要求的混凝土、强度等级小于C30的混凝土和建筑砂浆。 (一)有害杂质含量的限值和颗粒形状及表面特征The limited value of harmful impurity content，the particle shape and the surface characteristcs (1)有害杂质含量的限值 混凝土用砂应颗粒坚实、清洁、不含杂质。但砂中常常含有粘土、泥块、云母、硫化物及硫酸盐，轻物质等有害杂质。各级砂的有害杂质含量应不超过表51中规定的限值。第六章 建 筑 砂 浆 Chapter 6 Building Mortar 建筑砂浆是由胶凝材料、细骨料和水，按定比例配制而成的建筑材料。此外还可在砂浆中加入适当比例的掺和料和外加剂，以改善砂浆的性能。与混凝土相比，砂浆可视作无粗骨料的混凝土，砂浆与混凝土具有相似的基本性质。同时砂浆中，细骨料和胶凝材料用量较多，干燥收缩大，强度比较低，在土木结构丁程中不直接承受荷载，而是传递荷载，因此多用来砌筑普通粘土砖等多孔吸水性的材料，或用于大面积涂抹建筑物表面层。 砂浆按在建筑工程上的主要用途可分为砌筑砂浆、抹面砂浆和特种砂浆。按其所用胶凝材料的不同，可分为水泥砂浆、石灰砂浆、混合砂浆和聚合物水泥砂浆等，常用的混合砂浆有水泥石灰砂浆、水泥粘土砂浆和石灰粘土砂浆。水工建筑物中经常与水接触的部位所用的砂浆通常为水泥砂浆。 第一节 砌筑砂浆的材料组成及技术性质 section 1 Composition and Technical Properties of Masonry Mortar 一、砌筑砂浆的材料组成Composition of masonry morlar (一)胶凝材料Bindingmaterial 建筑砂浆中常用的胶凝材料有水泥、石灰和石膏。对特殊用途的砂浆可采用特种水泥和其他胶凝材料。 配制砌筑砂浆的水泥一般指硅酸盐水泥中的普通水泥、矿渣水泥、火山灰水泥，也可用粉煤灰水泥。山于砌筑砂浆主要是用于砌筑砖石，铺成薄层粘结块体，传递荷载，同时也抵抗外力，因此水泥强度等级应根据砂浆强度等级进行选择，砌筑砂浆中水泥的标号一般为砂浆标号的45倍。由于砂浆强度等级不高，用中等或中等以下标号的水泥即可满足砂浆的强度要求。水泥标号过高会因水泥用量不足而导致保水性不良。对于一些特殊用途砂浆，如修补裂缝、预制构件嵌缝、结构加固等应采用膨胀水泥。对于特殊用途的砂浆可用特种水泥和有机胶凝材料。 石灰、石膏和粘土也可作为砂浆的胶凝材料，与水泥混合使用配制混合砂浆，可以节约水泥并改善砂浆和易性。 (二)细骨料Fine aggregate 砌筑砂浆中作为细骨料的砂，应符合混凝土用砂的技术要求。此外，由于砂浆层较薄，对砂子最大粒径应有所限制，用于毛石砌体的砂浆，砂子最大粒径应小于砂浆层厚度的1415，对于砖砌体使用的砂浆，宜用中砂，其最大粒径不大于25mm；抹面及勾缝砂浆，宜选用细砂，其最大粒径不大于12mm。同时为保证砂浆质量，应选用洁净的砂，砂中的含泥量应符合规定，如水泥砂浆和等于或大于M5的水泥混合砂浆，用砂的含泥量不应超过5，小于M5的水泥混合砂浆，砂的含泥量不应超过10。同时限制砂中硫化物(SO3)的含量。 (三)水Water 拌制砂浆用水，宜采用饮用水，水质勺拌制混凝土用水要求相同。 (四)掺和料Additive 为提高砌筑质量，改善砂浆的和易性能，拌制砂浆时常掺入某种混合材料或塑化剂等，如掺人粘土膏、石灰膏或粉煤灰等可提高砂浆的保水性，调节砂浆的强度等级，降低砂浆成本；掺人膨胀珍珠岩和引气剂等，可提高砂浆的保温性能；掺人微沫剂、泡沫剂等可以改善砂浆的和易性以及提高抗裂性及抗冻性。 (五)外加剂Admixture 为了提高砂浆的和易性并节约石灰膏，可在水泥砂浆或混合砂浆中掺人无机塑化剂和符合质量要求的有机塑化剂，一般常用微沫剂，但在水泥粘土砂浆中不宜使用。 二、砌筑砂浆的技术性质Technical properties of masonry mortar (一)砂浆拌和物的密度Density of mortar mixtures 每立方米砂浆拌和物中各组成材料的实际用量，可由砂浆拌和物捣实后的质量密度来确定。