土木工程材料多媒体演示文稿.ppt

土木工程材料 一切建筑的基础 绪论第一部分土木工程材料的性质第二部分基本材料第三部分建筑功能材料第四部分土木工程材料试验结束语 绪论 土木工程材料的发展是随着人类社会生产力的不断发展和人民生活水平不断提高而向前发展的 随着社会生产力的发展 对建筑物的规模 质量等方面的要求愈来愈高 这种要求与工程材料的数量 品种 质量等都有着相互依赖和相互矛盾的关系 工程材料的生产与使用就是在不断的解决这个矛盾的过程中不断向前发展的 同时相关学科的进步也为工程材料的发展提供了有利的条件 古代人类最初是 穴居巢处 火的利用使人类学会了烧制砖 瓦 陶瓷与石灰 铁器时代以后有了简单的工具 工程材料 木材 砖 石等 才由天然材料进入人工生产阶段 为较大规模的土木工程和人类需要的其他建筑物建立了基本条件 在漫长的封建社会中 生产力停滞不前 土木工程材料的发展也极为缓慢 长期限于砖 石 木材作为结构材料 资本主义的兴起 城市的出现于扩大 工业的迅速发展 交通的日益发达 需要建造大规模的建筑物构筑物和建筑设施 例如大跨度的工业厂房 高层的公用建筑以及桥梁 港口等 推动了土木工程材料的前进 在18 19世纪相继出现了钢材 水泥 混凝土以及钢筋混凝土成为了主要的结构材料 使建筑业的发展进入了一个新阶段 工业的发展使一些具有特殊功能的材料 如绝热材料 吸声材料 耐热 耐腐蚀 抗渗透以及防辐射材料应运而生 人民生活水平的提高 对建筑物修饰的要求愈来愈高 于是各种装饰材料层出不穷 为了适应建筑工业的自动化和建议不提高土木工程质量的要求 工程材料今后的发展将有以下几个趋势 1 尽可能的提高材料的强度 降低材料的自重 2 研究并生产多功能 高效能的材料 3 由单一材料向复合材料及其制品发展 4 对材料的耐久性将引起更大的重视 5 建筑制品的生产 讲向预制化 单元化发展 构件尺寸日益增大 6 大量利用工农业废料 废渣 生产廉价的 低性能的材料及制品 7 利用现代科学技术及手段 在深入认识材料的内在结构对性能影响的基础上 按指定的要求 设计与制造更新品种的土木工程材料 土木工程材料种类繁多 根据化学成分建筑材料可分为无机材料 有机材料和复合材料 见表1建筑材料分类按功能可以分为建筑结构材料 墙体材料和建筑功能材料 见表 建筑材料分类2建筑材料是建筑施工专业的一门重要技术基础课 主要研究建筑材料的组成和构造 性质和应用 技术与标准 检验方法与保管等内容 在学习中 应主要以下几点 1 材料的组成和结构是决定材料性质的内在因素 只有了解材料性质与组成构造的关系才能掌握材料的性质 2 同类材料存在共性 同类材料的不同品种还存在着特性 学习时应掌握各种材料的共性 再运用对比的方法掌握不同品种材料的特性 便于理解 3 使用时材料的性质会受到外界环境条件的影响 学习时要运用已学过的物理 化学等基础知识加深理解 提高分析和解决问题的能力 4 材料实验是本门的一个重要环节 因此必须上好实验课 通过实验培养动手能力 获取感性知识 了解技术标准与检验方法 返回键 布达拉宫宫体主楼13层 高117 2米 东西长360米 全部为石木结构 宫墙厚达2 5米 墙身全部用花岗岩砌筑 仅五世达赖灵塔就用黄金11万9千两 大小珍珠4000多颗 返回键 悉尼海上歌剧院是悉尼的标志 世界最豪华的文化建筑之一 这座 船帆屋顶剧院 是从66个国家233位设计师的蓝图中 选中丹麦乔恩 厄特宗的作品 从1959年施工到1973年 耗资1 04亿美元才得完成 返回键 第一部分土木工程材料的基本性质 土木工程的各个部位都处于不同的环境条件并起一定的作用 如梁 板 柱以及承重的墙体主要承受各种荷载作用 房屋屋面要承受风霜雨雪的作用且能保温 防水 基础除承受建筑物全部荷栽外 还要承受冰冻及地下水的侵蚀 墙体要起到抗冻 隔声 保温隔热等作用 这就要求用于不同工程部位的材料应具有相应的性质 这些性质归纳起来可分为 一 物理性质与各种物理过程 水 热作用 有关的性质 二 力学性质材料在荷载作用下的变形及抵抗变形的能力 三 耐久性材料在使用环境中 受到各种作用 物理作用 化学作用及生物作用等 而影响使用功能 工程材料所具有的各种性质 主要取决于材料的组成和结构状态 同时还受到环境条件的影响 为了能够合理地选择和正确地使用材料 必须了解材料的各种性质以及性质与组成 结构状态的关系 第一章材料的基本性质 第一节材料物理性质第二节材料的力学性质 第一节材料物理性质 材料的结构特征参数 一 材料的密度密度是指材料的质量与其体积之比 根据材料所处状态不同 可分为密度 体积密度和堆积密度 密度材料在绝对密实状态下 单位体积的质量称为密度 按下式计算 m v式中 密度 g cm3或kg m3 m 材料的质量 g或kg v 材料在绝对密实状态下的体积 即材料体积内固态物质的实体积 cm3或m3 材料密度的大小取决于材料的组成及微观结构 因此相同组成及微观结构的材料其密度为一定值 在建筑材料中 除金属 玻璃等少数材料外 都含有一些孔隙 为了测得含孔材料的密度 应把材料磨成细粉 除去孔隙 经干燥后用李氏瓶测定其实体积 材料磨得越细 所测得的体积越接近绝对体积 体积密度 表观密度 材料在自然状态下 单位体积的质量称为体积密度 按下式计算 0 m vo式中 0 体积密度 g cm3或kg m3 m 自然状态下材料的质量 g或kg