2020年一级注册建筑师考试建筑材料与构造要点全册总结精品讲义

2020年一级注册建筑师建筑材料与构造要点总结第1讲讲义绪论第一章

建筑材料

绪论建筑材料指建筑结构物中使用的各种材料及制品。建筑材料是建筑工程的物质基础。一、建筑材料在建筑工程中的地位建筑材料是一切建筑工程的物质基础。对建筑材料的基本要求是：（1）必须具备足够的强度，能安全地承受设计荷载;（2）材料自身的质量以轻为宜，以减小建筑下部结构和地基的负荷;（3）具有与使用环境相适应的耐久性，以减小维修费用;（4）具有一定的装饰性，美化建筑;（5）具有相应的功能性，如隔热、防水，隔声等。建筑材料费用一般占建筑总造价的50%左右，有的高达70%。二、建筑材料的分类（1）建筑材料按化学成分可分为有机材料、无机材料和复合材料三大类：无机材料：金属材料：黑色金属：钢、铁、不锈钢等；有色金属：铝、铜等及其合金非金属材料：天然石材：花岗石、大理石、石灰石等烧土制品：砖、瓦、陶瓷、玻璃等无机胶凝材料：石膏、石灰、水泥、水玻璃等砂浆、混凝土及硅酸检制品有机材料：植物材料：木材、竹材等沥青材料：石由沥青、煤沥青、沥青制品高分子材料：塑料、涂料、胶粘剂、合成橡胶匀复合材料：金属与无机非金属复合一一一如钢纤维增强混凝土等有机与无机非金属复合一一如聚合物混凝土、沥青混凝土、玻璃俐等金属与有机复介一轻质金属夹心板（2）按在建筑物中的功能分为承重和非承重材料、保温和隔热材料、吸声和隔声材料、防水材料、装饰材料等。（3）按用途分为结构材料、墙体材料、屋面材料、地面材料、饰面材料，以及其他用途的材料等。三、建筑材料的发展趋势建筑材料是随着社会生产力和科学技术水平的提高而逐步发展起来的。建筑材料的发展趋势是：（1）研制高性能材料。例如研制轻质、高强、高耐久性、优异装饰性和多功能的材料，以及充分利用和发挥各种材料的特性，采用复合技术制造出具有特殊功能的复合.材料。（2）充分利用地方材料。大力开发利用工业废渣作为建筑材料的资源，以保护自然资源和维护生态环境的平衡。（3）节约能源。优先开发、生产低能耗的建筑材料以及降低建筑使用能耗的节能型建筑材料。（4）提高经济效益。大力发展和使用不仅能给建筑物带来优良的技术效果，还同时具有良好经济效益的建筑材料。四、建筑材料的标准化我国标准分为四级：国家标准（GB）部标准（JC、JG）地方标准（DB）企业标准（QB）国际标准——ISO;美国材料试验学会标准——ASTM;日本工业标准一→JIS;德国工业标准——DIN;英国标准——BS;法国标准——NF等。例如《建筑水磨石制品》JC507-93，部门代号为JC，表示建材行业标准，编号为507，批准年份为1993年。

材料的组成与结构第一节建筑材料的基本性质

本节主要介绍建筑材料各种基本性质的概念、表示方法及有关的影响因素。通过学习，掌握表示材料性质的术语，能较熟练地运用。一、材料的组成与结构（一）材料的组成材料的组成不仅影响材料的化学性质，也是决定材料物理、力学性质的重要因素。1.化学组成化学组成是指构成材料的化学元素及化合物的种类和数量。如水泥的化学组成：CaO62%~67%、SiO220%~24%、Al2O34%~7%、MgO<5%、Fe2O32.5%~6.0%。根据化学组成可大致地判断出材料的一些性质，如耐久性、化学稳定性等。2.矿物组成将无机非金属材料中具有特定的晶体结构、特定的物理力学性能的组成结构称为矿物。矿物组成是指构成材料的矿物的种类和数量。例如水泥熟料的矿物组成为：3CaO·SiO237%~60%、2CaO·SiO2l5%~37%、3CaO·Al2O37%~l5S%、4CaO·Al2O·Fe2O310%~18%。若其中硅酸三钙（3CaO·SiO2）含量高，则水泥硬化速度较快，强度较高。3.相组成材料中具有相同物理、化学性质的均匀部分称为相。自然界中的物质可分为气相、液相和固相。建筑材料大多数是多相固体。凡由两相或两相以上物质组成的材料称为复合材料。例如，混凝土可认为是骨料颗粒（骨料相）分散在水泥浆基体（基相）中所组成的两相复合材料。

（二）材料的结构1.宏观结构建筑材料的宏观结构是指用肉眼或放大镜能够分辨的粗大组织。其尺寸在10-3m级以上。按其孔隙特征可分为：（1）致密结构：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：如加气混凝土、泡沫混凝土、泡沫塑料等。（3）微孔结构：如石膏制品、烧勃士制品等。按存在状态或构造特征分为：（1）堆聚结构：如水泥混凝土、砂浆、沥青混合料等。（2）纤维结构：如木材、玻璃钢、岩棉等。（3）层状结构：如胶合板、纸面石膏板等。（4）散粒结构：如混凝土骨料、膨胀珍珠岩等。2.细观结构细观结构（原称亚微观结构）是指用光学显微镜所能观察到的材料结构。其尺寸范围在10-3——10-6m。如对天然岩石可分为矿物、晶体颗粒、非晶体组织;对钢铁可分为铁素体、渗碳体、珠光体。3.微观结构微观结构是指原子分子层次的结构。可用电子显微镜或X射线来分析研究该层次上的结构特征。微观结构的尺寸范围在10-6---10－10m。在微观结构层次上，材料可分为晶体、玻璃体、胶体。

材料的密度、密实度与孔隙率二、材料的基本物理性质（一）材料的密度、表观密度与堆积密度（表1-1）常用建筑材料的密度、表观密度及堆积密度表1-1材料密度ρ（kg/m3）表观密度ρ0（kg/m3）堆积密度ρ‘0（kg/m3）石灰岩花岗石碎石（石灰岩）砂黏土普通黏土砖黏土空心砖水泥普通混凝土轻骨料混凝土木材钢材泡沫塑料26002800260026002600250025003100

