土木工程材料详细学习教案

1、土木工程材料土木工程材料(cilio)详细详细第一页，共499页。课程性质：专业基础课（必修(bxi)）课 时：总学时 40学时 课堂授课 30学时 试 验 10学时采用教材：土木工程材料（第二版） 陈志源 李启令主编 武汉理工大学出版社出版第1页/共499页第二页，共499页。教学目的：使学生掌握土木工程材料的制备、性质、用途、质量检测和控制方法。掌握土木工程材料的选用及改善(gishn)性能的途径。第2页/共499页第三页，共499页。第第 一一 章章第3页/共499页第四页，共499页。第4页/共499页第五页，共499页。土木工程土木工程(tm gngchng)材料与土木工程材料与土木

2、工程(tm gngchng)的关系：的关系：土木工程(tm gngchng)材料是一切土木工程(tm gngchng)的物质基础(一) 土木工程材料(cilio)的各项物理力学性能是结构设计的基本依据。(二) 土木工程材料是选择施工方案和进行施工设计的基础。第5页/共499页第六页，共499页。(三) 土木工程材料费用约占土木工程总投资的6070，是控制土木工程成本(chngbn)的关键。 (四) 土木工程材料的质量直接(zhji)影响土木工程的质量。第6页/共499页第七页，共499页。1.1.1土木工程材料土木工程材料(cilio)的分的分类类 土木工程材料品种繁多，我们可按不同原则(yu

3、nz)进行分类：(1) 按材料在工程按材料在工程(gngchng)中的功能分类中的功能分类 结构材料 它们在建筑中承受各种荷载，起骨架作用，其质量好坏直接危及结构安全，属于这类材料的有钢材、水泥混凝土等。第7页/共499页第八页，共499页。 围护与隔绝(gju)材料 它们在建筑中起围护与隔绝作用，以便形成建筑空间(kngjin)，这些材料应具有绝热、隔声、防水等功能，又称功能材料。第8页/共499页第九页，共499页。 装饰(zhungsh)材料 特种功能(gngnng)材料 用于建筑物内外的装饰，其色彩和质感均应满足建筑内外环境设计(shj)的要求。 其中包括耐高温、抗强腐蚀、防辐射、太阳

4、能转换等具有特种功能要求的材料。第9页/共499页第十页，共499页。(2) 按材料按材料(cilio)的化学成分分类的化学成分分类无机材料有机材料复合材料金属材料非金属材料植物材料沥青材料合成高分子材料钢、铝等碳、水泥、石材、混凝土玻璃等木材、竹材石油沥青、煤沥青及其制品塑料、合成橡胶等金属 非金属有机 无机第10页/共499页第十一页，共499页。1.1.2 土木工程土木工程(tm gngchng)材料的标准化材料的标准化标准内容标准内容:规格、分类、技术要求、检验方法规格、分类、技术要求、检验方法(fngf)、验收规则、标志、运输和贮存等验收规则、标志、运输和贮存等标准类型：标准类型：

5、ISO国际标准国际标准 国家标准（国家标准（GB GB/T) 行业标准（行业标准（JG JC YB JT) 地方标准（地方标准（DB) 企业标准（企业标准（QB) 第11页/共499页第十二页，共499页。第12页/共499页第十三页，共499页。1.2.1 材料材料(cilio)的密度、表观密度和堆积的密度、表观密度和堆积密度密度1.2.1.1 密度密度(md)定义：材料在绝对密实状态下，单位定义：材料在绝对密实状态下，单位(dnwi)体积的质量。体积的质量。可按下式计算：Vm 密度，g/cm3；m 材料的质量，g；V 材料在绝对密实状态下的体积，cm3。（density）第13页/共499

6、页第十四页，共499页。测量方法测量方法 有较多孔隙(kngx)的材料，采用磨细后用李氏瓶测定其体积的方法。第14页/共499页第十五页，共499页。 某些致密材料，如卵石等，可用直接 排液法，用这种方法测量的体积，由 于无法排除内部封闭的孔隙，所以称 这样(zhyng)测得的密度为近似密度(a)。第15页/共499页第十六页，共499页。1.2.1.2 表观表观(bio un)密度密度定义：材料在自然状态下，单位定义：材料在自然状态下，单位(dnwi)体积的质量。体积的质量。计算计算(j sun)：00Vm0 表现密度，g/cm3或 kg/m3；m 材料的质量，g，或 kg；V0 材料在自然

7、状态下的体积，cm3 或 m3。（unit weight）第16页/共499页第十七页，共499页。1.2.1.3 堆积堆积(duj)密度密度定义定义(dngy)：粉状或粒状材料，在堆积状态下，：粉状或粒状材料，在堆积状态下，单位体积的质量。单位体积的质量。计算计算(j sun)：00Vm0 堆积密度，kg/m3；m 材料的质量， kg；V0 松散材料的堆积体积， m3。（heaped density ）第17页/共499页第十八页，共499页。V0VVKVB开口开口(ki ku)孔孔封闭封闭(fngb)孔孔闭口(b ku)孔隙自然状态下的块状材料开口孔隙VmPVVm0BKVVVm0实体实体第

8、18页/共499页第十九页，共499页。实实 体体空空 隙隙开口开口(ki ku)孔隙孔隙封闭封闭(fngb)孔隙孔隙装在容器(rngq)里的粒状、粉状或块状材料V0VVKVBV000Vm第19页/共499页第二十页，共499页。1.2.2 材料的孔隙材料的孔隙(kngx)和空隙和空隙1.2.2.1 材料材料(cilio)的孔隙的孔隙(1)孔隙孔隙(kngx)率率: 材料内部孔隙材料内部孔隙(kngx)体积体积占材料总体积的百分率占材料总体积的百分率%100)1 (%100000VVVp材料的孔隙从两个方面对材料的性能产生影响：一是孔隙的多少（孔隙数量），二是孔隙特征。孔隙数量用孔隙率表征。第