v0 材料在自然状态下的体积 cm3或m3 在自然状态下 材料体积内常含有孔隙 一些孔之间相互连通 且与外界相通称为开口孔 一些孔互相独立 不与外界相通称为闭口孔 如图1 1 一般材料在使用时 其体积为包括内部所有孔在内的体积即自然状态下的体积 如砖 混凝土 石材等 有的材料如砂 石 在拌制混凝土拌合料时 因其内部的开口孔被水所填入 因此体积内只包括材料的实体积及内部的闭口孔 为了区别这两种情况 常将包括所有孔隙在内的密度称为体积密度 把只包括闭口孔在内时的密度称为视密度 用 表示 表观密度在计算砂 石在混凝土中的实际体积时有实用意义 在自然状态下 材料内往往含有水分 其质量将随含水程度而改变 故测定体积密度时应注明其含水程度 一般指的是材料在气干状态下的体积密度 干燥材料的体积密度称为干体积密度 材料的体积密度主要取决于材料的密度 宏观结构以及含水程度 堆积密度粉状或颗粒状材料在堆积状态下 单位体积的质量称为堆积密度 按下式计算 m v 式中 材料的堆积密度 kg m3 m 材料的质量 kg v 材料的堆积体积 m3 材料在堆积状态下 其堆积体积不但包括所有颗粒内的孔隙 而且还包括颗粒间的空隙 其值大小不但取决于材料颗粒的体积密度 而且还与堆积的疏密程度有关 在土木工程中 进行配料计算 确定材料堆放空间及运输量 材料用量及构件自重等经常用到的材料的密度 体积密度和堆积密度的数值 见表1 1常用材料的密度 表观密度 堆积密度 二 材料的密实度与孔隙率密实度密实度是指材料体积内 被固体物质充实的程度 以D表示 并按下式计算 D V V0孔隙率孔隙率是指材料体积内 孔隙体积所占有的比例 以P表示 并按下式计算 P V V0 V0 1 D 1 0 孔隙率与密实度从两个不同侧面来反映材料的致密程度 即D P 1 建筑材料的许多工程性质如强度 吸水性 抗渗性 抗冻性 导热性 吸声性等都与材料的致密程度有关 这些性质除取决于孔隙率的大小外 还与孔隙的构造特征密切相关 孔隙特征主要指孔隙的种类 开口孔与闭口孔 孔径的大小及孔的分布等 实际上绝对的闭口孔是不存在的 在建筑材料中 常以在常温 常压下水能否进入孔中来区分开口与闭口 因此 开口孔隙率 Pk 是指常温常压下能被水所饱和的孔体积 即开口孔体积Vk 与材料体积之比 闭口孔隙率 PB 便是总孔率P与开口孔隙率Pk 之差 由于孔隙率的大小及孔隙特征对材料的工程性质有不同的影响 因此常采用改变材料的孔隙率及孔隙特征的方法来改善材料的性能 例如对水泥混凝土加强养护提高密实度或加入引气剂 引入一定数量的闭口孔 都可以提高混凝土的抗渗及抗冻性能 二 材料与水有关的性质 一 亲水性与憎水性材料与水接触时出现两种不同的现象 如图1 6所示 这是由于水与固体表面之间的作用情况不同 若材料遇水后其表面能降低 则水在材料表面易于扩展 这种与水的亲合性称为亲水性 表面与水亲合能力较强的材料称为亲水性材料 亲水性材料遇水后呈图1 2 a 的现象 其润湿边角 固 气 液三态交点处 沿水滴表面的切线与水和固体接触面所成的夹角 90o 与此相反 当材料与水接触时不与水亲合 这种性质称为憎水性 憎水性材料遇水呈图1 2 b 的现象 90o 工程材料中 各种无机胶凝混凝土 石料 砖瓦等均为亲水性材料 它们为极性分子所组成 与极性分子水之间有良好的亲合性 沥青 油漆 塑料等为憎水性材料 这是因为极性分子的水与这些非极性分子组成的材料互相排斥的缘故 憎水性材料常用作为防潮 防水及防腐材料 也可以对亲水性材料进行表面处理 用以降低吸水性 二 吸湿性与吸水性吸湿性材料在环境中 能自发地吸收空气中水分的性质称为吸湿性 材料的吸湿性用含水率表示 即吸入水与干燥材料的质量之比 材料的吸湿性主要取决于材料的组成及结构状态 一般说 开口孔隙率较大的亲水性材料具有较强的吸湿性 材料的含水率还受到环境条件的影响 它随环境的温度和湿度的变化而改变 最后材料的含水率将与环境湿度达到平衡状态 与空气湿度达到平衡时的含水率称为平衡含水率 此时的含水状态称为气干状态 吸水性材料在水中能吸收水分的性质称为吸水性 吸水性大小用吸水率表示 吸水率常用质量吸水率 即材料吸入水的质量与材料干质量之比表示 W质 m饱 m干 m干式中W质 材料的质量吸水率 m饱 材料吸水饱和后的质量 g或kg m干 材料在干燥状态下的质量 g或kg 对于高度多孔的材料的吸水率常用体积吸水率表示 即材料吸入水的体积与材料自然状态下体积之比 W体 V水 V干 m饱 m干 0V干式中 W体 材料的体积吸水率 w 水的密度 g cm3 V干 材料在自然状态下的体积 cm3 V水 材料吸水饱和时 水的体积 cm3 由于在自然状态下 吸入水的体积与开口孔体积相等 因此材料体积吸水率与开口孔隙率数值相等 将上式变换可导出体积吸水率与质量吸水率的关系 材料吸水率的大小不仅取决于材料对水的亲憎性还取决于材料的孔隙率及孔隙特征 密实材料及具有闭口孔的材料是不吸水的 具有粗大孔的材料因其水分不易存留 其吸水率也常小于其开口孔隙率 而那些孔隙率较大 且具有细小开口连通孔的亲水性材料往往具有较大的吸水能力 材料在水中吸水饱和后 吸入水的体积与孔隙体积之比称为饱和系数 材料含水后 不但可使材料的质量增加 而且会使强度降低 保温性能下降 抗冻性能变差 有时还会发生明显的体积膨胀 可见材料中含水对材料的性能往往是不利的 