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建筑材料培训 第一章建筑材料的基本性质第二章天然石材第三章烧土制品及玻璃第四章气硬性胶凝材料第五章水泥第六章混凝土及砂浆第七章金属材料第八章木材第九章沥青材料第十章合成高分子材料第十一章绝热材料及吸声材料第十二章建筑涂料第十三章建筑防火材料 一 密度1 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 第一章建筑材料的基本性质 1 1材料的基本物理性质 2 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 二 表观密度 表观密度 材料在自然状态下单位体积的质量 单位g cm3或kg m3 公式 0 m V0式中 0 表观密度 g cm3 m 材料的质量 g V0 在自然状态下的体积 cm3 三 堆积密度 堆积密度 对粉状材料 如水泥 或粒状材料 如砂 石 在堆积状态下 单位体积的质量 单位g cm3或kg m3 公式 0 m V 式中 0 堆积密度 g cm3 m 材料的质量 g V 0 材料的堆积体积 cm3 四 孔隙率 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 五 空隙率 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 P0 1 o o 100 P0 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 1 2材料的力学性质 一 强度材料在力 荷载 作用下抵抗破坏的能力成为强度 材料强度有抗拉 抗压 抗剪 抗弯 抗折 强度等 常通过破坏性试验测定 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 弹性和塑性 脆性 当材料受力达到一定程度后 突然破坏 而破坏时并无明显的塑性变形的性质 脆性材料 砖 石材 陶瓷 玻璃 普通混凝土 普通灰铸铁等 韧性 在冲击或动力荷载作用下 材料能吸收较大的能量 同时也产生较大的变形而不致破坏的性质 韧性材料 木材 钢材 三 脆性和韧性 四 硬度和耐磨性 1 3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 吸水性和吸湿性 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 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 4 抗渗性 材料抵抗有压介质 水 油 气 渗透的性质称抗渗性 抗渗性用抗渗标号S表示 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 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 1 5材料的热工性质 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 2 热容量 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 1 6材料的装饰性能 一 装饰材料的基本要求 颜色 光泽 表面组织及形状尺寸 质感等 二 装饰材料的选用原则 结合建筑物特点 室内外环境相协调 第二章天然石材 2 1岩石的形成和分类 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 二 岩石的种类按照岩石的形成条件可分为火成岩 沉积岩和变质岩 2 2建筑石材的技术性能 一 物理性能二 力学性能三 装饰性能 2 3建筑上常用岩石 一 花岗石它属于深成岩 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 二 砂岩它是母岩碎屑沉积物被天然胶结而成 其主要成分是石英 三 石灰石它属于沉积岩 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 大理石它属于副变质岩 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 2 4石材的加工类型及选用 石材的选用原则 实用性 经济性 安全性 第三章烧土制品和玻璃 以粘土为主要原料 制成坯体 干燥后 经高温焙烧而成的人造石材 统称烧土制品 烧土制品品种很多 主要有普通粘土砖 粘土空心砖 粘土瓦 面砖 锦砖 铺地砖 陶瓷污水管 卫生陶器等 1 烧结普通砖 标准尺寸240mmx115mmx53mm 砖的质量等级根据国标规定按照抗压强度和抗风化性能判定 2 烧结空心制品 烧结多孔砖 烧结空心砖 空心砌块 3 玻璃是以石英砂 纯碱 石灰石等为主要原料 是典型的脆性材料 4 建筑上常用的玻璃 普通平板玻璃 装饰玻璃 安全玻璃 节能玻璃 防火玻璃 第四章气硬性胶凝材料 胶凝材料可分为有机和无机两大类 无机胶凝材料根据硬化的不同分为气硬性胶凝材料和水硬性胶凝材料 气硬性胶凝材料是只能在空气中硬化 也只能在空气中保持或继续提高其强度的材料 一 石灰的锻造 1 生产石灰的原料主要是碳酸钙为主的天然岩石 CaCO3 CaO CO2 900 1100度 即得生石灰 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 4 1建筑石灰 二 生石灰的熟化 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 