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建筑材料绪论 一、 发展 1.土木工程的三次飞跃： a. 砖瓦的出现 b. 钢材的出现 c. 混凝土的出现2.世界三大高楼a. 哈利发塔（高828m）b. 台北101（高508m）c. 上海环球金融中心（高492m）3.材料的发展趋势a. 坚持可持续发展b. 以人为本c. 积极采用高科技成果二、 建筑材料的概念及其分类1. 概念：在建筑工程中所使用的的各种材料及其制品的总称。是一切建筑工程材料的物质基础。 :-D2. 分类：按使用功能：建筑结构材料、墙体材料、建筑功能材料按化学成分：无机材料、有机材料、复合材料3. 建筑材料技术的标准：是生产流通和使用单位检验确定产品质量是否合格的技术文件。 四个级别：国家标准GB(GB/T)、行业标准、地方标准DB、企业标准QB表示方法：标准名称+部门代号+编号+批准年限（例：建筑用卵石碎石GB/T146852001） ;-)建筑材料的基本性质一、 基本物理性质1. 孔隙：开口孔隙/闭口孔隙四个密度：（名词解释或填空）a.密度（实际密度）：指材料在绝对密实状态下（不含任何孔隙的状态），单位体积所具有的质量。b.表观密度：指材料在包含其内部闭口孔隙条件下的单位体积所具有的质量。c.体积密度：指材料在自然状态下，单位体积的质量。d.堆积密度：指散粒（粉状粒状或纤维状）材料在自然状态下，单位体积（包含颗粒内部的孔隙及颗粒之间的空隙）所具有的质量。3.材料的密实度与孔隙率a. 密实度：指在材料体积内部被固体物质所充实的程度，反映了材料的致密程度。b. 孔隙率：表示材料中含有孔隙率的多少。指材料体积内孔隙体积占材料总体积的百分率。孔隙率的大小直接反映材料的致密程度。4.材料的填充与空隙率 .填充率：指填充材料在某容器的堆积体积中，被其颗粒填充的程度。 .空隙率：表示散粒颗粒间的空隙多少。指散粒材料在某容器的堆积体积中，颗粒之间的空隙体积占总体积的百分率。 空隙率的大小，反映了散粒材料的颗粒之间互相填充的致密程度。5.材料与水有关的性质 （1）亲水性与憎水性：亲水性材料（润湿角90）；憎水性材料（润湿角90） （2）吸水性：材料直接与水接触吸入水分的性质 衡量指标吸水率：吸水饱和时的含水率（公式见课本）质量吸水率：材料吸水饱和时其所吸收水分的质量占干燥时质量的百分率 体积吸水率：材料体积内被水充实的程度。即材料吸水饱和时吸收水分的体积占干燥材料自然体积的百分率 质量吸水率与体积吸水率的关系：体积吸水率等于质量吸水率乘以材料干燥状态的体积密度（公式见课本）（3） 吸湿性：材料在潮湿的空气中吸收水分的性质 衡量指标含水率：材料在所处环境中其含水的质量占材料干燥质量的百分数 其过程可逆：吸收 释放 吸水性与吸湿性的区别： 与水接触情况反应过程衡量指标吸水性直接单向吸水率吸湿性间接可逆含水率 （4）耐水性：材料长期在饱和水的作用下而不破坏，其强度也不显著降低的性质。 用软化系数表示 0Kp0.85:经常位于水中或受潮严重的重要结构物的材料 Kp0.80：耐水的材料 （5）抗渗性：材料抵抗压力水渗透的性质 （用渗透系数或抗渗等级表示） 抗渗系数反映了材料在单位时间内，在单位水头作用下，通过单位面积和厚度的渗透水量。 渗透系数越小的材料其抗渗性越好 对于混凝土和砂浆材料，抗渗性用抗渗等级P表示 （6）抗冻性：材料在吸水饱和状态下，能经受多次冻结合和融化而不破坏，同时强度也不严重降低的性质6.