三 耐水性材料在水的作用下 其强度不显著降低的性质称为耐水性 一般材料含水后 将会以不同方式减弱材料的内部结合力 使强度有不同程度的降低 材料的耐水性用软化系数表示 K f1 f式中K 材料的软化系数 f1 材料在吸水饱和状态下的抗压强度 MPa f 材料在干燥状态下的抗压强度 Mpa 材料的软化系数波动在0 1之间 软化系数越小 说明材料吸水饱和后强度降低得越多 耐水性越差 处于水中或潮湿环境中的重要结构物所选用的材料其软化系数不得小于0 85 0 90 因此软化系数大于0 85的材料 可认为是耐水的 干燥环境下使用的材料可不考虑耐水性 返回键 返回键 第二节材料的力学性质 一 强度及强度等级根据外力作用方式的不同 材料的强度有抗压强度 抗拉强度 抗弯强度 或抗折强度 及抗剪强度等 抗压 抗拉 抗剪强度的计算公式如下 f F A式中f 材料的强度 Mpa F 材料破坏时的最大荷载 N A 材料受力截面积 mm2 材料的抗弯强度用下式计算f弯 3FL 2bh 2不同种类的材料具有不同的抵抗外力的特点 相同种类的材料 其强度随孔隙率及宏观结构特征的不同有很大差异 一般说 材料的孔隙率越大 强度越低 两者有近似直线的比例关系 如图1 5所示 材料的强度除与组成和结构有关外 其强度值还受试件的形状 尺寸 表面状态 温度 湿度及试验时的加荷速度等因素影响 因此国家规定了试验方法 测定强度时应严格遵守 强度等级强度等级为了掌握材料的力学性质 合理选择材料 将材料按极限强度 或屈服点 划分成不同的等级 即强度等级 如石材 混凝土 红砖等脆性材料主要用于抗压 因此以其抗压极限强度来划分等级 而钢材主要用于抗拉 故以其屈服点作为划分等级的依据 比强度 比强度是评价材料是否轻质高强的指标 它等于材料的强度与体积密度之比 其数值大者 表明材料轻质高强 二 脆性与韧性脆性材料在外力作用下 直至断裂前只发生很小的弹性变形 不出现塑性变形而突然破坏的性质称为脆性 具有这种性质的材料称为脆性材料 脆性材料的抗压强度比抗拉强度大得多 可达几倍到几十倍 脆性材料抵抗冲击或振动荷载的能力差 故常用于承受静压力作用的工程部位如基础 墙体 柱子 墩座等 属于此类的材料如石材 砖 混凝土 铸铁等 韧性材料在冲击 振动荷载作用下 能吸收较大的能量 同时也能产生一定的塑性变形而不致破坏的性质称为韧性 或冲击韧性 建筑钢材 木材 沥青混凝土等属于韧性材料 用作路面 桥梁 吊车梁以及有抗震要求的结构都要考虑材料的韧性 材料的韧性用冲击试验来检验 常用材料的强度表1 2 材料的理论强度与实际强度材料在外力作用下 抵抗破坏的能力称为强度 当材料受到外力 荷载 变形限制 温度等作用都可使其内部产生应力 当应力增大到一定数值时 不同的材料可出现两种情况 一种是当应力达到某一值 屈服点 后 应力不再增加就能产生较大的塑性变形 使构件失去使用功能 却并未达到极限应力值 另一种是应力未能使材料出现屈服现象就直接达到材料的极限应力值而出现断裂 这两种情况下的应力值都可称为材料的强度 前者如建筑钢材以屈服点值作为钢材的设计依据 而几乎所有的脆性材料都属于后者 从理论上讲 材料受外力作用产生破坏的原因主要是由于拉力造成质点间结合键断裂的缘故 或者产生脆裂 或者产生晶界面的滑移 材料受压破坏 实际上也是由于压力作用引起内部产生拉应力或剪应力而造成的破坏 三 材料的受力变形材料受外力作用 其内部会产生一种用来抵抗外力作用的内力 同时还伴随着材料的变形 根据变形的特点 可将变形分为弹性变形和塑性变形 1 弹性变形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称为弹性 这种能够完全恢复的变形称为弹性变形 2 塑性变形材料在外力作用下产生变形 当外力取消后仍保持变形后的形状和尺寸 并且不产生裂缝的性质称为塑性 这种不能恢复的变形称为塑性变形 实际上 只有单纯的弹性或塑性的材料是不存在的 各种材料在不同的应力下 表现出不同的变形性能 四 硬度和耐磨性硬度是材料抵抗其他物体刻划 压入其表面出现塑性变形的能力 通常 矿物的硬度采用刻划法测定其莫氏硬度 钢材 木材 混凝土采用钢球压入法测定其布氏硬度 HB 耐磨性是材料表面抵抗磨损的能力 通常用磨损率K表示 即K M1 M2 A其中M1 M2 表示磨损前后的质量 g A 受损面积 cm2 返回键 返回键 第二部分基本材料 第二章墙体材料第三章天然石材第四章无机气硬性胶凝材料第五章水泥第六章水泥混凝土第七章建筑砂浆第八章防水材料第九章建筑钢材第十章木材及其制品返回键 第二章墙体材料 墙体材料是指用来砌筑 拼装或用其他方法构成承重或非承重墙的材料 他在整个建筑中起承重 传递重力 围护和隔断等作用 在一座房屋建筑中 墙体占整个建筑物质量的60 以上 在墙体材料中 粘土砖仍为我国主要的墙体材料 由于我国人口不断增长 耕地不断减少 能源紧张 因此发展新型墙体材料势在必行 第一节砌墙砖第二节建筑砌块第三节建筑人造板返回键 第一节砌墙砖 砌墙砖可以分为烧结砖和非烧结砖两大类 并有空心和实心两种 一 烧结普通砖烧结普通砖是以粘土 页岩 煤矸石 粉煤灰为主要原料 经过制备 成型 干燥和灼烧而成的 烧结普通砖的技术要求包括外观指标 标号和耐久性能 并根据此将其分成特等 一等和二等三个等级 1 外观指标烧结普通砖的外形为规则的正平行六面体 