《建筑材料》各讲资料VIP

建筑材料建筑材料 各讲资料各讲资料 建筑材料 各讲资料 建筑材料 是开放教育试点工业与民用建 筑专业的一门专业基础课 课程的任务是使学生获得有关建筑材料的性质与应用的基本知识和 必要的基本理论 并获得主要建筑材料实验的基本技能训练 第1讲概述 一 建筑材料简介 概念 分类 二 土木工程与材料的关系 三 建筑材料的发展 四 建筑材料的标准化 五 学习方法与要求第2讲建筑材料基本性质本章为全书重点之一 在讨论具体性质之前 要求同学理解不同材料 在结构物中的功用 不同 所处的环境不同 对其性质的要求也不同 本章所讨论的各种性质都是建筑材料经常要考虑的性质 掌握或了解这些性质的概念 包括定义 表示方法 实用意义等 对以后讨论各种材料意义重大 建筑材料的性质可归纳为物理性质 力学性质 化学性质 耐久性 等 材料的物理性质 一 表示材料物理状态特征的性质1 密度材料在绝对密实状态下单 位体积的干质量称为密度 绝对密实状态下体积测定方法1 少数密实材料2 多数有孔隙的材 料 磨细 干燥 用李氏瓶测定其绝对密实体积 2 表观密度材料 的干质量与表观体积之比 表观体积是实体积加闭口孔隙体积 此体积即材料排开水的体积 表观体积 含闭口孔隙 测定方法1 排液置换法2 水中称重法3 毛体积密度材料在自然状态下单位体积的干质量称为毛体积密度 体积测试方法对于规则形状材料的体积 可用量具测得 对于不规 则形状材料的体积 可采用封蜡排液法测得4 堆积密度散粒状材料 单位堆积体积 实体 开口孔隙 闭口孔隙 空隙体积 物质颗粒的质 量 注意密实状态下的体积是指构成材料的固体物质本身的体积 自然 状态下的体积是指固体物质的体积与全部孔隙体积之和 堆积体积 是指自然状态下的体积与颗粒之间的空隙之和 5 孔隙率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 密实度材料中固体体积与材料在自然状态下的体积之比的百分率 6 开口孔隙率材料中能被水饱和 即被水所充满 的孔隙体积与材 料在自然状态下的体积之比的百分率 7 闭口孔隙率材料中闭口孔隙的体积与材料在自然状态下的体积之 比的百分率 即闭口孔隙率 孔隙率 开口孔隙率 8 空隙率是指散粒状材料在自然堆积状态下 颗粒固体物质间空隙 体积占堆积体积的百分率 二 材料与水有关的性质1 亲水性当水与材料接触时 材料分子与 水分子之间的作力 吸附力 大于水分子之间的作用力 体积吸水 率质量吸水率是材料在浸水饱和状态下所吸收的水分的质量与材料 在绝对干燥状态下的质量之比 体积吸水率是材料在浸水饱和状态下所吸收的水分的体积与材料在 自然状态下的体积之比 4 材料的吸湿性材料在潮湿空气中吸收水分的性质 用含水率 表示含水率材料在自然状态下所含水的质量与材料干重 之比 材料的力学性质 一 材料在外力作用下的变形性质1 弹性变形材料在外力作用下产 生变形 当外力消除后 能够完全恢复原来形状的性质称为弹性 这种变形称为弹性变形 2 塑性变形材料在外力作用下产生变形而不出现裂缝 当外力消除 后 不能够自动恢复原来形状的性质称为塑性 这种变形称为塑性 变形 二 强度材料抵抗在应力作用下破坏的性能称为强度 强度通常以强度极限表示 强度极限即单位受力面积所能承受的最大荷载 比强度指材料强度与其表观密度之比 比强度意义反映材料轻质高强的指标 其值越大 材料越轻质高强 注意对于以力学性质为主要性能指标的材料 通常按其强度值的大 小划分成若干等级或标号 脆性材料 混凝土 水泥等 主要以抗压强度来划分等级或标号 塑性材料 钢材等 以抗拉强度来划分 强度值和强度等级或标号不能混淆 前者是表示材料力学性质的指 标 后者是根据强度值划分的级别 三 材料的耐久性 泛指材料在使用条件下 受各种内在或外然因素及有害介质的作用 能长久地保持其使用性能的性质 第3讲建筑钢材基本知识 一 铁和钢的概念 一 铁铁分为白口铁和灰口铁 白口铁主要作为炼钢的原料 灰口铁可直接用于铸造 故称铸铁 二 钢将熔融的生铁进行氧化 使其中碳 硫 磷等杂质含量降 低到允许范围内 以铁为主要元素 含碳量在0 02 2 06 并含有 其他元素的合金材料称为钢 含碳量超过2 06 称为生铁 含碳量小于0 08 称为工业纯铁 二 钢的分类 1 按冶炼时脱氧程度分沸腾钢脱氧不充分 代号 F 半镇静钢 脱氧程度介于 F 与 Z 之间 代号 b 镇静钢脱氧充分 代 号 Z 特殊镇静钢脱氧彻底 代号 TZ 2 低碳钢按化学成分分类低碳钢含碳量 0 25 中碳钢含碳量 2 5 0 6 高碳钢含碳量 0 6 2 06 3 按合金元素含量分低合金钢合金元素总含量10 