材料的热性质 （1）导热性：材料传到热量的能力。 用导热系数表示 a材料的导热系数越小，绝热性能越好 b由于密闭空气的导热系数很小，所以材料的孔隙率较大者其导热系数较小，但如果孔隙粗大而连通，由于对流作用的影响，材料的导热系数反而增高 （2）比热容：材料加热时吸收热量，冷却释放出热量的能力。 热容量大小用比热容表示 （3）材料的保温隔热性能 a.1/ 表示材料的热阻，用R表示 b.导热系数和热阻R都是评定建筑材料保温隔热性能的重要指标 c材料的导热系数越小，其热阻值越大，则材料的导热性能越差，其保温隔热性能越好二材料的力学性质 1.材料的强度与比强度 （1）强度：材料在外力作用下抵抗变形的能力（抗压强度、抗拉强度、抗剪强度、抗弯强度） 混凝土按抗压强度有C15、C20、C25C80 14个强度等级 （2）比强度：对不同材料进行比较 a. 比强度是按单位质量计算的材料强度b. 其值等于材料的强度与其体积密度之比c. 它是衡量材料轻质高强的一个主要指标 2材料的弹性与塑性 （1）弹性：材料在外作用下产生变形，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：比例系数E（在弹性变形范围内，应力与应变的比值） E是衡量材料抵抗变形的能力的一个指标 E越大，材料越不易变形 （2）塑性：在外力作用下材料产生变形，如果取消外力后仍保持变型后的形状尺寸并且不产生裂缝的性质 混凝土是弹塑性变形3.材料的脆性与韧性 （1）脆性：在外力作用下，当外力达到一定限度后，材料无明显的塑性变形而又突然破坏的性质 （2）韧性：在冲击、震荡荷载作用下，材料能吸收较大的能量产生一定的变形而不致被破坏的性能。 4.材料的硬度与耐磨性 （1）硬度：材料表面能抵抗其他较硬物体压入或刻划的能力 （2）耐磨性：材料表面抵抗磨损的能力 三材料的耐久性 （1）耐久性：材料在使用过程中能长久保持其原有性质的能力 （2）破坏作用：物理作用、化学作用、生物作用、机械作用等 .气硬性胶凝材料（1） 胶凝材料：凡在一定条件下经过自身的一系列物理化学作用后能将散粒或块状材料粘结成为具有一定强度的整体的材料（2） 分类： 胶凝材料分为有机胶凝材料和无机胶凝材料；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：只能在空气中凝结硬化，保持并发展其强度水硬性胶凝材料：既能在空气中硬化，又能更好的在水中硬化，保持并发展其强度一石膏 1.石膏胶凝材料：（原料）天然或含二水石膏矿使得工业副产品及其废渣 建筑石膏：（特点）白色粉末，晶体细小，需水量大，其制品孔隙率大，强度低 高强石膏：（特点）白色粉末，晶体粗大，比表面积小，需水量小其制品硬化后密实度大，强度高2.建筑石膏的凝结硬化 （1）建筑石膏与适量水生成二水硫酸钙晶体、溶解度小 （2）凝结硬化： 水化程度越高，二水硫酸钙越多，浆体变稠，开始凝结；晶体连生共生形成晶体网，开始硬化。 3.建筑石膏的技术性质： （1）技术要求：白色粉末，轻质材料，细度，强度，凝结时间 （2）技术性质：a. 凝结硬化快（初凝6min;终凝30min）（简答） b.空隙率大，保温吸声性好 c.调温调湿性d抗冻耐水性差e.微膨胀性 能雕刻出花纹f防火性 二石灰 1.原材料：石灰石、白云石、白垩e；主要成分：CaCO3 2.生产：碳酸钙煅烧生成氧化钙和二氧化碳 煅烧温度过低，时间过短生成欠火石灰 煅烧温度过高，时间过长生成过火石灰 3.