现行标准尺寸为240 x115x53mm 通常将240 x115mm的平面称为大面 240 x53mm的平面称为条面 115x53mm的平面称为顶面 如图砖的外观指标包括尺寸偏差 弯曲 裂纹 颜色 完整面 棱角以及表面突出高度等并符合规定 在烧砖时由于焙烧温度不均匀会出现欠火砖以及过火砖 欠货砖色浅 敲击声哑 孔隙多 强度低 耐久性差 不宜使用 过火砖的色深 声脆 强度高 耐久性好 但容易产生酥砖和罗纹砖 欠火砖 酥砖和罗纹砖不得作为合格品出厂 2 标号砖的标号按抗压抗折强度确定 并分为200 150 100 75四个标号 3 耐久性能砖的耐久性能由抗冻实验 泛霜实验 石灰爆裂实验和吸水率实验来确定 二 非烧结砖非烧结砖包括 经常压蒸汽养护硬化而成的蒸养砖 蒸养粉煤灰砖 蒸养矿渣砖 蒸养煤渣砖 经高压蒸汽养护硬化而成的蒸压砖 蒸压灰砂砖 蒸压粉煤灰 蒸压矿渣砖 以石灰为胶凝材料 加入骨料成型后经二氧化碳处理硬化而成的碳化砖 由于非烧结砖不用黏土 利用工业废渣 生产工艺简单 砖的技术性能可超过烧结普通砖 所以近来在全国各地迅速发展 1 增压灰砂砖增压灰砂砖是以石灰和沙为主要原料 经坯料制备 压制成型 蒸压养护而成的 蒸压灰砂砖的规格与烧结普通砖一致 根据抗压强度和抗折强度可分为25 20 15 10四个强度等级 根据尺寸偏差和外观分为优等品 A 一等品 B 和合格品 C 其产品标记采用强度级别 产品强度等级 标准标号的顺序打印 示例如下 强度等级为20级的优等品的灰砂砖 LSB 20 A GB11945 15级以上的砖可用于基础及其他建筑部位 10级砖可用于防潮层以上的建筑部位 2 粉煤灰砖粉煤灰砖是以粉煤灰 石灰为主要原料 插入适量的石膏和骨料经坯料制备 压制成型 高压或常压蒸汽养护而成 粉煤灰砖的规格尺寸与烧结普通砖相同 产品根据炕压强度和抗折强度分为20 15 10 7 5四个强度等级根据外观质量 强度 抗冻性和干燥收缩分为优等品 A 一等品 B 和合格品 C 粉煤灰砖按产品名称 强度级别 产品级别 国家标准编号顺序进行标记 如强度级别为20优等品粉煤灰砖的标记为 FAB 20 A JC239 粉煤灰砖优等品的强度级别应该不低于15级 一等品的强度级别应该不低于10级 抗冻性应该符合有关规定 其干燥收缩值优等品应该不大于0 6MM M 一等品应该不大于0 75MM M 合格品应该不大于0 85MM M 粉煤灰砖可用于工业与民用建筑的墙体和基础 但用于基础或用于易受冻溶和干湿交替作用的建筑不必须使用一等砖和优质砖 不得用于长期受热200度以上 受急冷急热和有酸性介质侵蚀的建筑部位 三 烧结多孔砖和烧结空心砖1 烧结多孔砖烧结多孔砖是以黏土 页岩 煤矸石为主要原料 经焙烧而成的具有竖向孔的砖 主要用于承重部位 烧结多孔砖的外型为直角六棉体 起规格尺寸见表烧结多孔砖根据抗压强度 抗折菏重分为30 25 20 15 10 7 5六个强度等级 根据国家标准GB13544 92的规定 烧结多孔砖根据尺寸偏差 外观质量 强度等级和物理性能分为优等品 A 一等品 B 和合格品 C 三个等级 并按产品名称 规格代号 强度等级 产品等级和国家标准编号顺序编写标记 如规格代号M 强度等级25 优等品砖的标记为 烧结多孔砖M 25A GB13544 2 烧结空心砖烧结空心砖是以以黏土 页岩 煤矸石为主要原料 经焙烧而成的 主要用于非承重部位空心砖 烧结空心砖的外型为直角六面体 在与沙浆的接合面上应设有增加结合力的深1MM以上的凹线槽 如图所示 其尺寸有290 190 90和240 180 115MM两种 按国家标准规定GB13545 92 烧结空心砖根据密度 体积密度 分级为800 900 1100三个密度级别 每个密度级别根据孔洞及其排数 尺寸偏差 外观质量 强度等级和物理性能分为优等品 A 一等品 B 和合格品 C 三个等级 并按产品名称 规格尺寸 密度级别 产品等级和国家标准编号顺序编写标记 如 尺寸290 190 90MM 密度800级 优品等空心砖的标记为 空心砖 290 190 90 800A GB13545 烧结空心砖的强度应该符合表8 7的规定返回键 建筑砌块是一种比砌墙砖尺寸大的墙体材料 有适用性强 原料来源广 制作以及使用方便等特点 常见的有粉煤灰砌块 混凝土砌块和蒸压加气混凝土砌块等 第二节建筑砌块 一 粉煤灰砌块粉煤灰砌块是以粉煤灰 石灰 石膏 和骨料为原料 加水搅拌 振动成型 蒸汽养护而成的密实砌块 有880 380 240和880 430 240两种 根据JC238 91规定 砌块按其立方体试件的抗压强度分为10级和13级 砌块按外观质量 尺寸偏差和干缩性能氛围一等品 B 和合格品 C 并按其产品名称 规格 强度等级 产品等级和标准编号顺序进行标记 如强度等级为10级 砌快的规格尺寸为880 380 240MM 产品等级为一等品时记为 FB880 380 240 10B JC238 粉煤灰砌块适用于砌筑民用和工业建筑墙体和基础 二 混凝土小型砌块混凝土小型砌块是用普通混凝土制成的小型空心砌块 其主要规格尺寸为390 190 190MM 按国家GB8239 87规定砌块按抗压强度分为3 5 5 0 7 5 10 0和15 0五种标号 按相对含水率分为M和P级 按是否要求抗渗性指标分为S和Q级 按其外观质量分为一等品和二等品 