建筑材料（土木工程材料）知识汇编

建筑材料 土木工程材料 知识汇编建筑材料 土木工程材料 知识汇编 绪论一 建筑材料的分类用于土建工程的材料总称为建筑材料或土木 工程材料 1 按化学成分分类1 1无机材料金属材料黑色金属材料 钢 铁有色金属材料 铝 铜 合金非金属材料天然石材 大理石 花岗石陶瓷和玻璃 砖 瓦 卫生陶瓷 玻璃无机胶凝材料 石灰 石膏 水玻璃砂浆 混凝土 水泥 砂浆 混凝土1 2有机材料木材 沥青 塑料 涂料 油漆1 3复合材料金属与非金属复合 钢筋混凝土 钢纤维混凝土有机与无机复合 玻璃钢 沥青混凝土 聚合物混凝土2 按用途分类结构材料砖 石 材 砌块 钢材 混凝土防水材料沥青 塑料 橡胶 金属 聚乙 烯胶泥饰面材料墙面砖 石材 彩钢板 彩色混凝土吸音材料多孔 石膏板 塑料吸音板 膨胀珍珠岩绝热材料 塑料 橡胶 泡沫混凝 土卫生工程材料金属管道 塑料 陶瓷2二 建筑材料的发展随生产 力发展而发展原始时代 天然材料木材 岩石 竹 粘土石器 铁器时代 金字塔 2000 3000BC 石材 石灰 石膏万里长城 200BC 条石 大砖 石灰砂 浆布达拉宫石材 石灰砂浆罗马园剧场 70 80AC 石材 石灰砂浆18世纪中叶 钢材 水泥 J Aspdin 1824 19世纪 钢筋混凝土 1890 1892 中国 189820世纪 预应力混凝土 高分子材料21世纪 轻质 高强 节能 高性能绿色建材三 建筑材料在国民经济中的地 位和作用1 建筑材料是发展建筑业的物质基础材料费用一般占建筑 工程总造价的50 70 十五 期间我国全社会固定资产投资总规模为22 24万亿元 固定资产投资的60 70 将用于建筑设施建设或工程安装 从而 转化为建筑业的产值 而建筑业产值中的30 40 又要转化为对 建材业的需求 尤其是对水泥产品的需求 xx年 我国共生产水泥约70000万吨 比xx年大幅增长了12 7 占 世界产量的三分之一左右 超过亚洲产量的50 强 我国水泥行业 为我国经济持续 快速发展做出了重要贡献 xx年水泥产量的大幅度增长与我国持续快速稳定增长的宏观经济形 势密切相关 今年我国经济增长速度将达到8 GDP将突破10万亿元大关 建筑材料工业在国民经济建设中意义重大2 必须恰当选择和合理使 用原材料材料质量的优劣 配制是否合理 选用是否恰当直接影响 建筑工3程质量3 发展绿色建材四 建筑材料课程的作用 任务和学 习方法1 作用1 1为后续课程的学习提供必要的知识1 2为今后从事 专业技术工作时 合理选择和使用建筑材料打下基础2 任务2 1了解 材料在建筑物上所起的作用和要求2 2了解常用材料的生产 成分和 构造2 3掌握常用材料的技术性质 以及影响材料性质的主要因素及 其相互关系2 4掌握常用材料的标准 熟悉其分类 分等和规格2 5 熟悉常用材料的测试仪器 掌握测试方法和技术 2 6掌握常用材料的选用原则和方法 2 7掌握工地配置材料的配置原理及方法 了解这些材料的施工注意 事项3 学习方法3 1重点掌握材料的基本理论 基本知识 基本技能 常用材料 水泥 砼 石灰 石膏 玻璃 钢材 木材 沥青 高分子材料主 要的 水泥 砼 钢材每种材料原料 生产工艺 组成成分 构造 性质 应用 检验 储存以及它们之间的相互关系重点性质和应用 质检的基本原理 引起材性变化的内因和外因 3 2学习材料的技术标准 国家标准 行业标准 企业标准4GB 国家标准GBJ 建筑工程国家标准JGJ 建设部行业标准JC 国家建材局行业标准YB 冶金部行业标准JTJ 交通部行业标准SD 水电行业标准ZB 国家级专业标准例国家标准 硅酸盐水泥 普通硅酸盐水泥 GB175 1999标准名称 部门代号 编号 批准年份ASA American StandardAssociation美国标准ASTM American Societyfor TestingMaterials BS British Standard英国标准DIN Deutsch IndustrieNormen德国标准ISO International StandardOrganization国际标准协会3 2重视学好试验学习常用建筑 材料的检验方法 合格性判断和验收对实验数据 试验结果进行分析判别培养从事科 学研究的能力参考书范文昭主编 建筑材料中国建筑工业出版社2 湖南大学等编 土木工程材料 中国建筑工业出版社3 张德思主编 