砌筑砂浆拌和物的密度规定，水泥砂浆或水泥混合砂浆的的密度不应小于1900kgm3。 (二)新拌砂浆的和易性Worknbimy of fresh mortar 新拌砂浆和易性的概念同普通混凝土，是指砂浆在搅拌、运输、摊铺时易于流动并不易失水的性质。和易性好的砂浆易在粗糙、多孔的底面上铺设成均匀的薄层，并能与底面牢固地粘结在一起。既便于施上，又能提高生产效率和保证工程质量。包括流动性和保水性两个方面。 1流动性(稠厦)Fluidity 砂浆的流动性是指砂浆在自重或外力作用下流动的性能。流动性的大小用“沉入度”表示，通常用砂浆稠度测定仪测定。是以标准圆锥体在砂浆内自由沉人10s时沉入的深度作为砂浆的沉人度(以mm计)。(测定示意图如图61所示)。沉人度愈大，砂浆的流动性愈好。 如砂浆的流动性受胶凝材料的品种和用量、砂的粗细、级配、搅拌时间等因素影响，主要取决于用水量。 砂浆流动性的选择应根据砌体种类、施工条件和气候条件等因素来决定。一般情况下，多孔吸水的砌体材料和干热天气，砂浆的流动性应大些，沉人度般为50100mm；而密实不吸水的材料和湿冷天气，其流动性应小些。可按表61选取。第七章 沥青及沥青混凝土 Chapeter 7 Asphal(and Asphalt Concrete 第一节 概 述 Sectiun Outlines 一、沥青材料的分类ClassificationOfasphaltmaterial (一)定义Definition 沥青是一种有机胶凝材料，是由多种有机物构成的极其复杂的碳氢化合物和碳氢化合物与氧、氮、硫的衍生物所组成的混合物。常温下呈黑色或黑褐色的固体、半固体或粘稠性液体，能溶于多种有机溶剂，如汽油、二硫化碳等，但几乎不溶于水，属憎水材料。 沥青材料同水泥材料一样，是建筑、交通、水利等工程领域中使用最为广泛的建筑材料。沥青具有良好的粘结性和塑性，能抗冲击荷载的作用，对酸碱盐等化学物质有较强的抗蚀性能。由于沥青具有良好的防水、抗渗、耐化学侵蚀性，以及它与矿物材料有较强的粘结力，沥青混合料是用于防水、防潮和防护的不可缺少的建筑材料。但沥青材料存在着易老化、感温性大的缺点，限制厂它的使用范围。为扩大沥青材料的使用范围，人们进行了许多研究，研制出基于沥青材料的改性沥青，如乳化沥青、橡胶沥青等。 (二)分类Classification 沥青材料包括两大类，地沥青(albaflte)和焦油沥青(tarpitch)。 (1)地沥青 按其产源不同，分为天然沥青(naturalasphat)和石油沥青(petroleumasphalt)。 天然沥青为自然形成的沥青类物质，存在于沥青湖或砂岩、砂中。石油沥青是由石油在炼制中得到的副产品加工而成。 (2)焦油沥青 分为页岩沥青(shaleasphalt)、木沥青(woodpitch)和煤沥青(coalpitch)。 焦油沥青是将煤、泥炭、木材等各种有机物干馏加工得到的焦油，经再加工而得到的产品。焦油沥青按其加工的有机物名称来命名，如由煤干馏所得的煤焦油，经再工后得到的沥青，即称煤沥青(俗称柏油)。 工程上主要使用的沥青材料是石油沥青和煤沥青。石油沥青的技术性质优于煤沥青，应用也更为广泛。本章主要讲解石油沥青和相应沥青建筑材料。 二、沥青建筑材料Buildingasphaltmaterial 因沥青具有良好的防水、抗渗、耐化学侵蚀性，以及它与矿物材料有较强的粘结力、塑性和能抗冲击荷载的作用，在工程上应用面极大，用途宽广。但沥青材料一般情况下却很少单独使用，尤其是在工程上使用的沥青必需具有一定的物理性质，如在低温条件下应有弹性和塑性，在高温条件下要有足够的强度和稳定性，在加工和使用时具有抗“老化”能力，与各种骨料和结构表面有较强的粘附力，以及对构件变形的适应性和抗疲劳性等。从工厂生产出的沥青不一定能全面满足这些要求，如含多蜡原油生产的沥青，控制了耐热性(软化点)，其他性能就很难达到要求。由此在工程上使用的沥青材料通常都是改性沥青和沥青混合料。 (一)改性沥青Modified asphalt 改性沥青是指按工程需要的物理特性，用工厂生产出的沥青材料进行人工改造，使其满足工程要求的沥青材料。