砌块等级的表示方法是顺次使用外观质量 标号 相对含水率和抗渗性四个符号表示 其相对含水率为P级 抗渗性为Q级时 PQ可省略 三 增压加气混凝土砌块增压加气混凝土砌块作为墙体材料 具有质量轻 绝热性能好 吸声 加工方便 施工效率高等优点 增压加气混凝土砌块是由含钙材料 水泥或生石灰 和含硅材料 砂 粉煤灰 矿渣等 经搅拌 发气 切割 增压处理而成 第三节建筑人造板 由纤维状增强材料 或填料 与有机或无机粘结剂相结合所制成的板材 如纤维板 刨花板 石棉水机板 TK板 稻草板等 这一类建筑用板材称为建筑人造板材 这些产品原料来源广泛 生产成本低 在数量上和性能上弥补了天然板材的不足 它在建筑板材中占有很重要的地位 下面介绍几种建筑板材 一 纸面石膏板以建筑石膏为主要原料 加入适量纤维 黏结剂 缓凝剂 发泡剂 搅拌均匀后 两面夹以纸板 在辊压成石膏板 它的常用规格是800 300 1200mm 固定在木材架或者钢结构架上 作为室内隔墙 表面涂刷耐水材料或贴塑料壁纸 以增加防水性和装饰作用 二 稻草板以清洁 干燥 含水率8 18 的稻草 脉秸为主要原料 不掺任何黏结剂 经过挤压 加热成型 表面包复护面纸而成 常用规格为 2400 3000 1200 38 58 其体积密度为300 400Kg m3 单位面积质量为18 25Kg m2 它广泛用于两层以下建筑物的内墙 天花板 外墙内衬 工业厂房的望板等 三 TK板 纤维增强水泥平板 TK板是以低碱水泥 中碱玻璃纤维和短石棉为原料 在圆网抄取机上制成的薄型建筑平板 抗弯强度分有100 150 200号三种 具有质量轻 抗弯冲击强度高 不燃 耐水 不易变形和可加工 吐刷等性能 是一种使用于框架的复合外墙和内墙 四 水泥刨花板水泥刨花板是以水泥 木材刨花为主要原料 加入适量水和化学助剂 经搅拌 成型 加压 养护和工艺制成的薄型板材 它的体积密度1100 1400Kg m3 具有质轻 高强 防水 防火 保温 隔音等性能 可用于建筑的内外墙板 天花板等 五 埃特板埃特板是以水泥为主要原料 以石棉纤维为增强材料 并加入适量的纤维素和纤维分散剂 经过真空脱水 堆垛 蒸汽养护 空气养护而成 埃特板具有防水 防火 防潮 防腐 隔热 隔音 质轻 高强和干缩变形小等优点 而且可锯 可刨 可钉 可钻 可锉 使用普通木工工具就可进行加工安装 加工使用方便 耐用性好 完全可取代木材板材和其他品种的板材 它适用于建筑物的内墙 外墙 隔墙 屋面和夹层 也可作为天花板 檐板 壁板 模板 家具及各种装饰板材 而且表面可以进行涂刷 粘贴其他装饰材料 返回键 第三章石材 一 石材定义 凡是由天然岩石开采而得到的毛料 或经加工而制成的块状或板状岩石 统称为石材 石材是古老的建筑材料之一 由于其抗压强度高 耐磨 耐久性好 美观而且便于就地取材 所以现在仍然被广泛的使用 石材在建筑中常被用作砌体材料 装饰材料 还可以作为胶结材料和人造石的原料 二 本章要点 本章主要介绍天然石材的组成 形成与性质的关系 常用石材及其技术要求等内容 通过学习应理解天然石材组成与形成条件对性质的影响 了解常用石材的种类与品种 第一节常用的岩石第二节石材的应用返回键 第一节常用的岩石 岩石 一 岩石按其成因不同可以分为三大类火成岩 沉积岩 变质岩 其种类 特点 用途见表13 1 二 天然岩石是矿物的集合体 组成岩石的矿物称为造岩矿物1 石英是二氧化硅 SiO2 晶体的总称 无色透明至乳白色 密度为2 65g cm3 莫氏硬度为7 非常坚硬 强度高 化学稳定性及耐久性高 但受热时 573 以上 因晶型转变会产生裂缝 甚至松散 强度高 耐久性高 但低于2长石是长石族矿物的总称 包括正长石 斜长石等 为钾 钠 钙等的铝硅酸盐晶体 密度为2 5 2 7 莫氏硬度为6 坚硬 强度高 耐久性高 但低于石英 具有白 灰 红 青等多种颜色 长石是火成岩中最多的造岩矿物 约占总量的2 3 3 角闪石 辉石 橄榄石为铁 镁 钙等硅酸盐的晶体 密度为3 3 6g cm3 莫氏硬度为5 7 强度高 韧性好 耐久性好 具有多种颜色 但均为暗色 故也称暗色矿物 4 方解石为碳酸钙晶体 CaCO3 白色 密度2 7g cm3 莫氏硬度为3 强度较高 耐久性次于上述矿物 遇酸后分解 5 白云石为碳酸钙与碳酸镁的复盐晶体 CaCO3MgCO3 白色 密度为2 9g cm3 莫氏硬度为4 强度 耐酸腐蚀性及耐久性略高于方解石 遇酸时分解 6 黄铁矿为二硫化铁晶体 FeS2 金黄色 密度为5g cm3 莫氏硬度为6 7 耐久性差 遇水和氧生成游离硫酸 且体积膨胀 并产生锈迹 黄铁矿为岩石中有害矿物 7 云母是云母族矿物的总称 为片状的含水复杂硅铝酸盐晶体 密度为2 7 3 1g cm3 莫氏硬度为2 3 具有极完全解理 矿物在外力等作用下 沿一定的结晶方向易裂成光滑平面的性质称为解理 裂成的平面称为解理面 易裂成薄片 玻璃光泽 耐久性差 具有无色透明 白色 绿色 黄色 黑色等多种颜色 云母的主要种类为白云母和黑云母 后者易风化 为岩石中的有害矿物 在天然岩石中 有些岩石由单一造岩矿物组成 如由方解石组成的石灰岩 而大多数岩石是由多种造岩矿物组成的 因此岩石没有确定的化学组成和物理力学性质 即使同种岩石 因产地不同 各种矿物含量不同以及结构上的差异 都会引起岩石的颜色 强度 耐久性等的差异 