9、20页/共499页第二十一页，共499页。pVVD1%100%10000(2)密实度密实度: 材料内部固体材料内部固体(gt)物质的实际体积占材料物质的实际体积占材料 总体积的百分率总体积的百分率孔隙特征主要有三方面：（1）按孔隙尺寸大小分微孔、细孔和大孔；（2）按空隙间是否(sh fu)贯通分互相隔开的孤立孔和互相贯通的连通孔；第21页/共499页第二十二页，共499页。（3）按孔隙是否(sh fu)与外界连通分为与外界连通的开口孔和不与外界连通的封闭孔（闭口孔）。把开口孔体积记为Vk，闭口孔体积记为VB，则孔隙体积 V= Vk+ VB定义开口孔孔隙率为定义闭口孔孔隙率为则孔隙率为0VVpK

10、K0VVpBBBKppp第22页/共499页第二十三页，共499页。散粒材料颗粒间的空隙多少用空隙率表示(biosh)。(1) 空隙率: 散粒材料颗粒间的空隙体积占堆积体积的百分率%100)1 (%10000000VVVp1.2.2.2 材料材料(cilio)的空隙的空隙(2)填充率填充率:颗粒的自然状态体积颗粒的自然状态体积(tj)占堆积体积占堆积体积(tj)的的百分率百分率00001%100%100pVVD第23页/共499页第二十四页，共499页。1.3 1.3 材料的力学材料的力学(l xu)(l xu)性质性质第24页/共499页第二十五页，共499页。1.3.1 强度强度(qing

11、d)与比强度与比强度(qingd)一、材料一、材料(cilio)的的强度强度定义 材料在外力作用下不破坏时能承受(chngshu) 的最大应力 根据外力作用方式的不同，材料有抗压强度、抗拉强度、抗弯强度、抗剪强度等。第25页/共499页第二十六页，共499页。 LLF/2F/2FFL/3F FL/3L/3(a) 压力(yl)(b) 拉力(ll)(c) 弯曲(wnq)(d) 剪切材料所受外力：材料所受外力：第26页/共499页第二十七页，共499页。各种强度(qingd)的计算公式如下： 抗压、抗拉、抗剪的强度抗压、抗拉、抗剪的强度(qingd)APf f 强度(qingd)， Mpa；P 破坏

12、时最大荷载，N；A 受力截面面积，mm2。 第27页/共499页第二十八页，共499页。 抗弯强度抗弯强度223bhPLff1）(中点集中荷载)2）2bhPLff(三分点两相等集中荷载)ff 抗弯强度，Mpa；P 弯曲(wnq)破坏时最大荷载，N；L 两支点的间距(jin j)，mm； b 试件横截面积宽度(kund)，mm；h 试件横截面积高度，mm。 第28页/共499页第二十九页，共499页。 许多土木工程材料常以其强度(qingd)大小划分为若干等级，俗称 “ 标号 ”。第29页/共499页第三十页，共499页。材料强度(qingd)受以下三个因素的影响： 材料(cilio)内部结构和

13、构造 材料所处的环境(hunjng)条件(温度、湿度、含水量等) 强度值的测试条件(试件尺寸、加荷速度等)第30页/共499页第三十一页，共499页。二、材料二、材料(cilio)的的比强度比强度定义 单位体积重量的材料强度,等于 材料的强度与其表观(bio un)密度之比衡量材料(cilio)是否轻质、高强的指标第31页/共499页第三十二页，共499页。1.3.2 材料材料(cilio)的弹性的弹性与塑性与塑性 弹性弹性(tnxng)与塑性与塑性 材料在承受外力时，如撤除外力的作用后，材料的几何形状能恢复原状，材料的这种性能(xngnng)称为弹性。如果只能部分恢复变形，而残留一部分不能消

14、失的变形，该残留部份称为塑性变形。第32页/共499页第三十三页，共499页。材料在弹性范围内，其应力和应变之间关系符合如下公式： 应力； 应变，为材料受外力变形尺寸增量与原尺寸之比； 弹性模量；弹性模量是材料刚度的度量，物理意义为单位应变所需要(xyo)的应力，反映了材料抵抗变形的能力。是结构设计中的主要参数之一。弹塑性材料：材料受力时，弹性变形和塑性变形同时发生，外力去除后，弹性变形恢复，塑性变形保留。第33页/共499页第三十四页，共499页。1.3.3 1.3.3 脆性脆性(cuxng)(cuxng)和韧性和韧性（1）脆性 材料(cilio)在外力作用下，无明显塑性变形 而突然破坏的性

15、质。具有这种破坏特征的材料(cilio)，称为脆性材料(cilio)。从应力(yngl)应变图中看材料的脆性第34页/共499页第三十五页，共499页。（2）韧性 材料在冲击或震动荷载作用下，能吸收较大的能量，产生(chnshng)一定的变形而不破坏的性质称为韧性或冲击韧性。一般以测定其冲击破坏时单位断面上吸收的能量作为指标。第35页/共499页第三十六页，共499页。1.3.4 1.3.4 硬度硬度(yngd)(yngd)和耐磨性和耐磨性硬度：材料抵抗较硬物质刻划或压入的能力硬度：材料抵抗较硬物质刻划或压入的能力(nngl)常用刻划法和压入法测定。常用刻划法和压入法测定。刻划法称莫氏硬度；压

