材料的基本物理性质

1、项目一 建筑材料基本性质（1） 真实密度（密度）           岩石在规定条件(105土5)烘干至恒重，温度20)下，单位矿质实体体积(不含孔隙的矿质实体的体积)的质量。真实密度用t表示，按下式计算： 式中：t真实密度，g/cm3 或 kg/m3；         ms材料的质量，g 或 kg；    

2、     Vs材料的绝对密实体积，cm3 或 m3。 Ø 因固 Ø 测定方法：李氏比重瓶法 将石料磨细至全部过0.25mm的筛孔，然后将其装入比重瓶中，利用已知比重的液体置换石料的体积。（2）毛体积密度      岩石在规定条件下，单位毛体积(包括矿质实体和孔隙体积)质量。毛体积密度用d表示，按下式计算：式中：d岩石的毛体积密度, g/cm3 或 kg/m3；   &

3、#160;ms 材料的质量，g 或 kg；  Vi、Vn岩石开口孔隙和闭口孔隙的体积，cm3 或 m3。（3） 孔隙率 岩石的孔隙率是指岩石内部孔隙的体积占其总体积的百分率。孔隙率n按下式计算： 式中：V岩石的总体积，cm3 或 m3； V0岩石的孔隙体积，cm3 或 m3；d岩石的毛体积密度, g/cm3 或 kg/m3 t 真实密度, g/cm3 或 kg/m3。2、 吸水性3、 岩石的吸水性是岩石在规定的条件下吸水的能力。

4、0;4、 岩石与水作用后，水很快湿润岩石的表面并填充了岩石的孔隙，因此水对岩石的破坏作用的大小，主要取决于岩石造岩矿物性质及其组织结构状态(即孔隙分布情况和孔隙率大小)。为此，我国现行公路工程岩石试验规程规定，采用吸水率和饱水率两项指标来表征岩石的吸水性。（1） 吸水率岩石吸水率是指在室内常温(20±2)和大气压条件下，岩石试件最大的吸水质量占烘干(105±5干燥至恒重)岩石试件质量的百分率。   吸水率a 的计算公式为： 式中： mh材料吸水至恒重时的质量（g）；    mg材料在干燥状态下的

5、质量（g）。 （2） 饱和吸水率     在强制条件下（沸煮法或真空抽气法），岩石在水中吸收水分的能力。   吸水率sa 的计算公式为： 式中：mb材料经强制吸水至饱和时的质量（g）； mg材料在干燥状态下的质量（g）。 Ì 饱水率的测定方法(JTG E412005)： 采用真空抽气法。因为当真空抽气后占据岩石孔隙内部的空气被排出，当恢复常压时，则水即进入具有稀薄残压的岩石孔隙中，此时水分几乎充满开口孔隙的全部体积；而通常认为在常压下测定的吸水率，此时水分只充填部分孔隙，所以，饱水率大

6、于吸水率。 饱水率的计算方法与吸水率相同。吸水率与饱和吸水率之比称为饱水系数（Kw)当 Kw>90%时，抗冻性较差。 影响岩石吸水性的因素 岩石的吸水率与其孔隙率有关，更与其孔特征有关。因为水分是通过岩石的开口孔吸入并经过连通孔渗入内部的。岩石内与外界连通的细微孔隙愈多，其吸水率就愈大。3、 耐久性：岩石抵抗大自然因素作用的性能。目前已列入我国公路工程岩石试验规程（JTG E412005）的方法有：(1)抗冻性。 (2)坚固性。(1)抗冻性：  岩石抗冻性是指岩石在吸水饱和状态下，抵抗多次冻结和融化作用而不发生显著破坏，同时也不严重降低强度的性质。Ø

7、; 岩石吸水后，在负温作用条件下，水在材料毛细孔内冻结成冰，体积膨胀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。 我国现行抗冻性的试验方法是采用直接冻融法。该方法是将岩石加工为规则的块状试样，在常温条件下(20±5)，采用逐渐浸水的方法，使开口孔隙吸饱水分，然后置于负温（通常采用-15)的冰箱中冻结4h，最后在常温条件下融解，如此为一冻融循环。经过10、15、25或50次循环后，观察其外观破坏情况并加以记录。岩石抗冻质量损失率  式中：ms试验前烘干试件的质量（g）  