因此造岩矿物的性质及其含量决定着岩石的性质 例如花岗岩是由石英 长石 云母及一些暗色矿物组成 几种造岩矿物的组成比例不同 可使花岗岩在颜色 强度 耐酸性 耐风化性等方面有较大的差异 返回键 第二节石材的应用 在建筑施工中应根据建筑物等级 建筑结构 环境特点等因素 来选用适当的石材 以适用 经济 美观 一石材的主要技术性质1 表观密度根据密度的大小 石材分为轻石和重石两类 表观密度大于1800Kg m 3者为重石 重石适用于建筑物的基础 贴面 不采暖房屋外墙 地面 路面 桥梁及水利建筑物 表观密度小于1800KG M 3者为轻石 轻石主要用于采暖房屋外墙 2 抗压强度在石材饱水状态下 取三个边长为70 7mm的立方体试块 求得抗压强度的平均值 以此作为评定石材标号的等级的标准 石材的强度等级分为 MU100 MU80 MU60 MU50 MU40 MU30 MU20 MU15 MU10 3 抗冻性石材的抗冻性主要取决于矿物成分 孔隙率等 抗冻性合格的石材应在规定的冻融循环次数内 无贯穿裂缝穿过试件两棱角 质量损失不超过5 强度减少不大于25 4 耐水性石材的耐水性按软化系数为高 中 低三等 高耐水性的石材 软化系数大于0 9 中耐水性的软化系数为0 7 0 9 低耐水性的软化系数为0 6 0 7 一般软化系数低于0 6的石材 不允许用作重要建筑 二石材的选用原则在建筑施工和设计中 石材的选用应根据适用性和经济性这两个原则 1 适用性要按使用要求分别衡量各种石材在建筑中的适用性 承重构件 如基础 勒脚 墙 柱等 需要考虑抗压强度能否满足设计要求 围护结构构件要考虑是否具有良好的绝热性能 用作地面 台阶 踏步等构件要求坚韧耐磨 装饰部分 如饰面板 拉杆 扶手 纪念碑等 需要考虑石材的雕琢 磨光及石材的外观 花纹 色彩等 对处在特殊环境 如高温 高湿 水中 严寒侵蚀等 条件下的构件 还要分别考虑石材的耐久性 耐水性 抗冻性及耐化学腐蚀等 2 经济性石材的表观密度大 运输不便 在建筑施工中应充分利用地方资源 尽可能做到就地取材 难于开采和加工的原料必然使成本提高 选材时应充分注意 屹立在美国纽约港入口处自由岛上的自由女神像 像工程在1874年才开始动工 经历10年 于1884年完工 全美闻名的拉什莫尔山上雕刻着美国四位著名总统的巨大头像 从左至右 这四位总统是 开国元勋华盛顿 独立宣言 的起草者杰佛逊 奠定20世纪美国之基础的西奥多 罗斯福和解放黑奴的领导者林肯 历时22年之久建造大的世界上堪称奇迹的白色大理石陵墓 三 石材的品种及应用1 毛石它是爆破后直接得到的形状不规则的石块 毛石依其平整程度又分为乱毛石和平毛石 乱毛石形状不规则 见图11 2 乱毛石示意图一般在一个方向上达30 40cm 质量约为20 30Kg 乱毛石常用于砌筑毛石基础 勒脚 墙身 堤坝 挡土墙等 也可用于大体积混凝土中 也称毛石混凝土 将乱毛石略经加工就得到了平毛石 它的形状比乱毛石整齐 基本上有六个面 常用于砌筑基础 勒脚 墙身 桥墩 涵洞等 2 料石是由人工或机械开采的较规则的六面体石块 经人加工凿磨而成的 按表面加工的平整程度 料石分为毛料石 粗料石 半细料石和细料石四种毛料石一般不加工或稍加修整 以便砌筑时相互和缝 厚度不小于20cm 长度为厚度的1 5 3倍 粗料石表面凹凸深度不大于2cm 半细料石不大于1cm 细料石经细加工 表面凹凸深度要求不大于0 2cm 制成长方形的称为条石 长宽大致相等的称为方石 楔形的称为拱石 料石一般有致密均匀的砂岩 石灰岩 花岗岩开凿而成 用于建筑物的基础 勒脚 墙身 踏步 砌拱等 3 石板材是用致密岩石凿平或锯解而成的石材 饰面用的石板或地面板要求耐久 耐磨 色彩美观 无裂缝 一般采用花岗岩或大理石板材 花岗岩板材是用花岗岩荒料加工制成的板材石材 其抗压强度高达120 250MPa 耐久性好 75 200年 根据用途和加工方法 花岗岩石板分为以下四种 1 剁斧板材表面粗糙 具有规则的条状斧纹 2 机刨板材表面光滑 具有相互平行的刨纹 3 粗磨板材表面光滑 无光 4 磨光板材表面光亮 色泽明显 有镜面感 前三种适用于建筑物外墙面 柱面 台阶 勒脚等 后一种适用于内外墙面 柱面 大理石板材是用大理石荒料经锯切 研磨 抛光及切割而成的石材 常用规格为厚20mm 宽150 195mm 长300 1220mm 大理石板材硬度小 容易加工和磨光 材质均匀 抗压强度为70 110MPa 耐用年限为40 100年 大理石板材主要用于室内装饰 当空气中含有二氧化硫时 大理石面层会因风化而失去光泽和改变颜色并逐渐破损 4 石渣它是将天然大理石及其他天然石材破碎石加工而成 具有多种光泽 常用作人造大理石 水磨石 斩假石 水刷石 干粘石的骨料 石渣应颗粒坚硬 有棱角 洁净 不含有风化的颗粒 使用时要冲刷干净 返回键 大理石 啡钻 大理石 枫叶红 大理石 蓝珍珠 大理石 天山红 返回键 第四章无机气硬性胶凝材料 建筑上用来将散粒材料 如砂 石子 或块状材料 如砖 石块 粘结成为整体的材料 统称为胶凝材料 胶凝材料按其化学成分可分为无机胶凝材料和有机胶凝材料两大类 前者如水泥 石灰 石膏 菱苦土 水玻璃等 后者如沥青 有机高分子聚合物等 其中无机胶凝材料在建筑工程上应用更加广泛 用量也较大 无机胶凝材料按其硬化条件的不同又分为气硬性胶凝材料和水硬性胶凝材料两大类 