16、入法称布氏硬度、洛氏硬度和刻划法称莫氏硬度；压入法称布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。维氏硬度。耐磨性：材料抵抗磨损的能力耐磨性：材料抵抗磨损的能力(nngl)，用耐磨率表，用耐磨率表示示第36页/共499页第三十七页，共499页。1.3.5 1.3.5 材料材料(cilio)(cilio)的徐变和应力松的徐变和应力松弛弛 当材料(cilio)在恒定外力的作用下，其变形随时间而缓慢增加的过程，称为徐变。 当材料在持续外力作用下，总的变形值保持不变，由于徐变而使材料内应力(yngl)随时间而逐渐降低的过程，称为应力(yngl)松弛。徐变和应力松弛是相互关联的两种现象。第37页/共499页第三十八页，

17、共499页。1.41.4材料材料(cilio)(cilio)与水有与水有关的性质关的性质第38页/共499页第三十九页，共499页。(a) 亲水性材料(b) 憎水性材料1.4.1 1.4.1 材料材料(cilio)(cilio)的亲水性与憎水性的亲水性与憎水性润湿边角润湿边角: 在材料、水和空气的三相交叉点处沿水 滴表面作切线，切线与材料和水接触面 的夹角。第39页/共499页第四十页，共499页。1.4.2 1.4.2 材料材料(cilio)(cilio)的含水状态的含水状态四种基本含水状态：四种基本含水状态：干燥干燥(gnzo)状态状态材料孔隙中不含或含水极微；材料孔隙中不含或含水极微；气

18、干状态气干状态材料孔隙中所含水与大气湿度平衡；材料孔隙中所含水与大气湿度平衡；饱和面干状态饱和面干状态材料表面干燥材料表面干燥(gnzo)，孔隙含，孔隙含水饱和；水饱和；湿润状态湿润状态材料孔隙含水饱和，表面为水湿润附材料孔隙含水饱和，表面为水湿润附 有一层水膜。有一层水膜。材料也可处于两种基本含水状态之间的过渡状态材料也可处于两种基本含水状态之间的过渡状态第40页/共499页第四十一页，共499页。饱和(boh)水表面(biomin)水材 料 的 含 水 状 态(a) 干燥(gnzo)状态(b) 气干状态(c) 饱和面干状态(d) 湿润状态(a)(b)(c)(d)第41页/共499页第四十二

19、页，共499页。1.4.3 1.4.3 材料材料(cilio)(cilio)的吸湿性和吸水性的吸湿性和吸水性(1) 吸湿性吸湿性 亲水材料在潮湿空气中吸收水分亲水材料在潮湿空气中吸收水分(shufn)(2) 的性质。的性质。(3) 用含水率表示用含水率表示%100ggshmmmWWh 含水率； ms 材料含水状态(zhungti)下的质量，g；mg 材料干燥状态下的质量，g。第42页/共499页第四十三页，共499页。材料的含水率随环境温度和湿度变化材料的含水率随环境温度和湿度变化(binhu)而变而变化化(binhu)。平衡含水率：材料中所含水分与环境温度所平衡含水率：材料中所含水分与环境温

20、度所 对应的湿度相平衡时的含水率。对应的湿度相平衡时的含水率。材料在干燥空气中放出所含水分的性质称还湿性。材料在干燥空气中放出所含水分的性质称还湿性。第43页/共499页第四十四页，共499页。（2）吸水性）吸水性材料在水中吸水的性质。材料在水中吸水的性质。 用吸水率表示，有重量吸水率和体积吸水用吸水率表示，有重量吸水率和体积吸水率两个定义率两个定义(dngy)：重量吸水率重量吸水率材料吸水饱和时，吸收的水分重材料吸水饱和时，吸收的水分重 量占材料干燥时重量的百分率；量占材料干燥时重量的百分率；体积吸水率体积吸水率材料吸水饱和时，吸收的水分体材料吸水饱和时，吸收的水分体 积占材料干燥时体积的百

21、分率；积占材料干燥时体积的百分率；材料的体积吸水率等于其重量吸水率乘上材料干材料的体积吸水率等于其重量吸水率乘上材料干燥状态时的表观密度。燥状态时的表观密度。第44页/共499页第四十五页，共499页。1.4.4 1.4.4 耐水性耐水性定义定义 材料长期在水作用下不破坏、强度材料长期在水作用下不破坏、强度也不也不 明显下降的性质明显下降的性质用软化系数表示：用软化系数表示：软化系数软化系数材料吸水饱和状态下的抗材料吸水饱和状态下的抗压强度压强度(kn y qin d) 与干燥状态下的抗压强度与干燥状态下的抗压强度(kn y qin d)之比之比软化系数软化系数 0.8 的材料称为耐水材料的材

22、料称为耐水材料第45页/共499页第四十六页，共499页。1.4.5 1.4.5 抗渗性抗渗性定义定义 材料抵抗材料抵抗 压力压力(yl)水渗透的性质水渗透的性质 常用渗透系数或抗渗标号表示：常用渗透系数或抗渗标号表示：渗透系数：渗透系数：AtHQdk k 渗透系数，cm/h；Q 透水量(shu lin)，cm；d 试件厚度(hud)，cm；A 透水面积，cm； t 时间，h；H 静水压力水头，cm。第46页/共499页第四十七页，共499页。抗渗标号（记为抗渗标号（记为Pn）：）：材料按规定制作材料按规定制作(zhzu)的试件在标准试验条的试件在标准试验条件下所能承受的最大水压力（件下所能承

23、受的最大水压力（MPa）。）。材料的渗透系数越小或抗渗标号越高表明材料材料的渗透系数越小或抗渗标号越高表明材料的抗渗性越好。的抗渗性越好。第47页/共499页第四十八页，共499页。1.4.6 1.4.6 抗冻性抗冻性定义定义 材料在含水状态下能经受多次冻融循环材料在含水状态下能经受多次冻融循环 作用而不破坏，强度也不显著降低的性质。作用而不破坏，强度也不显著降低的性质。常用抗冻标号（记为常用抗冻标号（记为Fn）表示：）表示： 以规定的吸水饱和试件在标准试验条件下，经一以规定的吸水饱和试件在标准试验条件下，经一定次数的冻融循环后，强度降低不超过规定数值，定次数的冻融循环后，强度降低不超过规定数