155078501800~26002500~2900

1600~18001000~1400

2100~2600800~1900400~800785020~50

1400~17001450~16501600~1800

1200~1300

1.密度（俗称比重）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：ρ＝m/V式中ρ——密度，kg/m3;m——材料的质量，kg;V——材料在绝对密实状态下的体积，m3。在测定有孔隙材料的密度时，应把材料磨成细粉，干燥后，用李氏瓶测定其密实体积。在测量某些致密材料（如卵石等）的密度时，直接以块状材料为试样，以排液置换法测量其体积，材料中部分与外部不连通的封闭孔隙无法排除，这时所求得的密度称为近似密度（ρa）。2.表观密度（俗称容重）表观密度是指材料在自然状态下，单位体积的质量，按下式计算：ρ0＝m/V0式中：ρ0表观密度，kg/m3;m材料的质量，kg;V0——材料在自然状态下的体积，或称表观体积m3a测定表观密度时，须注明其含水情况。一般是指材料在气干状态（长期在空气中干燥）下的表观密度。在烘干状态下的表观密度，称为干表观密度。3.堆积密度（俗称松散容重）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，按下式计算：ρ0‘＝m/V0’式中ρ0‘堆积密度，kg/m3;m——材料的质量，kg;V0’——材料的堆积体积m3。

例：

（二）材料的密实度与孔隙率1.密实度密实度是指材料体积内被固体物质充实的程度，按下式计算：密实度D=V/V0×100%或D=ρ0/ρ×100%2.孔隙率孔隙率P是指材料体积内，孔隙体积所占的比例即D+P=l或密实度+孔隙率=1材料内部孔隙的构造，可分为连通的与封闭的两种。孔隙按尺寸大小又分为极微细孔隙、细小孔隙和较粗孔隙。孔隙的大小及其分布对材料的性能影响较大。

材料的填充率与空隙率、亲水性和憎水性（三）材料的填充率与空隙率1.填充率填充率是指散粒材料在某堆积体积中，被其颗粒填充的程度，按下式计算D’=V/V’0×100%

（1-4）2.空隙率空隙率P’是指散粒材料在某堆积体积中，颗粒之间的空隙体积所占的比例.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。

例：一种材料孔隙率增大时，以下性质①密度、②表观密度、③吸水率、④强度、⑤抗冻性，其中哪些一定下降？（C）A①②；B①③；C②④；D②③。

（四）材料的亲水性和憎水性材料与水接触，首先遇到的问题就是材料是否能被水润湿。润湿是水被材料表面吸附的过程。当水与材料在空气中接触时，在材料、水和空气的交界处，沿水滴表面的切线与水和固体接触面所成的夹角（润湿边角）愈小，浸润性愈好。（1）如果润湿边角θ为零，则表示该材料完全被水所浸润;（2）当润湿边角θ≤900时，水分子之间的教聚力小于水分子与材料分子间的相互吸引力，此种材料称为亲水性材料;（3）当θ>900时，水分子之间的内聚力大于水分子与材料分子间的吸引力，则材料表面不会被浸润，此种材料称为憎水性材料。这一概念也可应用到其他液体对固体材料的浸润情况，相应地称为亲液性材料或憎液性材料。

材料的吸水性与吸湿性、耐水性（五）材料的吸水性与吸湿性1.吸水性材料在水中能吸收水分的性质称为吸水性。（1）质量吸水率Wm（2）体积吸水率Wv质量吸水率与体积吸水率存在下列关系。Wv=Wm×ρo/l000（1-12）式中ρ。——材料在干燥状态下的表观密度，kg/时。材料的吸水性与材料的孔隙率和孔隙特征有关。对于细微连通孔隙，孔隙率愈大，则吸水率愈大，闭口孔隙水分不能进去，而开口大孔虽然水分易进入，但不能存留，只能润湿孔壁，所以吸水率仍然较小。各种材料的吸水率很不相同，差异很大，如花岗石的吸水率只有0.5%~0.7%，混凝土的吸水率为2%~3%，勃土砖的吸水率达8%~20%，而木材的吸水率可超过100%。2.吸湿性材料在潮湿空气中吸收水分的性质称为吸湿性。潮湿材料在干燥的空气中也会放出水分，此称还湿性。材料的吸湿性用含水率表示。Wh=（ms－mg）/mg×100%

式中Wh——材料的含水率，%;ms——材料在吸湿状态下的质量，kg;mg——材料在干燥状态下的质量，kg。材料中所含水分与空气的湿度相平衡时的含水率，称为平衡含水率。具有微小开口孔隙的材料，吸湿性特别强。如木材及某些绝热材料，在潮湿空气中能吸收很多水分。这是由于这类材料的内表面积大，吸附水的能力强所致。材料的吸水性和吸湿性均会对材料的性能产生不利影响。材料吸水后会导致其自身质量增大，绝热性降低，强度和耐久性将产生不同程度的下降。材料吸湿和还湿还会引起其体积变形，影响使用。不过利用材料的吸湿可起降湿作用，常用于保持环境的干燥。

（六）材料的耐水性材料长期在水作用下不被破坏，强度也不显著降低的性质称为耐水性。材料的耐水性用软化系数表示，如F式：KR=fb/fg式中KR——材料的软化系数;fb——材料在饱水状态下的抗压强度，MPa;fg——材料在干燥状态下的抗压强度，MPa。KR值愈小，表示材料吸水饱和后强度下降愈大，即耐水性愈差。材料的软化系数KR在0~1之间。不同材料的KR值相差较大，如勃土KR=0，而金属KR=l，工程中将KR>0.85的材料，称为耐水的材料。在设计长期处于水中或潮湿环境中的重要结构时，必须选用KR>0.85的建筑材料。对用于受潮较轻或次要结构物的材料，其KR值不宜小于0.75。2020年一级注册建筑师建筑材料与构造要点总结第2讲讲义材料的抗渗性、抗冻性、导热性能（七）材料的抗渗性材料抵抗压力水渗透的性质称为抗渗性，或称不透水性。材料的抗渗性通常用渗透系数Ks表示：Ks值愈大，表示材料渗透的水量愈多，即抗渗性愈差。材料的抗渗性也可用抗渗等级表示。抗渗等级是以规定的试件，在标准试验方法下所能承受的最大水压力来确定，以符号"Pn"表示，如P4、P6、P8等分别表示材料能承受0.4、0.6、0.8MPa的水压而不渗水。材料的抗渗性与其孔隙率和孔隙特征有关。抗渗性是决定材料耐久性的重要因素。在设计地下建筑、压力管道、容器等结构时，均需要求其所用材料具有一定的抗渗性能。抗渗性也是检验防水材料质量的重要指标。