土木工程材料典型题解析及自测试题西北工业大学出版社第一章建 筑材料的基本性质第一节材料的组成与结构5 材料的组成1 1化学组 成无机非金属建筑材料的化学组成以各种氧化物含量来表示 金属材料以元素含量来表示 化学组成决定着材料的化学性质 影响其物理性质和力学性质 1 2矿物组成材料中的元素和化合物以特定的矿物形式存在并决定着 材料的许多重要性质 矿物组成是无机非金属材料中化合物存在的基本形式 1 3相组成材料中结构相近性质相同的均匀部分 2 材料的结构与构造2 1宏观结构 构造 材料的宏观结构是指用肉 眼和放大镜能够分辨的粗大组织 其尺寸约为毫米级大小 以及更大尺寸的构造情况 宏观构造 按孔隙尺寸可以分为 1 致密结构 基本上是无孔隙存在的材料 例如钢铁 有色金属 致密天然石材 玻璃 玻璃钢 塑料等 2 多孔结构 是指具有粗大孔隙的结构 如加气混凝土 泡沫混凝土 泡沫塑料及人造轻质材料等 3 微孔结构 是指微细的孔隙结构 如石膏制品 粘土砖瓦等 4 纤维结构 是指木材纤维 玻璃纤维 矿物棉纤维所具有的结 构 5 层状结构 采用粘结或其他方法将材料迭合成层状的结构 如胶合板 迭合人造板 蜂窝夹芯板 以及某些具有层状填充料的 塑料制品等 6 6 散粒结构 是指松散颗粒状结构 比如混凝土骨料 用作绝热材料的粉状和和粒状的添充料 2 2微观结构微观结构是指材料在原子 分子层次的结构 材料的微观结构 基本上可分为晶体与非晶体 晶体结构的特征是其内部质点 离子 原子 分子 按照特定的规 则在空间周期性排列 非晶体也称玻璃体或无定形体 如无机玻璃 玻璃体是化学不稳定结构 容易与其它物体起化学作用 2 3亚微观结构亚微观结构也称作细观结构 是介于微观结构和宏观 结构之间的结构形式 如金属材料晶粒的粗细及其金相组织 木材的木纤维 混凝土中的 孔隙及界面等 从宏观 亚微观和微观三个不同层次的结构上来研究土木工程材料 的性质 才能深入其本质 对改进与提高材料性能以及创制新型材 料都有着重要的意义 第二节材料的状态参数和结构特征1 材料的体积体积是材料占有的 空间尺寸 由于材料具有不同的物理状态 因而表现出不同的体积 1 1材料的绝对密实体积干材料在绝对密实状态下的体积 即材料内部没有孔隙时的体积 或不包括内部孔隙的材料体积 一般以 表示材料的绝对密实体积1 2材料的表观体积材料在自然状 态下的体积 即整体材料的外观体积 含内部孔隙和水分 一般以V0表示材料的表观体积 1 3材料的堆积体积7粉状或粒状材料 在堆集状态下的总体外观体 积 根据其堆积状态不同 同一材料表现的体积大小可能不同 松散堆 积下的体积较大 密实堆积状态下的体积较小 材料的堆集体积一般以m 来表示 2 材料的密度材料的密度是指材料在绝对密实状态下单位体积的质 量 按下式计算式中 密度 g cm3或kg m3m 材料的质量 g或kg V 材料的绝对密实体积 cm3或m3测试时 材料必须是绝对干燥状态 含孔材料则必须磨细后采用排开液体的方法来测定其体积 3 材料的表观密度表观密度 俗称 容重 是指材料在自然状态 下单位体积的质量 00V 按下式计算材料的表观体积是指包括内部孔隙在内的体积 因为大多数材料的表观体积中包含有内部孔隙 其孔隙的多少 孔 隙中是否含有水及含水的多少 均可能影响其总质量 有时还影响 其表观体积 因此 材料的表观密度除了与其微观结构和组成有关外 还与其内 部构成状态及含水状态有关4 材料的堆积密度堆积密度是指粉状或 粒状材料 在堆积状态下单位体积的质量 0V按下式计算Vm 0m 8式中 0 材料的堆积密度 g cm3或kg m3m 材料的质量 g或kg 材料的堆积体积 cm3或m3V0粉状或粒状材料的质量是指填充在一定 容器内的材料质量 其堆积体积是指所用容器的容积而言 因此 材料的堆积体积包含了颗粒之间的空隙 在土木建筑工程中 计算材料用量 构件的自重 配料计算以及确 定堆放空间时经常要用到材料的密度 表观密度和堆积密度等数据 5 材料的密实度密实度是指材料体积内被固体物质充实的程度 密实度的计算式 0如下对于绝对密实材料 因 0 故密实度D 1 或100 对于大多数土木工程材料 因 0 故密实度D 1或D 100 密度 0 材料的表观密度6 孔隙率材料的孔隙率是指材料内部孔隙的体积占 材料总体积的百分率 孔隙率P按下式计算7 空隙率空隙率是指散粒材料在其堆集体积中 颗粒之间的空隙体积所占 