石灰的消化： 氧化钙和水反应生成氢氧化钙 （1）熟化特点：速度快；体积膨胀大；放热量多 （2）过火石灰的特性：结构密实消化速度慢 陈伏：使灰浆在灰坑中储存两周以上，使石灰充分消化（简答题：墙上出现网状裂纹及个别部位出现突出的放射状裂纹，分析现象出现的原因？答：石灰砂浆中含有过火石灰，其消化速度极慢，由于吸收空气中的水分继续消化，体积膨胀，致使墙面隆起、开裂：消化水降低体积收缩，出现网状裂纹。） 4.石灰的硬化：氢氧化钙与二氧化碳和水生成碳酸钙和水 5.品种及技术指标 根据氧化镁含量分为钙质石灰和美质石灰 成品加工方法：块灰；磨细的生石灰粉；消石灰粉；石灰膏；石灰乳 6.石灰的特性（简答） （1）可塑性和保水性好 （2）吸湿性强 （3）凝结硬化慢，强度低 （4）体积收缩性大 （5）耐水性差 7.石灰的应用： （1）配制石灰砂浆和石灰乳涂料 （2）配置灰土和三合土（灰土：石灰和粘土；三合土：石灰、粘土、沙石或炉渣等填料）其强度和耐水性比石灰或粘土都高 （3）制作碳化石灰板 （4）制作硅酸盐制品 （5）配置无熟料水泥 .水泥 通用水泥：土建工程常用 例：硅酸盐水泥 专用水泥：例：道路水泥、砌筑水泥 特性水泥：例：快硬水泥、膨胀水泥 五大品种水泥硅酸盐水泥：P；P普通硅酸盐水泥：PO矿渣硅酸盐水泥：PS粉煤灰硅酸盐水泥PF火山灰质硅酸盐水泥PP 一硅酸盐水泥 1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。 类型：PI不掺加混合材料 P掺加混合材料 2.生产 原料：石灰质（氧化钙）；粘土质（氧化硅、三氧化二铁、 氧化铝）；校正原料（铁粉） 配料磨细、生料煅烧成熟料，加磨细的石膏生成水泥 3.水泥孰料矿物的组成：硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙 4.硅酸盐水泥的凝结硬化 （1）水化：孰料与水的反应 CaOAl2O36H2O（水化铝酸钙）与材料中的石膏反映生成钙矾石，石膏的作用是防止“瞬凝”和调节水泥凝结硬化时间 各种孰料矿物与水单独作用时表现的特性 名称(简写)硅酸三钙C3S硅酸二钙C2S铝酸三钙C3A铁铝酸四钙C4AF凝结硬化速度快慢最快快28d水化放热量多少最多中强度高早期低后期高低低（2）水泥的凝结硬化 （3）水泥的结构及其影响因素 水泥石的结构：水化产物；未水化的水泥颗粒；孔隙；水影响因素：养护时间；养护温度；水灰比（课本“不同水化程度水泥石结构的组成”图）结论：a.水灰比相同的水泥浆，水化程度越高水化产物越多，而毛细孔和未水化水泥量相对少，则水泥石结构密实，强度高。b.水灰比不同，水化程度相同的水泥石，水灰比越大，毛细孔占的比例相对增加，所以水泥石的强度低。 （4）硅酸盐水泥的技术性质（简答） 细度氧化镁、三氧化硫、碱及不溶物的含量烧失量（水泥在一定的灼烧温度和时间内，烧失的量占原质量的百分比）标准稠度及其用水量凝结时间（初凝时间：从水泥开始加水拌合起至水泥浆开始失去可塑性所需的时间，国标规定不得早于45min;终凝时间：从水泥开始加水拌和起至水泥浆完全失去可塑性并开始产生强度所需的时间，国标规定不得迟于6.5h）体积安定性（简答）：a.（概念）水泥硬化后体积变化的稳定性。b.（体积安定性不良的原因）氧化钙氧化镁过多；石膏掺量过多。c.（体检定性不良的后果）成为废品；不得应用于任何工程（也可答处理方法）；引起混凝土膨胀、开裂。d.