（八）材料的抗冻性材料在水饱和状态下，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。称为材料的抗冻性。材料的抗冻性用抗冻等级表示。用符号"Fn"表示，其中N即为最大冻融循环次数，如F25、F50等。材料抗冻等级的选择，是根据结构物的种类、使用条件、气候条件等来决定的。例如烧结普通砖、陶瓷面砖、径混凝土等墙体材料，一般要求其抗冻等级为F15、F25;用于桥梁和道路的混凝土应为F50、F100或F200，而水工混凝土要求高达F500。材料受冻融破坏主要是因其孔隙中的水结冰所致（水结冰时体积增大约9%）。材料的抗冻性取决于其孔隙率、孔隙特征及充水程度。材料的变形能力大、强度高、软化系数大时，其抗冻性较高。一般认为软化系数小于0.80的材料，其抗冻性较差。抗冻性良好的材料，对于抵抗大气温度变化、干湿交替等风化作用的能力较强。所以抗冻性常作为考查材料耐久性的一项指标。

（九）材料导热性能当材料两侧存在温度差时，热量将由温度高的一侧通过材料传递到温度低的一侧，材料的这种传导热量的能力，称为导热性。材料的导热性用导热系数来表示。导热系数的物理意义是：厚度为1m的材料，当温度改变1K时，在1s时间内通过1m2面积的热量。材料的导热系数愈小，表示其绝热性能愈好。各种材料的导热系数差别很大，如泡沫塑料λ=0.035W/（m-K），而大理石λ=3.48W/（m-K）。工程中通常把λ=<0.23W/（m-K）的材料称为绝热材料。为降低建筑物的使用能耗，保证建筑物室内气候宜人，要求建筑物有良好的绝热性。材料的导热系数大小与其组成与结构、孔隙率、孔隙特征、温度、湿度、热流方向有关。

材料的基本力学性质、耐久性三、材料的基本力学性质（一）材料的强度相同种类的材料，随着其孔隙率及构造特征的不同，使材料的强度也有较大的差异。一般孔隙率越大的材料强度越低，其强度与孔隙率具有近似直线的比例关系。砖、石材、混凝土和铸铁等材料的抗压强度较高，而其抗拉及抗弯强度很低。木材则抗拉强度高于抗压强度。钢材的抗拉、抗压强度都很高。因此，砖、石材、混凝土等多用在房屋的墙和基础。钢材则适用于承受各种外力的构件。现将常用材料的强度值列于表1-2.常用材料的强度（MPa）

表1-2材料抗压抗拉抗弯花岗石100~2505~810~14普通黏土砖5~20

1.6~4.0普通混凝土5~601~9

松木30~5080~12060~100建筑钢材210~1500240~1500

大部分建筑材料是根据其强度的大小，将材料划分为若干不同的等级（标号）。将建筑材料划分若干等级，对掌握材料性质，合理选用材料，正确进行设计和控制工程质量都是非常重要的。（二）弹性与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）。在外力作用下材料产生变形，如果取消外力，仍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）。单纯的弹性材料是没有的。建筑钢材在受力不大的情况下，表现为弹性变形，但受力超过一定限度后，则表现为塑性变形。混凝土在受力后，弹性变形及塑性变形同时产生。（三）脆性与韧性当外力达到一定限度后。材料突然破坏，而破坏时并无明显的塑性变形，材料的这种性质称为脆性。砖、石材、陶瓷、玻璃、混凝土、铸铁等都属于脆性材料。在冲击、振动荷载作用下，材料能够吸收较大的能量，同时也能产生一定的变形而不致破坏的性质称为韧性（冲击韧性）。材料的韧性是用冲击试验来检验的。建筑钢材（软钢）、木材等属于韧性材料。用作路面、桥梁、吊车梁以及有抗震要求的结构都要考虑到材料的韧性。

例：脆性材料的如下特征，其中何者是正确的？（A）

A破坏前无明显变形B抗压强度与抗拉强度均较高C抗冲击破坏时吸收能量大D受力破坏时，外力所做的功大

四、材料的耐久性耐久性是材料在长期使用过程中抵抗其自身及环境因素长期破坏作用，保持其原有性能而不变质、不破坏的能力。侵蚀破坏作用类型包括：①物理作用;②化学作用;③生物作用。耐久性及破坏因素关系见表1-3。耐久性及破坏因素关系

表1-3名称破坏因素分类破坏因素种类评定指标抗渗性物理压力水渗透系数，抗渗等级抗冻性物理，化学水、冻融作用抗冻等级，抗冻系数冲磨气蚀物理流水、泥砂磨蚀率碳化化学CO2、H2O碳化深度化学侵蚀化学酸碱盐及溶液

老化化学阳光、空气、水

锈蚀物理化学H2O、O2、Cl－、电流锈蚀率碱骨料反应物理化学H2O、活性集料膨胀率腐朽生物H2O、O2、菌

虫蛀生物昆虫

耐热物理湿热、冷热交替

耐火物理高温、火焰

材料的耐久性是一项重要技术性质。材料的耐久性还具有明确的经济意义。从建筑技术发展角度看，各国工程技术人员已达成共识，由按耐久性进行工程设计取代按强度进行工程设计，更具有科学和实用性。提高耐久性的措施：（1）提高材料本身的密实度，改变材料的孔隙构造;（2）降低湿度，排除侵蚀性物质;（3）适当改变成分，进行憎水处理，防腐处理;（4）做保护层，如抹灰、刷涂料。