4 按杂质 含S和P元素 含量 品质 分类普通钢含硫量 0 050 含磷量 0 045 优质钢含硫量 0 035 含磷量 0 035 高级 优质钢含硫量 0 025 含磷量 0 025 牌号后加 高 或 A 特级优质钢含硫量 0 015 含磷量 0 015 后加 E 5 按结构用途分结构钢如各种工程构件及机械零件 属低碳钢或中 碳钢 工具钢如刀具 模具用钢 特殊钢如不锈钢 耐热钢 耐磨 钢建筑钢材的主要技术性质 一 力学性质 一 抗拉性能拉伸作用 是建筑钢材主要受力形式 所以 抗拉性能是表示钢材性质和选用钢材最重要的指标 钢材受拉直至破坏经历了四个阶段 1 弹性阶段在此阶段 钢材的应力和应变成正比关系 此阶段产生的变形是弹性变形 2 屈服阶段随着拉力的增加 应力和应变不再是直线关系 钢材产 生了弹性变形和塑性变形 当拉力达到某一定值时 即使应力不再增加 塑性变形仍明显增长 钢材出现了屈服现象 此点对应的应力值被称为屈服点 或称屈 服强度 屈服点是重要的指标 它表明钢材若在屈服点以上工作 虽然没有 断裂 但会产生较大的塑性变形 因此 在结构设计时 屈服点是确定钢材容许应力的主要依据 3 强化阶段拉力超过屈服点以后 钢材又恢复了抵抗变形的能力故 称强阶段 强化阶段对应的最高应力称为抗拉强度或强度极限 抗拉强度是钢材抵抗断裂破坏能力的指标 虽然在结构设计时不能利用 但却可以根据屈强比来评价钢材的利 用率和安全工作程度 屈强比是屈服强度比抗拉强度 若屈强比小 钢材在偶而超载时不 会破坏 但屈强比过小 钢材的利用率低 是不经济的 适宜的屈强比应该是在保证安全使用的前提下 钢材有较高的利用 率 通常情况下 屈强比在0 60 0 75范围内是比较合适的 4 颈缩阶段过了抗拉强度以后 钢材抵抗变形的能力明显降低 并 在受拉试件的某处 迅速发生较大的塑性变形 出现颈缩现象 直 至断裂 二 冲击韧性冲击韧性是指在冲击荷载作用下 钢材抵抗破坏的 能力 钢的冲击韧性受下列因素影响1 钢材的化学组成与组织状态钢材中 硫 磷的含量高时 冲击韧性显著降低 细晶粒结构比粗晶粒结构的冲击韧性要高 2 钢材的轧制 焊接质量沿轧制方向取样的冲击韧性高 焊接钢件 处的晶体组织均匀程度 对冲击韧性影响大 3 环境温度当温度较高时 冲击韧性较大 当温度降至某一范围时 冲击韧性突然降低很多 钢材断口由韧性 断裂状转为脆性断裂状 这种性质称为低温冷脆性 发生低温冷脆性时的温度 范围 称脆性临界温度 范围 在严寒地区选用钢材时 必须对钢材冷脆性进行评定 此时选用钢 的脆性临界温度应低于环境最低温度 4 时效随着时间的进展 钢材机械强度提高 而塑性和韧性降低的 现象称为时效 三 疲劳性能疲劳破坏交变荷载反复作用 钢材在应力低于屈服 强度时 突然发出脆性断裂的现象 疲劳强度钢材在无穷次交变荷载作用下而不至于引起断裂的最大循 环应力值 一般情况下 钢材的抗拉强度高 其疲劳极限也较高 二 工艺性能冷弯性能和可焊性是建筑钢材的重要工艺性能 一 冷弯性能冷弯性能是指钢材在常温下承受弯曲变形的能力 钢材在弯曲过程中 受弯部位产生局部不均匀塑性变形 这种变形 在一定程度上比伸长率更能反映钢的钢材的冷加工强化和时效处理 一 冷加工强化在常温下 钢材经拉 拔 轧等加工 使其产生 塑性变形 而调整其性能的方法称为冷加工 冷加工后的钢材 屈服点和硬度提高 塑性降低 钢材得到强化 若冷拉后的钢材 立即受拉 我们发现虽然屈服点提高 但抗拉强 度基本不变 塑性和韧性降低 弹性模量降低 冷加工强化的原因 是冷拉超过屈服点时 塑性变形造成滑移面钢 材的热处理热处理是将钢材按规定的温度制度 进行加热 保温和 冷却处理 以改变其组织 得到所需要的性能的一种工艺 热处理的方法有淬火 回火 退火和正火 建筑钢材的主要钢种 一 碳素结构钢 非合金结构钢 1 牌号国家标准规定 牌号由代表屈服点的符号 Q 屈服点值 195 215 235 275兆帕 质量等级 A B C D 和脱氧程度 F b Z TZ 构 成 其中A B为普通质量钢 C D为磷 硫杂质控制较严格的优质钢 脱氧程度以F代表沸腾钢 b代表半镇静钢 T和TZ分别代表镇静钢和 特殊镇静钢 例如Q235 A F 表示屈服点为235兆帕的质量为A级的沸腾钢 2 选用建筑工程中主要应用的碳素钢是Q235号钢 它之所以普遍应用 主要是它的机械强度 韧性和塑性及加工等综 合性能好 而且冶炼方便 成本较低 Q215号钢机械强度低 塑性大 受力后变形大 经加工及时效处理 后可代替Q235使用 在选用钢的牌号时 还必须熟悉钢的质量 一般的说 平炉钢和氧气转炉钢较好 质量等级为D C的钢优于B A 级纲 