24、值，也无明显损坏也无明显损坏(snhui)和剥落，则此冻融循环次和剥落，则此冻融循环次数即为抗冻标号。数即为抗冻标号。材料的抗冻性与材料吸水程度、材料强度及孔隙特材料的抗冻性与材料吸水程度、材料强度及孔隙特征有关。含水率大、强度低、开口孔多抗冻性差。征有关。含水率大、强度低、开口孔多抗冻性差。第48页/共499页第四十九页，共499页。1.5材料材料(cilio)的热的热性质性质第49页/共499页第五十页，共499页。1.5.1. 1.5.1. 热容热容(r rn)(r rn)性性定义定义(dngy)材料在温度变化材料在温度变化(binhu)时吸收或放时吸收或放出热量的能力出热量的能力不同材

25、料的热容性可用比热进行比较。不同材料的热容性可用比热进行比较。比热：单位质量的材料升高单位温度所需热量。比热：单位质量的材料升高单位温度所需热量。第50页/共499页第五十一页，共499页。定义定义(dngy)1.5.2 1.5.2 导热性导热性材料材料(cilio)两侧有温差时热量由高两侧有温差时热量由高温侧向低温侧传递的能力。温侧向低温侧传递的能力。常用导热系数表示。常用导热系数表示。材料的导热性能与孔隙特征材料的导热性能与孔隙特征(tzhng)有有关，增加孤立的、不连通孔隙可降低材料关，增加孤立的、不连通孔隙可降低材料导热能力。导热能力。第51页/共499页第五十二页，共499页。1.5

26、.3 1.5.3 热变形热变形(bin xng)(bin xng)性性定义定义(dngy)材料在温度变化材料在温度变化(binhu)时的尺寸时的尺寸变化变化(binhu)常用线膨胀系数表示。常用线膨胀系数表示。有保温隔热要求的工程尽量选用热容量大、有保温隔热要求的工程尽量选用热容量大、导热系数小的材料。导热系数小的材料。第52页/共499页第五十三页，共499页。1.61.6材料材料(cilio)(cilio)的耐的耐久性久性第53页/共499页第五十四页，共499页。 土木工程材料在使用过程中经受各种破坏因素 ( 物理的、化学(huxu)的、环境的、生物的等等 ) 的作用，而能保持其使用性能

27、的性质称为土木工程材料的耐久性。环境影响因素往往是复杂多变的，它们单独或交互作用于材料形成破坏。由于各种破坏因素的复杂性和多样性，使得耐久性是一个综合性概念。第54页/共499页第五十五页，共499页。材料的耐久性是一项重要技术指标。在构筑物的设计及材料选用中，必须慎重考虑材料耐久性问题，以利节约材料、减少维修费用，延长使用寿命。高耐久性材料可抵抗各种破坏作用、延长构筑物使用寿命，使之坚固稳定(wndng)、经久耐用，并可降低维修费用，最终使整体综合费用降低，利用率增高，收益增大，从而获得显著的综合经济效益。从工程技术发展角度看，由按耐久性进行工程设计取代按强度进行工程设计更具科学性和实用性。

28、然而，要按耐久性进行工程设计，尚需对各种材料的耐久性进行更为广泛深入的研究。提高材料耐久性是土木工程材料生产及应用的重要课题之一。第55页/共499页第五十六页，共499页。第56页/共499页第五十七页，共499页。胶凝材料(cilio):与水拌和后能将散粒或块状材料(cilio)粘结成 整体的材料(cilio)。气硬性胶凝材料(cilio)：只能在空气中硬化、保持或发 展强度；水硬性胶凝材料(cilio)：不仅能在空气中硬化，而且能 更好地在水中硬化，保持和发展 强度。第57页/共499页第五十八页，共499页。胶凝材料(cilio)的分类：胶凝材料胶凝材料(cilio)有机有机(yuj)

29、胶凝材料胶凝材料无机胶凝材料无机胶凝材料天然有机胶凝材料天然有机胶凝材料如：沥青、天然树脂等合成有机胶凝材料合成有机胶凝材料如：各种合成树脂气硬性胶凝材料气硬性胶凝材料如：石灰、石膏、水玻璃等水硬性胶凝材料水硬性胶凝材料如：各种水泥第58页/共499页第五十九页，共499页。2.12.1石石 灰灰 lime 第59页/共499页第六十页，共499页。2.1.1 石灰生产石灰生产(shngchn)简介简介生产简介：以碳酸钙为主要成分的原料9001000c 高温煅烧得到块状生石灰氧化钙。块状生石灰加工得产品： 生石灰粉（磨细生石灰） 消石灰分（加水消化干燥(gnzo)而成） 石灰膏（加过量水消化成

30、达一定稠度的膏体）生石灰经消化后成熟石灰，其主要成分为氢氧化钙烧成 CaCO3 CaO+CO2 熟化(shhu) CaO+H2O Ca(OH)2+64.9103J第60页/共499页第六十一页，共499页。2.1.2 石灰的技术石灰的技术(jsh)要求要求各种石灰产品按现行各种石灰产品按现行(xinxng)建建材行业标准材行业标准分三个等级分三个等级,并各有其技术标准并各有其技术标准.第61页/共499页第六十二页，共499页。2.1.3 石灰石灰(shhu)的特性的特性可塑性和保水性(shuxng)好生石灰水化时水化热大，体积增大硬化缓慢硬化Ca(OH)2硬化时体积收缩大硬化后强度低耐水性(