消化 CaO H2O Ca 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 三 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 四 建筑石灰的技术指标五 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 石灰乳 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 4 2石膏 一 建筑石膏 一 建筑石膏的凝结与硬化建筑石膏加水溶解 水化 生成胶体 析出晶体 这些作用相互交错 同时进行 形成了石膏的凝结和硬化 二 建筑石膏的性能 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 三 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 可制成各种石膏雕塑 饰面板及各种装饰件 二 石膏板以建筑石膏为原料而制成的石膏板 目前主要有 纸面石膏板 石膏空心条板 石膏装饰板 纤维石膏板等 4 3水玻璃 水玻璃的主要原料是石英砂 纯碱或含硫酸钠的原料 水玻璃和普通玻璃不同 它能溶解于水 并能在空气中凝结 硬化 水玻璃的应用范围 涂料 耐酸砂浆及耐酸混凝土 耐热砂浆及耐热混凝土 灌浆材料 加固土壤 配置速凝防水剂等 5 1硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥 定义 由硅酸盐水泥熟料 0 5 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硅酸盐水泥 国标定义 一 硅酸盐水泥 一 硅酸盐水泥生产及其矿物组成1 生产工艺 两磨一烧 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 第五章水泥 2 硅酸盐水泥熟料的主要矿物组成 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 还有少量游离的氧化钙 CaO 游离的氧化镁 MgO 等 其中硅酸钙是主要的 约占70 以上 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 硅酸盐水泥的凝结和硬化 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 2 水泥的凝结和硬化 除了与水泥的矿物有关外 还与水泥的细度 拌合水量 硬化环境 温度 湿度 和硬化时间有关 1 硅酸盐水泥遇水后 各熟料矿物与水发生化学反应 水化反应 形成水化物 水化硅酸钙凝胶 水化铝酸三钙晶体 水化铁酸钙凝胶 三 硅酸盐水泥的技术性能 1 密度和表观密度密度 3 05 3 20g cm3 一般取3 1表观密度 1 3g cm32 细度指水泥颗粒的粗细程度 用筛余或比表面积表示 300 350m2 kg 影响水泥的水化速度 收缩等性质3 标准稠度用水量一般在23 31 之间 4 凝结时间 a 初凝时间 t初 水泥开始加水拌和至水泥浆开始失去可塑性所需的时间 b 终凝时间 t终 水泥开始加水拌和至水泥浆完全失去可塑性并开始产生强度所需的时间 c GB1346规定 t初 45mint终 6 5h 5 体积安定性 定义 是水泥硬化后因体积膨胀而产生不均匀变形的性质 体积安定性不良的水泥应作不合格品 废品 处理 原因 熟料中含游离氧化钙 f CaO 过多熟料中含游离氧化镁 f MaO 过多石膏过多 6 强度 根据3d和28d龄期的强度 硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥分为六个强度等级 水泥的强度主要决定于熟料的矿物组成和细度 7 水化热 水泥的水化是放热反应 水泥在凝结硬化过程中放出的热量 成为水泥的水化热 水化放热对大体积混凝土构筑物是有害的 但对一般建筑的冬季施工则是有利的 四 硅酸盐水泥的腐蚀及防治方法 定义 硅酸盐水泥硬化而成的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 1 水泥石腐蚀的原因 内因 水泥石本身存在有引起腐蚀的Ca OH 2和水化硫铝酸钙 外因 环境中有害介质的存在 软水腐蚀 一般酸性水腐蚀 碳酸腐蚀 硫酸盐腐蚀等 2 水泥石腐蚀的防止 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 硅酸盐水泥的应用 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 二 普通硅酸盐水泥 普通硅酸盐水泥与硅酸盐水泥的差别 仅在于其中含有少量混合材料 其基本性能与硅酸盐水泥相同 5 2混合材料及掺混合材料的硅酸盐水泥 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 磨细 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物材料称为混合材料 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 二 掺混合材料的硅酸盐水泥 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 三 常用水泥的选用 见书上常用水泥的选用表 5 3特种水泥 1 快硬硅酸盐水泥2 白色及彩色硅酸盐水泥 一 特种硅酸盐水泥 二 铝酸盐水泥 定义 铝酸盐水泥又称作高铝水泥或矾土水泥 