特殊镇静钢和镇静钢优于平镇静钢 更优于沸腾钢 二 低合金高强度结构钢 1 牌号这种钢的牌号由代表屈服点的Q 屈服点数值 质量等级符 号 根据含硫磷有害物质的合量分为A B C D E共5级 逐级提 高 三个部分按顺序排列 低合金高强度结构钢均为镇定钢 共有8个牌号 Q 345 Q 390 Q 420 Q 460 Q 500 Q 550 Q 620 Q690 2 性能低合金结构钢比碳素结构钢强度高 塑性和韧性好 尤其是 抗冲击 耐低温 耐腐蚀能力强 并且质量稳定 可节省钢材 在钢结构中 常采用低合金结构钢轧制的型钢 钢板和钢管来建造 桥梁 高层及大跨度钢结构建筑 在预应力钢筋混凝土中 二 三级钢筋即是由普通质量低合金钢轧制的 三 优质碳素结构钢 大部分为镇静钢按冶炼质量分优质钢 高 级优质钢 牌号后加 A 特级优质钢 牌号后加 E 应用4 5号钢用作预应力砼锚具 60 70 75和80号钢用于生产预应力砼用钢丝 钢绞线常用的建筑钢材 钢筋混凝土结构用钢筋与钢丝 主要了解热轧钢筋 一 热轧钢筋的级别和技术性能 1 热轧光圆钢筋HPB 235 HPB300常用的公称直径6mm 8mm 10mm 12mm 16mm 20mm 详见技术标准性能强度低 但塑性 焊接性能较好 便于加工 应用普通钢筋混凝土工程中 2 热轧带肋钢筋 由低合金钢制成牌号划分普通型HRB 335 HRB 400 HRB500细晶粒型HRBF 335 HRBF 400 HRBF500性能较高的强度 塑性和可焊性好新标准的标志HRB33 5用 3 表示 HRB400用 4 表示 HRB500用 5 表示 HRBF335 用 C3 表示 HRBF400用 C4 表示 HRBF500用 C5 表示 二 热轧钢筋的选用二三级钢筋属于普通质量低合金钢轧制的 适 合用做非预应力钢筋和预应力钢筋 而四级钢筋是由优质合金钢轧 制的 质量好 强度高 适宜做预应力钢筋 而一级钢筋宜做非预 应力钢筋 随钢筋级别提高 钢筋的机械强度提高 塑性及冷弯性能均降低 当所选钢筋强度偏低 塑性偏大时 可以通过冷拉加时效处理的方 法调整其性质 并达到节约钢材的目的 三 钢筋的选用原则钢材的常用直径钢丝 4 5 mm 钢铰线12 74 15 75 mm 钢筋6 8 10 12 14 16 18 20 22 25 28 30 32钢筋混凝土结构普通 钢筋宜优先选用HRB400级和HRB335级钢筋 节省钢筋用量 预应力混 凝土预应力筋宜采用预应力钢绞丝 中高强钢丝 也可采用热处理 钢筋 建筑钢材的防锈建筑钢材表面与周围环境接触时 往往会发生电化 学腐蚀和化学腐蚀 使钢表面锈蚀 无论在堆放还是在使用过程中 钢材锈蚀后 都会造成应力截面减 小 表面缺陷增多 承载力及冲击韧性降低 混凝土保护层遭受破 坏 甚至造成脆性断裂 防止钢材锈蚀的根本方法是防止潮湿和隔绝空气 目前常采用表面涂漆的隔离方法 此外也可以采取渡锌后再涂塑料涂层等方法 对重要钢结构 还可以采取阴极保护的措施 在钢筋混凝土中 尤其对预应力承重结构的防锈 首先要严格控制 钢筋 钢丝质量 其次要提高混凝土密实度 加大保护层厚度 严 格控制氯盐掺量 必要时掺入阻锈剂来防止钢筋锈蚀 第4讲无机胶凝材料胶凝材料分为无机胶凝材料 以无机化合物为基 本成分 和有机胶凝材料 天然的或合成的有机高分子化合物为基 本成分 无机胶凝材料按凝结硬化条件分气硬性胶凝材料和水硬 性胶凝材料 气硬性胶凝材料只在空气中硬化的胶凝材料 水硬性胶凝材料既能在空气中硬化又能在水中硬化的胶凝材料 石灰 一 石灰的原料与生产生产石灰的原料主要是含碳酸钙为主的天然 岩石 如石灰石 白垩等 将这些原料在高温下煅烧 即得生石灰 主要成分为氧化钙 正常温度下煅烧得到的石灰具有多孔结构 石灰的特性1 保水性与 可塑性好 2 凝结硬化慢 强度低 3 耐水性差 4 干燥收缩大 石膏 一 石膏的化学组成生产石膏的原料主要为含硫酸钙的天然石膏 又称生石膏 或含硫酸钙的化工副产品和磷石膏 氟石膏 硼石膏 等废渣 其化学式为CaSO4 2H2O 也称二水石膏 将天然二水石膏在不同的温度下煅烧可得到不同的石膏品种 如将天然二水石膏在107 1700c的干燥条件下加热可得建筑石膏 CaSO4 1 2H2O 二 建筑石膏的凝结与硬化将建筑石膏加水后 它首先溶解于水 然后生成二水石膏析出 随着水化的不断进行 生成的二水石膏胶体微粒不断增多 这些微 粒比原先更加细小 比表面积很大 吸附着很多的水分 同时浆体 中的自由水分由于水化和蒸发而不断减少 浆体的稠度不断增加 胶体微粒间的黏结逐步增强 颗粒间产生摩擦力和黏结力 使浆体 逐渐失去可塑性 即浆体逐渐产生凝结 