张长清建筑材料讲稿-合PPT课件

.,1,建筑材料,授课教师：张长清Email:changqingz2008,CivilEngineeringMaterials,.,2,教材和参考资料：,土木工程材料湖南大学等四校编，建工出版社建筑材料符芳编，东南大学出版社建筑材料湖南大学等四校编，建工出版社土木工程材料陈志远编，武工大出版社道路建筑材料严家及编，交通出版社CivilEngineeringMaterialsEditedbyNJackson,.,3,绪论,一.土木工程与土木工程材料二.土木工程材料的发展三.土木工程材料的分类四.土木工程材料的标准化五.本课程的学习目的和方法,Preface,.,4,一.土木工程与土木工程材料,人们很早以前就把设计新颖、造型美观、选择适宜的建筑称之为的凝固的音乐,深刻而形象地说明,建筑是技术和艺术相结合的产物.任何建筑都是用各种材料建成的,这些材料总称为建筑材料.建筑材料是土建工工程的物质基础.土木工程材料(房屋桥梁门路隧道地下空间),.,5,1.没有材料就没有建筑.2.土木工程各方面的要求促进材料的发展.,一.土木工程与土木工程材料,.,6,材料抵御严寒,1.没有材料就没有建筑.,.,7,无梁殿,1.没有材料就没有建筑.,中山陵,.,8,1.没有材料就没有建筑.,天坛祈年殿,.,9,1.没有材料就没有建筑,武汉大桥,南京大桥,武汉白沙洲大桥,.,10,香港青马大桥(主跨1377米，1997年),杨浦大桥,1.没有材料就没有建筑,.,11,1.没有材料就没有建筑,武汉阳逻长江大桥,阳逻长江大桥是武汉市在长江上建设的第六座大桥、第一座悬索桥。北岸为新洲区阳逻镇，南岸为洪山区向家尾村。项目建设里程约10公里，大桥主跨1280米，列国内第三总投资193亿元，计划2007年前建成通车。,.,12,1.没有材料就没有建筑,南锚锭是“拽”住大桥南面两根主索的关键工程，其基础采用内径70米，外径73米、深60米的圆形地下连续墙，属国内首创，将耗钢材、水泥和沙石38万余吨，需要建设资金25亿元，堪称“神州第一锚”。,阳逻长江大桥南锚锭,.,13,1.没有材料就没有建筑,日本明石海峡大桥,大桥全长3910m，主跨长1991m，桥面宽35m，设6车道；桥塔高280m，基础沉箱的直径约80m，高约70m；两根大缆各由290根高强钢索构成，直径为1.222m；总投资约40亿美元。大桥按可以承受里氏8.5级强烈地震和抗150年一遇的80m/s的暴风设计。,.,14,1.没有材料就没有建筑,葛州坝,.,15,1.没有材料就没有建筑,三峡大坝,.,16,1.没有材料就没有建筑,.,17,建筑要改革，材料必须先行公元125年，古罗马万神庙1912年，波兰布雷斯劳市世纪大厅1958年，墨西哥洛斯马南休斯饭店1977年联邦德国斯图加斯市园艺展览馆,2.土木工程各方面的要求促进材料的发展,.,18,东南大学礼堂,.,19,古罗马万神庙,.,20,埃及胡夫金字塔是用混凝土浇筑的？,.,21,1、从干涸的河床上挖出盐巴2、盐和焚烧的木头灰烬和其他石灰物质混合3、加水后，混合物呈碱性4、水分蒸发后留下粘土状混合物（湿混凝土）5、这些粘土混合物PH值很高，很难处理，然后加盐中和6、湿混凝土被挑到金字塔上7、被灌入到一些木头模具中，最后变硬,.,22,国家大剧院,.,23,.,24,国家大剧院工程总建筑面积149520平方米,总投资26.8838亿元,天安门地区西侧环境改造及地下停车场工程建筑面积为44678平方米,总投资2.5438亿元,本项目设计建设工期4年,于2001年12月13日正式开工,力争2004年竣工交付使用。本项目室内设计地坪标高0.00=44.75米,室外自然地坪标高为46米左右。202区中心主体建筑由外部围护结构和内部歌剧院(2416席)、音乐厅(2017席)和戏剧院(1040席)、公共大厅及配套用房组成。建筑外部围护结构为钢结构壳体,呈超椭球形,其平面投影为东西向长轴长度212.20米,南北向短轴长度为143.64米,建筑物总高度为46.285米。超椭球形屋面主要采用钛金属板饰面,中部为渐开式玻璃幕墙。椭球壳体外环绕人工湖,湖面面积达35500平方米,各种通道和入口都设在水面下。,.,25,沙特哈吉机场（膜结构）聚四氟乙烯即特氟隆(),.,26,膜结构具有以下特点：大跨度、无遮挡的可视空间，由于膜结构的重量只是传统结构的三十分之一，因此可以创造出巨大的无遮挡的可视空间；施工周期短，施工简便，建筑造价低，还可以方便的重复利用；白天采用自然光，节省人工照明费用：由于膜材本身具有良好的透光率，建筑空间白天可以得到自然的漫散射日光，夜晚则由于内部灯光外照，结合特殊外观，往往成为地标象征；自洁性：节省保养费用，膜材表面加涂的防护涂层具有耐高温的特点，而且本身不发粘，这样落到膜材表面的灰尘可以靠雨水的自然冲洗而达到自洁效果。