8、; mf试验后烘干试件的质量（g） 此外，抗冻性亦可采用未经冻融的岩石试件抗压强度与冻融循环后的岩石试件抗压强度比值（称为冻融系数）表示。 冻融破坏的原因： 材料有孔且孔隙含水；  水冰体积膨胀9，结冰压力高达100MPa ；  结冰压力超过材料的抗拉强度时，材料开裂；   裂缝的增加也进一步增加了材料的饱水程度 ；影响抗冻性的因素： 1.材料的密实度（孔隙率）  密实度越高则其抗冻性越好。 2.材料的孔隙特征    开口孔隙越多则其抗冻性越差。 3.材料的强度  

9、  强度越高则其抗冻性越好。 4.材料的耐水性     耐水性越好则其抗冻性也越好。 5.材料的吸水量大小     吸水量越大则其抗冻性越。 (2)坚固性：评定岩石试样经饱和硫酸钠溶液多次浸泡与烘干循环后，不发生显著破坏或强度降低的性质。 将烘干岩石试件置入饱和硫酸钠溶液中浸泡20h后，将试件取出置于105土5的烘箱中烘烤4h，至此完成第1个循环。待试样冷却至2025后，即开始第2个循环。从第2个循环起，浸泡和烘烤时间均为4h。完成5次循环后，仔细观察试件有无破坏现象，将试件洗净烘至恒重，准确称出其质量，计算坚固性

10、试验质量损失率。 质量损失率: 式中：Q冻  冻融后的质量损失率()    m1  试验前烘干试件的质量(g)  m2  试验后烘干试件的质量(g)（2） 力学性质 1、单轴抗压强度 式中：R岩石单轴抗压强度， MPa；   P材料破坏时的最大荷载，N；   A试件受力面积，mm2。2、 磨耗性 指石料抵抗撞击、剪切和磨擦等综合作用的性质。材料的磨耗性用磨耗率表示，计算公式如下： 式中： 

11、0; G 材料的磨耗率， （g/cm2）；     m1材料磨损前的质量，（g）；     m2 材料磨损后的质量，（g）；3、冲击韧度石材的冲击韧度取决于岩石的矿物组成和构造。晶体结构的岩石较非晶体结构的岩石具有较高的韧性。4、硬度硬度取决于组成石材矿物的硬度和构造。凡由致密、坚硬矿物组成的石材，其硬度就高。岩石的硬度以莫氏硬度表示。（3） 化学性质按SiO2含量，将石料划分为： 酸性岩  SiO2>65%  中性岩&

12、#160; 52%  SiO2 65% 碱性岩  SiO2<52%3、 常用建筑石材 1、砌筑用石材： Ø 料石毛料石、粗料石、半细料石、细料石    料石的宽度和厚度均不宜小于20cm，长度不宜大于厚度的倍，形状应大致呈六面体。 毛石乱毛石、平毛石             毛石为不规则形状，但毛石的中间厚度不小于15cm

13、，至少有一个方向的长度不小于30，质量约为20-30kg，强度不宜小于10MPa，软化系数不宜小于0.75。平毛石应有两个大致平行的面。2、 板材：  天然岩石经过开采、锯切、磨光等加工而成的板状装饰材料。较常见的是：大理石板材和花岗岩板材。3、 颗粒状石料(拌合混凝土用石材)：  碎石（粒径大于4.75mm的颗粒状石料）；卵石（较光滑的颗粒状石料）；石渣（天然石材破碎后加工而成 ，一般为人造石的骨料）。 常用装饰用石材的品种、性能及应用品    种 性     能

14、 应 用  天然大理石板材 耐化学腐蚀和抗风化性能较差 主要应用于室内 装饰天然花岗石板材 强度高、耐磨、抗风化、耐腐蚀 用于室内、 性好 室外装饰 细面板材 镜面板材 粗面板材青石装饰板材 属于砂岩 具有古建筑 的独特风格 4、 石材的选用原则 1、适用性：室内外、使用部位、施工方式、使用环境、周围材料的拼接等。选定主要技术指标能满足要求的岩石。2、经济性：天然石材投资大，尽可能做到就地取材。选材时注意降低成本。3、安全性： 可能含有镭、钍等放射性物质，选材时应该避免。五、人造石材 人造石具有天然石材的花纹、质感和装饰效果，而且具有质量轻，强度高，耐腐蚀，耐污染，施工方便

15、等优点。目前常用的人造石有下述四类：1、水泥型人造石材2、聚酯型人造石材3、复合型人造石材了解石灰、石膏等常用气硬性胶凝材料的原料、生产原理及储存；理解石灰、石膏等材料的共性和各自的特性；掌握石灰、石膏等材料的硬化机理、技术性质、检测方法和用途。 项目三 气硬性无机胶凝材料如：石灰、石膏、水玻璃等。胶凝材料的定义：凡在一定条件下，经过一系列的物理和化学变化，能够产生凝结硬化，将块状或粉状材料胶结起来，形成为一个整体的材料。气硬性胶凝材料。胶凝材料的分类：无机胶凝材料。通称为“水 泥”。水硬性胶凝材料。胶凝材。料如沥青、聚合物等。有机胶凝材料。 无机胶凝材料 气硬性胶凝材料：加水拌合均