继续水化 胶体转变成晶体 晶体颗粒逐渐长大 使浆体完全失去可塑性 产生强度 即浆体产 生了硬化 这一过程不断进行 直至浆体完全干燥 强度不在增加 此时浆体 已硬化人造成石材 浆体的凝结硬化过程是一个连续进行的过程 从加水开始拌合一直到浆体开始失去可塑性的过程称为浆体的初凝 对应的这段时间称为初凝时间 从加水拌合开始一直到浆体完全 失去可塑性 并开始产生强度的过程称为浆体的硬化 对应的时间 称为终凝时间 三 建筑石膏的特性 质量要求与应用 一 建筑石膏的特性建筑 石膏与其他胶凝材料相比有以下特性1 凝结硬化快2 凝结硬化时体 积微膨胀3 孔隙率大与体积密度小4 保温性与吸声性好5 强度较低6 具有一定的调温与调湿性能7 防火性好但耐火性较差8 耐水性 抗 渗性 抗冻性差 二 建筑石膏的质量要求建筑石膏的质量要求主 要有强度 细度和凝结时间 按强度和细度划分为优等品 一等品和合格品 各等级建筑石膏的初凝时间不得小于6min 终凝时间不得大于30min 三 建筑石膏的应用建筑石膏的应用很广 主要用于室内抹灰 粉刷 生产各种石膏板等 水泥通用硅酸盐水泥Common PortlandCement 以硅酸盐水泥熟料和适量的石膏及规定的混合 材料制成的水硬性胶凝材料 分类按混合材料的品种和掺量分为硅酸盐水泥 普通硅酸盐水泥 矿渣硅酸盐水泥 火山灰质硅酸盐水泥 粉煤灰硅酸盐水泥和复合 硅酸盐水泥 一 硅酸盐水泥的矿物组成国家标准规定凡以硅酸钙为主的硅酸盐 水泥熟料 5 以下的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 统称为硅酸盐水泥 硅酸盐水泥的主要矿物组成是硅酸三钙 硅酸二钙 铝酸三钙 铁 铝酸四钙 硅酸三钙决定着硅酸盐水泥四个星期内的强度 硅酸二钙四星期后 才发挥强度作用 约一年左右达到硅酸三钙四个星期的发挥强度 铝酸三钙强度发挥较快 但强度低 其对硅酸盐水泥在1至3天或稍 长时间内的强度起到一定的作用 铁铝酸四钙的强度发挥也较快 但强度低 对硅酸盐水泥的强度贡献小 二 硅酸盐水泥的凝结与硬化硅酸盐水泥的水化硅酸盐水泥与水拌 合后 熟料颗粒表面的四种矿物立即与水发生水化反应 生成五种 水化产物水化硅酸钙和水化铁酸钙凝胶 氢氧化钙 水化铝酸钙 水化硫铝酸钙晶体 其中 水化硅酸钙凝胶约占50 氢氧化钙晶体约占20 水泥早期强度增长快 后期强度增长缓慢 若温度和湿度适宜 其 强度在几年或十几年后仍可缓慢增长 三 硅酸盐水泥的技术要求1凝结时间为保证在施工时有充足的时间 来完成搅拌 运输 成型等各种工艺 水泥的初凝时间不宜太短 施工完毕后 希望水泥能尽快硬化 产生强度 所以终凝时间不宜 太长 硅酸盐水泥的初凝时间不得早于45分钟 终凝时间不得迟于390分钟 2 体积安定性水泥浆体在凝结硬化过程中体积变化的均匀性称为水 泥的体积安定性 如体积变化不均匀即体积安定性不良 容易产生翘曲和开裂 降低 工程质量甚至出现事故 安全性不良的因素 1 熟料中游离MgO过量 煅烧时属于过火MgO 标准对其限定 MgO 5 2 石膏掺量过多 标准对其限定SO3 3 5 3 水泥中游离CaO过多 煅烧时属于过火CaO 试验方法试饼法和雷氏法 3 强度及强度等级a 检验方法 ISO法 水泥 标准砂 水 1 3 0 5 制成40mm 40mm 160mm棱柱体试件标准养护3d 28d 分别测定 抗折强度 抗压强度 b 强度等级fce k 1 以水泥28d抗压强度值表示 2 为强度范围的下限 3 水泥强度分类普通型 早强型思考测定水泥胶砂强度时 为什么 不用普通砂 而用标准砂 4 细度 选择性指标 水泥颗粒越细 比表面积越大 水化反应 越快越充分 早期和后期强度都较高 国家规定比表面积应大于300平方米 千克 否则为不合格 四 水泥石的腐蚀与防止1 水泥石受腐蚀的基本原因水泥石中含有 易受腐蚀的成分 即氢氧化钙和水化铝酸钙等 水泥石不密实 内 部含有大量的毛细孔隙 2 易造成水泥石腐蚀的介质软水及含硫酸盐 镁盐 碳酸盐 一般 酸 强碱的水 3 防止腐蚀的措施合理选用水泥的品种 掺入活性混合材料 提高 水泥密实度 设保护层 五 硅酸盐水泥的性质 应用与存放 一 硅酸盐水泥的性质与应 用1 早期及后期强度均高适用于预制和现浇的混凝土工程 冬季施 工的混凝土工程 预应力混凝土工程等 2 抗冻性好适用于严寒地区和抗冻性要求高的混凝土工程 3 耐腐蚀性差不宜用于受流动软水和压力水作用的工程 也不宜用 于受海水和其它腐蚀性介质作用的工程 4 水化热高不宜用于大体积混凝土工程 5 抗碳化性好适合用于二氧化碳浓度较高的环境 如翻砂 铸造车 间等 6 