所谓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强度的胶凝材料 如石灰 石膏 水玻璃 菱苦土等 所谓水硬性胶凝材料是指不仅能在空气中硬化 而且能更好地在水中硬化保持并继续提高其强度的胶凝材料 如各种水泥 下面将介绍集中在建筑工程中常用的气硬性胶凝材料 这类材料只能在空气中 干燥条件下 硬化 产生并增长强度 第一节石膏第二节石灰第三节菱苦土第四节水玻璃返回键 第一节石膏 建筑石膏及其制品具有轻质 高强 隔热 吸声 美观及易于加工等优点 因此用途广泛 是一种有发展前途的新型建筑材料之一 自然界中存在有天然的无水石膏CaSO4和二水石膏CaSO4 2H2O 在建筑工程中所使用的石膏是由天然二水石膏经过加工而成的半水石膏CaSO4 1 2H2O 又成熟石膏 天然二水石膏在加工时随温度和压力等条件的不同 会得到结构和性能不同的产物 高强度石膏硬化后 密实度大 强度高 可用语建筑抹灰或者制成石膏制品 但成本高 建筑石膏生产方便 成本低 可在建筑工程中广泛大量使用 一 建筑石膏的凝结硬化建筑石膏与适量水混合后 最初成为可塑的浆体 但很快就失去可塑性产生强度 并发展成为坚硬的固体 发生这种现象的实质 是由于浆体内部经历了一系列的物理化学变化 首先半水石膏溶解于水 很快成为不稳定的饱和溶液 溶液中的半水石膏与水反应形成二水石膏 水化反应按下式进行 CaSO4 1 2H2O 3 2H2O CaSO4 2H2O由于水化产物二水石膏的溶解度比b型半水石膏小得多 仅为b型半水石膏溶解度的1 5 b型半水石膏的饱和溶液对二水石膏就成了过饱和溶液 逐渐形成晶核 当晶核大到某一临界值以后 二水石膏就结晶析出 这时溶液浓度降低 使新的一批半水石膏又可继续溶解和水化 如此循环进行 直到b型半水石膏完全耗尽 随着水化的进行 二水石膏生成量不断增加 水分逐渐减少 浆体开始失去可塑性 这称为初凝 尔后浆体继续变稠 颗粒间的摩擦力 粘结力增加 并开始产生结构强度 表现为终凝 其间晶体颗粒也逐渐长大 连生和互相交错 使浆体强度不断增长 直至剩余水分完全蒸发后 强度才停止发展 这就是建筑石膏硬化过程 二 建筑石膏的技术要求及特性 一 建筑石膏的等级及质量标准根据 建筑石膏 GB9776 88 的规定 建筑石膏按抗折强度 抗压强度和细度分为优等品 一等品和合格品三个等级 具体质量指标见表4 1建筑石膏的技术要求所示 建筑石膏的密度一般为2 60g cm3 2 75g cm3 堆积密度为800kg m3 1000kg m3 建筑石膏产品标记的顺序为 产品名称 抗折强度 标准号 例如抗折强度为2 1MPa的建筑石膏 其标记为 建筑石膏2 1GB9776 二 建筑石膏的特性1 凝结硬化快 在自然干燥的条件下 建筑石膏达到完全硬化的时间约需一星期 2 建筑石膏硬化后孔隙率大 强度低 半水石膏水化反应 理论上所需水分只占半水石膏质量的18 6 为了使石膏浆具有必要的可塑性 通常加水60 80 石膏浆体硬化后 多余的水分蒸发 内部具有很大的孔隙率 约达总体积的50 60 故其强度低 3 建筑石膏硬化体隔热性和吸声性能良好 耐水性较差 建筑石膏制品的导热系数较小 一般为0 121 0 205W m K 在潮湿条件下吸湿性强 水分削弱了晶体粒子间的粘结力 故耐水性差 软化系数为0 3 0 45 长期浸水还会因二水石膏晶体溶解而引起溃散破坏 在建筑石膏中加入适量水泥 粉煤灰 磨细粒化高炉矿渣以及各种有机防水剂 可提高制品的耐水性 4 防火性能良好 建筑石膏硬化后的主要成分是带有两个结晶水分子的二水石膏 当其遇到火时 二水石膏脱出结晶水 结晶水吸收热量蒸发时 在制品表面形成水蒸气幕 有效地阻止火的蔓延 制品厚度越大 防火性能越好 5 微膨胀建筑石膏硬化时体积略有膨胀 一般膨胀率约为1 这可使硬化体表面光滑饱满 干燥时不开裂 且能使制品造型棱角很清晰 有利于制造复杂图案花型的石膏装饰件 三 建筑石膏的应用 一 室内抹灰及粉刷建筑石膏加水 砂拌合成石膏砂浆 可用语室内抹灰 这中抹灰墙面具有绝热 阻火 隔音 舒适 美观等特点 抹灰后的墙面和天棚还可以直接涂刷尤其及贴墙纸 建筑石膏加水调成石膏浆体 还可以掺如部分石灰用于室内粉刷涂料 粉刷后的墙面光滑 细腻 洁白美观 二 装饰制品以石膏为主要原料 掺加少量的纤维增强材料和胶料 加水搅拌成石膏浆体 利用石膏硬化时体积微膨胀的性能 可制成各种石膏雕塑 饰面板及各种装饰品 三 石膏板我国目前生产的石膏板 主要有纸面石膏板 石膏空心板 石膏装饰板 纤维石膏板等 1 纸面石膏板它是石膏作芯材 两面用纸做护面而制成的 主要用于内墙 隔墙 无花板等处 2 石膏空心条板这种石膏板强度高 可用作住宅和公共建筑的内墙和隔墙等 安装时 不需要龙骨 3 石膏装饰板石膏装饰板有平板 多孔板 花纹板 浮雕板等多种 它尺寸精确 线条清晰 颜色鲜艳 造型美观 品种多样 施工简单 主要用于公共建筑 可作为墙面和无花板等 4 纤维石膏板以建筑石膏为主要原料掺加适量的县委增强材料而制成 这种板的抗弯强度高 可用于内墙和隔墙 也可用来替代木材制作家具 将玻璃纤维 纸筋或矿棉等纤维材料先在水中松解 然后与建筑石膏及适量的浸润剂混合制成浆料 在长网成型机上经铺浆 脱水而制成纤维石膏板 它的抗折强度和弹性模量都高于纸面石膏板 