31、shuxng)差脱水(tu shu)结晶碳化Ca(HO)2+CO2+nH2O CaCO3+(n+1)H2O第62页/共499页第六十三页，共499页。制作石灰(shhu)乳涂料配制砂浆拌制石灰(shhu)土和石灰(shhu)三合土生产硅酸盐制品2.1.4 石灰石灰(shhu)的应用的应用第63页/共499页第六十四页，共499页。2.22.2石石 膏膏gypsum第64页/共499页第六十五页，共499页。 2.2.1 建筑建筑 石膏生产石膏生产(shngchn)简介简介石膏是一种以硫酸钙为主要成分的气硬性(yngxng)胶凝材料.二水石膏(shgo)加热时的变化SO42H2OOH21CaSO

32、24至140的饱和水蒸气条件下或某些盐溶液中4CaSO可溶性硬石膏220OH21CaSO244CaSO可溶性硬石膏320360CaSO4不溶性硬石膏500700110170第65页/共499页第六十六页，共499页。分类：建筑石膏 高强石膏 无水石膏水泥 高温煅烧石膏建筑石膏生产简介：原料（天然二水石膏矿石、天然 无水石膏、化工石膏等）经加热煅烧、脱水、磨细得石膏产品(chnpn)。加热温度和方式不同得不同类型石膏产品(chnpn)。 建筑石膏为非封闭、加热到107170c得到。建筑(jinzh)石膏即 型半水石膏第66页/共499页第六十七页，共499页。2.2.2 石膏石膏(shgo)的技

33、术要求的技术要求分为三个等级并有其技术指标分为三个等级并有其技术指标.易吸潮易吸潮,贮运时须防潮贮运时须防潮,储存储存(chcn)时间一般不超过三时间一般不超过三个月个月.产品标记顺序为产品标记顺序为:产品名称产品名称,抗折强度值抗折强度值,标准号标准号.第67页/共499页第六十八页，共499页。2.2.3 建筑石膏建筑石膏(shgo)的特性的特性凝结硬化快硬化时体积微膨胀硬化后孔隙率较大，表观密度(md)和强度较低隔热、吸声性良好防火性能良好具有一定的调温调湿性耐水性和抗冻性差加工性能好硬化(ynghu)过程OH2CaSOOH211OH21CaSO24224溶解水化 过饱和 胶化 结晶第6

34、8页/共499页第六十九页，共499页。2.2.4 建筑建筑(jinzh)石膏的应用石膏的应用制备粉刷石膏(shgo)建筑石膏(shgo)制品第69页/共499页第七十页，共499页。2.32.3水水 玻玻 璃璃sodium silicate第70页/共499页第七十一页，共499页。 2.3.1 水玻璃的特性水玻璃的特性(txng)泡花碱 能溶于水的硅酸盐 由不同比例碱金属氧化物和二氧化硅组成化学通式(tngsh)：R2OnSiO2n水玻璃模数，是二氧化硅与碱金属氧化物间的分 子比。一般在1.53.5之间，工程中常用2.62.8。n越小，水玻璃中晶体组分多，粘结力差；n越大,水玻璃中胶体成分

35、增多，粘结力增大。第71页/共499页第七十二页，共499页。n1 溶于常温(chngwn)水中n23 溶于热水(r shu)中n 3 溶于4个大气压的蒸气(zhn q)中在空气中硬化进程缓慢，要加促硬剂具有良好的粘结性能固体含量多时冰点降低，变脆，冻后加热融化性能不变耐酸性能好耐高温堵塞材料毛细孔，防水防渗第72页/共499页第七十三页，共499页。2.3.2 水玻璃的应用水玻璃的应用(yngyng)涂刷建筑材料表面提高其抗风化能力(nngl)配制耐酸浆、耐酸砂浆、耐酸混凝土配制耐热砂浆、耐热混凝土用于土壤加固配制快凝防水剂第73页/共499页第七十四页，共499页。菱苦土简介(jin ji

36、)第74页/共499页第七十五页，共499页。cement第75页/共499页第七十六页，共499页。水硬性无机矿物胶凝材料常用水泥：硅酸盐水泥代号P（不掺混合材料）、P（掺 300m/kg筛余：800m筛孔筛余 45min终凝 6h30min标准稠度(chu d)：水泥拌制成特定的塑性状态。标准稠度(chu d)用水量：水泥拌制成特定的塑性状态时所 需的水量。第98页/共499页第九十九页，共499页。标准(biozhn)稠度测定仪试锥和锥模1铁座；2金属圆棒；3松紧(sngjn)螺丝；4指针(zhzhn)；5标尺第99页/共499页第一百页，共499页。 体积安定性: 水泥(shun)在凝

37、结硬化过程中，体积变 化的均匀性.体积安定性不良的水泥(shun)，会导至结构物内的体积不均匀变化而产生裂缝、强度下降等严重后果。测定方法：测定方法： 试饼蒸煮法；雷氏夹法(两者均为沸煮法)3.1.5.3 体积体积(tj)安定性安定性第100页/共499页第一百零一页，共499页。雷氏夹雷氏夹膨胀(png zhng)值测量仪1指针(zhzhn)；2环模1底座；2模子座；3测弹性标尺；4立柱(l zh)；5测膨胀值标尺；6悬臂；7悬丝；8弹簧顶扭7123456812第101页/共499页第一百零二页，共499页。 石膏(shgo)过量 (生产中严格控制) 安定性不良(bling)的原因： fCa