耐热性差不得用于耐热混凝土工程 7 干缩小可用于干燥环境 8 耐磨性好可用于道路与地面工程 二 硅酸盐水泥的运输与储存水泥在运输过程中 须防潮与防水 散装水泥须分库储存 袋装水泥的堆放高度不得超过十袋 水泥不 宜久存 超过三个月的水泥须重新试验 确定其标号 掺混合材料的硅酸盐水泥 一 混合材料1 非活性混合材料常温下不与氢氧化钙和水反应的混 合材料称为非活性混合材料 主要有石灰石 石英砂及矿渣等 作用是调节水泥标号 降低水化热 增加水泥的产量 降低水泥成 本等 2 活性混合材料常温下与氢氧化钙和水发生反应的混合材料称为活 性混合材料 主要有粒化高炉矿渣和火山灰质混合材料 主要作用是改善水泥的某种性能 此外也能起到调节水泥标号 降 低水化热和成本 增加水泥产量的作用 二 普通硅酸盐水泥凡由硅酸盐水泥熟料 6 15 的混合材料及适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料 称为普通硅 酸盐水泥 简称普通水泥 国家标准对普通硅酸盐水泥的技术要求有 1 细度筛孔尺寸为80 m的方孔筛的筛余不得超过10 否则为不 合格 2 凝结时间处凝时间不得早于45分钟 终凝时间不得迟于10小时 3 标号根据抗压和抗折强度 将硅酸盐水泥划分为42 5 42 5R 52 5 52 5R四个标号 普通硅酸盐水泥由于混合材料掺量较少 其性质与硅酸盐水泥基本 相同 略有差异 主要表现为 1 早期强度略低 2 耐腐蚀性稍好 3 水化热略低 4 抗冻性和抗渗性好 5 抗炭化性略差 6 耐磨性略差 三 矿渣硅酸盐水泥 火山灰质硅酸盐水泥 粉煤灰硅酸盐水泥矿 渣硅酸盐水泥简称矿渣水泥 它由硅酸盐水泥熟料 20 70 的粒化高炉矿渣及适量石膏组成 火山灰质硅酸盐水泥简称火山灰水泥 它由硅酸盐水泥熟料 20 40 的火山灰质混合材料及适量石膏组成 粉煤灰硅酸盐水泥简称粉煤灰水泥 它由硅酸盐水泥熟料 20 40 的粉煤灰及适量石膏组成 一 矿渣硅酸盐水泥 火山灰质硅酸盐水泥 粉煤灰硅酸盐水泥 的性质与应用三种水泥的共性 1 早期强度低 后期强度发展高熟料含量少二次水化慢适合大体积 混凝土 不宜用于冬期施工砼和早期强度要求高的砼 2 水化热较低因掺混合材料熟料中硅酸三钙和铝酸酸钙较少适合用 于大体积混凝土工程 不宜用于冬期施工 3 耐腐蚀性较好水泥水化后氢氧化钙发生了 二次水化反应 其含 量减少 由于掺了混合材料化铝酸钙含量较少 宜用于受化学及海水侵蚀的工程 4 抗冻性较差矿渣和粉煤灰水泥易泌水形成连通孔隙 火山灰水泥 一般需水量较大 增加孔隙含量 但矿渣水泥较好 不适合用于严寒地区及抗冻性要求高的混凝土 5 对温度敏感 适合高温养护高温能促进二次水化 适用于蒸汽养护的构件 2 三种水泥的特性 1 矿渣硅酸盐水泥耐热性好适合用于有耐热要求的混凝土工程 不适合用于有抗冻性要求的混凝土工程 2 火山灰质硅酸盐水泥抗渗性好适合用于有抗渗性要求的混凝土 工程 不适合用于干燥环境中的地上混凝土工程 也不宜用于有耐 磨性要求的混凝土工程 3 粉煤灰硅酸盐水泥抗裂性较高 不宜用于有抗渗要求的混凝土 工程 也不宜用于干燥环境中的混凝土工程及有耐磨性要求的混凝 土工程 四 复合硅酸盐水泥凡有硅酸盐水泥熟料 两种或两种以上规定的 混合材料 适量石膏磨细而成的水硬性胶凝材料 称为复合硅酸盐 水泥 复合硅酸盐水泥由于掺入了二种以上的混合材料 起到了互相取长 补短的作用 其效果大大优于只掺一种混合材料 其早期强度提高 且水化热低 耐腐蚀性 抗渗性及抗冻性较好 因而其用途更为广泛 是一种很有发展前途的水泥 第5讲混凝土的技术性能及应用混凝土是以胶凝材料与骨料按适当比 例配合 经搅拌 成型 硬化而成的一种人造石材 按所用胶凝材料分为水泥混凝土 石膏混凝土 水玻璃混凝土等 本章主要介绍广为应用的水泥混凝土 混凝土的特点 优点 抗压强度高 耐久 耐火 维修费用低 原材料丰富 成本低 混凝土拌合物具有良好的可塑性 混凝土与钢筋粘结良好 一般不会锈蚀钢筋 缺点 抗拉强度低 约为抗压强度的1 10 1 20 变形性能差 导热系数大 约为1 8W m K 体积密度大 约为2400kg m3左右 硬化较缓慢 普通混凝土的组成及基本要求 一 混凝土的组成混凝土是由水泥 水 砂和石子组成 水和水泥成为水泥浆 砂和石子为混凝土的骨料 在混凝土的组成中 骨料一般占总体积的70 80 水泥石约占20 30 其余是少量的空气 二 混凝土的基本要求 1 混凝土拌合物的和易性混凝土拌合物必须具有与施工条件相适应 的和易性 2 强度混凝土经养护至规定天数 应达到设计要求的强度 3 耐久性 4 