测定：沸煮法（包括饼法和雷氏夹法，两种法有争议时，以雷氏夹法为准） 水泥的强度与等级 （水泥胶砂试验）水泥与标准砂按1：3比例混合，采用0.5的水灰比制成试件，在标准温度的水中养护，测定3d和28d的强度，按结果将硅酸盐水泥分为6个等级 水化热：水化热越大，对一般建筑的施工是有利的，对大体积混凝土是有利的。 二掺混合材料的硅酸盐水泥 1.水泥混合材料（简答） （1）活性混合材料：具有火山灰性或潜在水硬性或兼有火山灰性和潜在水硬性的矿物质材料。（2）非活性材料：在水泥中主要起填充作用，调节水泥强度，增加水泥产量既降低水化热而又不损害水泥性能的矿物质材料。作用：改善水泥性能，调节水泥强度 2.掺混合材料的硅酸盐水泥 普通硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料，6%-15%混合材料，适量石膏，经磨细制成的 水硬性胶凝材料 与硅酸盐水泥的不同：材料、含量、等级、终凝时间.混凝土及砂浆 一概述 1.混凝土定义：指由胶凝材料、粗细骨料、水和其他材料按适当比例配制并硬化而成的具有所需的形状、强度和耐久性的人造石材 分类：（1）根据所用胶凝材料的不同：沥青砼、水泥砼、石膏砼 （2）根据体积密度：重砼、普通砼、轻砼 （3）根据强度：普通混凝土、高强砼、超高强砼 2.混凝土的优点与发展 （1）优点：原材料丰富；易于加工成型；匹配性好；可调整性好；节约大量钢材和木材；耐久性好、维修费用少缺点：自重大；比强度小；抗拉强度低；变形能力差；易开裂 （2）发展：绿色高性能混凝土GHPC 二，普通混凝土的组成 1.组成材料及其作用：水泥浆（水和水泥）硬化前起润滑作用，增加流动性，硬化后起胶凝作用，增加强度；砂和石子起骨架作用；外加剂和掺合料硬化前起改善和易性作用，硬化后提高混凝土的物理力学性能和耐久性。 2.技术要求 （1）水泥：强度原则是 用高强度等级水泥配置高强度等级砼；用低强度等级水泥配置低强度等级砼； （2）细骨料（砂的细度模数和颗粒级配） 粗细程度：不同粒径的沙粒混合在一起后的总体砂的粗细程度 颗粒级配：不同粒径的砂的分布情况 筛分法计算题 （3）粗骨料粗骨料颗粒形状表面特征流动性粘聚性强度碎石棱角粗糙小大高卵石圆形光滑大小低最大粒径：粗骨料公称粒级的上限称为该粒级 的最大粒径。 最小间距：相邻两根钢筋中心圆的距离 最小净距：相邻两根钢筋内边缘的距离 连续级配/间断级配 强度（岩石立方体强度/压碎指标值） 混凝土的最大粒径不得大于最小截面尺寸的1/4，同时不得小于最小净距的3/4 三.混凝土拌合物的和易性 1.和易性：指混凝土拌合物易于各种工序施工操作（搅拌、运输、浇注、捣实）并能获得质量均匀、成型密实的混凝土的性能。包括流动性，粘聚性，保水性 2.流动性的选择：坍落度；维勃稠度 3.影响和易性的主要因素 （1）水泥浆用量：水灰比一定的情况下，水泥浆越多流动性越强，过多出现流浆，粘聚性降低，强度降低； 水泥浆越少，流动性越差，过少出现崩塌，粘聚性降低，强度降低。 水泥浆要适量，满足流动性要求，使强度升高。 （2）水泥浆稠度：水泥浆数量不变的情况下，水灰比越大，流动性越强，过大出现离析流浆，使粘聚性降低，强度降低；水灰比越小，流动性越低，过小后会干稠，造成施工困难。 水灰比要合适，满足强度和耐久性要求。 （3）砂率：混凝土中砂的质量占砂石总重量的百分比 过大过小都降低流动性 合理砂率：在用水量及水泥用量一定的情况下，能使砼拌合物获得最大的流动性，保持良好的粘聚性和保水性 （4）组成材料的影响（5）外加剂（6）时间和温度 四.硬化混凝土的强度 1.