石膏第二节

气硬性无机胶凝材料

本节主要介绍石膏、石灰、菱苦土、水玻璃气硬性胶凝材料的组成、硬化过程、主要技术性质及应用。通过学习了解这四种材料的特性。建筑上能将砂、石子、砖、砌块等散粒或块状材料粘结为一体的材料称为胶凝材料。胶凝材料分类如下：无机胶凝材料：气硬性胶凝材料——石膏、石灰、菱苦土、水玻璃水硬性胶凝材料——各种水泥有机胶凝材料——石油沥青、各种天然和人造树脂一、石膏（一）石膏胶凝材料的生产天然石膏矿有天然二水石膏（CaS04·2H2O）及天然无水石膏（CaSO4）。天然二水石膏质地较软，称为软石膏;天然无水石膏质地较硬，称为硬石膏。生产石膏胶凝材料的主要原料是软石膏，以及含CaSO4·2H20或CaS04·2H20与CaS04混合物的化工副产品及废渣，如磷石膏、氟石膏、棚石膏等。生产石膏胶凝材料的主要工序是破碎、加热与磨细。由于加热方式和温度不同，可生产出不同性质的石膏胶凝材料品种。当温度加热到65°C——75°C时，二水石膏开始脱水，至107°C——170°C时生成半水石膏（CaS04·0.5H2O），与水调合后能很快凝结硬化;温度为170°C——200°C时，石膏继续脱水，成为可溶性硬石膏[CaSO4（III），与水调合后仍能很快凝结硬化;温度升高到200°C－250°C时，石膏中残留很少的水，凝结硬化非常缓慢;当加热温度高于400°C时，石膏完全失去水分，成为不溶性硬石膏[CaSO4（II）J，失去凝结硬化能力，成为死烧石膏;当温度高于800°C时，得到的石膏称为高温锻烧石膏或地板石膏[CaSO4（I），由于部分石膏分解出的氧化钙起催化作用，所得产品又重新具有凝结硬化性能。

（二）建筑石膏将二水石膏在常压非密闭状态下加热至107°C——170°C时，二水石膏脱水可得到自型半水石膏。建筑石膏是以自型半水石膏为主要成分，不预加任何外加剂的粉状胶结料，主要用于制作石膏制品。建筑石膏色白，杂质含量很少，粒度很细，亦称模型石膏，是制作装饰制品的主要原料。1.建筑石膏的凝结硬化建筑石膏与适量的水混合，最初成为可塑的浆体，但很快失去塑性，这个过程称为凝结;以后迅速产生强度，并发展成为坚硬的固体，这个过程称为硬化。石膏的凝结硬化是一个连续的溶解、水化、胶化、结晶过程。由于二水石膏在水中的溶解度（2.05g/L）比半水石膏溶解度（8.5g/L）小得多，半水石膏的饱和溶液对于二水石膏就成了过饱和溶液，所以二水石膏以胶体微粒自水中析出。由于二水石膏的析出，破坏了半水石膏溶解的平衡状态，新的一批半水石膏又可继续溶解和水化。如此循环进行，直到半水石膏全部耗尽。浆体中的自由水分因水化和蒸发而逐渐减少，二水石膏胶体微粒数量则不断增加，而这些微粒比原来的半水石膏粒子要小得多，由于粒子总表面积增加，需要更多得水分来包裹，所以，浆体的稠度使逐渐增大，颗粒之间的摩擦力和粘结力逐渐增加，因而浆体可塑性增加，表现为石膏的嘴结"。其后，浆体继续变稠，逐渐凝聚成为晶体，晶体逐渐长大，共生和相互交错，石膏强度随之增加，最后成为坚硬的固体。2.建筑石膏的技术性质建筑石膏分为优等品、一等品和合格品三个等级。建筑石膏质量标准CCB9776-88）

表1-4技术要求等级优等品一等品合格品抗折强度/MPa抗压强度/MPa细度，0.2mm方孔筛筛余/%≤2.55.05.02.14.010.01.83.015.0建筑石膏的密度为2.50——2.80g/cm3，堆积密度为800'－1100kg/m3，建筑石膏具有以下特性：（1）孔隙率大（约占50%－60%），强度低。石膏的理论需水量为18.6%，但为了使石膏具有必要的可塑性，通常加水量达60%－80%，水蒸发后留下大量孔隙，所以孔隙率很大。一等石膏硬化后1天强度约5－8MPa，7天最大强度可达8－12MPa。（2）凝结硬化快。3－5min内即可凝结，终凝不超过30min。在应用时需掺加缓凝剂。如棚砂、酒石酸钾钠、拧橡酸、聚乙烯醇、石灰活化骨胶或皮胶等。（3）硬化后体积微膨胀，膨胀率约1%。（4）耐水性、抗冻性差。建筑石膏硬化后具有很强的吸湿性，在潮湿环境中，晶体间粘结力削弱，强度显著降低。吸水后受冻，孔隙中水分结冰而是使石膏崩裂。（5）防火性好。遇火灾时，二水石膏的结晶水蒸发，吸收热量，表面生成的无水石膏是良好的绝缘体。3.建筑石膏的应用及保管（1）石膏抹灰材料。（2）石膏板材：纸面石膏板、石膏空心条板、纤维石膏板等。（3）石膏砌块。建筑石膏在运输和储存中要注意防止受潮，一般储存3个月后，其强度会降低约30%。（三）高强石膏将二水石膏在0.13MPa密闭状态下加热至125°C时，二水石膏脱水可得到α型半水石膏。α半水石膏结晶良好，晶粒坚实、粗大，因而比表面积较小，需水量约为35%~45%，所以此石膏硬化后具有较高密实度和强度。3h抗压强度可达9~24MPa，7天抗压强度可达15~40MPa，故名高强石膏。高强石膏适用于强度要求较高的抹灰工程、装饰制品和石膏板。掺入防水剂，可用于湿度较高的环境中。加入有机材料，如聚乙烯醇水溶液、聚醋酸乙烯乳液等，可配成胶粘剂，其特点是元收缩。（四）粉刷石膏粉刷石膏是由自型半水石膏和其他石膏相（硬石膏或假烧结土质石膏）、各种外加剂（木质磺酸钙、拧橡酸、酒石酸等缓凝剂）及附加材料（石灰、烧稀土、氧化铁红等）所组成的一种新型抹灰材料。粉刷石膏具有表面坚硬、光滑细腻、不起灰的优点，还可调节室内空气湿度，提高舒适度的功能。（五）无水石膏水泥和地板石膏将天然二水石膏加热至400°C以上（400~750°C），石膏完全失去水分，成为不溶性硬石膏，失去凝结硬化能力，但当加入适量激发剂混合磨细后，又能凝结硬化，称为无水石膏水泥。无水石膏水泥宜用于室内，主要用作石膏板或其他制品，也可用于室内抹灰。将天然二水石膏加热到800°C以上，得到的地板石膏，由于部分石膏分解出的氧化钙起催化作用，具有凝结硬化性能。地板石膏有较高的强度和耐磨性，抗冻性也较好。