纤维石膏板主要用于建筑物的内隔墙和吊顶 此外 还有石膏蜂窝板 防潮石膏板 石膏矿棉复合板等品种 可分别用做绝热板 吸声板 内墙和隔墙板 天花板 地面基层板等 四 建筑石膏的存储在存储建筑石膏时应注意防雨防潮 存储期一般不要超过三个月 石膏制品表面如未做防潮处理则只能在干燥环境中使用 其存储期也不宜超过三个月 在存储运输及施工过程中要严格注意防水防潮 返回键 返回键 第五章水泥 水泥是最主要的建筑材料之一 广泛应用于工业民用建筑 道路 水利和国防工程 作为胶凝材料与骨料及增强材料制成混凝土 钢筋混凝土 预应力混凝土构件 也可配制砌筑砂浆 装饰 抹面 防水砂浆用于建筑物砌筑 抹面 装饰等 水泥品种繁多 按其主要水硬性物质 可分为硅酸盐水泥 铝酸盐水泥 硫铝酸盐水泥 铁铝酸盐水泥等系列 其中以硅酸盐系列水泥生产量最大 应用最为广泛 硅酸盐系列水泥是以硅酸钙为主要成分的水泥熟料 一定量的混合材料和适量石膏 共同磨细制成 按其性能和用途不同 又可分为通用水泥 专用水泥和特性水泥三大类 第一节硅酸盐类水泥第二节掺混合材料的硅酸盐水泥第三节其他品种水泥返回键 第一节硅酸盐类水泥 硅酸盐类水泥是硅酸盐类水泥熟料 0 5 石灰石或粒化高炉矿渣 适量的石膏磨细制成的水硬性胶凝材料 即国外统称的波特兰水泥 硅酸盐类水泥分两种型号 不掺混合材料的称 型硅酸盐水泥 在硅酸盐水泥熟料粉磨时掺加不超过水泥重量5 石灰石或矿渣混合材料的称为 型硅酸盐水泥 一 硅酸盐类水泥的生产及熟料矿物组成 一 硅酸盐类水泥的生产硅酸盐类水泥的生产过程是 两磨一烧 即 1 将原料按一定比例配料并磨细成符合成分要求的生料 2 将生料煅烧使之部分熔融形成熟料 3 将熟料与适量的石膏共同磨细成为硅酸盐类水泥 其主要过程如下图 硅酸盐水泥生产过程 二 硅酸盐类水泥的矿物组成在煅烧过程中 配成生料的各种原料首先要分解 然后在更高的温度下形成各种新的矿物 硅酸盐类水泥熟料的主要矿物有硅酸三钙 C3S 硅酸二钙 C2S 铝酸三钙C3A 铁铝酸四钙 C4AF 以上矿物中硅酸钙约占70 以上 水泥熟料是以上四种矿物的混合物 其中每种矿物单独水化都具有一定的特点 如果改变熟料中矿物成分的比例 水泥的性质也将随着改变 二 硅酸盐类水泥的凝结硬化水泥用适量的水调和后 最初形成具有可塑性的浆体 然后逐渐变稠失去可塑性 这一过程称为凝结 然后逐渐产生强度不断提高 最后变成坚硬的石状物 水泥石 这一过程称为硬化 水泥的凝结和硬化是人为划分的 实际上是一个连续 复杂的物理化学变化过程 这些变化决定了水泥石的某些性质 对水泥石的应用有着重要意义 1 水泥的水化水泥加水后 水泥颗粒被水包围 熟料矿物颗粒表面立即与水发生化学反应 生成水化产物 并放出一定的能量 为了调节水泥的凝结时间 在熟料磨细时 应掺有适量的 3 左右 石膏 这些石膏与部分水化铝酸钙反应 生成难溶的水化硫铝酸钙的针状晶体并伴有明显的体积膨胀 综上所述 硅酸盐水泥与水作用后 生产的主要水化产物有水化硅酸钙 水化铁酸钙凝胶体 氢氧化钙 水化铝酸钙和水化硫铝酸钙晶体 在完全水化的水泥石中 水化硅酸盐约为50 氢氧化钙约为25 2 水泥的凝结和硬化当水泥加水拌合后 在水泥颗粒表面即发生化学反应 生产的胶体水化产物聚集在颗粒表面 使化学反应减慢 并使水泥浆体具有可塑性 由于生产的胶体状水化产物不断增多并在某些点接触 构成疏松的网状结构 使水泥浆体失去流动性及可塑性 这就是水泥的凝结 此后由于生成的水化硅酸钙 氢氧化钙 水化铝酸钙和水化硫铝酸钙晶体等水化产物不断增多 它们相互接触连生 到一定程度 建立起较为紧密的网状结晶结构 并在网状结构内部不断充实水化产物 使水泥具有初步的强度 此后水化产物不断增加 强度不断提高 最后形成具有较高强度的水泥石 这就是水泥的硬化 硬化后由水泥石水化产物 未水化完的水泥熟料颗粒 水及大小不等的孔隙所组成 国家标准GB175 92规定 硅酸盐水泥有不溶物 氧化镁 三氧化硫含量 烧失量 细度 凝结时间 安定性 强度和碱含量等九项技术要求 1 不溶物 型硅酸盐水泥中不溶物不得超过0 75 型硅酸盐水泥中不溶物不得超过1 50 2 烧失量 型硅酸盐水泥中烧失量不得大于3 0 型硅酸盐水泥中烧失量不得大于3 5 3 细度水泥的细度表示水泥磨细的程度 通常用比表面积法或筛粉法来确定 国家标准规定 硅酸盐水泥比表面积大于300M 2 Kg 水泥的细度对水泥的性能影响很大 水泥颗粒越细 与水接触面积越大 水化反应月快 这对强度的发展 尤其是早期强度的发展是非常有利的 但是也不宜过细 水泥磨得过细一方面在存储期间容易细潮而降低强度 另一方面也会大大增加粉磨的能耗 4 凝结时间凝结时间分为初凝和终凝 由加水搅拌到水泥开始失去苏醒的时间称为初凝 由加水拌合到水泥浆体完全失去塑性并开始产生强度的时间称为终凝时间 水泥的初凝不宜太早 以便施工时有足够的时间来完成混凝土或砂浆的搅拌 运输 浇注和砌筑等操作 水泥的终凝不宜过迟 以便使混凝土能尽快地硬化 达到一定的强度 以利于下道工序的进行 国家标准规定 硅酸盐水泥初凝不得早于45分钟 终凝不得迟于390分钟 影响水泥凝结的因素很多 如熟料的矿物组成 水泥的细度 环境的温度 和湿度 拌合水量等 使用时可加入调凝剂来调整水泥的凝结速度 5 安定性安定性是指标准稠度的水泥浆在凝结硬化过程中体积均匀变化的性质 如果在工