改性方法通常有掺配法(如将几种不同标号的沥青掺配在一起，改善其针人度和软化点)、填充(如橡胶、树脂和矿物填料等加入到沥青中，改善沥青的塑性、粘性和抗老化性)、乳化(将沥青分散在含有表面活性物质乳化剂水溶液中，所构成的稳定乳状液)。常见的改性沥青产品有沥青基防水卷材、沥青胶、沥青防水油膏(如沥青鱼油油膏、沥青桐油油膏、沥青橡胶油膏)，防水涂料等。 1液体沥青(又称冷底子油)Liquid asphalt 冷底子油是将汽油、煤油、柴油、工业苯、煤焦油等有机溶剂与沥青溶合制得的一种液体沥青。它粘度小，流动性好，将它涂刷在混凝土、砂浆等基层表面，能很快地渗人到材料的毛细孔隙中，待溶剂挥发后，在其表面形成一层牢固的沥青防水膜。 2乳化沥青Asphalt emulsion 乳化沥青是将热熔沥青，经强力机械作用使其分散成沥青微滴，并分散在含有表面活性物质(乳化剂、稳定剂)的水溶液中，所构成的稳定乳状液。所用乳化剂的不同，可制成不同类型的乳化沥青，如阴离子乳化沥青、阳离子乳化沥青、非离子乳化沥青、无机乳化沥青等。防水涂料多为乳化沥青产品。 3填充料改性沥青Filling material modified asphalt 为了提高沥青的粘性和温度稳定性，常在沥青中加入一定数量的经粉碎加工而成的细微颗粒填充料，制成填充料改性沥青。如矿物填充料改性沥青(填充料主要为滑石粉、云母粉、石棉粉)、橡胶沥青、合成树脂改性沥青、植物油类改性沥青等。 (二)沥青混合料Asphalt mixture 沥青混合料足沥青与级配合适的矿物质材料拌和均匀配制成建筑沥青材料。常见的沥青混合料有沥青混凝土、沥青砂浆、沥青胶(又称玛碲脂)及沥青嵌缝油膏等，主要用于铺路、水工防渗及建筑防水。 1沥青胶(又称沥青玛碲脂)Bitumen mastic 沥青胶是用沥青、粉状或纤维状填充料以及改性添加剂等材料配制而成。沥青胶是一种粘结剂，也可用作嵌缝材料、防水涂层、沥青砂浆防水层的底层和沥青路面的面层及水工沥青混凝土面板的封闭层。 2沥青混凝土及沥青砂浆Asphalt concrete and asphalt mortar 沥青混凝土是由矿质材料、沥青胶结料混合而成的沥青建筑材料。沥青混凝土的性能受矿物填充料的矿物组分、级配和沥青标号的影响。按填充料的粒径大小划分为沥青混凝土和沥青砂浆。 第二节石油沥青 Section 2 Petroleum Asphalt 石油沥青是一种有机胶凝材料，在常温下呈固体、半固体或粘性液体状态，颜色为褐色。第八章 金 属 材 料 Chaoter 8 MetalliC MSterials 金属材料是一种或多种金属元素或金属元素与非金属元素组成的合金总称，分为黑色金属和有色金属两大类。黑色金属是以铁元素为主要成分的铁和铁合金，主要包括各种钢和铁；有色金属是除黑色金属以外的其他金属，如铝、铅、锌、铜、锡等金属及其合金。其中，钢材和铝材是使用最广泛的金属材料。 第一节钢材的生产与分类 Section 1 Producingand Types of Steel 一、钢材的生产Steelproducingprocess 铁元素在地壳中占乙7，通常以化合物的形式存在于铁矿石(iron ore)中。铁矿石主要有赤铁矿(Fe2O3)、磁铁矿(Fe304)、菱铁矿(FeCO3)、褐铁矿(Fe2O32Fe(OH)3)和黄铁矿(FeS2)。钢和铁的主要成分是铁和碳元素，含碳量为206669，且含杂质较多的铁碳合金(iron-carbon alloy)称为生铁(pig iron)；含碳量在206以下，且含少量其他元素的铁碳合金称为钢(steel)。 (一)钢的冶炼Steel smelling 1炼铁Ironmaking 将铁矿石、焦碳、石灰石和少量锰矿石按一定比例装入高炉内，在高温条什下，焦碳中的碳与铁矿石中的铁化物发生还原反应(deoxidizing。rreducingreaction)生产出生铁。牛铁性能硬而脆，塑性差，一般用来生产铸铁和作为钢材的生产原料。 2炼钢Steelmaking 钢是以铁水或生铁为主要原料，经冶炼、铸锭、轧制和热处理等工艺生产而成。通过高温氧化(oxidize)作用除去碳及部分杂质，从而提高钢材质量，改善性能。