例：以下关于建筑石膏特性描述中，不正确的是（C）A孔隙率大，强度低；B凝结硬化快；C硬化后体积膨胀5％；D防火性好。

石灰二、石灰石灰是一种古老的建筑材料，是以石灰石为原料经锻烧而成的。石灰石锻烧温度常控制在1000~1200°C，锻烧后石灰的体积比原来的体积一般只缩小10%~15%，故石灰具有多孔结构。石灰石在窑炉内锻烧常会产生不熟化的欠火石灰和熟化过缓的过火石灰。过火石灰熟化十分缓慢，可能造成硬化砂浆"崩裂"或"鼓泡"现象，影响工程质量。根据MaO含量的多少，石灰可分为：低矮石灰（钙质石灰），MaO<5%;高续石灰（镇质石灰），MaO>5%。读质石灰熟化较慢，但硬化后强度稍高。（一）生石灰的熟化生石灰加水后生成Ca（OH）2的过程，称为石灰的"消化"或"熟化"。生石灰熟化过程中，体积膨胀1－2.5倍。锻烧良好，CaO含量高的石灰熟化较快，放热量和体积增大也较多。石灰熟化的方法有两种：（1）用于调制石灰砌筑砂浆或抹灰砂浆时，需将生石灰熟化成石灰浆（膏）。生石灰在化灰池中熟化。为了消除过火石灰的危害，石灰浆应在储灰坑中"陈伏"两个星期以上。（2）用于拌制石灰土（石灰、稀土）、三合土（石灰、勃土、砂石或炉渣等）时，将生石灰熟化成消石灰粉。工地上调制消石灰粉时，将生石灰块堆放0.5m高后淋适量水。目前多用机械方法在工厂中将生石灰熟化成消石灰粉，在工地调水使用。（二）石灰的凝结硬化石灰浆体在空气中逐渐硬化，是由下面两个同时进行的过程来完成的。（1）结晶作用：游离水蒸发，Ca（OH）2逐渐从饱和溶液中结晶。（2）碳化作用：Ca（OH）2与空气中α元化合生成CaCO3晶体，释放出水分并被蒸发。一般纯石灰浆，不易硬化，强度、硬度不高，收缩大，易产生裂缝，所以石灰浆不能单独使用，必须掺入填充材料，如掺砂子配成石灰砂浆使用。掺入砂子不仅减少收缩，而且能在石灰浆内形成连通的毛细孔道，使内部水分蒸发和碳化进一步进行，以加速硬化。为了避免收缩裂缝，常加纤维材料，制成石灰麻刀灰、石灰纸筋灰等。（三）石灰的技术性质按《石灰标准

CJC/T479-92）将生石灰和熟石灰各分为三等，见表1－5。建筑生石灰分等指标

表1-5项目钙质生石灰镁质生石灰优等品一等品合格品优等品一等品合格品（CaO+MgO）含量（%）

≥未消化残渣含量（5mm圆孔筛余%）

≥CO2含量（%）

≥产浆量（Lkg-1）

≥90552.8851072.380159285562.8801082.37515102.0石灰具有如下特性：（1）良好的保水性。是因为生石灰熟化生成颗粒极细（粒径为1μm）呈胶体态分散的CaCOH）2，其表面吸附一层较厚的水膜。（2）凝结硬化慢、强度低。1：3石灰砂浆，硬化28天后抗压强度只有0.2-'0.5MPa。（3）耐水性差。已硬化的石灰，由于Ca（OH）2易溶于水，因而耐水性差。（4）体积收缩大。由于石灰硬化过程中，大量水分的蒸发引起。（四）石灰在建筑中的应用（1）石灰乳涂料和石灰砂浆。（2）灰土和三合土。熟石灰粉与刻土按一定比例配合称为灰土，再加入煤渣、炉渣、砂等，即为三合土。用于建筑物基础和地面的垫层。

（3）硅酸盐制品。蒸压灰砂砖、蒸养粉煤灰砖、碳化灰砂砖及硅酸盐混凝土等。（4）碳化石灰板。将磨细生石灰、纤维状填料或轻质骨料混合后搅拌成型，然后通入高浓度CO2进行人工碳化（约12~24h）制成的一种轻质板材。石灰还可配制元熟料水泥，如石灰矿渣水泥、石灰粉煤灰水泥等。建筑工程中大量采用磨细生石灰代替石灰膏和消石灰粉配制砂浆和灰土，或直接用于制造硅酸盐制品。磨细生石灰有以下优点：①颗粒细小（80μm方孔筛筛余小于30%），表面积极大，水化反应速度提高30~50倍，水化时体积膨胀均匀，避免产生局部膨胀过大现象，所以可不经预先消化和陈伏而直接应用;②将石灰的熟化过程与硬化过程合二为一，熟化过程中所放热量又可加速硬化过程，从而改善石灰硬化缓慢的缺点，并可提高石灰浆体硬化后的密实度、强度和抗水性;③石灰中的过火石灰和欠火石灰被磨细，提高了石灰的质量和利用率。石灰在运输储存中，应注意防潮、防爆。

菱苦土、水玻璃三、菱苦土菱苦土是将天然菱筷矿（MgCO3）般烧、磨细而成的粉状物质。菱苦土密度为3.1~3.4g/cm3，堆积密度为800~900kg/m3。用水调制菱苦土时，生成Mg（OH）2，浆体凝结硬化慢，强度低。一般可用氯化镁（MgClz·6H2O）、硫酸镁、氯化铁、硫酸亚铁等盐类的溶液调拌，最常用的是氯化镁。菱苦土吸湿性大，抗水性差，易变形和在表面泛霜。菱苦士最突出的优点是与植物纤维有良好的粘结力，且碱性较弱。建筑工程中常用来制造菱苦土木屑地面、木屑板和木丝板。