,.,27,奥运游泳中心,.,28,鸟巢,.,29,“鸟巢”效果图,.,30,.,31,建筑材料的发展:1824年烧制出水泥1825年公路隧道(砼)1850年(钢筋砼）,第一次飞跃:钢筋混凝土第二次飞跃:预应力混凝土(1928年)第三次飞跃:混凝土外加剂(70年代出现),现代建筑材料的三次飞跃：,二.土木工程材料的发展,.,32,建筑材料发展趋势：高性能材料的研究充分利用地方性材料节约能源提高经济效率生命周期评价,二.土木工程材料的发展,.,33,ThephotographshowstheplatformandcomparethestructuretoLondonsTowerBridge.Theplatformhasatotalheightof472m.Theconcretegravitystructurecontains245000m3.,HPC,.,34,美国建筑师设计出风力旋转公寓,.,35,HPC,.,36,HPC,.,37,Steel:basicconstructionmaterialofthe19thand20thcenturies,.,38,In1996inWinterthur,Switzerland,acable-stayedsinglepylonbridgeof124mlength,wasbuilt.HeretheCFRPstaycableswereappliedexperimentallyforthefirsttime.,Carbonfibrereinforcedpolymer:astructuralmaterialofthefuture,CFRP(carbonfibrereinforcedpolymer),.,39,Carbonfibrereinforcedpolymer:astructuralmaterialofthefuture,CFRPiscomposedofverythincarbonfibreswithadiameterof510mm,embeddedinpolyesterresin.Thecommercialcarbonfibreshavethetensilestrengthof35007000MPa,anelasticmodulusof230650GPaandanelongationatfailurerangingfrom0.6to2.4%.,ThetechnicalcharacteristicsoftheCFRPwiresusedinthestaycablesmentionedaboveareasfollows:materialdensityinthewires1.56g/m2,fibrescontentinthewires68%,tensilestrength3300MPa,longitudinalelasticmodulus165GPa,thermal-expansioncoefficient0.2X/k,.,40,Thekeyproblemthatwasfacedwasfindingthemethodofanchoringthecablesintheanchorageblocks.ThiswascausedbytheoutstandingmechanicalpropertiesofCFRPbeingpresentinthelongitudinaldirectiononly.TheanchoragesystemworkedoutbyEMPAlaboratorysolvedtheproblembytheuseofatruncatedconeshapedlockingblockfilledwithcastingmaterial,themechanicalpropertiesofwhichchangeinaccordancewiththelengthofAnchorage.,.,41,.,42,.1.按化学成分:金属:有色金属,黑色金属无机材料非金属:玻璃陶瓷,水泥砂浆砼木材建筑材料有机材料沥青塑料涂料复合材料无机材料与无机材料复合:钢筋砼,GRC无机材料与有机材料复合:玻璃钢,三.土木工程材料的分类,.,43,承重材料:砼、钢筋砼、粘土砖非承重材料:加气砼砌块保温和隔热材料防水材料装饰材料,2.按功能分,.,44,3.按用途分结构材料墙体材料屋面材料饰面材料等.,.,45,四.土木工程材料的标准化,1.建筑材料的技术标准是产品质量的技术依据.2.建筑材料标准分:国家标准GBGBJ(GB175-92硅酸盐水泥)GB/T(推荐)行业标准(JGJ)JCYBJTSH国外标准ASTMBSDINJISISO,.,46,五.