0V 0m 0 VVD 0001 VVVP9的比例 空隙率P 按下式计算 0 材料的表观密度 0 材料的堆积密度空隙率的大小反映了散粒材料的颗粒互相填充的致 密程度 空隙率可作为控制混凝土骨料级配与计算含砂率的依据 第三节材料的物理性质 一 材料与水有关的性质1 材料的亲水性与憎水性与水接触时 有 些材料能被水润湿 而有些材料则不能被水润湿 对这两种现象来 说 前者为亲水性 后者为憎水性 材料具有亲水性或憎水性的根本原因在于材料的分子结构 亲水性材料与水分子之间的分子亲合力 大于水分子本身之间的内 聚力 反之 憎水性材料与水分子之间的亲合力 小于水分子本身 之间的内聚力 工程实际中 材料是亲水性或憎水性 通常以润湿角的大小划分 润湿角为在材料 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 其中润湿角 愈小 表明材料愈易被水润湿 当材料的润湿角 时 为亲水性材料 当材料的润湿角 时 为憎水性材料 水在亲水性材料表面可以铺展开 且能通过毛细管作用自动将水吸 入材料内部 水在憎水性材料表面不仅不能铺展开 而且水分不能 渗入材料的毛细管中 见图1 1图1 1材料润湿示意图 亲水性材料 憎水性材料102 材料的吸水性材料能吸收水分的能力 称为材料的吸水性 吸水的大小以吸水率来表示 2 1质量吸水率质量吸水率是指材料在吸水饱和时 所吸水量占材料 在干燥状态gm下的质量百分比 并以 m表示 质量吸水率 m的计算公式为2 2体积吸水率体积吸水率是指材料在 吸水饱和时 所吸水的体积占材料自然体积的百分率 并以W 表示 体积吸水率W 的计算公式为 gm材料的吸水率与其孔隙率有关 更 与其孔特征有关 因为水分是通过材料的开口孔吸入并经过连通孔渗入内部的 材料内与外界连通的细微孔隙愈多 其吸水率就愈大 3 材料的吸湿性材料的吸湿性是指材料在潮湿空气中吸收水分的性 质 干燥的材料处在较潮湿的空气中时 便会吸收空气中的水分 而当 较潮湿的材料处在较干燥的空气中时 便会向空气中放出水分 前者是材料的吸湿过程 后者是材料的干燥过程 由此可见 在空气中 100 gbmmmW 100 gbmmmW 10010 V Wgbv mmW 11某一材料的含水多少是随空气的湿度变化的 材料在任一条件下含水的多少称为材料的含水率 并以 h表示 其 计算公式为显然 材料的含水率受所处环境中空气湿度的影响 当空气中湿度在较长时间内稳定时 材料的吸湿和干燥过程处于平 衡状态 此时材料的含水率保持不变 其含水率叫作材料的平衡含 水率 4 材料的耐水性材料的耐水性是指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KR软化系数反映了材料饱 水后强度降低的程度 是材料吸水后性质变化的重要特征之一 一般材料吸水后 水分会分散在材料内微粒的表面 削弱其内部结 合力 强度则有不同程度的降低 当材料内含有可溶性物质时 如石膏 石灰等 吸入的水还可能 溶解部分物质 造成强度的严重降低 材料耐水性限制了材料的使用环境 软化系数小的材料耐水性差 其使用环境尤其受到限制 软化系数的波动范围在0至1之间 工程中通常将 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 用于一般受潮较轻或次要的工程部位时 材料软化系数也不得小于0 75 100 ggshmmmW125 抗冻性材料吸水后 在负温作用条件下 水在 材料毛细孔内冻结成冰 体积膨涨所产生的冻胀压力造成材料的内 应力 会使材料遭到局部破坏 随着冻融循环的反复 材料的破坏作用逐步加剧 这种破坏称为冻 融破坏 抗冻性是指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 抗冻性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 15 25 50 100 200等 分别表示此材料可承受15次 25次 50次 100次 200次的冻融循环 材料的抗冻性与材料的强度 孔结构 耐水性和吸水饱和程度有关 6 材料的抗渗性抗渗性是材料在压力水作用下抵抗水渗透的性能 土木建筑工程中许多材料常含有孔隙 孔洞或其它缺陷 当材料两 侧的水压差较高时 水可能从高压侧通过内部的孔隙 孔洞或其它 缺陷渗透到低压侧 