38、O 过量(guling) (用沸煮法检验) fMgO 过量 (生产中严格控制)第102页/共499页第一百零三页，共499页。3.1.5.4 强度强度(qingd)及强度及强度(qingd)等级等级1604040水泥强度(qingd)是选用水泥时的主要技术指标,也是划分水泥强度(qingd)等级的依据.采用软练胶砂法测定水泥强度(qingd).试件尺寸(ch cun) 抗折强度 抗压强度第103页/共499页第一百零四页，共499页。水泥胶砂强度检验方法水泥胶砂强度检验方法:1.试模为可装卸的三联模试模为可装卸的三联模,每条每条4040 160mm.2.各龄期试件必须在下列时间内进行强度试验各

39、龄期试件必须在下列时间内进行强度试验: 龄期龄期 时间时间 3d 3d2h 7d 7d3h 28d 28d3h3.每龄期取出三条试件先做抗折强度试验每龄期取出三条试件先做抗折强度试验,采用中分点采用中分点加荷加荷.结果取三块试件平均结果取三块试件平均(pngjn)整数整数.当三个强度值当三个强度值中有超过平均中有超过平均(pngjn)值值10%的的,应剔除后再平均应剔除后再平均(pngjn),平均平均(pngjn)值作为抗折强度试验结果。值作为抗折强度试验结果。4.抗折试验后二个断块立即进行抗压试验抗折试验后二个断块立即进行抗压试验,受压面受压面4062.5mm.六个抗压强度结果剔除最大、最小

40、两个六个抗压强度结果剔除最大、最小两个数值，剩下四个平均数值，剩下四个平均(pngjn)值作为抗压强度试验结值作为抗压强度试验结果。如不足六块，取平均果。如不足六块，取平均(pngjn)值。值。第104页/共499页第一百零五页，共499页。硅酸盐水泥(shun)各龄期的强度8.5强度(qingd)等级抗压强度(kn y qin d)(MPa)抗折强度(Mpa)3 d28 d3 d28 d6.57.08.08.042.5R22.042.54.052.523.052.54.07.052.5R27.052.55.062.528.062.55.062.5R32.062.55.572.5R37.072

41、.56.0根据强度试验结果确定水泥强度等级。根据强度试验结果确定水泥强度等级。42.517.042.53.56.5第105页/共499页第一百零六页，共499页。3.1.5.5 碱含量碱含量(hnling)碱含量是指水泥中氧化钠和氧化钾的含量。如果水泥中碱含量过高，用于混凝土时，遇到有活性的骨料，易产生碱-骨料反应。碱-骨料反应：混凝土所用骨料中若含有(hn yu)活性氧化硅会与水泥中的碱发生反应，在骨料表面生成碱-硅酸凝胶，吸水后无限膨胀导致混凝土开裂破坏。国家标准规定：水泥中碱含量不得大于0.60%。第106页/共499页第一百零七页，共499页。国家标准规定：国家标准规定：对于水泥对于水

42、泥(shun)的五项主要技术质量要求，凡的五项主要技术质量要求，凡氧化镁氧化镁 三氧化硫三氧化硫 四项中任一项不符合四项中任一项不符合安定性（安定性（ fCaO ） 标准规定时，水泥标准规定时，水泥(shun)均均初凝时间初凝时间 为废品为废品其它要求任一项不符合标准规定时水泥其它要求任一项不符合标准规定时水泥(shun)为不合为不合格品格品第107页/共499页第一百零八页，共499页。3.23.2其它品种其它品种(pnzhng)(pnzhng)水泥水泥第108页/共499页第一百零九页，共499页。3.2.1 高铝水泥高铝水泥(shun)矾土水泥,属铝酸盐水泥系列(xli).以铝矾土和石灰

43、石为原料经高温煅烧而成,主要成分为铝酸钙.主要特性: (1)快凝早强; (2)水化热大,放热集中; (3)抗硫酸盐性能很强,抗碱性极差; (4)耐热性好; (5)长期强度略有降低趋势.主要应用于紧急军事工程、抢修工程、配制耐热混凝土、寒冷地区冬季施工的混凝土工程.不宜用于大体积混凝土工程,不能蒸汽养护,不得与硅酸盐水泥或石灰相混,不能用于长期承重结构及高温高湿环境中的工程.第109页/共499页第一百一十页，共499页。3.2.2 膨胀水泥膨胀水泥(pn zhn shu n)在硬化国过程中不仅不收缩(shu su)反而有一定数量的膨胀，可克服普通水泥硬化时收缩(shu su)产生微裂缝的缺点。

44、有硅酸盐膨胀水泥、铝酸盐膨胀水泥、硫铝酸盐膨胀水泥、铁铝酸钙膨胀水泥四个主要品种。膨胀源于水泥石中钙矾石的膨胀。适用于配制收缩(shu su)补偿混凝土，构件的接缝及管道接头，混凝土结构加固和修补，防渗堵漏，机器底座及地脚螺丝固定。自应力大于2.0MPa时称自应力水泥，用于自应力钢筋混凝土压力管及其配件。第110页/共499页第一百一十一页，共499页。3.2.3 白色白色(bis)和彩色硅酸盐水泥和彩色硅酸盐水泥3.2.3.1 白色白色(bis)硅酸盐水硅酸盐水泥泥主要矿物组成仍为硅酸盐，只是其中着色物质含量(hnling)极少。性能与硅酸盐水泥基本相同。多用于装饰工程。 3.2.3.2 彩

45、色硅酸盐水泥在硅酸盐水泥中加入着色物质。用于装饰工程，配制各类彩色水泥浆、砂浆和混凝土。第111页/共499页第一百一十二页，共499页。concrete第112页/共499页第一百一十三页，共499页。4.14.1混凝土概述混凝土概述(i sh)(i sh)第113页/共499页第一百一十四页，共499页。由胶凝材料、水（或不加水）和骨料按适当的比例配合，拌合制成混合物，经一定时间后硬化而成的人造石材，叫做混凝土。混凝土一词源(c yun)自于拉丁文术语“Concretus”“共同生长”混凝土的概念混凝土的概念(ginin)concrete第114页/共499页第一百一十五页，共499页。混