本课程的学习目的和方法1.目的:掌握材料的建筑性质,合理选择材料.2.方法（一个中心，二个基本点）材料性质，应用和影响因素材料的运输和贮存知识实验,.,47,作业:,举出10种复合材料思考建筑材料对建筑风格或室内装饰的影响,.,48,第一章材料的基本性质,本章内容介绍建筑材料基本性质的分类，说明材料内部不同层次结构的特性和材料组成的表示方法，以及它们与材料性质的关系比较详细地阐明各种基本性质的概念，表示方法及有关的影响因素要求熟悉表示材料性质的许多术语，要牢固掌握，能熟练运用，为后面学习各种材料打下基础,.,49,空隙,孔隙,M,M,MV,1-1材料的物理性质,一.密度、表观密度、堆积密度,.,50,密度,李氏瓶,表观密度,气干状态,(干表密度,烘干状态),堆积密度,另;紧密堆积密度,问三个密度谁大谁小?,.,51,.,52,二.材料的孔隙率与空隙率1.孔隙率：,.,53,孔隙特征(构造):孔隙率开口孔与闭口孔孔的大小,.,54,2.空隙率如砼中,砂石,空.(水泥+水)砂,空,.,55,三.材料与水有关的性质(一)亲水性憎水性亲水性:材料能被水湿润;憎水性:材料不能被水湿润,.,56,亲水性材料憎水性材料(二)吸水性吸湿性1.吸水性-吸水率质量吸水率体积吸水率,湿润边角,开口孔隙,.,57,2.吸湿性-含水率还湿性平衡含水率,.,58,(三)耐水性能材料长期在水作用下不破坏,强度也不显著降低的性质软化系数,.,59,(01,粘土钢,玻璃)耐水材料0.85选用:长期处于水中或潮湿环境中的重要结构,=0.85受潮较轻或次要结构物材料,0.75,.,60,(四)材料的抗渗性材料抵抗压力水渗透的性质称为抗渗性或称为透水性,.,61,表示:抗渗性系数抗渗标号Sn:S4S6S8单位:1/10Mpa材料抗渗性与孔隙率和孔隙特征有关,L,h1,h2,水头H=h1-h2,.,62,(五)抗冻性材料在水饱和状态,能经受多次冻融循环作用而不破坏,也不严重降低强度的性质.重量损失强度降低25,.,63,抗冻标号D25D500.冻融破坏机理?,.,64,冻融破坏机理:结冰膨胀压力因素:孔隙率,孔隙特征,充水程度,外界条件破坏形式?,.,65,破坏形式:从表面开始产生剥落,逐渐向内部发展.抗冻性是材料耐久的一个重要指标.,.,66,四.材料的热工性质(一)导热性木材0.200钢0.054砼0.017(四)理论强度(晶格缺陷微裂缝)钢30000Mpa(1.3%-1.6%)玻璃14000Mpa(0.5%-1.1%)纤维(25%-37%),.,79,二.弹性和塑性E=弹性变形塑性变形三.脆性和韧性脆性脆性材料韧性冲击韧性指标,.,80,四.硬度和耐磨性硬度:材料表面抵抗硬物压入或刻划的能力.确定硬度:刻划法(10级)压入法耐磨性磨损率N=木地面,砼砂浆地面,水磨石地面,生产履带产品的车间,.,81,1-4材料的耐久性耐久性:指建筑材料在环境多种因素作用下,能经久不变质,不破坏,长久的保持使用性能的性质.环境作用:物理作用(如桥墩,大坝,地下室)化学作用(如酸雨,塑料门窗的经历,人造大理石)机械作用生物作用测定方法:长期观察和测定;模拟实际,.,82,1-5材料的组成结构构造及对材料性质的影响一.材料的组成化学成分、化学组成决定材料的化学稳定性,大气稳定性,耐久性等.,.,83,二.材料的微观结构1.晶体晶体质点呈规则排列晶体内质点的相对密度和质点间的结合力晶粒的大小粗细,.,84,2.玻璃体(无定形体)具有化学不稳定性,即存在化学元素潜能.如矿渣,火山灰,.,85,3.胶体溶胶凝胶(触变性)干凝胶体,.,86,三.宏观构造密实构造多孔构造纤维构造层状构造粒状构造纹理构造,.,87,作业：,1.一烧结普通粘土砖的外形尺寸为240X115X53mm,吸水饱和后重为2940g,烘干至恒重为2580g.今将该砖磨细并烘干后取50g,用李氏瓶测得其体积为18.58.试求该砖的密度、表观密度、孔隙率、重量吸水率、开口孔隙率及闭口孔隙率.2.某石灰岩的密度为2.62,孔隙率为1.20%,今将该石灰岩破碎成碎石,碎石的堆积密度为1580,求此碎石的表观密度和空隙率.,.,88,3甲、乙二同组成墙体材料，密度均为2.7g/cm3，甲干燥表现密度1400kg/m3，质量吸水率17%。乙吸水饱和后表观密度1850kg/m3，体积吸水率45%。求甲的孔隙率和体积吸水率；乙绝干体积密度和孔隙率；评价甲、乙二种材料抗冻性，指出哪种不宜做外墙板。,.,89,第二章无机气硬性凝材料,问题:1.骨折上夹板,是用石膏还是石灰?2.在工地想煮鸡蛋,怎么办?3.能用石灰做雕塑吗?,.,90,有机胶凝材料胶凝材料气硬性胶凝材料无机胶凝材料水硬性胶凝材料,.,91,2-1建筑石膏,一.