16、匀后形成的浆体，只能在空气中凝结硬化，而不能在水中硬化的胶凝材料。如石灰、石膏、水玻璃、镁质胶凝材料等。 水硬性胶凝材料： 加水拌合均匀后形成的浆体，不仅能在干燥空气中凝结硬化，而且能更好地在水中硬化，保持或发展其强度。通称为“水泥”。欠火石灰：生石灰烧制过程中，往往由于石灰石原料的尺寸过大、窑中温度不均匀或时间不足等原因，生石灰中残留有未烧透的的内核，这种石灰称为“欠火石灰”。过火石灰：由于烧制的温度过高或时间过长，使得石灰表面出现裂缝或玻璃状的外壳，体积收缩明显，颜色呈灰黑色，这种石灰称为“过火石灰”。 过火石灰表面常被粘土杂质融化形成的玻璃釉状物包覆，结构致密，颜色较

17、深，熟化很慢。二 生石灰的熟化CaOH2OCa（OH)264.8KJ熟石灰生石灰水熟化速度快，熟化后体积增大12.5倍，放热量大。 熟化方法：根据熟化时加水量的不同，石灰的方式分为两种： 1、化灰 2、淋灰。化灰熟化为石灰膏 1.熟化为石灰膏：将生石灰放入化灰池中，加大量的水，熟化成石灰乳经筛网 储灰坑 石灰膏要在水中放置两周以上，以消除过火的危害，此过程即为“陈伏”。 2.熟化为熟石灰粉：将生石灰块分层淋适量的水，使石灰充分熟化，又不会过湿成团，此时得到的产品就是熟石灰粉。不同品质的石灰熟化速度不同。对放热量大，熟化速度快的石灰要保证充足的水量，并不断搅拌，以保证热量尽快散发；对熟化慢的石灰

18、，加水应少而慢，保持较高的温度，促使熟化尽快完成。在操作过程中要注意安全和劳动保护。胶凝材料的分类将在第四章进行讲解有机胶凝材料（树脂，沥青等） 二者有什么区别？胶凝材料水硬性胶凝材料（水泥）无机胶凝材料气硬性胶凝材料（石灰，石膏）本章的重点气硬性胶凝材料只能在空气中凝结硬化，而水硬性胶凝材料既能在空气中凝结硬化，又能在水中凝结硬化。 原料： 石灰岩，主要成分Caco3,其次为Mgco3 生产工艺：煅烧 MgCO3 700 Mgo+CO2CaCO3 900 CaoCO2 没有危害 煅烧石灰石或白垩碳酸钙没有完全分解，降低了石灰的利用率欠火石灰 具有多孔结构内部空隙率大，表观密度小，与水作用速度

19、快 温度过低时正火石灰温度在900左右时过火石灰温度过高时如何解决它的危害因煅烧温度过高或者时间过长，空隙率减小，表现密度增大，结构致密，表面常被熔触的黏土杂志形成的玻璃物质包裹，因此过火石灰的熟化十分缓慢，导致已硬化的砂浆产生鼓泡，崩裂等现象。 三.石灰的硬化 1.结晶过程 2.碳化过程 Ca(oH)2nH2OCO2CaCO3(n1)H2O这两个过程都需要在空气中才能进行，所以石灰是气硬性胶凝材料。结晶和碳化两个过程同时进行，但极为缓慢。碳化过程长时间只限于表面，结晶过程主要在内部发生。原因：空气中CO2含量稀薄，使碳化反应进展缓慢，同时表面的石灰浆一旦硬化就形成，外壳阻止了CO2的渗入，同

20、时又使内部的水分无法析出，影响硬化过程的进行。 合格品 一等品 优等品 有效成分含量 游离水含量熟石灰粉的技术要求 体积安定性 细 度 有效成分含量 未消化残渣含量 生石灰的技术要求 欠火程度 产浆量 四石灰的技术要求 5 常用建筑石灰的品种1. 生石灰块 由石灰石煅烧的白色或灰色疏松结构的块状物，主要成分Cao. 块灰放置太久，会吸收空气中的水分而自动熟化成熟石灰粉，还会再吸收空气中的CO2生成CaCO3,失去胶结能力。 贮存生石灰，要防止受潮，且不宜贮存太久。一般运到现场后，立即熟化，变贮存期为陈伏期。2. 磨细生石灰粉表面积大，水化反义快，可不经“陈伏”直接使用，提高了工效。 过火石灰因