四、水玻璃（一）水玻璃的化学组成和生产水玻璃俗称泡花碱，是一种能溶于水的硅酸盐，由不同比例的碱金属和二氧化硅所组成。最常用的是硅酸纳水玻璃Na2O·nSiO2，还有硅酸饵水玻璃K2O·nSiO2等。水玻璃的主要原料是石英砂、纯碱、烧碱。水玻璃是一种气硬性胶凝材料，在水中溶解的难易随水玻璃模数n（SiO2与Na2O分子数比）的大小而异。n大，水玻璃动度大，较难溶于水，但较易硬化。建筑上常用的水玻璃的模数为2.6~2.8，密度为1.36~1.50g/cm3。（二）水玻璃的硬化水玻璃在空气中吸收二氧化碳，形成硅酸凝胶，并逐渐干燥而硬化。为了加速硬化，常加入固化剂NazSiF6，掺量为12%~15%。（二）水玻璃的硬化水玻璃在空气中吸收二氧化碳，形成硅酸凝胶，并逐渐干燥而硬化。为了加速硬化，常加入固化剂NazSiF6，掺量为12%~15%。（三）水玻璃的性质及应用水玻璃的粘结性好，硬化后有较高的强度。水玻璃可配制如下材料：（1）耐酸材料。水玻璃硬化后主要成分是硅酸凝胶，除氢氟酸、过热磷酸等少数酸外，几乎在所有的酸性介质中都有较高的稳定性。可用水玻璃配制耐酸胶泥、砂浆及混凝土，广泛用于防腐工程。（2）耐热材料。水玻璃硬化后形成硅酸凝胶空间网状骨架，因此具有良好的耐热性。采用耐热的砂、石，可配制成水玻璃耐热混凝土，耐热温度达1200℃。（3）涂料。用于涂刷建筑材料（天然石材、混凝土及硅酸盐制品）表面，可提高材料的密实度、强度和抗风化能力。注意水玻璃不能涂刷石膏制品，因为硅酸纳与硫酸钙发生反应生成硫酸锅，在制品孔隙中结晶，体积显著膨胀，会导致制品破坏。（4）灌浆材料。用水玻璃和氯化钙水溶液交替灌入土壤中，两种溶液反应生成硅酸凝胶，为一种吸水膨胀的冻状凝胶，可加固土壤，提高抗渗性。（5）保温绝热材料。以水玻璃为胶结材料，膨胀珍珠岩或膨胀蛙石为骨料，加入一定赤泥或氟硅酸纳，经配料、搅拌、成型、干燥、熔烧而成的制品，具有良好的绝热性能。（6）配制防水剂。以水玻璃为基料，加入蓝矾（硫酸铜）、明矾（钾铝矾）、红矾（重铬酸钾饵）和紫矾（铬矾）配制防水剂，适量与水泥浆调合，堵塞漏洞、缝隙等局部抢修工程。由于凝结过速，不能用于屋面、地面防水砂浆。

例：水玻璃不能用于涂刷：（

D

）。A．黏土砖

B．硅酸盐制品

C．水泥混凝土

D．石膏制品2020年一级注册建筑师建筑材料与构造要点总结第3讲讲义硅酸盐水泥的生产及矿物组成第三节

水泥

本节重点介绍通用硅酸盐水泥的生产、性质与使用，简要介绍了其他品种水泥的性质和应用。通过学习掌握通用硅酸盐水泥的性质、影响因素及应用范围，了解其他品种水泥的特性，以合理选用水泥。水泥是无机水硬性胶凝材料，是重要的建筑材料之一。水泥品种很多，按其组成主要分为：通用硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐系水泥四大类;按性能和用途可分为：通用水泥、专用水泥、特性水泥三大类。通用硅酸盐水泥是土木工程中用量最大的水泥，包括硅酸盐水泥、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六个品种。一、通用硅酸盐水泥通用硅酸盐水泥是以硅酸盐水泥熟料和适量石膏及规定的混合材料制成的水硬性胶凝材料。按混合材料的品种和掺量，通用硅酸盐水泥分为硅酸盐水泥、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）硅酸盐水泥硅酸盐水泥是通用硅酸盐水泥的基本品种，分为两个类型：未掺混合材料的为I型硅酸盐水泥，代号p.I;掺入不超过水泥质量5%的混合材料（粒化高炉矿渣或石灰石）的称为II型硅酸盐水泥，代号p.II。1.硅酸盐水泥的生产及矿物组成生产水泥的原料主要是石灰质原料和黏土质原料，还有用来调节SiO2、Al2O3、Fe2O3含量的辅助原料。此外，为了改善锻烧条件，常常加入少量的矿化剂（如萤石CaF2）、晶种等。生产水泥的原料按来源可分为：天然原料：石灰石、大理石、硅藻土、火山灰、铁粉等。工业废料：高炉矿渣、制碱废渣、铜矿渣、铝矿渣等。一般很难找到符合要求的单一原料，都是采用几种原料进行调配，使其化学成分符合如下要求：CaO64%~68%、SiO221%~23%、Al2O35%~7%、Fe2O33%~5%、MgO<5%。硅酸盐水泥的生产工艺流程概括起来称为两磨一烧，即生料的磨细、生料的锻烧、熟料的磨细。硅酸盐水泥熟料的主要矿物如下：硅酸三钙3CaO·SiO2

C3S

37%~60%硅酸二钙2CaO·SiO2

C2S

15%~37%铝酸三钙3CaO·Al2O3

C3A

7%~15%铁铝酸四钙4CaO·Al2O3·Fe2O3

C4AF

10%~18%除所列主要矿物外，水泥中还存在少量的有害成分，如游离CaO、MgO、硫酸盐（折合SO3计算）等。这些有害成分含量过多将会降低水泥的质量。

硅酸盐水泥的凝结硬化2.硅酸盐水泥的凝结硬化（1）硅酸盐水泥的水化硅酸盐水泥熟料矿物水化特性见表1-7。硅酸盐水泥熟料矿物水化、凝结硬化特性

表1-7性能指标熟料矿物C3SC2SC3AC4AF凝结硬化速率快慢最'快中28d水化热多少最多中强度早期高低低低后期高低高低几种矿物的水化反应如下：2（3CaO·SiOz）十6HzO=3CaO·2SiOz·3HzO十3Ca（OH）z硅酸三钙水化硅酸钙氢氧化钙2（2CaO·SiOz）十4HzO=3CaO·2SiOz·3HzO十Ca（OH）z硅酸二钙3CaO·Alz03十6HzO=3CaO·AlzO3·6HzO铝酸三钙