这种压力水的渗透 不仅会影响工程的使用 而且渗入的水还会带 入能腐蚀材料的介质 或将材料内的某些成分带出 造成材料的破 坏 6 1渗透系数材料的渗透系数可通过下式计算 6 2抗渗等级材料的 抗渗等级是指用标准方法进行透水试验时 材料标准试件AtHQdK 13 在透水前所能承受的最大水压力 并以字母P及可承受的水压力 以 0 1MPa为单位 来表示抗渗等级 如P 4 P 6 P 8 P10 等 表示试件能承受逐步增高至0 4MPa 0 6MPa 0 8MPa 1 0MPa 的水压而不渗透 二 材料的热工性质1 导热性当材料两面存在温度差时 热量从材料 一面通过材料传导至另一面的性质 称为材料的导热性 导热性用导热系数 表示 导热系数的定义和计算式如下所示2 热容量和比热材料在受热时吸 收热量 冷却时放出热量的性质称为材料的热容量 单位质量材料温度升高或降低1 所吸收或放出的热量称为热容量系 数或比热 比热的计算式如下所示3 热阻和传热系数热阻是材料层 墙体或其 它围护结构 抵抗热流通过的能力 热阻的定义及计算式为 式中 材料层热阻 m2 K W 材料层厚度 材料的导热系数 K 热阻的倒数 称为材料层 墙体 或其它围护结构 的传热系数 传热系数是指材料两面温度差为1 时 在单位时间内通过单位面积 的热量 144 材料的温度变形性材料的温度变形是指温度升高或降低时材料 的体积变化 除个别材料以外 多数材料在温度升高时体积膨胀 温度下降时体 积收缩 这种变化表现在单向尺寸时 为线膨胀或线收缩 相应的技术指标 为线膨胀系数 材料的单向线膨胀量或线收缩量计算公式为 L t2 t1 L式中 L 线膨胀或线收缩量 mm或cm t2 t1 材料升 降 温前后的温度差 材料在常温下的平均线膨胀系数 L 材料原来的长度 或 第四节材料的力学性质1 材料的强度 材料的强度是材料在应力作用下抵抗破坏的能力 通常情况下 材料内部的应力多由外力 或荷载 作用而引起 随 着外力增加 应力也随之增大 直至应力超过材料内部质点所能抵 抗的极限 即强度极限 材料发生破坏 根据外力作用方式的不同 材料强度有抗拉 抗压 抗剪 抗弯 抗折 强度等 材料的抗拉 抗压 抗剪强度的计算式如下 材料的抗弯强度与受力 情况有关 一般试验方法是将条形试件放在两支点上 中间作用一 集中荷载 对矩形截面试件 则其抗弯强度用下式计算152 弹性和 塑性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 这种完全恢复的变形称为弹性变形 或瞬时变形 材料在外力作用下产生变形 如果外力取消后 仍能保持变形后的 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 或永久变形 3 脆性和韧性材料受力达到一定程度时 突然发生破坏 并无明显 的变形 材料的这种性质称为脆性 大部分无机非金属材料均属脆性材料 如天然石材 烧结普通砖 陶瓷 玻璃 普通混凝土 砂浆等 脆性材料的另一特点是抗压强度高而抗拉 抗折强度低 在工程中使用时 应注意发挥这类材料的特性 材料在冲击或动力荷载作用下 能吸收较大能量而不破坏的性能 称为韧性或冲击韧性 韧性以试件破坏时单位面积所消耗的功表示 计算公式如下4 硬度和耐磨性 硬度材料的硬度是材料表面的坚硬 程度 是抵抗其它硬物刻划 压入其表面的能力 通常用刻划法 回弹法和压入法测定材料的硬度 刻划法用于天然矿物硬度的划分 按滑石 石膏 方解石 萤石 磷灰石 长石 石英 黄晶 刚玉 金刚石的顺序 分为 个硬 度等级 回弹法用于测定混凝土表面硬度 并间接推算混凝土的强度 也用 于测定陶瓷 砖 砂浆 塑料 橡胶 金属等的表面硬度并间16接推算其强度 耐磨性耐磨性是材料表面抵抗磨损的能力 材料的耐磨性用磨耗率表示 计算公式如下第五节材料的耐久性材 料的耐久性是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 材料在建筑物之中 除要受到各种外力的作用之外 还经常要受到 环境中许多自然因素的破坏作用 这些破坏作用包括物理 化学 机械及生物的作用 物理作用可有干湿变化 温度变化及冻融变化等 这些作用将使材料发生体积的胀缩 或导致内部裂缝的扩展 时间长久之后即会使材料逐渐破坏 在寒冷地区 冻融变化对材料会起着显著的破坏作用 在高温环境下 