经济性普通混凝土的组成材料 一 水泥水泥标号的选择 根据混凝土的强度要求确定 使水泥标 号与混凝土强度相适应 水泥的强度约为混凝土强度的1 5 2 0倍为好 二 细骨料粒径为5 以下的骨料称为细骨料 一般采用天然砂 混凝土用砂的质量要求 主要有以下几项 1 砂的粗细程度及颗粒级配粒径越小 总表面积越大 在混凝土中 砂的表面由水泥浆包裹 砂的总表面积越大 需要的 水泥浆越多 当混凝土拌合物的流动性要求一定时 显然用粗砂比用细砂所需水 泥浆为省 且硬化后水泥石含量少 可提高混凝土的密实性 但砂 粒过粗 又使混凝土拌合物容易产生离析 泌水现象 影响混凝土 的均匀性 所以 拌制混凝土的砂 不宜过细 也不宜过粗 评定砂的粗细 通常用筛分析法 细度模数越大 表示砂越粗 细度模数在3 7 3 1为粗砂 在3 0 2 3为中砂 在2 2 1 6为细砂 普通混凝土用砂的细度模数范围在3 7 1 6 以中砂为宜 在配制混凝土时 除了考虑砂的粗细程度外 还要考虑它的颗粒级 配 砂的颗粒级配是指粒径大小不同的砂相互搭配的情况 级配好的砂应该是粗砂空隙被细砂所填充 使砂的空隙达到尽可能 小 这样不仅可以减少水泥浆量 即节约水泥 而且水泥石含量少 混 凝土密实度提高 强度和耐久性加强 可见 要想减少砂粒间的空隙 就必须有良好的级配 2 泥 泥块及有害物质 1 泥及泥块泥黏附在骨料的表面 防碍水泥石与骨料的黏结 降 低混凝土强度 还会加大混凝土的干缩 降低混凝土的抗渗性和抗 冻性 泥块在搅拌时不宜散开 对混凝土性质的影响更为严重 2 有害物质砂中的有害物质主要包括硫化物 硫酸盐 有机物及 云母等 能降低混凝土的强度和耐久性 三 粗骨料最大粒径的大小表示粗骨料的粗细程度 粗骨料最大粒径增大时 骨料总表面积减少 可减少水泥浆用量 节约水泥 且有助于提高混凝土密实度 因此 当配制中等强度以 下的混凝土时 尽量采用粒径大的粗骨料 但粗骨料的最大粒径 不得大于结构截面最小尺寸的1 4 并不得大 于钢筋最小净距的3 4 对混凝土实心板 最大粒径不得大于板厚的 1 2 并不得超过50 四 混凝土拌合及养护用水凡能饮用的自来水及清洁的天然水都能 用来养护和拌制混凝土 污水 酸性水 含硫酸盐超过1 的水均不得使用 海水一般不用来拌制混凝土 五 混凝土外加剂在混凝土拌合物中 掺入能改善混凝土性质的材 料 称为外加剂 外加剂的掺入量一般不大于水泥质量的5 混凝土外加剂按其功能可分为1 改善混凝土拌合物和易性的外加剂 2 调节混凝土凝结时间和硬化性能的外加剂3 改善混凝土耐久性 的外加剂4 提高混凝土特殊性能的外加剂 一 减水剂按使用条件 不同 掺用减水剂可获得如下效果 1 在配合比不变的条件下 可提高混凝土流动性 且不降低强度 2 在保持流动性和强度不变的条件下 可减少水泥用量 3 在保持流动性和水泥用量不变的条件下 强度提高 二 早强剂它能提高混凝土的早期强度 并对后期强度无影响 应用各类早强剂均可加速混凝土硬化过程 明显提高混凝土的早期 强度 多用于冬期施工和抢修工程 或用于加快模板的周转率 炎热环境条件下不宜使用早强剂 早强减水剂 三 缓凝剂是指能延缓混凝土凝结时间 而不显著影响混凝土后 期强度的外加剂 应用高温季节混凝土 大体积混凝土 泵送与滑模方法施工 远距 离运输的商品混凝土 四 引气剂能在混凝土拌合物中引入一定量 的微小气泡 并均匀分布在混凝土拌合物中 在混凝土拌合物中形成大量气泡 使水泥浆的体积增加 可提高流 动性 若保持流动性不变 可减水10 左右 这些气泡能隔断混凝土中毛细孔的渗水通道 使混凝土的抗渗性和 抗冻性提高 特性 或技术经济效益 可改善混凝土拌合物的和易性气泡起滚珠 作用 减少颗粒间摩擦力 提高混凝土的抗冻性 抗渗性气泡堵塞或割断毛细管渗水通道降低 混凝土的强度由于有气泡使承载能力下降 即强度降低降低混凝土 的弹性模量由于气泡存在 使混凝土变形增大 E降低 六 混凝土拌合料在混凝土拌合物制备时 为了节约水泥 改善混 凝土的性能 和易性 抑制碱骨料反应 提高混凝土的强度 加 入的天然或人造的矿物材料 非活性矿物掺合料如磨细的石英砂 石灰石等活性矿物掺合料如粒 化高炉矿渣 火山灰质材料 粉煤灰 硅灰等 其能与水泥水化产 物氢氧化钙反应 生成具有水硬性的胶凝材料 普通混凝土的主要技术性质混凝土拌合物的和易性和易性是指混凝 土是否易于施工操作和均匀密实的性能 主要表现为是否易于搅拌和卸出 运输过程中是否分层 泌水 浇 灌时是否离析 振捣时是否易于填满模型 可见 和易性是一项综合性能 包括流动性 粘聚性和保水性 1 流动性指混凝土能够均匀密实的填满模型的性能 混凝土拌合物必须有好的流动性 2 