建筑材料基础知识

了了解无机非金属材料无机非金属材料的定义定义与分类分类 以某些元素的氧化物 碳化物 氮化物 硼化物 硫系化合物 包括硫化物 硒化物及碲化物 和硅酸盐 钛酸盐 铝酸盐 硅酸盐 钛酸盐 铝酸盐 磷酸盐磷酸盐等含氧酸盐为主要组成的无机材料的泛称 分类分类 分为普通的 传统的传统的 和特种的 新型的新型的 无机非金属材料两大类 了解胶凝材料及其分类了解胶凝材料及其分类 胶凝材料 又称胶结料 在物理 化学作用下 能从浆体变成坚固的石状体 并能胶结其他物料 制成有一定机械强度的复 合固体的物质 胶凝材料分为有机胶凝材料和无机胶凝材料两大类 无机胶凝材料按照硬化条件 又可分为水硬性胶凝材料 水泥水泥 和非水硬 性胶凝材料 石灰石膏石灰石膏 一般为粉末状固体 在使用时用水或水溶液搅拌成浆体 了解硅酸盐的基本理论了解硅酸盐的基本理论 硅酸盐指的是硅 氧与其它化学元素 主要是铝 铁 钙 镁 钾 钠等 结合而成的化合物的总称 它在地壳中分布极广 是构成多数岩石 如花岗岩 和土壤的主要成分 熟悉建筑材料的定义与分类熟悉建筑材料的定义与分类 建筑材料是土木工程和建筑工程中使用的材料的统称 可分为结构材料 装饰材料和某些专用材料结构材料 装饰材料和某些专用材料 结构材料包括木材 竹材 石材 水泥 混凝土 金属 砖瓦 陶瓷 玻璃 工程塑料 复合材料等 装饰材料包括各种涂 料 油漆 镀层 贴面 各色瓷砖 具有特殊效果的玻璃等 专用材料指用于防水 防潮 防腐 防火 阻燃 隔音 隔热 保温 密封等 建筑材料基本性质建筑材料基本性质 1 密度 材料的绝对密实体积 V 密度 材料的表观体积 V0 材料在自然状态下的体积 表观密度 0 材料的堆积体积 V0 在堆集状态下的总体外观体积 堆积密度 0 2 孔隙率 孔隙率 0 0 1 100 1 100 V P V 空隙率 00 0 0 1 100 1 100 V P V 与水有关的性质与水有关的性质 1 材料的亲水性与憎水性 润湿角 在材料 水和空气的交点处 沿水滴表面的切线与水和固体接触面所成的夹角 润湿角 时 为亲 水性材料 时 为憎水性材料 钢材 玻璃 塑料 沥青 2 吸水性与吸湿性吸水性与吸湿性 吸湿 材料的吸湿性是指材料吸收空气中水分的性质 用含水率表示含水率是指材料中所含水的质量占其干质量的百分率 用 W h表示 计算公式如下 吸水性是指材料与水接触吸收水分的性质 吸水性的大小 100 g gs h m mm W gm gm W g s h 量 材料在干燥状态下的质 量 材料在含水状态下的质 材料的含水率 用吸水率表示 吸水率用两种表示方式 质量吸水率质量吸水率 100 g gb m m mm W gm gm W g b m 量 材料在干燥状态下的质 的质量 材料在吸水饱和状态下 材料的质量吸水率 体积吸水率体积吸水率 材料在吸水饱和状态下 所吸收水的体积占材料自然体 积的百分率 100 0 V mm W W gb v 3 3 0 0 1 cmg cmV W W v 水的密度 常温下取 的体积 干燥材料在自然状态下 材料的体积吸水率 耐水性耐水性 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 衡量材料耐水性的指标是材料的软化系数软化系数 0 85 的材料称为耐水性材料 可以用于水中或潮湿环境中的重要工程 用于一般受潮 g b f f k 压极限强度材料在干燥状态下的抗 的抗压极限强度材料在吸水饱和状态下 较轻或次要的工程部位时 材料软化系数也不得小于 0 75 4 抗冻性 材料在吸水饱和状态下 能经受反复冻融循环作用而不破坏 强度也不显著降低的性能 以试件在冻融后的质量损失 外形变化或强度降低不超过一定限度时所能经受的冻融循环次数来表示 或称为抗冻等级 材 料的抗冻等级可分为 F15 F25 F50 F100 F200 等 5 抗渗性 材料在压力水作用下抵抗水渗透的性能 抗渗等级是指用标准方法进行透水试验时 材料标准试件在透水前所能承受的最大水压力 三 与热有关的性质三 与热有关的性质 导热性 用导热系数 表示 热容量 材料在受热时吸收热量 冷却时放出热量的性质称为材料的热容量 应选用导热系数小 热容量大的材料作为保温隔热材料 四 力学性质 