经常处于高温状态的建筑物或构筑物 所选用的建 筑材料要具有耐热性能 在民用和公共建筑中 考虑安全防火要求 须选用具有抗火性能的 难燃或不燃的材料 化学作用包括大气 环境水以及使用条件下酸 碱 盐等液体或有 害气体对材料的侵蚀作用 机械作用包括使用荷载的持续作用 交变荷载引起材料疲劳 冲击 磨损 磨耗等 生物作用包括菌类 昆虫等的作用而使材料腐朽 蛀蚀而破坏 砖 石料 混凝土等矿物材料 多是由于物理作用而破坏 也可能 同时会受到化学作用的破坏 金属材料主要是由于化学作用引起的腐蚀 木材等有机质材料常因生物作用而破坏 沥青材料 17高分子材料在阳光 空气和热的作用下 会逐渐老化 而使材料变脆或开裂 材料的耐久性指标是根据工程所处的环境条件来决定的 例如处于冻融环境的工程 所用材料的耐久性以抗冻性指标来表示 处于暴露环境的有机材料 其耐久性以抗老化能力来表示 例1 1材料的密度 表观密度 堆积密度有何区别 如何测定 材料含水 后对三者有什么影响 解密度表观密度堆积密度对于含孔材料 三 者的测试方法要点如下测定密度时 需先将材料磨细 之后采用排 出液体或水的方法来测定体积 测定表观密度时 直接将材料放入水中 即直接采用排开水的方法 来测体积 测定堆积密度时 将材料直接装入已知体积的容量筒中 直接测试其自然堆积状态下体积 例1 2某工地所用卵石材料的密度为2 65g cm 3 表观密度为2 61g cm 3 堆积密度为1680kg m3 计算此石子的孔隙率与空隙率 解 石 子的孔隙率P为例1 3某石材在气干 绝干 水饱和情况下测得的抗压强度分别为 174 178 165MPa 求该石材的软化系数 并判断该石材可否用于水下工 程 解 该石材的软化系数为 1819第三章建筑砂浆砂浆是由胶结料 细 骨料 掺加料和水按照适当比例配制而成的建筑材料 第一节砌筑砂浆将砖 石 砌块等粘结成为砌体的砂浆称为砌筑砂 浆 砌筑砂浆起着胶结块材和传递荷载的作用 是砌体的重要组成部分 1 砌筑砂浆的组成材料 1 胶结料及掺加料砌筑砂浆常用的胶凝材料有水泥 石灰膏 建 筑石膏等 砌筑砂浆用水泥的强度等级应根据设计要求进行选择 水泥砂浆采用的水泥 其强度等级不宜大于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 为改善砂浆和易性 降低水泥用量 往往在水泥砂浆中掺入部分石 灰膏 粘土膏或粉煤灰等 这样配制的砂浆称水泥混合砂浆 这些材料不得含有影响砂浆性能的有害物质 含有颗粒或结块时应 用 的方孔筛过滤 消石灰粉不得直接用于砌筑砂浆中 细集料砌筑砂浆用砂宜选用中砂 其中毛石砌体宜选用粗砂 砂的含泥20量不应超过 强度等级为 2 5的水泥混合砂浆 砂的含泥量不应超过 3 对外加剂的要求与混凝土中掺加外加剂一样 为改善砂浆的某 些性能 也可加入塑化 早强 防冻 缓凝等作用的外加剂 一般应使用无机外加剂 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 2 砌筑砂浆拌和物的技术性质 1 砂浆的流动性表示砂浆在自重或外力作用下流动的性能称为砂浆 的流动性 也叫稠度 表示砂浆流动性大小的指标是沉入度 它是以砂浆稠度仪测定的 其单位为 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 可参考 表5 1选用 砌体工程施工及验收规范 GB51203 1998 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 砂浆的保水性搅拌好的砂浆在运输 停放和使用过程中 阻止 水分与固体料之间 细浆体与集料之间相互分离 保持水分的能力 为砂浆的保水性 加入适量的微沫剂或塑化剂 能明显改善砂浆的保水性和流动性 砂浆的保水性用砂浆分层度仪测定 以分层度 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 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 3 凝结时间21建筑砂浆凝结时间 以贯入阻力达到0 5 a为评定 依据 水泥砂浆不宜超过 水泥混合砂浆不宜超过10 加入外加剂 后应满足设计和施工的要求 3 砌筑砂浆硬化后的技术性质3 1强度与强度等级砂浆以抗压强度 作为其强度指标 标准试件尺寸为70 