粘聚性为什么要有好的粘聚性呢 粘聚性差的拌合物中的石子容 易与砂浆分离 并出现分层现象 振实后的混凝土表面还会出现蜂 窝 空洞等缺陷 3 保水性保水性差 泌水倾向加大 振捣后拌合物中的水分泌出 上浮 使水分流经的地方形成毛细孔隙 成为渗水通道 上浮到表 面的水分 形成疏松层 如上面继续浇灌混凝土 则新旧混凝土之 间形成薄弱的夹层 上浮过程中积聚在石字和钢筋下面的水分 形 成水隙 影响水泥浆与石字和钢筋的黏结 二 和易性的测定通常是测定拌合物的流动性 粘聚性和保水性一 般靠目测 坍落度法测定时 将混凝土拌合物按规定方法装入坍落筒内 然后 将筒垂直提起 由于自重会产生坍落现象 坍落的高度称为坍落度 坍落度越大 说明流动性越好 粘聚性的检查方法 是用捣棒在已坍落的拌合物一测轻敲 如果轻 敲后拌合物保持整体 渐渐下沉 表明粘聚性好 如果拌合物突然 倒塌 部分离析 表明粘聚性差 保水性的检查方法 是当坍落筒提起后如有较多稀浆从底部析出而 拌合物因失浆骨料外露 说明保水性差 如无浆或有少量的稀浆析 出 拌合物含浆饱满 则保水性好 三 影响和易性的因素1 用水量用水量是决定混凝土拌合物流动性 的主要因素 分布在水泥浆中的水量 决定了拌合物的流动性 拌合物中 水泥浆应填充骨料颗粒间的空隙 并在骨料颗粒表面形 成润滑层以降低摩擦 由此可见 为了获得要求的流动性 必须有 足够的水泥浆 实验表明 当混凝土所用粗 细骨料一定时 即使水泥用量有所变 动 为获得要求的流动性 所用水量基本是一定的 流动性与用水量的这一关系称为恒定用水量法则 这给混凝土配合比设计带来很大方便 注意增加用水量虽然可以提高流动性 但用水量过大 又使拌合物 的粘聚性和保水性变差 影响混凝土的强度和耐久性 因此 必须在保持水灰比即水与水泥的质量比不变的条件下 在增 加用水量的同时 增加水泥的用量 2 水灰比水灰比决定着水泥浆的稀稠 为获得密实的混凝土 所用的水灰比不宜过小 为保证拌合物有良 好的粘聚性和保水性 所用的水灰比又不能过大 水灰比一般在0 5 0 8 在此范围内 当混凝土中用水量一定时 水灰比的变化对流动性影 响不大 3 砂率砂率是指混凝土中砂的用量占砂 石总量的质量百分率 当砂率过大时 由于骨料的空隙率与总表面积增大 在水泥浆用量 一定的条件下 包覆骨料的水泥浆层减薄 流动性变差 若砂率过 小 砂的体积不足以填满石子的空隙 要用部分水泥浆填充 使起 润滑作用的水泥浆层减薄 混凝土变的粗涩 和易性变差 出现离 析 溃散现象 而在合理砂率下 在水泥浆量一定的情况下 使混凝土拌合物有良 好的和易性 或者说 当采用合理砂率时 在混凝土拌合物有良好的和易性条件 下 使水泥用量最少 可见合理砂率 就是保持混凝土拌合物有良好粘聚性和保水性的最 小砂率 4 其他影响因素影响和易性的其他因素有水泥品种 骨料条件 时 间和温度 外加剂等 四 和易性的调整与改善 1 当砼流动性 设计要求时 保持W C不变 增加水泥浆用量 2 当坍落度 设计要求时 保持砂率不变 增加砂石用量 3 改善集料级配 可增加砼流动性 及改善黏聚性和保水性 4 掺外加剂 减水剂或引气剂 改善砼的和易性 5 尽可能选用合理砂率 当粘聚性不足时适当增大砂率 五 坍落度的选择坍落度的选择原则是在满足施工要求的前提下 尽可能采用较小的坍落度 普通混凝土强度和强度等级 一 混凝土强度 一 混凝土的抗压强度和强度等级混凝土强度包 括抗压 抗拉 抗弯和抗剪 其中以抗压强度为最高 所以混凝土 主要用来抗压 混凝土的抗压强度是一项最重要的性能指标 按照国家规定 以边长为150 的立方体试块 在标准养护条件下 温度为20度左右 相对湿度大于90 养护28天 测得的抗压强度值 称为立方抗压强度fcu 混凝土按强度分成若干强度等级 混凝土 的强度等级是按立方体抗压强度标准值fcu k划分的 立方体抗压强度标准值是立方抗压强度总体分布中的一个值 强度 低于该值得百分率不超过5 即有95 的保证率 混凝土的强度分为C 15 C 20 C 25 C 30 C 35 C 40 C 45 C 50 C 55 C 60 C 65 C70和C80等十四个等级 二 轴心抗压强度为了使测得的混凝土强度接近于混凝土结构的 实际情况 在钢筋混凝土结构计算中 计算轴心受压构件 例如柱 子 衍架的腹杆等 时 都是采用混凝土的轴心抗压强度作为依据 轴心抗压强度以fc k表示 标准试件为150mm 150mm 300mm 三 普通混凝土受压破坏特点混凝土受压破坏主要发生在水泥石与 骨料的界面上 混凝土受荷载之前 粗骨料与水泥石界面上实际已存在细小裂缝 随着荷载的增加 裂缝的长度 宽度和数量也不断增加 若荷载是 