水化铝酸三钙4CaO·Alz03·FeZ03十7HzO=3CaO·AlzO3·6HzO+CaO·FezO3·HzO铁铝酸四钙

水化铁酸一钙C3S水化生成的水化硅酸钙几乎不溶于水，而立即以胶体微粒析出，并逐渐凝聚成凝胶。用电镜观察，水化硅酸钙是大小与胶体相同、结晶度较差的、薄片或纤维状颗粒，称为C-S-H凝胶。水化生成的Ca（OH）z在溶液中的浓度很快达到饱和，呈六方晶体析出。水化铝酸三钙（C3AH6）为立方晶体，在Ca（OH）z饱和溶液中能与Ca（OH）z进一步反应，生成六方晶体的C4AH13和C4AH190为了调节水泥的凝结时间，都要掺入石膏，石膏与水化铝酸钙发生反应生成高硫型水化硫铝酸钙（钙矶石3CaO·AlzO3·3CaS04·32HzO，代号Aft）。C4AH13+CaSO4·2HzO十HzO一→3CaO·AlzO3·3CaSO4·32HzO+Ca（OH）zC3AH6＋CaSO4·2HzO＋HzO一→3CaO·Alz03·3CaSO4·31HzO+Ca（OH）z钙矶石是难溶于水的针状晶体，它包围在熟料颗粒周围，形成"保护膜"，延缓水化。当石膏耗尽时，C3A还会与钙矶石反应生成单硫型水化硫铝酸钙（3CaO·AlzO3·CaSO4·12HzO）。单硫型水化硫铝酸钙为六方板状晶体。水泥浆在空气中硬化时，表层水化形成的Ca（OH）z还会与空气中的COz反应生成CaC03。综上所述，水泥水化后主要水化产物有：水化硅酸钙凝胶、水化铁酸钙凝胶、氢氧化钙晶体、水化铝酸钙晶体、水化硫铝酸钙晶体。在充分水化的水泥石中，C-S-H约占70%，Ca（OH）z约占20%，钙矶石和单硫型水化硫铝酸钙约占7%。C-S-H对水泥石的强度和其他主要性质起着决定性作用。（2）硅酸盐水泥的凝结硬化过程水泥的凝结硬化至今仍在继续研究，基于反应速度和物理化学的主要变化，可将水泥的凝结硬化分为以下几个阶段1）初始反应期水化初期，由于水化物尚不多，包有水化物膜层的水泥颗粒之间是分离着的，相互间引力较小，此时水泥浆具有良好的塑性。一般的放热反应速度为168J/g·h，持续时间为5------10min。2）潜伏期凝胶体膜层围绕水泥颗粒成长，相互间形成点接触，构成疏松网状结构，使水泥浆体开始失去流动性和部分可塑性，这时为初凝，但此时还不具有强度。放热反应速度为4.2J/g·h，持续时间1h。3）凝结期凝胶体膜层破裂（由于水分渗入膜层内部的速度大于水化物通过膜层向外扩散的速度而产生的渗透压），水泥颗粒进一步水化，而使反应速度加快，直至新的凝胶体重新修补好破裂的膜层为止。放热反应速度在6h内逐渐增加到211/g·h，持续时间为6h。4）硬化期形成的凝胶体进一步填充颗粒之间空隙，毛细孔越来越少，使结构更加紧密，水泥浆体逐渐产生强度而进入硬化阶段。放热反应速度在24h内逐渐降低到4.2J/g·h，持续时间6h至若干年。经过长时间（几个月甚至几年）的水化以后，多数颗粒仍剩余尚未水化的内核。因此，硬化后的水泥石是由凝胶体、未水化水泥颗粒和毛细孔组成的不均质结构体。影响水泥凝结硬化的主要因素有：水泥熟料矿物组成、水泥的细度、石膏掺量、拌合加水量、调凝外加剂、养护时间（龄期）、温度和湿度等。石膏掺量必须适当，过少起不到缓凝作用;掺量过多时，过量的硫酸钙所电离的Ca2+产生强烈的凝聚作用，造成促凝效果，而且掺量过多，后期生成的钙矶石将引起水泥石的膨胀破坏。

硅酸盐水泥的技术性质3.硅酸盐水泥的技术性质（GB175-2007）（1）细度水泥颗粒粒径一般在7------200μm，水泥颗粒的粗细程度采用筛析法或比表面积法测定。国家标准规定比表面积应不小于300m2/kg。（2）标准稠度需水量指水泥加水调制到某一规定稠度时的净浆所需拌合用水量占水泥质量的百分数。（3）凝结时间凝结时间分为初凝和终凝。从水泥加水拌合起，至水泥浆开始失去可塑性所需的时间为初凝;水泥加水拌合起，至水泥浆完全失去可塑性，并产生强度所需的时间为终凝。国家标准规定硅酸盐水泥的初凝时间不得小于45min，终凝时间不得大于390min。凝结时间不满足要求的水泥为不合格品。（4）体积安定性指水泥在硬化过程中，体积变化是否均匀的性能。如果体积变化不均匀，就称为体积安定性不良。体积安定性不良一般是由游离氧化钙、游离氧化续或石膏过多造成的。游离氧化钙、游离氧化续在高温下生成，水化很慢，在水泥已经凝结硬化后才进行水化，这时产生体积膨胀，水泥石出现龟裂、弯曲、松脆、崩溃等现象。当水泥熟料中石膏掺量过多时，在水泥硬化后，其SO3离子还会与固态的水化铝酸钙反应生成水化硫铝酸钙，体积膨胀引起水泥石开裂。国标规定，用试饼法和雷氏法测定游离氧化钙引起的体积安定性不良。游离氧化续引起的体积安定性不良须用压蒸法才能检验出来。由SO3造成的不良，则需长期在常温水中才能发现。由于游离氧化镇及SO3造成的不良不便于检验，所以国标规定MgO≤5.0%，SO3≤3.5%。体积安定性不符合要求的为不合格品。但某些体积安定性不合格的水泥存放一段时间后，由于水泥中的游离氧化钙吸收空气中的水而熟化，会变为合格。（5）强度水泥的强度是指胶砂的强度，而不是净浆的强度，是评定水泥强度等级的依据。按GB/T17671-1999