高炉炼铁足现代钢铁生产的主要方法，土要有转炉炼钢法、平炉炼钢法和电炉炼钢法三种。 (1)平炉炼钢法Open-hearth process(Martillprocess) 平炉法炼钢以铁水或固体尘铁、废钢铁和适量的铁矿石为原料，以煤气或重油为燃料，靠废钢铁、铁矿石中的氧和氧气氧化杂质。由于冶炼时间长(412h)，容易调整和控制成分，钢材杂质少，质量好，但投资大，需用燃料，成本高。 (2)转炉炼钢法Converter process 转炉炼钢有空气转炉法和氧气转炉法两种，目前主要采用氧气转炉法。冶炼时在炉顶吹人高压纯氧(995)，将铁水中多余的碳和杂质迅速氧化除去，冶炼时间短(255min)，杂质含量少，钢材质量较好。 (3)电炉炼钢法Electricprocess 电炉法炼钢是利用电热冶炼，温度高，能严格控制钢材成分，钢的质量最好，但产量低，耗电大，成本高，一般用于生产合金钢和优质碳素钢。 (二)钢的铸锭Stcclcasting 为减少氧对钢材性能的影响，铸锭前需在钢水中加入脱氧剂(deoxidant)。常用脱氧剂有锰铁、硅铁，以及高效的铝脱氧剂。根据脱氧程度不同，钢材分为沸腾钢、半镇静钢、镇静钢和特殊镇静钢。 沸腾钢脱氧不完全，铸锭时有气体外逸，引起钢水剧烈“沸腾”，钢中残留有不少气泡，致密程度较低，质量较差，但成本较低，可用于一般结构。镇静钢脱氧较完全，铸锭时无“沸腾”现象，致密程度高，质量优于沸腾钢，但成本较高，用于承受冲击荷载和其他重要结构中。特殊镇静钢的脱氧程度充分彻底，钢的质量最好，适用于特别重要的结构。半镇静钢的脱氧程度和钢材质量介于沸腾钢和镇静钢之间。 某些元素在液相中的溶解度高于固相，在钢锭冷却过程中，它们会向钢锭中心集中导致化学偏析(segregate)，对钢的质量有较大影响，其中以硫、磷的偏析最为严重。沸腾钢的偏析现象较严重，其冲击韧性和可焊性差，尤其是低温冲击韧性更差，但钢锭收缩孔较小，成品率较高。镇静钢质量好，但钢锭的收缩孔大，成品率低。 (三)压力加工和热处理PrcsswOrk and heat treatment 钢在铸锭过程中，常会出现偏析、缩孔、气泡、晶粒粗大和组织不致密等缺陷，压力加工可使钢材内部的气孔焊合，疏松组织密实，消除铸造显微缺陷，并细化晶粒，提高强度和质量。压力加丁后的钢材，再经适当的热处理，可显著提高其强度，并保持良好的塑性和韧性。 二、钢材的分类Steel types 根据不同的需要，常用的钢材分类方法有以下几种。 1按冶炼设备分类Types according to melting equipment (1)平炉钢Martin steel (2)转炉钢Converter steel (3)电炉钢Electrical steel 2按脱氧程度分类Types according to deoxidized degree (1)沸腾钢Boiling steel (2)镇静钢Killedsteel (3)半镇静钢Semi-killedsteel (4)特殊镇静钢Special killed steel 3按化学成分分类Types according to chemical component (1)碳素钢Carbonsteel 碳素钢的主要成分为铁，含有不大于135的碳和微量的硫、磷等杂质和极少量的硅、锰。其中，碳元素对碳素钢的性能起主要作用，根据含碳量分为： a低碳钢(Low carbon steel)：含碳量小于02，性质软韧，易加工，但不能淬火和退火，是主要的工程用钢； b中碳钢(Medium carbon steel)：含碳量为02060，性质较硬，可淬火、退火，多用于机械部件； c高碳钢(High carbon steel)：含碳量大于060，性质很硬，町淬火、退火，是一般工具的主要用钢。 根据硫、磷等杂质元素的含量，碳素钢可分为： a普通碳素钢(Common straight carbon steel)：含硫量不大于0050，含磷量不大于0045；第九章 建 筑 玻 璃 Chapter 9 Building Glass 玻璃是一种古老而新兴的建筑光学材料，过去在建筑上主要用作采光和装饰材料，随着现代建筑技术