建筑石膏的原料与生产生石膏(天然二水石膏)(),化工石膏(磷石膏,氟石膏,硼石膏等)生产:,(高强石膏,用于注模和雕塑),温度升高,可生成不溶性石膏,可溶性石膏,高温煅烧石膏,.,92,二.建筑石膏的水化与硬化,水化反应:凝结硬化:过饱和溶液初凝与终凝,.,93,三.建筑石膏的技术性质,按抗折,抗压强度和细度分为:优等品一等品合格品,.,94,四.建筑石膏的特性,1.凝结硬化快:初凝6min,终凝30min.可掺缓凝剂.2.硬化后孔隙大,强度较低.强度低的原因?,.,95,强度低的原因:理论需水量18.6%,实际需水量50-70%强度测试方法:标准稠度需水量,三联试模,养护,龄期,.,96,3.建筑石膏硬化体隔热性和吸音性能良好,但耐水性较差.入=0.121-0.205W/(m.k),软化系数0.3-0.45,长期浸水甚至溃散破坏.在建筑石膏中加入适量水泥,粉煤灰,磨细的粒化矿渣,有机防水剂,可提高耐水性.4.防火性能良好.,.,97,5.硬化时体积略有膨胀.6.装饰性好.7.可加工性好.,.,98,五.建筑石膏的应用,1.粉刷石膏2.建筑石膏制品(1)纸面石膏板主要原料:纤维,外加剂和适量轻质填料工艺:浇注,凝结硬化,切断,烘干分类:普通纸面石膏板-室内吊顶和内隔墙.用于厨房,卫生间及相对湿度70%环境中应用要采取防潮措施.耐水纸面石膏板-厨房,卫生间等潮湿环境防火纸面石膏板特点:原材料来源广,加工设备简单,生产能耗低,周期短.是重点发展新型材料之一.,.,99,(2)石膏空心板多用于分户墙(3)纤维石膏板(4)石膏彻块比砖轻,与石膏板相比不需龙骨有实心,空心,夹心砌块(填泡沫)(5)装饰石膏制品装饰石膏板,嵌装式装饰石膏板,艺术装饰石膏,.,100,2-2建筑石灰,一.石灰的生产,化学成分与品种欠烧石灰过火石灰:危害消除:陈伏2-3周.测定:,钙质石灰镁质石灰,产浆量未消化残渣量,.,101,二.水化与硬化,水化:1.放热量大11160KJ/mol2.体积膨胀区分:石灰石,生石灰,熟石灰,消石灰硬化:1.结晶作用2.碳化作用,.,102,三.建筑石灰的持性,1.可塑性好(保水性好,而水泥泌水大)2.硬化缓慢.3.硬化后强度低.4.硬化时体积收缩大.5.耐水性差.,.,103,四.建筑石灰的应用,1.室内粉刷消化消石灰粉20cm/层消石灰浆,.,104,2.拌制砂浆3.配制三合土和灰土三合土-石灰:粘土:砂=1:2:3灰土-石灰:粘土=1:2-1:44.加固地基5.生产硅酸盐制品6.磨细石灰粉具有很高细度,熟化与硬化过程合二为一.过烧石灰欠烧石灰被磨细.7.制造静态破碎剂,膨胀剂.,耐水性好,垫层,.,105,2-3水玻璃,水玻璃(泡化碱),.,106,一.生产,湿法干法水玻璃模数(分子数比)n1.5-3.5溶解性:n=1及n增加(热水,加蒸汽)粘结力,n,SiO2n2.6-2.8,.,107,二.硬化,促硬剂(氟硅酸钠),.,108,三.水玻璃的特性与应用,良好的粘结能力.硅酸凝胶堵塞毛细孔防止水渗透.不燃烧.高温强度不降低.高度的耐酸能力.,.,109,1.作灌浆材料:水玻璃,CaCl2(溶液)交替入水.2.涂刷建筑材料表面,提高密实性和抗风化能力.3.配制快凝防水剂.4.耐酸砼耐酸砂浆.5.耐热砂浆和砼.6.配制碱矿渣水泥.,.,110,第三章水泥,水泥的生产和原材料水泥的矿物组成及作用水泥的水化产物通用水泥的特性和应用其它水泥的特性和应用,.,111,水硬性胶凝材料按化学成分:硅酸盐水泥,铝酸盐水泥,硫铝酸盐水泥铁铝酸盐水泥(三系)按用途分:硅酸盐水泥通用水泥专用水泥特性水泥,.,112,3-1硅酸盐水泥与普通硅酸盐水泥,一.硅酸盐水泥的生产石灰石粘土生料熟料水泥铁矿石石膏,磨细,煅烧,1450C,磨细,调节凝结时间,.,113,生产工艺:二磨一烧,回转窑,加热,窑灰,生料,温度,.,114,二.定义,硅酸盐水泥:熟料+石膏+(0%-5%)石灰石或高炉矿渣,I型,P.I,II型,P.II,6%-15%混合材,活性非活性(不超过10%)窑灰(不超过5%),普通水泥,.,115,三.硅酸盐水泥的矿物组成,主要矿物硅酸三钙3CaOSiO2C3S36%-60%硅酸二钙2CaOSiO2C2S15%-17%铝酸三钙3CaOAl2O3C3A5%-15%铁铝酸四钙4CaOAl3O2Fe2O3C4AF10%-18%,.,116,次要矿物游离氧化钙f-CaO游离氧化镁f-MgO含碱矿物及玻璃体K2O,Na2O,.,117,四。