力学性质 1 材料的强度 材料在应力作用下抵抗破坏的能力 抗拉 抗压 抗剪强度的计算式如下 A P f max 抗弯强度用下式计算 2 max 2 3 bh LP ff 2 max bh LP ff 普通混凝土的分类普通混凝土的分类 按体积密度分按体积密度分 重混凝土 0 2800kg m3 普通混凝土 0 2000 2800kg m3 轻混凝土 0 2000kg m3 按胶凝材料分按胶凝材料分 水泥混凝土 硅酸盐混凝土 沥青混凝土 聚合物水泥混凝土 聚合物浸渍混凝土等 按用途分按用途分 结构混凝土 防水混凝土 道路混凝土 耐酸混凝土 大体积混凝土 防辐射混凝土等 混凝土的组成材料与技术要求混凝土的组成材料与技术要求 组成材料与结构组成材料与结构 普通混凝土是由水泥 粗骨料 碎石或卵石 细骨料 砂 和水拌合 经硬化而成的一种人造石材 砂 石在混凝土中起 骨架作用 并抑制水泥的收缩 水泥和水形成水泥浆 包裹在粗细骨料表面并填充骨料间的空隙 水泥浆体在硬化前起润滑 作用 使混凝土拌合物具有良好工作性能 硬化后将骨料胶结在一起 形成坚强的整体 2 2 主要技术性质 主要技术性质 混凝土的性质包括混凝土拌合物的和易性 混凝土强度 变形及耐久性和易性 混凝土强度 变形及耐久性等 和易性又称工作性 是指混凝土拌合物在一定的施工条件下 便于各种施工工序的操作 以保证获得均匀密实的混凝土的性 能 和易性是一项综合技术指标 包括流动性 稠度 粘聚性和保水性流动性 稠度 粘聚性和保水性三个主要方面 强度是混凝土硬化后的主要力学性能 反映混凝土抵抗荷载的量化能力 混凝土强度包括抗压 抗拉 抗剪 抗弯 抗折及 握裹强度 其中以抗压强度最大 抗拉强度最小 混凝土的变形包括非荷载作用下的变形和荷载作用下的变形 非荷载作用下的变形有化学收缩 干湿变形及温度变形等 水 泥用量过多 在混凝土的内部易产生化学收缩而引起微细裂缝 混凝土耐久性是指混凝土在实际使用条件下抵抗各种破坏因素作用 长期保持强度和外观完整性的能力 包括混凝土的抗冻 性 抗渗性 抗蚀性及抗碳化能力等 混凝土外加剂及应用混凝土外加剂及应用 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 1 混凝土外加剂的分类 按功能分为四类 1 改善混凝土拌合物流变性能的外加剂 减水剂 泵送剂 保水剂等 2 调节混凝土凝结时间 硬化性能的外加剂 缓凝剂 早强剂 速凝剂等 3 改善混凝土耐久性能的外加剂 引气剂 防水剂和阻锈剂等 4 改善混凝土其他性能的外加剂 引气剂 膨胀剂 防冻剂 着色剂 防水剂 碱骨料反应抑制剂 隔离剂 养护剂等 2 常用混凝土外加剂 1 减水剂 在混凝土坍落度基本相同的条件下 能减少拌合用水量的外加剂 减水剂的经济技术效果 在保证混凝土混合物和易性和水泥用量不变的条件下 可减少用水量 降低水灰比 从而提高混凝土的强度和耐久性 在保持混凝土强度 水灰比不变 和坍落度不变的条件下 可节约水泥用量 在保持水灰比与水泥用量不变的条件下 可大大提高混凝土混合物的流动性 从而方便施工 2 早强剂 能加速混凝土早期强度发展的外加剂 3 引气剂与引气减水剂 引气剂是指在混凝土搅拌过程中能引入大量均匀分布 稳定而封闭的微小气泡的外加剂 引入 的微小气泡 直径为20 1000 在拌合物中均匀分布 明显地改善混合料的和易性 提高混凝土的耐久性 抗冻性和抗 渗性 使混凝土的强度和弹性模量有所降低 4 缓凝剂及缓凝减水剂 缓凝剂是指能延长混凝土凝结时间的外加剂 5 防冻剂 混凝土配合比设计混凝土配合比设计 按照已选择的原材料性能及混凝土的技术要求进行初步计算 得出 初步配合比初步配合比 经过试验室试拌调整 得出 基准配合比基准配合比 经过强度检验 如有抗渗 抗冻等其他性能要求 应当进行相应的检验 定出满足设计和施工要求并比较经济的 试验室配 合比 也叫设计配合比 根据现场砂 石的实际含水率 对试验室配合比进行调整 求出 施工配合比 1 确定配制强度确定配制强度 fcu o 645 1 0 kcucu ff fcu 0 混凝土配制强度 MPa 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 2 初步确定水灰比初步确定水灰比 