21、磨细加快了熟化，欠火石灰因磨细混合均匀，挺高了石灰的质量和利用率。 促进硬化过程合二为一，热化时产生的热量能促进硬化，克服了石灰硬化慢的缺点。3消石灰粉常用于配置混合砂浆，石灰砌筑砂浆，抹面砂浆。4石灰膏常用于粉刷墙壁5.石灰乳 化学稳定性差：碱性物质，遇酸时易发生化学反应。 6 石灰的特性和应用Ca(OH)2粒子表面可以吸附水膜1. 石灰的特征良好的可塑性好及保水性应用：加入砂浆中，提高砂浆中，提高砂浆的可塑性，改善保水性。凝结硬化慢，强度低。2. 石灰的应用拌制灰土或三合土 夯实后的灰土或三合土广泛用做建筑的基础，路面或地面的垫层。 本章小结多用来拌制灰土和三合土熟石灰粉生石灰粉石灰岩使用

22、时可以不进行沉伏生石灰块煅烧 加适量水熟化 磨细粉刷墙壁 加过量水 进行沉伏 石灰乳用来拌制砌筑砂浆或抹面砂浆石灰膏 加水稀释 2、 石灰的技术指标 石灰的质量等级 建筑生石灰、建筑生石灰粉、建筑消石灰粉按有效CaOMgO的含量，可分为优等品、一等品和合格品三个等级。具体指标见教材。（P27表3-1/2/3）五、石灰的储存Ì 生石灰必须在干燥条件下储存，时间不宜过长，一般不超过一个月。作到“随到随化”。Ì 不得与易燃、易爆等危险液体物品混合存放和混合运输。Ì 当生石灰长时间存放时必须密闭防水、防潮。Ì 消石灰粉储存时应包装密封，以隔绝

23、空气，防止碳化。 22建筑石膏1、 石膏胶凝材料的原料和生产 建筑石膏的原料：生产建筑石膏的原料主要是天然二水石膏，也可以采用化工石膏、天然无水石膏。       1、生石膏：指天然二水石膏，分子式为CaSO4·2H2O，也称软石膏。是生产建筑石膏最主要的原料。生石膏粉加水不硬化，无胶结力。 2、化工石膏：指含有二水硫酸钙（CaSO4·2H2O）及CaSO4的化工副产品。如生产磷肥和磷酸时的废料称为磷石膏；生产氢氟酸时的废料称为氟石膏，此外还有盐石膏、芒硝石膏、钛石膏等。 3、硬石膏：

24、指天然无水石膏（ CaSO4 ），它结晶紧密、质地较硬，不含结晶水，与生石膏差别较大。石膏胶凝材料的生产 石膏胶凝材料的生产通常是把二水石膏在一定的温度和压力下，经过煅烧、脱水，再经磨细而成。   在不同的煅烧温度下，得到的产品是不同的。具体过程如下所示：建筑石膏CaSO4·0.5H2O 107170 型 加热、脱水高强石膏CaSO4·0.5H2O 125  0.13MPa 型 可溶性石膏CaSO4    二水石膏CaSO4·2H2O 蒸压锅 170360

25、CaSO4     加热、脱水不溶性石膏 400750高温煅烧石膏 CaSO4   800 在建筑工程中常用建筑石膏；高强石膏用于生产建筑石膏制品。2、 建筑石膏的凝结硬化Ì建筑石膏加水后，与水发生的化学反应如下：    CaSO4 0.5H2O + 1.5 H2O = CaSO4 2H2OÌ建筑石膏的凝结硬化过程可以表示如下：硬化 凝结浆体 建筑石膏+水 建筑石膏凝结过程，是一个溶解、反应、沉淀、结晶的过程；硬化过程则是二水石膏晶体之

26、间，结晶结构网的形成过程。晶体之间互相交叉连生，形成网状结构；随着反应的继续进行，结晶结构网逐渐密实，从而使石膏晶体逐渐硬化。3、 建筑石膏的技术要求 Ì建筑石膏的质量等级 建筑石膏按其细度、强度、凝结时间等指标，划分为优等品、一等品、合格品三个等级。 技术指标名称优等品一等品合格品强 抗折强度 抗压强度度2.52.11.84.93.92.9细度（0.2mm方孔筛筛余）5.0 10.0 15.0凝结时间 初凝不早于6min，终凝不迟于30min四、建筑石膏的特性1.凝结硬化速度快加缓凝剂； 2.硬化制品的孔隙率大、重量轻，强度低加筋、覆面；3. 导热率小、保温、吸声性好，具有一定的调