7 立方体试件一组 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 20 15 7 5 5 0 2 5等六个强度等级 砂浆的强度除受砂浆本身的组成材料及配比影响外 还与基层的吸 水性能有关 对于水泥砂浆 可采用下列强度公式估算 不吸水基层 如致 密石材 这时影响砂浆强度的主要因素与混凝土基本相同 即主要 决定于水泥强度和水灰比 计算公式如下式中fm 砂浆28 抗压强度 MPa ce 水泥的实测强度 MPa C W 灰水比 吸水基层 如粘土砖及其他多孔材料 这时由于基层能吸水 当其吸水后 砂浆中保留水分的多少取决于其本身的保水性 而 与水灰比关系不大 因而 此时砂浆强度主要决定于水泥强度及水泥用量 计算公式如下式中 c 每立方米砂浆中水泥用量 砂浆的特征系数 A 3 03 22B 15 09各地区也可用本地区试验资 料确定 值 统计用的试验组数不得少于30组 3 2砌筑砂浆的粘结强度砌筑砂浆必须有足够的粘结力 才能将砖石 粘结为坚固的整体 砂浆粘结力的大小 将影响砌体的抗剪强度 耐久性 稳定性及抗振能力 通常粘结力随砂浆抗压强度的提高而增大 砂浆粘结力还与砌筑材料的表面状态 润湿程度 养护条件等有关 4 砌筑砂浆的配合比设计 JGJ T98 96 砌筑砂浆的配合比应满足施工和易性 稠度 的要求 保证设计 强度 还应尽可能节约水泥 降低成本 1 砌筑砂浆配制强度 fm 0 的确定fm 0 f2 0 645 式中fm 0 砂浆的配制强度 精确至0 1MPa f2 砂浆设计强度等级 即砂浆抗压强度平均值 MPa 砂浆现场强度标准差 精确至0 01MPa 砌筑砂浆现场强度标准差 应按下式计算 式中fi 统计周期内同一品种砂浆第 组试件的强度 MPa 统计周期内同一品种砂浆 组试件强度的平均值 MPa 统计周期内同一品种砂浆试件的总组数 25 当无近期统计资料时 砂浆现场强度标准差可参考表5 2 23 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 式中 c 每立方米砂浆中水泥用量 精确至1 fm 0 砂浆的配制强度 精确至0 1MPa 砂浆的特征系数 A 3 03 B 15 09 当水泥砂浆中的计算用量不 足200kg m3时 应按200kg 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式中 每立方米砂浆的水泥用量 精确至 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 D 每立方米砂浆的掺加料用量 精确至 石灰 粘土膏使用时的 稠度为120士5 对于不同稠度的石灰膏 可按表5 4进行换算 确定砂用量Qs kg Qs 1 0干24式中 0干 砂干燥状态 含水率小于0 5 的堆积密度 确定用水量Qw kg 3 按砂浆稠度要求 根据经验选定 一般混合砂浆约为260 300kg 水泥砂浆约为270 330kg 试配与调整按计算配合比 采用工程实际使用材料进行试拌 测定其拌合物的稠度和分层度 若不能满足要求 则应调整用水量 或掺加料 直到符合要求为止 然后 确定试配时的砂浆基准配合比 试配时至少应采用三个不同的配合比 其中一个为基准配合比 另 外两个配合比的水泥用量按基准配合比分别增加及减少 在 保证稠度 分层度合格的条件下 可将用水量或掺加料用量作相应 调整 对三个不同的配合比 经调整后 应按有关标准的规定成型试件 测定砂浆强度等级 并选定符合强度要求的且水泥用量较少的砂浆 配合比 例5 1某工程用砌砖砂浆设计强度等级为 10 要求稠度为80 100 的水泥石灰砂浆 现有砌筑水泥的强度为 32 5MPa 细集料为堆积密度1450kg m3的中砂 含水率为2 已有 石灰膏的稠度为100mm 施工水平一般 计算此砂浆的配合比 解根据已知条件 施工水平一般的M10砂浆的标准差 2 5MPa 表5 3 则此砂浆的试配强度为fm 0 f2 0 645 10 0 645 2 5 11 6MPa计算水泥用量25由A 3 03 B 15 09Qc 1000 11 6 15 09 3 03 32 5 271kg m3计算石灰膏用量 D QA 330 D 一Qc 330 271 59kg m3 查表5 4得稠度为100mm石灰膏换算为120 