硅酸盐水泥的水化与凝结硬化（一）水化C3SC2SC3AC4AF,+H2O,放热,C3S2H3+Ca（OH）2（3CaO2SiO3H2O）C3S2H3+Ca（OH）2C3AH6CFH+C3AH6,3CaOAl2O33CaSO431H2O（高硫型水化硫铝酸钙（钙矾石）（1.5倍体积膨胀,针状晶体,水泥杆菌),石膏消耗完,+CaSO4,3CaOAl2O3CaSO412H2O低硫型水化硫铝酸钙,.,118,.,119,.,120,.,121,.,122,.,123,反应能力(水化速率)：C3AC4AFC3SC2S放热反应:水化热-3天内(大部分)(初期)水化热大小,放热速率C3AC3SC4AFC2S,.,124,(二)凝结硬化过程最后产物:水泥石(凝胶体,晶体),未水化颗粒内核,毛细孔(100-1000A),初期,中期,后期,.,125,(三)影响水泥凝结硬化的主要因素,1.熟料矿物组成的影响,强度,龄期(d),C2S,C3A,C4AF,C3S,.,126,(三)影响水泥凝结硬化的主要因素,2.水泥细度的影响(7-200um)3.拌合加水量的影响化学结合水约23%,水灰比water/cement,强度,w/c,.,127,4.养护温度和湿度的影响标准养护条件202C,90%,T1,T2T1T2,强度,龄期,.,128,5.养护龄期的影响3-14d强度增长较快,28d后增长较慢6.调凝外加剂的影响C3SS3A促凝剂缓凝剂7.水泥受潮与久存缓慢水化与碳化.表面.结快,轻微结快(压碎或重磨),.,129,硅酸盐水泥与普通水泥的技术性质,(一)细度筛分法:80um方孔筛,筛余不大于10.0%比表面积:300m/kg不合格品,水,50g,100-105恒温,3g筛余3/50=6.0%,阻力,阻力越大越细,.,130,(二)凝结时间硅酸盐水泥普通水泥初凝:45min45min废品终凝:6.5hr10hr不合格品,标准稠度用水量282mm(24%-30%),2-3mm初凝,进入0.5-1mm终凝,(标养箱),.,131,(三)体积安定性(废品处理)体积安定性:f-CaO沸煮法f-MgO压蒸法(MgO5.0%)石膏过量长期浸水检查(SO33.5%),试饼法(3h,无裂纹,无弯曲,雷氏夹法检验(C-A5mm合格,否则不合格,A张开后C,.,132,.,133,(四)强度及强度等级,水泥:标准砂1:3,w/c0.5,测强度强度等级,硅42.5,52.5,62.5(六个,R)普32.5,42.5,52.5(六个,R),普通型,早强型(R型),二条3d,28d,100,40X40X100,PC,压板长40mm,40 x40,Pf,Fc=Pc/A=Pc/(40X40)(舍最大,最小),.,134,例:某硅酸盐水泥3d抗压,抗折标号达到525.现测28d破坏荷载如下(KN)抗折2.91,3.08,3.64抗压131.0,132.0,139.0,138.0,132.5,136.0,解:1抗折求荷载(2.91+3.08+3.64)/3=3.21KN(3.64-3.21)/3.21=13.4%(舍3.64)取平均值Pf=(2.91+3.08)/2=3.00KN抗折强度ff=2.34x3.00=7.02Mpa2抗压平均值PC=(132.5+138.0+132.5+136.0)/4=134.8KNfc=0.4x134.8=53.9MPa,.,135,(五)含碱量Na2O+0.658K2O0.6%(或供需双方确定)(六)密度与堆积密度密度3.1-3.2,堆积密度900-1300(紧密1400-1700),.,136,作业:,补1:用简便方法区分白水泥,建筑石膏粉和磨细生石灰粉.,.,137,作业:,补2:某二种硅酸盐水泥,求强度等级.,.,138,六.水泥石的腐蚀与防止,(一)水泥石的几种主要侵蚀作用1.软水侵蚀(溶出性侵蚀)(溶析),水流入,水流出,氢氧化钙浓度,.,139,2.盐类侵蚀(1)硫酸盐侵蚀水中的钾钠氨的硫酸盐与水泥石中的Ca(OH)2起置换作用生成硫酸钙钙矾石(水泥杆菌)结晶二水石膏(膨胀)(2)镁盐侵蚀MgSO4+Ca(OH)2+2H2O=CaSO42H2O+Mg(OH)2MgCl2+Ca(OH)2=Mg(OH)2+CaCl2硫酸镁盐与硫酸盐双重侵蚀作用.,无胶凝能力,.,140,3.酸类侵蚀Ca(OH)2+CO2+H2O=CCO+2H2OCaCO3+CO2+H2OCa(HCO3)2溶出,Ca(OH)2浓度降低,加速2HCl+Ca(OH)2=CaCl+H2O(溶于水)H2SO4+Ca(OH)2=CaSO42H2O(硫酸盐腐蚀)4.强碱的腐蚀6NaOH+3CaOAl2O3=3Na2OAl2O3+3Ca(OH)22NaOH+CO2+H2O=Na2CO3+2H2O(结晶沉淀,膨胀),碳酸侵蚀,铝酸钠,易溶,.,141,(二)水泥石腐蚀的原因,内因:1.水泥石中存在易被腐蚀的组分Ca(OH)2和水化铝酸钙2.水泥石本身不密实(有毛细孔,易进入),.,142,(三)防止措施,1.合理选用水泥品种2.提高水泥的密实度3.