它是由铝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 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 1300 1400 的工程 高温时 烧结结合代替了水化结合 不适于 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 会发生氢氧化钙与水化铝酸钙作用 生成水化铝酸三钙 三 膨胀水泥 四 快硬硫铝酸盐水泥 混凝土的定义 广义上 是指由胶凝材料 粗细骨料 水按适当比例配合 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 第六章混凝土及砂浆 6 1骨料和水 一 骨料 骨料又称集料 粒径大于5mm者称为粗骨料 粒径在5mm以下者称细骨料 1 颗粒组成 级配 均采用筛分析法测定 2 骨料的颗粒特征3 含泥量和有害杂质 二 混凝土拌合水和养护用水 适于饮用的水 都可以拌制和养护混凝土 6 2混凝土的拌和物的和易性 一 和易性 工作性 的概念 定义 混凝土拌合物的和易性又称作工作性 是指混凝土拌合物在搅拌 运输 浇筑 捣实过程中易于施工操作 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 二 和易性的测定和选择 1 坍落度法 混凝土拌合物在自重作用下产生的变形值 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 2 维勃稠度法 测定使拌合物密实所需要的时间 s 适用范围 粗骨料最大粒径不大于40mm 坍落度小于10mm 维勃稠度在5s 30s之间的干硬性混凝土 三 影响和易性的因素 用水量水泥浆数量砂率组成材料性质的影响外加剂时间和温度 6 3混凝土的强度 一 混凝土的强度等级 混凝土的强度通常以混凝土的抗压强度作为力学性能的总指标 混凝土的强度等级是根据标准立方体试件 150mmx150mmx150mm 在标准条件下养护28d的抗压强度标准值确定的 二 影响强度的因素 1 水泥强度和水灰比 2 骨料的质量 3 养护条件 温度与湿度 4 强度与龄期的关系 6 4混凝土的耐久性 1 抗渗性 2 抗冻性 3 耐化学侵蚀性 4 抗碳化性 5 干缩 6 耐磨性 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 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 改善混凝土的孔隙结构 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 保证施工质量 6 5混凝土外加剂 1 定义 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 2 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 6 6混凝土配合比设计 一 配合比的设计原则 满足结构设计的强度等级要求 满足混凝土施工所要求的和易性 满足工程所处环境对混凝土耐久性的要求 符合经济原则 即节约水泥以降低混凝土成本 二 配合比的设计方法 常用的配合比设计方法有质量比和体积比两种 1 确定配制混凝土强度fcu 0式中 fcu 0 混凝土配制强度 Pa fcu k 混凝土立方体抗压强度标准值 即混凝土强度等级值 MPa 混凝土强度标准差 MPa 混凝土强度标准差可查表 2 确定水灰比mw mc 1 按混凝土强度要求计算水灰比式中 a b 回归系数 碎石混凝土 a 0 46 b 0 07 卵石混凝土 a 0 48 b 0 33 fce 水泥28d抗压强度实测值 MPa 2 复核耐久性为了使混凝土耐久性符合要求 按强度要求计算的水灰比值不得超过规定的最大水灰比值 否则混凝土耐久性不合格 此时取规定的最大水灰比值作为混凝土的水灰比值 3 确定单位用水量mw 1 水灰比在0 40 0 80范围内时 根据粗集料的品种 粒径及施工要求的坍落度 按表选取 2 水灰比小于0 40的混凝土以及采用特殊成型工艺的混凝土单位用水量应通过试验确定 3 掺外加剂时混凝土的单位用水量可按下式计算 mwa mw0 1 式中 mwa 掺外加剂时混凝土的单位用水量 kg mw0 未掺外加剂时混凝土的单位用水量 kg 外加剂的减水率 应经试验确定 4 计算水泥用量mc 1 计算 2 复核耐久性 与规定的最小水泥用量比较 5 确定砂率 s 1 坍落度为10 60mm的混凝土砂率 可根据粗骨料品种 粒径及水灰比按表选取 2 坍落度大于60mm的混凝土砂率 可经试验确定 也可在下表基础上 坍落度每增大20mm 砂率增大1 确定 3 坍落度小于10mm的混凝土 其砂率应经试验确定 6 计算砂 石子用量ms0 mg0 7 计算基准配合比 1 以1m3混凝土中各组成材料的实际用量表示 2 以组成材料用量之比表示 mc0 ms0 mg0 1 x y mw mc A质量法 B体积法 6 7装饰混凝土 装饰混凝土是一种饰面混凝土 1 彩色混凝土2 带有图案的混凝土砌块及墙板3 露石混凝土 6 8其他混凝土 1 轻骨料混凝土2 多孔混凝土 加气混凝土和泡沫混凝土 3 防水混凝土4 耐热混凝土5 耐酸混凝土6 聚合物混凝土和塑料混凝土7 特细砂混凝土8 硅酸盐混凝土 6 9砌筑砂浆 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 一 砂浆的组成和分类 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