46、凝土的分类混凝土的分类(fn li)1.按所用按所用(su yn)胶凝材料分胶凝材料分水泥(shun)混凝土沥青混凝土硅酸盐混凝土聚合物胶结混凝土聚合物浸渍混凝土聚合物水泥混凝土水玻璃混凝土石膏混凝土硫磺混凝土2.按表观密度大小分按表观密度大小分重 砼普通砼。 2600 kg/m。= 20002500 kg/m轻 砼 。 1950 kg/m轻骨料砼 。 = 8001950 kg/m多 孔 砼 。= 3001000 kg/m大 孔 砼普通骨料。 = 15001900 kg/m轻骨料。 = 5001500 kg/m第115页/共499页第一百一十六页，共499页。3.按施工工艺分按施工工艺分泵送混

47、凝土喷射(pnsh)混凝土真空脱水混凝土造壳混凝土(裹砂混凝土)碾压混凝土压力灌浆混凝土(预埋骨料( lio)混凝土)热拌混凝土太阳能养护混凝土4.按用途按用途(yngt)分分防水混凝土防射线混凝土耐酸混凝土装饰混凝土耐火混凝土不发火混凝土补偿收缩混凝土水下浇筑混凝土第116页/共499页第一百一十七页，共499页。粉煤灰混凝土硅灰混凝土磨细高炉(gol)矿渣混凝土纤维混凝土5.按掺合料分按掺合料分6.按抗压强度按抗压强度(kn y qin d)分分低强混凝土(抗压强度(kn y qin d)5mm的不属于细骨料( lio)，所以：1165432fA100A5)AAAAA(1 . 37 . 3

48、f3 . 20 . 3f为粗砂为中砂（配制(pizh)混凝土时优先选用）6 . 12 . 2f为细砂(x sh)砂的粗细程度用细度模数表示。第129页/共499页第一百三十页，共499页。砂子(sh z)的级配区筛孔尺寸(ch cun)(mm)级 配 区1 区2 区3 区累计(li j)筛余(按质量计) (%)10.0005.002.501.250.630.3150.1601003556535857195801009001002505010704192701009001001502504016855510090砂按0.630 mm筛孔的累计筛余百分率分成三个级配区：第130页/共499页第一百

49、三十一页，共499页。3区累 计 筛 余 0204060801000.160.3150.631.252.505.0010.00过细砂(x sh)区过粗砂区筛 孔 尺 寸，mm1区2区第131页/共499页第一百三十二页，共499页。注意：注意：砂的细度模数不能反映其级配的优劣砂的细度模数不能反映其级配的优劣(yu li)，细度模数相同的砂级配可以很不相，细度模数相同的砂级配可以很不相同。配制混凝土时必须同时考虑砂的级配同。配制混凝土时必须同时考虑砂的级配和细度模数。和细度模数。第132页/共499页第一百三十三页，共499页。（2）石子(sh z)的颗粒级配和最大粒径石子的级配分为连续粒级和单

50、粒级两种。石子的级配通过筛分析(fnx)试验确定，计算与砂相同。 最大粒径：最大粒径：骨料筛析后，骨料中公称(gngchng)粒级的上限称为该骨料的最大粒径 dmax最大粒径的选择主要根据构件截面尺寸和施工条件第133页/共499页第一百三十四页，共499页。b 板梁ca41dmax a43 c21 bdmax 50mm为施工(sh gng)方便第134页/共499页第一百三十五页，共499页。 级配范围(fnwi)筛 孔 尺 寸 ( 圆 孔 筛 ) (mm)级配情况(qngkung)连 续 粒 级公称(gngchng)粒级(mm)累 计 筛 余 按 质 量 计 (%)015951002.50

51、5.0010.016.020.025.031.540.050.063.0 80.01005108010003060951005169010001004070951005209010001000 9510051590100307005050709095100531.590100 154505759054095100 30650 碎 石 或 卵 石 的 颗 粒 级 配 范 围第135页/共499页第一百三十六页，共499页。筛 孔 尺 寸 ( 圆 孔 筛 ) (mm)级配情况(qngkung) 单粒级公称(gngchng)粒级(mm)累 计 筛 余 按 质 量 计 (%)851002.50 5.0

52、010.016.0 20.025.031.540.050.063.080.010010209510001501631.59510085100010951002040951008010000 31.56395100057510001004080 9510030600100 碎 石 或 卵 石 的 颗 粒 级 配 范 围第136页/共499页第一百三十七页，共499页。4.2.2.6 骨料的形状和表面骨料的形状和表面(biomin)特征特征骨料颗粒形状近似球状或立方体形且表面光滑(gung hu)时,对混凝土流动性有利,但表面光滑(gung hu)时与水泥石粘结较差.对配制流动性要求高的混凝土宜选

53、用卵石,对强度要求高的混凝土宜选用碎石。石子必须限制其针、片状颗粒含量。针状颗粒：长度大于该颗粒所属粒级平均粒径（该 粒级上、下限粒径的平均值）的2.4倍者。 片状颗粒：厚度小于平均粒径0.4倍者。第137页/共499页第一百三十八页，共499页。4.2.2.7 强度强度(qingd) 抗压强度测定：用555cm试件在水饱和状态下进行(jnxng)抗压试验，测定其极限抗压强度值。一般在混凝土强度等级大于C60时测定。 压碎指标(zhbio)测定： 200KN石子d = 1020mm，加压后用孔径为2.5mm的筛子筛析%100010mmm粗骨料强度。碎石用抗压强度和压碎指标值表示，卵石用压碎指标