表面加保护层,.,143,七.硅酸盐水泥和普通水泥的特性与应用,(一)特性1.凝结硬化快,强度高,尤其早期强度高.2.抗冻性好.3.水化热大.4.不耐腐蚀.5.不耐高温.,.,144,(二)应用,1.适用重要结构的高强砼及预应力砼工程2.适用于早强要求高的工程及冬季施工3.适用于严寒地区遭受反复冻融及干湿交替的部位4.不能用于海水和有侵蚀介质存在的工程5.不能用于大体积砼6.不能用于高温环境的工程,.,145,3-2掺大量混合材料的硅酸盐水泥,活性混合材:具有火山灰性或潜在水硬性磨细的矿物与水拌和后，单独不具水硬性，但能被激发或与激发剂反应，产生具有水硬性的物质,.,146,1.粒化高炉矿渣(水淬高炉矿渣)2.火山灰质混合材天然的:火山灰、凝灰岩、浮石、沸石、硅澡土等人工的:煤矸石(渣)、烧页岩、烧粘土、煤渣、硅质渣等(SO33%,火山灰活性试验必须合格.28d强度比62%,烧失量10%,.,147,3.粉煤灰I级、II级烧失量、含水率、三氧化硫、28d抗压强度比,.,148,活性SiO2、Al2O3+激发剂石灰石膏水泥,.,149,非活性混合材,作用调节水泥强度增加水泥产量降低水化热石英砂，石灰粉，磨细的块状高炉矿渣，高硅质石灰,.,150,矿渣(硅酸盐)水泥(PS)(Slag),矿渣20%-70%1.早期强度低,后期强度增进率大2.水化热低3.硬化时对湿热敏感性强4.具有较强的抗溶出性侵蚀及抗硫酸盐侵蚀的能力5.抗碳化能力差6.耐热性较强7.保水性较差,泌水性较大8.干缩性较大9.抗冻性及耐磨性较差火山灰(硅酸盐)水泥(PP)粉煤灰(硅酸盐)水泥(PF)火山灰20%-50%粉煤20%-40%1.同上8,9-见上8,抗裂性好,和易性好2.见上7,抗渗性好,PI,PS,.,151,二种或二种以上的混合材复合(硅酸盐)水泥16%-50%,.,152,3-3特性水泥,一.白水泥与彩色水泥白水泥:Fe2O33%-4%0.35%-0.4%暗灰色白色MnCr等氧化物也影响颜色1.原料2.燃料3.球磨4.漂白处理白水泥标准-标号白度:,彩色水泥,.,153,二.快硬(硅酸盐)水泥,C3SS3A含量增大(60%-65%),石膏8%,提高细度4503d强度用途:早强砼紧急抢修工程,低温施工工程,.,154,三.高铝水泥(矾土水泥),铝酸钙Al2O3超过50%矿物:CACA2C2ASC12A7C2S水化产物:CAH10C2AH8Al2O33HO3d强度特性:1.快硬早强(紧急军事工程,抢修工程),临时工程.2.水化热大,且放热量集中(15,25施工,不能进行蒸汽养护).3.强的抗硫酸盐性能4.耐热性好(1300-1400),配制耐热砼,炉衬.5.长期强度要降低(40%-50%),不能用于长期承重结构及高温高湿环境.,.,155,四.膨胀水泥与自应力水泥,1.概念自应力自应力值自应力值2.0MPa自应力水泥2600普通砼26001950轻砼=170高强砼=60MPa超高强砼=100MPa,.,160,.,161,武汉2001年商品砼情况,设计能力:607万方/年实际产量:142万方/年年增长率:24.02%企业总个数:29家搅拌机:75台运输车:298台砼泵:96台,.,162,三.特点,.,163,4-2普通混凝土的组成材料,一.水泥1.选择水泥品种2.选择水泥标号1.52倍高强砼0.91.5倍,.,164,二.细骨料,1.种类:天然砂,河砂,湖砂,海砂,山砂,人工砂2.质量要求1)泥(0.08mm)和粘土块(0.63mm)含量2)有害物质含量树根,树叶,树枝,塑料,煤块,煤渣;云母,硫化物与硫酸盐,氯盐,有机物3)碱活性骨料活性SiO2,.,165,4)砂的粗细程度和颗粒级配(细度模数)(砂筛分析法)粗砂3.73.1,中砂3.02.3,细砂2.21.6,特细砂1.50.7级配区:,.人工级配,.,166,例.筛分析试验法孔径分计筛余mmg%5.00a1=0A1=02.575a2=15A2=a1+a2=151.2575a3=15A3=a1+a2+a3=300.63100a4=20A4=a1+a2=a3+a4=500.315100a5=20A5=a1+a2+a3+a4+a5=700.16125a6=25A6=a1+a2+a3+a4+a5+a6=95=60Mpa),50 x50 x50mm饱水抗压压碎指标5)坚固性6)颗粒状针状:长2.4倍平均料径片状:厚4,.,171,五.骨料的含水状态,1.饱和面干状态和饱和面干吸水率2.砂子的容胀,体积膨胀,30%,含水率,10,20,含水率5-8%,体积膨胀20-30%,.,172,4-3砼外加剂一.砼外加剂定义与分类1.砼外加剂:2.