时需乘以0 97 则应掺加石灰 膏量为59 0 97 57kg m3砂用量为Qs 1 0干 1450 0 02 1479kg m3选择用水量为300kg m3则砂浆的设计配比为水泥石灰 膏砂水 271571479300该砂浆的设计配比亦可表示为水泥石灰膏砂 1 0 215 46 用水量为300kg m3 第二节抹面砂浆抹面砂浆也称抹灰砂 浆 用以涂抹在建筑物或建筑构件的表面 兼有保护基层 满足使 用要求和增加美观的作用 抹面砂浆的主要组成材料仍是水泥 石灰或石膏以及天然砂等 对 这些原材料的质量要求同砌筑砂浆 但根据抹面砂浆的使用特点 对其主要技术要求不是抗压强度 而 是和易性及其与基层材料的粘结力 为此 常需多用一些胶结材料 并加入适量的有机聚合物以增强粘 结力 另外 为减少抹面砂浆因收缩而引起开裂 常在砂浆中加入一定量 纤维材料 26 工程中配制抹面砂浆和装饰砂浆时 常在水泥砂浆中掺入占水泥 质量10 左右的聚乙烯醇缩甲醛胶 俗称 胶 或聚醋酸乙烯 乳液等 砂浆常用的纤维增强材料有麻刀 纸筋 稻草 玻璃纤维等 常用的抹面砂浆有石灰砂浆 水泥混合砂浆 水泥砂浆 麻刀石灰 浆 简称麻刀灰 纸筋石灰浆 简称纸筋灰 等 第三节装饰砂浆装饰砂浆是指用作建筑物饰面的砂浆 它是在抹面的同时 经各种加工处理而获得特殊的饰面形式 以满 足审美需要的一种表面装饰 装饰砂浆饰面可分为两类 即灰浆类饰面和石碴类饰面 灰浆类饰面是通过水泥砂浆的着色或水泥砂浆表面形态的艺术加工 获得一定色彩 线条 纹理质感的表面装饰 石碴类饰面是在水泥砂浆中掺入各种彩色石碴作骨料 配制成水泥 石碴浆抹于墙体基层表面 然后用水洗 斧剁 水磨等手段除去表 面水泥浆皮 呈现出石碴颜色及其质感的饰面 装饰砂浆所用胶凝材料与普通抹面砂浆基本相同 只是灰浆类饰面 更多地采用白水泥和彩色水泥 27第四章混凝土28混凝土是由胶凝材料 水和粗 细骨料按适当比 例配合 拌制成拌合物 经一定时间硬化而成的人造石材 土木建筑工程对混凝土质量的基本要求是具有符合设计要求的强度 具有与施工条件相适应的和易性 具有与工程环境相适应的耐久 性 材料组成经济合理 生产制作节约能源 第一节普通混凝土的组成材料 普通混凝土 简称为混凝土 是由 水泥 砂 石和水所组成 另外还常加入适量的掺合料和外加剂 在混凝土中 砂 石起骨架作用 称为骨料 水泥与水形成水泥浆 水泥浆包裹在骨料表面并填充其空隙 在硬化前 水泥浆起润滑作用 赋予拌合物一定的和易性 便于施 工 水泥浆硬化后 则将骨料胶结为一个坚实的整体 1 水泥 水泥是混凝土中最重要的组分 水泥品种的选择 应当根据混凝土工程性质与特点 工程的环境条 件及施工条件 结合各种水泥特性进行合理的选择 水泥强度等级的选择应当与混凝土的设计强度等级相适应 经验证明 配制C30以下的混凝土 水泥强度等级为混凝土强度等级 的1 1 1 8倍 配制 40以上的混凝土 水泥强度等级为混凝土强 度等级的1 0 1 5倍 同时宜掺入高效减水剂 2 细骨料 由自然风化 水流搬运和分选 堆积形成的 粒径小于4 75 的岩石颗粒 砂 称为细骨料 混凝土用砂的质量技术要求分述如下 29 2 1砂的粗细程度与颗粒级配 砂的粗细程度 是指不同粒径的砂 粒 混合在一起后的总体的粗细程度 通常有粗砂 中砂与细砂之 分 在相同用量条件下 细砂的总表面积较大 而粗砂的总表面积较小 在混凝土中 砂子的表面需要由水泥浆包裹 砂子的总表面积愈大 则需要包裹砂粒表面的水泥浆就愈多 因此 一般说用粗砂拌制混凝土比用细砂所需的水泥浆为省 砂的颗粒级配 即表示砂中大小颗粒的搭配情况 在混凝土中砂粒之间的空隙是由水泥浆所填充 为达到节约水泥和 提高强度的目的 就应尽量减小砂粒之间的空隙 要减小砂粒间的空隙 就必须有大小不同的颗粒搭配 因此 在拌制混凝土时 砂的颗粒级配和粗细程度应同时考虑 当砂中含有较多的粗粒径砂 并以适当的中粒径砂及少量细粒径砂 填充其空隙 则可达到空隙及总表面积均较小 这样的砂比较理想 不仅水泥浆用量较少 而且还可提高混凝土的密实度与强度 砂的颗粒级配和粗细程度 常用筛分析的方法进行测定 用级配区表示砂的颗粒级配 用细度模数表示砂的粗细 筛分析的方法 是用一套孔径 净尺寸 为9 50 4 75 2 36 1 18 0 60 0 30 0 15 的标准筛 将500g的干砂试样由粗到细依次过筛 然后 称得各筛余留在各个筛上的砂的重量 