强度：（1）砼立方体抗压强度fcu：将砼制成150mm150mm150mm的标准立方体试件，在标准条件下或在水中养护到28d期龄，所测得的抗压强度值为砼立方体抗压强度。 （2）砼立方体抗压标准强度fcu,k:强度保证率为95%的砼立方体抗压强度。它是砼等级强度划分的依据。（例）C40表示混凝土立方体抗压强度标准值fcu,k=40MPa (3)轴心抗压强度：采用150mm150mm300mm的棱柱体为标准试件 （4）砼的抗拉强度：fts=(1/101/20)fcu 2.影响混凝土强度的主要因素 （1）水泥的强度等级和水灰比 水泥的实际强度fce增大，砼立方体抗压强度增大 水灰比：一定范围内可以密实成型：水灰比增大，砼立方体抗压强度增大 fcu=afce(c/w- b) 回归系数：碎石a=0.46；b=0.07 （计算题中用）卵石a=0.48; b=0.33 fce=cfce,k(c=1.13；fce,k指水泥的标准抗压强度，是水泥强度等级的划分依据) （2）骨料的影响（3）温度和湿度的影响（4）龄期 （5）试验条件 ：试件尺寸150mm150mm150mm（换算系数：100mm0.95;2001.05） 3.提高砼强度的措施（见课本） 五.砼的变形性能 1.非荷载作用下的变形 化学收缩：在砼硬化过程中由于水泥生成物的固体体积比反应前物质的总体积小，从而引起砼的收缩。不可恢复。干湿变形：表现为干缩湿胀温度变形：表现为热胀冷缩 2.荷载作用下的变形 （1）短期荷载作用下的变形：砼的弹塑性变形；砼的弹性模量 （2）长期荷载作用下的变形（徐变）：在一定的应力水平下，保持荷载不变 ,随着时间的不断延续而增加的变形 六.砼的耐久性 1.抗渗性：材料抵抗压力水渗透的性质。指标：抗渗等级P eg:P4混凝土能抵抗0.4MPa的静水压力而不渗透2.抗冻性：材料在吸水饱和状态下，能经受多次冻结合和融化而不破坏，同时强度也不严重降低的性质指标：抗冻等级F eg:F25混凝土能承受25次冻融循环且强度损失25%,质量损失5%3.抗侵蚀性 4.砼的碳化 5.碱-骨料反应七.砼的外加剂减水剂：指在混凝土坍落度基本相同的条件下，能显著减少混凝土拌合用水量的外加剂。 九.普通混凝土的配合比设计 1.配合比的表示方法：以1立方米混凝土中各项材料的质量表示。eg:C=414kg,S=709kg,G=1400kg,W=9.0kg 2.基本要求：（1）强度：达到砼结构设计的强度要求 （2）和易性：满足砼施工操作要求 （3）耐久性：满足环境的要求 （4）经济：节约水泥3.三个参数：水灰比、砂率、单位用水量 4.步骤与方法：初步配合比基准配合比试验室配合比施工配合比-计算题 （1）初步配合比：试配强度fcuo=fcuk-t (t=-1.645;题中给出)水灰比：w/c 校核耐久性：w/c最大值0.65单位用水量：查表法单位用水泥量：C。求砂率Sp:（公式见课本） =1.1 求砂和石子：质量法C。+S。+G。+W。=2400 Sp=S。/S。+G。（2）基准配合比：坍落度试验坍落度值 方法偏大Sp一定，加入S和G偏小W/C一定，加入W和C 求基准 kj=。（3）试验室配合比（题中指出经砼强度试验恰好满足设计要求，则试验室配合比等于基准配合比） （4）施工配合比：C=C。S=S。(1+a%) 砂的含水率a%G=G。（1+b%） 石子的含水率b% W=W。-a%S。-b%G。十三.建筑砂浆1.砂浆的组成材料：胶凝材料（水泥、石灰）；细骨料（砂）；水；外加剂和掺合料2.技术性质：（1）流动性：指标