继续的 随时间延长即发生破坏 决定混凝土强度的应该是水泥石与 粗骨料界面的黏结强度 四 影响混凝土强度的因素1 水泥强度和水灰比从普通混凝土受 压破坏特点得知 混凝土强度主要决定于水泥石与粗骨料界面的黏 结强度 而黏结强度又取决于水泥石强度 水泥石强度愈高 水泥石与粗骨料界面强度也愈高 至于水泥石强度 则取决于水泥强度和水灰比 这是因为水泥强度愈高 水泥石强度愈高 黏结力愈强 混凝土强 度愈高 在水泥强度相同的情况下 混凝土强度则随水灰比的增大有规律的 降低 但水灰比也不是愈小愈好 当水灰比过小时 水泥浆过于干稠 混 凝土不易被振密实 反而导致混凝土强度降低 我国通过实验求得的这种线性关系式为fcu afce C W b 式中fcu 混凝土28天龄期的抗压强度 C W 灰水比 fce 水泥实际强度 a b 经验系数 碎石混凝土 a 0 46 b 0 07 卵石混凝土 a 0 48 b 0 33式 中的水泥实际强度是经实验测定的强度值 在无法取得水泥实际强度值时 对新出厂的水泥可按下式计算fce r cfce g式中fce g 水泥强度等级值 MPa rc 水泥标号富余系数 应按实际资料确定 在无统计资料时可取1 13 注意混凝土强度 与水灰比关系的计算式只适用于塑性拌合物的混凝土 不适用于干 性拌合物的混凝土 采用的灰水比宜在1 25 2 5范围MPa的静水压力而不渗水 2 混凝土的抗冻性 指混凝土在水饱和状态下 能经受多次冻融循环作用而不破坏 同 时也不严重降低强度的性能 用抗冻等级表示分F 10 F 15 F 25 F 50 F 100 F 150 F 200 F250和F300共九个等级 相应表示在标准实验条件下 混凝土5能承受冻融循环次数不少于 10 15 25 50 100 150 200 250 300次 3 抗侵蚀性 指混凝土在含有侵蚀性介质环境中遭受到化学侵蚀 物理作用不破 坏的能力 侵蚀性介质包括软水 硫酸盐 镁盐 碳酸盐 一般酸 海水等 4 碱 集料反应是指混凝土建筑砂浆和砌块建筑砂浆和混凝土的区 别在于不含粗骨料 它是由胶凝材料 细骨料和水按一定的比例配 制而成 按其用途分为砌筑砂浆和抹面砂浆 按所用材料不同 分为水泥砂 浆 石灰砂浆 石膏砂浆和水泥石灰混合砂浆等 合理使用砂浆对节约胶凝材料 方便施工 提高工程质量有着重要 的作用 砌块外形多为直角六面体 砌块中主规格的长度 宽度或高度有一 项或一项以上分别大于 365 240和115mm 但高度不大于长度或宽度的六倍 长度不超过高 度的三倍 砂浆的技术性质 一 新拌砂浆的和易性砂浆的和易性是指砂浆是否容易在砖石等表 面铺成均匀 连续的薄层 且与基层紧密黏结的性质 包括流动性和保水性两方面含义 一 流动性又称稠度 指在重力或机械压力的作用下产生流动的 性能表示方法沉入度 mm 砂浆稠度测定仪的圆锥体沉入砂浆的 深度 沉入度越大 流动性越大 影响因素胶凝材料的种类和数量 骨料的种类和级配 搅拌时间 单位用水量等 选用通常情况下 基底为多孔吸水性材料 或在干热条件下施工时 应选择流动性大的砂浆 相反 基底吸水少 或湿冷条件下施工 应选流动性小的砂浆 二 保水性保水性是指砂浆保持水分的能力 保水性不良的砂浆 使用过程中出现泌水 流浆 使砂浆与基底黏 结不牢 且由于失水影响砂浆正常的黏结硬化 使砂浆的强度降低 保水性用分层度 C1 C2 表示砂浆的分层度 30mm 分层度不宜过大否则在存放 运输 施工中容易产生分层 易泌水 不便于施工 不宜过小否则砂浆过于干稠不易操作 易出现干缩开 裂 影响砂浆保水性的主要因素是胶凝材料种类和用量 砂的品种 细 度和用水量 在砂浆中掺入石灰膏 粉煤灰等粉状混合材料 可提高砂浆的保水 性 二 硬化砂浆的强度影响砂浆强度的因素有当原材料的质量一定时 砂浆的强度主要取决于水泥标号和水泥用量 此外 砂浆强度还受砂 外加剂 掺入的混合材料以及砌筑和养护 条件有关 砂中泥及其他杂质含量多时 砂浆强度也受影响 砌筑砂浆 一 砌筑砂浆的组成材料 一 胶凝材料主要用于砌筑砂浆的胶凝 材料有水泥和石灰 水泥品种的选择与混凝土相同 水泥标号应为砂浆强度等级的4 5倍 水泥标号过高 将使水泥用量不足而导致保水性不良 石灰膏和熟石灰不仅是作为胶凝材料 更主要的是使砂浆具有良好 的保水性 二 细骨料细骨料主要是天然砂 所配制的砂浆称为普通砂浆 砂中黏土含量应不大于5 强度等级小于M2 5时 黏土含量应不大 于10 砂的最大粒径应小于砂浆厚度的1 4 1 5 一般不大于2 5毫米 作为沟缝和抹面用的砂浆 最大粒径不超过1 25毫米 砂的粗细程 度对水泥用量 和易性 强度和收缩性影响很大 二 砌筑