W C ceba0cu cea c w ff f m m 式中 a b 回归系数 应根据工程所用的水泥 集料 通过试验由建立的水灰比与混凝土强度关系式确定 当不 具备上述试验统计资料时 可取碎石混凝土 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 3 确定单位用水量确定单位用水量 mw 4 计算水泥用量计算水泥用量 mc 5 确定砂率确定砂率 s 6 计算砂 石子用量计算砂 石子用量 ms0 mg0 7 计算初步配合比计算初步配合比 水泥水化 水泥水化 硅酸盐水泥拌合水后 四种主要熟料矿物与水反应 分述如下 硅酸三钙水化 硅酸三钙在常温下的水化反应生成水化硅酸钙 C S H 凝胶 和氢氧化钙 3CaO SiO2 nH2O xCaO SiO2 yH2O 3 x Ca OH 2 硅酸二钙的水化 C2S 的水化与 C3S 相似 只不过水化速度慢而已 2CaO SiO2 nH2O xCaO SiO2 yH2O 2 x Ca OH 2 所形成的水化硅酸钙在 C S 和形貌方面与 C3S 水化生成的都无大区别 故也称为 C S H 凝胶 但 CH 生成量比 C3S 的少 结晶却粗大些 铝酸三钙的水化 铝酸三钙的水化迅速 放热快 其水化产物组成和结构受液相 CaO 浓度和温度的影响很大 先生成介稳状态的水化铝 酸钙 最终转化为水石榴石 C3AH6 在有石膏的情况下 C3A 水化的最终产物与起石膏掺入量有关 最初形成的三硫型水化硫铝酸钙 简称钙矾石 常用 AFt 表示 若石膏在 C3A 完全水化前耗尽 则钙矾石与 C3A 作用转化为单硫型水化硫铝酸钙 AFm 铁相固溶体的水化 水泥熟料中铁相固溶体可用 C4AF 作为代表 它的水化速率比 C3A 略慢 水化热较低 即使单独水化也不会引起快凝 其水 化反应及其产物与 C3A 很相似 一 砌筑砂浆的组成材料一 砌筑砂浆的组成材料 1 胶结料及掺加料胶结料及掺加料 水泥 不宜大于32 5级 水泥混合砂浆采用的水泥 其强度等级不宜大于42 5级 在水泥砂浆中掺入部分石灰膏 粘 土膏或粉煤灰等 改善砂浆和易性 降低水泥用量 称水泥混合砂浆 消石灰粉不得直接用于砌筑砂浆中 2 细集料细集料中砂 其中毛石砌体宜选用粗砂 砂的含泥量不应超过5 强度等级为M2 5的水泥混合砂浆 砂的含泥量不应超过10 3 对外加剂的要求 一般应使用无机外加剂无机外加剂 其品种和掺量应经试验确定 4 砂浆用水的要求与混凝土的要求相同 砌筑砂浆的技术性质砌筑砂浆的技术性质 1 砂浆的流动性 稠度 指标是沉入度 它是以砂浆稠度仪测定的 其单位为 mm 工程中对砂浆稠度选择的依据是砌体类型和施工气候条件 影响砂浆流动性的因素有 砂浆的用水量 胶凝材料的种类和用量 集料的粒形和级配 外加剂的性质和掺量 拌和的 均匀程度等 2 砂浆的保水性 用砂浆分层度仪测定 以分层度 mm 表示 分层度过大 表示砂浆易产生分层离析不利于施工及水泥硬化 砌筑砂浆 分层度不应大于 30mm 分层度过小 容易发生干缩裂缝 故通常砂浆分层度不宜小于10mm 3 凝结时间 建筑砂浆凝结时间 以贯入阻力达到0 5MPa为评定依据 水泥砂浆不宜超过 h 水泥混合砂浆不宜超过10h 加入外加 剂后应满足设计和施工的要求 4 强度与强度等级 标准试件尺寸为 70 7mm 立方体试件一组 6 块 标养至 28 测定其抗压强度平均值 MPa 砌筑砂浆按抗压强度划 分为 M20 M15 M7 5 M5 0 M2 5 等六个强度等级 砌筑砂浆的配合比设计砌筑砂浆的配合比设计 JGJ T98 96 1 砌筑砂浆配制强度 fm 0 的确定fm 0 f2 0 645 砌筑砂浆现场强度标准差 应按下式计算 1 1 22 n fnf n i i 计算每立方米砂浆中水泥用量 c kg 每立方米砂浆中水泥用量 可按下式计算 ce m c Af Bf Q 0 1000 当水泥砂浆中的计算用量不足200 kg m3时 应按200 kg m3采用 3 按水泥用量计算掺加料用量 水泥混合砂浆的掺加料用量应按下式计算 D 一Qc 每立方米砂浆中水泥和掺加料的总量 精确至1 宜在300 350 之间 4 确定砂用量 Qs kg 3 Qs 1 0干