分类按主要指标分1)改善砼拌合物流变性能的外加剂2)调节砼凝结时间和硬化功能的外加剂3)改善砼耐久的外加4)改善砼其它性能的外加剂按化学成分分:无机外加剂、有机外加剂、复合外加剂,.,173,二.常用外加剂(一)减水剂1.定义:2.减水剂作用机理表面活性剂:表面活性剂类型:阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性表面活性剂、非离子表面活性剂机理:吸附-分散作用、润滑-湿润作用,空气,憎水基,亲水基,分散湿润起泡乳化洗涤润滑,水,.,174,3.常用品种1)木质素系减水剂木质素磺酸盐(木钙),M剂.掺量0.2%-0.3%,减水10%.缓凝13h,引气1%-2%.用途:一般砼工程,尤其夏季砼施工、大体积砼、泵送砼.注意掺量控制.不宜蒸汽养护.,.,175,2)萘磺酸盐系减水剂(萘系减水剂)FDN、UNF等.0.5%-1.0%,减水10%-25%(高郊减水剂).缓凝性小,非引气型.坍落度损失大.与缓凝剂复合使用.高强、早强、流态砼和蒸汽养护砼等.,.,176,3)密胺树脂类减水剂(密胺树脂减水剂)SM,0.5%-2.0%,减水20%-27%.高强早强4)糖密类减水剂缓凝型减水剂5)复合减水剂,.,177,4.减水剂掺加方法同掺法后掺法,.,178,(二)早强剂定义:原理1.促进C3A、C3S水化2.早强剂与水给产物产生新的物质,形成骨架3.生产CaSO4,形成钙矾石,.,179,1.氯盐类早强剂CaCl、NaCl、KCl.早强(3d、7d)、防冻.促使钢筋锈蚀(1)限制含量(2)阻锈剂2.硫酸盐类早强剂Na2SO4(芒硝、元明粉)3.有机胺类早强剂三乙醇胺早强剂.缓凝早强(控制掺量)4.复合早强剂,.,180,(三)引气剂引气剂:作用:1.改善砼拌合物和易性(泌水严重砼、贫砼、轻砼)2.提高砼的抗渗性和抗冻性(抗冻砼、抗渗砼、抗硫酸盐侵蚀砼)3.砼强度有所降低以溶液掺加,.,181,(四)速凝剂,民族文化宫加固改造外墙双面加固,外侧加固厚40mm,内侧加固厚70mm.内墙双面加固,加固厚均为70mm.由于加固厚度薄,支模浇筑砼难保证质量,决定采用喷射砼加固墙体.,.,182,(五)防冻剂组成:防冻组分、早强组分、减水组分、引气组分,.,183,(六)膨胀剂应用:补偿收缩砼、填充用膨胀砼、自应力砼,.,184,4-4砼掺合料掺合料作用:,.,185,一.粉煤灰高钙灰(CaO15%)、低钙灰;湿排灰、干排灰;、级粉煤灰效应:活性效应、形态效应、微骨料效应应用:1.级粉煤灰适用于钢筋砼和跨度小于6m的预应力钢筋砼;2.级粉煤灰适用于钢筋砼和无钢筋砼;3.级粉煤灰适用于无筋砼,强度大于等于C30的无筋砼宜采用或级;4.,.,186,二.硅灰(凝聚硅灰、硅粉)SiO280%,非结晶无定型SiO2,平均粒径0.1-0.2m,比表积20000-25000,=2.2,0=250-350,.,187,三.磨细矿渣粉四.沸石五.磨细自燃煤矸石,.,188,4-5砼拌合物的和易性,砼拌合物新拌砼一.和易性,流动性粘聚性保水性,.,189,二.和易性的指标,坍落度h目测,坍落度试验h,维勃稠度试验,.,190,三.影响和易性的因素,1.水泥数量与稠度的影响水灰比W/C2.砂率,W/C比-水泥稠度C不变,W的影响保持W/C不变,改变WC(50-100),W-恒定用水量法则,(SG砂石的重量),坍落度,SP,合理砂率最佳砂率,WC一定,水泥用量,合理砂率SP,坍落度一定,(SP每组相差2-3%,五组测坍落度,.,191,影响砂率的因素:,粗骨料种类,最大粒径W/C(,SP)水泥品种存放时间和温度,.,192,3.新拌砼存放时间和温度的影响,坍落度损失:随时间延长,新拌砼坍落度逐渐减少.温度升高,砼中水分蒸发加快,水泥水化反应速度加快,坍落度损失加快.,.,193,四.和易性的选择,低塑性砼,塑性砼,流动性砼,大流动性砼1.结构构件截面尺寸大小2.配筋疏密3.施工捣实方法原则上,不妨碍施工操作和保证振捣密实前提下,尽可能采用较小坍落度,节约水泥.,.,194,五.改善和易性的措施,1.通过试验,采用最佳砂率,以提高砼的质量和节约水泥.2.改善砂石级配3.在可能的条件下尽可能采用较粗的砂石.4.有条件时尽可能采用砼外加剂-减水剂,引气剂.,.,195,4-6砼的强度,一.砼受压破坏过程,10070-9030,变形,强度,界面微裂缝原因-化学减缩和泌水破坏过程:阶段:“比例极限”(30%极限荷载)阶段:阶段:“临界荷载”阶段:,.,196,二.砼立方体抗压强度及强度等级,1.立方体抗压强度(fcu):标准养护(标养)(203,90%)28d试件150X150X150mm若100X100X100mm0.95(尺寸换算系数若200X200X200mm1.05,.,197,2.