54、值表示。第138页/共499页第一百三十九页，共499页。4.2.3 混凝土用水混凝土用水能饮用的水和清洁的天然水。酸碱度、不溶物、可溶物、氯化物、硫酸盐、硫化物等都有一定的含量(hnling)限值。海水不得拌制钢筋混凝土、预应力混凝土和有饰面要求的混凝土。第139页/共499页第一百四十页，共499页。4.2.4 外加剂外加剂外加剂： 在拌制混凝土过程中掺入、用以改善混凝土性能的物质。 掺量一般不超过水泥重量的5%。 分类(fn li)：改善混凝土拌合物流变性能的外加剂；调节混凝土凝结时间和硬化性能的外加剂；改善混凝土耐久性的外加剂；提供特殊性能的外加剂。第140页/共499页第一百四十一页

55、，共499页。4.2.4.1 减水剂减水剂4.2.4.2 引气引气(yn q)剂剂减水剂：在混凝土拌和物坍落度基本相同条件(tiojin)下能减少拌 和用水量的外加剂。原理：表面活性物质。在电性斥力作用下使水泥颗粒分 开，将絮凝结构内的游离水释放出来。作用：不减少拌和用水量能明显提高拌和物流动性； 减水而不减少水泥量时，能提高混凝土强度； 减水同时适当减少水泥量则能节约水泥。引气(yn q)剂：在搅拌混凝土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。一种表面活性剂。作用：改善混凝土拌和物和易性；提高混凝土抗渗性和抗冻 性；使混凝土强度降低。第141页/共499页第一百四十二页，共

56、499页。减水剂作用(zuyng)简图水泥(shun)颗粒溶剂(rngj)化水膜游离水电性斥力减水剂水泥颗粒水泥颗粒游离水水 泥 浆 的 絮 凝 结 构第142页/共499页第一百四十三页，共499页。4.2.4.3 早强剂早强剂4.2.4.4 缓凝剂缓凝剂早强剂：能加速混凝土早期强度发展的外加剂。作用：促进水泥水化和硬化，提高早期强度，缩短 养护周期，加快施工进度。 特别(tbi)适用于冬季施工和紧急抢修工程。缓凝剂：能延缓混凝土凝结时间而不显著影响混 凝土后期(huq)强度的外加剂。作用：延缓水泥水化和硬化。适用于高温季节施工混凝土、商品混凝土、分层浇筑混凝土、大体积混凝土。第143页/共

57、499页第一百四十四页，共499页。4.2.5 掺和掺和(chn huo)料料混凝土掺和料是在配制混凝土拌和物过程中，直接加入的具有一定活性的矿物细粉料。主要成分为SiO2和AI2O3，绝大多数来自工业固体废渣。在碱性或兼有硫酸盐成分存在的液相条件下发生水化反应，生成具有固化特性的胶凝物质。混凝土掺和料被称为混凝土“第二胶凝材料”或辅助胶凝材料。掺和料用于混凝土中可取代水泥(shun)，节约成本，改善混凝土拌和物和硬化混凝土各项性能。可改善环境，减少二次污染，推动可持续发展的绿色混凝土。第144页/共499页第一百四十五页，共499页。4.2.5.1 粉煤灰粉煤灰又称飞灰，煤燃烧排放出的一种粘

58、土类火山灰质材料。绝大多数来自火电厂。按获取工艺分：多电场收尘灰，选分机选灰，机械 磨细灰。按其中氧化钙含量分：低钙灰，高钙灰。用于水泥和混凝土中的粉煤灰GB159691规定了低钙粉煤灰的技术指标和分级。粉煤灰掺和料可改善混凝土拌和物和易性、可泵性和抹面性；能降低(jingd)混凝土水化热；能提高混凝土抗渗性、抗化学侵蚀性，抑制碱骨料反应。广泛应用于土木、水利建筑工程以及预制混凝土制品和构件。粉煤灰混凝土早期强度有所下降，长期强度可赶上或超过不掺粉煤灰的混凝土。第145页/共499页第一百四十六页，共499页。4.2.5.2 矿渣矿渣(kun zh)微微粉粉矿渣微粉是水淬粒化高炉矿渣磨细加工后

59、形成的微粉材料。上海市地方标准规定了矿渣微粉的技术指标和分级。矿渣微粉可取代水泥，显著改善和提高混凝土的综合性能如改善和易性，降低水化热，提高抗腐蚀能力，提高后期强度。用于配制(pizh)高强、高性能混凝土，也适用于中强混凝土、大体积混凝土、地下和水下混凝土。第146页/共499页第一百四十七页，共499页。4.2.5.3 硅灰硅灰硅灰是电弧冶炼硅金属或硅铁合金时的副产品，极细的球形颗粒，主要成分为无定形二氧化硅。可取代水泥节约成本，能改善混凝土拌和物的粘聚性和保水性，降低水化热，提高混凝土抗渗、抗冻和抗侵蚀能力(nngl)，能大幅度提高早期和后期强度。常用硅灰配制100MPa以上的特高强混凝

60、土。第147页/共499页第一百四十八页，共499页。4.34.3新拌混凝土的和易性新拌混凝土的和易性第148页/共499页第一百四十九页，共499页。4.3.1 和易性的概念和易性的概念(ginin)和易性和易性定义：定义：混凝土硬化前在拌合、运输混凝土硬化前在拌合、运输(ynsh)、浇筑、振捣过、浇筑、振捣过程中，不发生分层、离析、泌水等现象，程中，不发生分层、离析、泌水等现象，获得质量均匀、成型密实混凝土的性质。获得质量均匀、成型密实混凝土的性质。和易性是一项综合技术性质，和易性是一项综合技术性质， 包括流动性、粘聚性包括流动性、粘聚性和保水性三方面含义。和保水性三方面含义。新拌混凝土：