27、温调湿性（“呼吸”功能）； 4.凝结硬化时体积微膨胀制品密实、表面光滑细腻； 5.防火性好高温结晶水脱出； 6.耐水、抗冻性差防水剂、铝箔覆面改性；7.装饰性和可加工性好。五、建筑石膏的应用1.室内抹灰与粉刷 石膏砂浆及粉刷石膏。 2.生产建筑石膏制品石膏板、石膏砌块、制作建筑雕塑和模型。 3.生产水泥时作为缓凝剂加入水泥中。六、建筑石膏的储存 1.石膏在运输和储存时要注意防水、防潮。 2不宜长期储存，长期储存会使石膏的强度下降很多（一般储存3个月后，强度会下降30%左右） 。 §23 水玻璃1、 水玻璃的组成和生产 水玻璃的组成： 1、水玻璃俗称泡花碱，是一种水溶性的硅酸

28、盐，由碱金属氧化物和二氧化硅结合而成，如：硅酸钠（Na2O·nSiO2）、硅酸钾（ K2O·nSiO2 ）等。 2、优质纯净的水玻璃为无色透明的粘稠液体，溶于水，当含有杂质时呈淡黄色或青灰色。 3、钠水玻璃分子式Na2O·nSiO2中的n称为水玻璃的模数，是非常重要的参数。 4、n值越大，水玻璃的黏性和强度越高，但是在水中的溶解能力越差。 5、工程中常用水玻璃的模数n为2.6-2.8，即易溶于水又有较高的强度。 水玻璃的生产： 水玻璃的生产方法有湿法生产和干法生产两种。 材料设备条件方法湿法生产石英砂、氢氧化钠水溶液压蒸锅用蒸汽加热溶解干法生产石英砂粉和碳酸钠磨细

29、拌匀玻璃炉1300-1400熔融反应式为：NaCO3·nSiO2 = Na2O·nSiO2+CO2 二、水玻璃的硬化 1、水玻璃溶液在空气中吸收二氧化碳并与其发生反应，析出无定形二氧化硅凝胶，并逐渐干燥而硬化，其化学反应为： Na2O·nSiO2 + CO2 + mH2O = NaCO3 + nSiO2· mH2O 2、由于空气中CO2有限，硬化过程缓慢，为加速其硬化，常假如促硬剂氟硅酸钠（Na2SiF6）。3、 但是氟硅酸钠的掺量不能太多，也不能太少，其适宜用量为水玻璃质量的1215%。 三、水玻璃的特性与应用水玻璃的特性：1、黏结力强，强度较高硬化后

30、成分为硅凝胶，比表面积大，黏结力强； 2、耐酸性好硅酸凝胶不与酸类物质发生反应； 3、耐热性好不燃烧，高温下干燥很快，且强度不降低；4、抗渗性和抗风化能力好硅酸凝胶能堵塞材料毛细孔并在表面形成连续封闭膜。水玻璃的应用：1、涂刷材料表面，提供抗风化能力不能用来涂刷或浸渍石膏制品； 2、加固土壤双液注浆，水玻璃和氯化钙溶液，常用于粉土、砂土和填土的地基加固； 3、配制速凝防水剂即配即用；4、配制耐酸胶泥、耐酸砂浆和耐酸混凝土；5、配制耐热胶泥、耐热砂浆和耐热混凝土； 本章小结胶凝材料的定义和分类； 石灰、石膏、水玻璃都是气硬性胶凝材料，在现代建筑中的应用是很常见的建筑材料。（1）石灰品种很多，各种

31、石灰产品都统称石灰。石灰的强度很低，主要来源于Ca（OH）2的结晶和碳化。利用石灰的特性可将其用于拌制砂浆、配制灰土和三合土、制作石灰碳化板和硅酸盐制品等。（2）石膏的品种很多，不同品种的石膏，其生产条件不同，且性能及应用各异。建筑石膏是建筑工程中应用最多的一种石膏产品，建筑石膏凝结硬化速度很快，其技术性质要求主要表现在强度、细度、凝结时间三方面，利用它的特性可用于建筑室内抹灰及粉刷、并大量用于制作石膏制品。（3）水玻璃黏结力强，强度较高，多用于涂刷材料表面，加固土壤等。项目四 水泥性能与检测水泥的特点和适用范围 水泥的特点：水泥是一种粉末状材料，加水后拌合均匀形成的浆体，不仅能够在干燥环境中凝结硬化，而且能更好地在水中硬化，保持或发展其强度，形成具有堆聚结构的人造