并计算出各筛上的分计筛余 百分率ai及累计筛余百分率 i 各个筛和比该筛粗的所有分计筛余 百分率之和 30 细度模数的计算公式为 式中ai 分计筛余百分率 即该号筛的筛余量除以试样总量 i 累计筛余百分率 即该号筛与大于该号各筛分计筛余百分率之和 细度模数 x 愈大 表示砂愈粗 砂的细度模数范围一般为3 7 0 7 其中 x在3 7 3 为粗砂 x在 0 2 3为中砂 x在2 2 1 6为细砂 x在1 5 0 7为特细砂 普通混凝土用砂的细度模数一般 在2 2 3 2之间较为适宜 国家规范将细度模数为3 7 1 6的普通混凝土用砂 以0 60 筛孔 的累计筛余量分成三个级配区 如表4 1所示及图4 1所示 普通混凝土用砂的筛分曲线必须包容在三个级配曲线区域中的任一 个区域以内 图4 1砂的 1 2 3级配区曲线31 例4 某干砂500g的筛分结果如下表所列 试计算该砂的细度模数并评定其级配 砂按技术要求分为三类 I类宜 用于强度等级 C60的混凝土 II类宜用于强度等级C30 C60的混凝土 及有抗冻抗渗或其他要求的混凝土 III类宜用于强度等级 见表4 2 砂中不应含有活性氧化硅 因为砂中含有的活性氧化硅 能与水泥 中的碱分 2 及 2 起作用 产生碱骨料反应 使混凝土 发生膨胀开裂 3 粗骨料 粒径大于4 75 的骨料为粗骨料 卵石和碎石 对用于配制普通混凝土的卵石和碎石有以下技术要求 3 1最大粒径 颗粒级配 1 石子最大粒径 Dmax 32 石子各粒级的公称上限粒径称为这 种石子的最大粒径 石子的最大粒径增大 则相同质量石子的总表面积减小 混凝土中 包裹石子所需水泥浆体积减少 即混凝土用水量和水泥用量都可减 少 在一定的范围内 石子最大粒径增大 可因用水量的减少提高混凝 土的强度 然而石子最大粒径 Dmax 过大时 则由于骨料与水泥砂浆粘结面 积下降等原因造成混凝土的强度下降 同时 最大粒径的选用 要受结构上诸因素和施工条件等方面的限 制 根据我国钢筋混凝土施工规范规定混凝土用粗骨料的最大粒径不得 大于结构物最小断面的短边长度的 不得大于钢筋最小净距 的 另外还受搅拌机以及输送管道等条件的限制 2 颗粒级配 粗骨料的级配原理和要求与细骨料基本相同 级配试验采用筛分法测定 即用2 36 4 75 9 5 16 0 19 0 26 5 31 5 37 5 53 0 63 0 75 0和90 等十二种孔径的圆孔筛进行筛分 石子的颗粒级配可分为连续级配和间断级配 连续级配是石子粒级呈连续性 即颗粒由小到大 每级石子占一定 比例 用连续级配的骨料配制的混凝土混合料 和易性较好 不易发生离 析现象 连续级配是工程上最常用的级配 间断级配也称单粒级级配 间断级配是人为地剔除骨料中某些粒级颗粒 从而使骨料级配不连 续 大骨料空隙由小几倍的小粒径颗粒填充 以降低石子的空隙率 由间断级配制成的混凝土 可33以节约水泥 由于其颗粒粒径相差较大 混凝土混合物容易产生离析现象 导致 施工困难 石子颗粒级配范围应符合规范要求 碎石 卵石的颗粒级配规格见表4 3 P84表4 6 3 2粗骨料的强度及坚固性 1 粗骨料的强度 粗骨料的强度采用岩石立方体强度或粒状石子 的压碎指标来表示 岩石立方强度试验 是用母岩制成5 5 5 立方体 或直径与高 度均为5 的圆柱体试样 浸泡水中 待吸水饱和后进行抗压 试验 石子抗压强度与设计要求的混凝土强度等级之比 不应低于1 5 压碎指标是将一定重量气干状态下10 20 的石子装入一定规格 的金属圆桶内 在试验机上施加荷载到200 卸荷后称取试样质 量 0 再用孔径为2 36 的筛子筛除被压碎的细粒 称取试 样的筛余量 m1 用下式计算压碎指标 式中 a 压碎指标值 0 试样质量 g m1 压碎试验后试样的筛余量 g 34 压碎指标值越小 骨料的强度越高 2 骨料的坚固性 骨料的坚固性是指在气候 外力和其他物理力 学因素作用 如冻融循环作用 下骨料抗碎裂的能力 坚固性试验是用硫酸钠溶液法检验 试样经五次干湿循环后 其质 量损失应不超过规范的规定 3 3有害杂质 粗骨料中的有害杂质主要有粘土 淤泥及细屑 硫酸 盐及硫化物 有机物质 蛋白石及其他含有活性氧化硅的岩石颗粒 等 它们的危害作用与在细骨料中相同 各种有害杂质的含量都不应超出规范的规定 粗骨料中的针状 颗粒长轴长度大于平均粒径的 倍 和片状 厚度小于平均粒径的0 4倍 颗