砼强度标准值:95%的保证率3.强度等级:C7.5-C60(Mpa)12个强度等级,.,198,砼强度等级的实用意义,1.结构设计时,强度计算取值的依据.C.5-C15:垫层,基础,地坪及受力不大结构C15-C25:梁,柱,板,楼梯和屋架C25-C30大跨度结构,耐久性要求高结构,预制构件C30以上:预应力结构,吊车梁及特种结构.,.,199,2.砼施工中,控制工程质量和工程验收的重要依据.,.,200,三.砼轴心抗压强度fc150 x150 x300mm标准试件(非-长:宽约2-3)四.砼抗拉强度150 x150 x150mm,(砼劈拉强度),+拉,-压,劈拉法,.,201,五.影响砼强度的因素,1.水泥强度等级和水灰比的影响,强度f28,W/C,机械捣实手工捣实,f28,C/W,砼强度经验公式(鲍罗米公式):,为水泥实际强度,水泥强度值的富余系数,.,202,.,203,碎石卵石用途:已知fcu和水泥等级,求W/C已知水泥等级和W/C,求28天强度,.,204,2.骨料的影响碎石卵石(较小,W/C0.65后影响不显著)3.养护温度和湿度,决定水泥水化作用速度快慢,水泥正常水化的必要条件,.,205,4.龄期与砼强度的关系应用:1可由所测砼的早期强度,估算28d的强度.2由28d的强度推算28d前砼达到某强度需要养护的天数.(控制生产施工进度)5.施工方法的影响机械搅拌人工搅拌;强制式自落式;分次投料搅拌(造壳砼),n,.,206,总结:,一.恒定用水量法则.例h,W175;h60,W185W鲍罗米公式(砼强度经验公式)例:和易性如坍落度过小:坍落度过大:粘聚性,保水性不好:,W/C,.,207,如坍落度过小:在W/C不变,分次掺入5%或10%水泥浆(强度不变,坍落度改变坍落度过大:砂率(SP)不变,酬情增加石和砂粘聚性,保水性不好:改变砂率，或增加水泥浆量例:强度(W不变)W/C-0.05W/CW/C+0.05SP-1%SPSP+1%,.,208,二.减水剂效果,M剂(木钙)掺量0.2-0.3%1.减水率约10%:W/C降低,强度提高10%2.不减水,坍落度增大80-100mm3.(W和C都降低,W/C保持不变,强度和坍落度不变)节约水泥5-10%,萘系(FDN)0.5-1.0%1.减水率10-25%,强度增加2.不减水,坍落度提高3.节约水泥10-20%,.,209,三.养护方法,自然养护蒸汽养护:100常压.16h,强度达70-80%.普通水泥和硅酸盐水泥,例C20-C35,=5.0,配制强度,设计强度,.,226,例:配制相同C30碎石砼，甲厂=6.0MPa乙厂=4.0MPa比较甲乙二厂经济效益.,.,227,解:水泥标号=30(1.5-2.0),取决425#水泥甲厂:fcu,o=fcu,k+1.645=30+1.645x6.0=39.87MPa,.,228,乙厂:fcu,o=fcu,k+1.645=30+1.645x4.0=36.58MPa比较:坍落度相同,W相同乙厂比甲厂节约水泥:,.,229,4-10砼配合比设计,一.基本要求(四项基本原则)1.满足结构设计的强度等级要求2.满足砼施工所要求的和易性W(W,W/CC)3.满足工程所处环境对砼耐久性的要求4.符合经济原则,即节约水泥以降低砼成本,.,230,二.原理1.体积法不使用引气剂(或引气型外加剂)时,2.重量法,砼的重量(砼拌合物的湿表观密度)2400-2500Kg,.,231,三.步骤,1.计算初步配合比2.确定基准配合比3.确定试验室配合比4.换算施工配合比砼配合比设计三个参数:WW/C砂率SP,.,232,例:某框架结构现浇梁,截面300X450mm(钢筋最小净间距50mm),砼C30,试进行配合比设计.,解:1.确定原材料水泥:P.S525#,砂:中砂,级配合格,石:(5-31.5)5-30mm碎石,级配合格,(最小尺寸(截面)75mm钢筋最小净间距37.5mm),.,233,2.求砼初步配合比(计算配合比)(1)确定砼配制强度fcu,ofcu,o=fcu,k+1.645=30+1.645x5=38.23MPa(2)求水灰比W/C选W/C=0.52(3)确定用水量(WO)坍落度30-50mmWO=185Kg(4)计算水泥用量(CO),.,234,(5)确定砂率(SP)SP=35%(6)计算砂石用量,体积法：,得：,重量法：（取新拌砼表观密度）,得：,=185+356+644+1196=2381Kg,.,235,（7）配合比砼表观密度校正差值不校核若该例初步配合比：砼：C356kg，W185kg，S644kg，G1196kg以重量比表示：,.,236,3.掺FDN减水剂(0.5%)减水8%,减水泥5%(即和易性有所改善,又节约水泥)(1)C=356X(1-