水泥胶砂强度检验方法》测定。水泥和标准砂按1：3混合，加入规定数量的水（水灰比0.5，制成40mmX40mmX160mm的试件，在20士1°C水中养护，经一定龄期（3d、28d），测得试件的抗折和抗压强度来划分强度等级。硅酸盐水泥强度等级分为42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R六个强度等级，见表1-8。

硅酸盐水泥各龄期的强度值CCB175-2007）

表1-8品种强度等级抗压强度（MPa）抗折强度（MPa）3d28d3d28d硅酸盐水泥42.517.042.53.56.542.5R22.042.54.06.552.523.052.54.07.052.5R27.052.55.07.062.528.062.55.08.062.5R32.062.55.58.0（6）氯离子含量水泥混凝土是碱性的（新浇混凝土的pH值为12.5或更高），钢筋在碱性环境下由于其表面氧化保护膜的作用，一般不致锈蚀。但如果水泥中氯离子含量较高，氯离子会强烈促进锈蚀反应，破坏保护膜，加速钢筋锈蚀。因此，国家标准规定：硅酸盐水泥中氯离子含量应不大于0.06%。氯离子含量不满足要求的为不合格品。硅酸盐水泥除了上述技术要求外，国家标准对硅酸盐水泥还有不溶物、烧失量等要求。（7）水化热及碱含量水泥的水化热大部分在水化初期（7d）内放出，以后逐渐减少。水泥中的碱含量按Na2O十0.658K2O。计算值表示。对活性骨料，碱含量不得大于0.6%。

硅酸盐水泥石的腐蚀与防止、特性与应用4.硅酸盐水泥石的腐蚀与防止（1）腐蚀的类型1）软水侵蚀在流动水及压力水作用下，氢氧化钙（溶解度1.2g/L）将被溶解并带走，氢氧化钙会进一步溶解，其他水化产物如水化硅酸钙、水化铝酸钙等亦将发生分解。氢氧化钙溶出5%时，强度下降7%;溶出24%时，强度下降29%。硬水中，水泥石腐蚀较小。是由于Ca（OH）2与Ca（HCO3）2反应生成CaCO3填实在孔隙内，阻止外界水分的侵入和氢氧化钙的溶出。Ca（OH）z+Ca（HCO3）z＝2CaC03+2HzO2）硫酸盐腐蚀Ca（OH）z十Na2SO4+2HzO=CaSO4·2Hz0十2NaOH硫酸盐与氢氧化钙作用，生成硫酸钙，硫酸钙与C3AH6反应生成水化硫铝酸钙（钙矶石Aft），产生膨胀破坏。当水中硫酸盐浓度较高时，生成的硫酸钙会在孔隙中直接结晶成二水石膏，产生体积膨胀，导致水泥石破坏。3）续盐腐蚀MgSO4+Ca（OH）z+2HzO=CaSO4·2HzO十Mg（OH）zMgClz+Ca（OH）z=CaClz十Mg（OH）z反应生成的Mg（OH）z松软无胶结能力，CaClz易溶于水，二水石膏则引起硫酸盐破坏。4）碳酸性腐蚀Ca（OH）2+CO2+H2O=CaCO3+2H2OCaCO3+CO2+H2O＝Ca（HC03）z（易溶）反应生成的Ca（HCO3）2易溶于水。5）一般酸性腐蚀2HCl十Ca（OH）z＝CaClz十2HzOH2SO4+Ca（OH）z＝CaSO4·2HzO反应生成的CaCl2易溶于水，二水石膏则引起硫酸盐破坏。6）强碱腐蚀碱类溶液如浓度不大时，一般是无害的。但铝酸盐含量较高的硅酸盐水泥遇到强碱作用也会被腐蚀。3CaO·Al2O3十6NaOH=3NazO·A12O3（易溶）十3Ca（OH）22NaOH十COz=Na2CO3十H2O当水泥石被氢氧化纳浸透后又在空气中干燥，与空气中的CO2作用生成碳酸纳，碳酸钠在水泥石毛细孔中结晶，而使水泥石胀裂。（2）硅酸盐水泥石腐蚀的防止1）合理选用水泥品种，减少水泥中易被腐蚀的组分，如Ca（OH）2、C3AH6。2）提高水泥石的密实度，减少腐蚀性介质进入水泥石内部的通道。3）做保护层，可在水泥石表面涂抹耐腐蚀的涂料，如水玻璃、沥青、环氧树脂等，也可以铺设耐酸陶瓷、耐酸石料。

5.硅酸盐水泥的特性与应用硅酸盐水泥具有凝结硬化快、强度高（尤其早期强度高）、抗冻性好、耐腐蚀性差、耐热性差、水化热高等特点，适用于高强混凝土工程、预应力混凝土工程、早强要求高混凝土工程、冬期施工混凝土工程;不适用于大体积混凝土工程、高温环境工程、有海水或侵蚀性介质存在的工程。例：1．下列哪个不是硅酸盐水泥的组成材料？（

B

）

A．石灰石

B．镁矿

C．粘土

D．铁矿粉2．硅酸盐水泥中，对强度贡献最大的熟料矿物是：（

A

）。

A．C3S

B．C2S

C．C3A

D．C4AF3．水泥强度试体养护的标准环境是：（

D

）。

A．20℃+3℃，95％相对湿度的空气

B．20℃+1℃，95％相对湿度的空气

C．20℃+3℃的水中

D．20℃±1℃的水中2020年一级注册建筑师建筑材料与构造要点总结第4讲讲义普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥（二）掺混合材料的硅酸盐水泥1.混合材料为了调整水泥强度等级、扩大使用范围，改善水泥的某些性能，增加水泥的品种和产量，充分利用工业废料，降低成本，可在硅酸盐水泥中掺入一定量的混合材料，多采用磨细的天然岩石或工业废渣。混合材料包括活性混合材和非活性混合材。（1）活性混合材本身加水不硬化，但与石灰或石灰和石膏拌合再一起，加水后在常温下，能生成具有胶凝性的水化产物，既能在水中硬化，又能在空气中硬化，称为活性混合材。属于这类性质的有粒化高炉矿渣、火山灰质混合材、粉煤灰。（2）非活性混合材磨细的石英砂、石灰石、黏土、慢冷矿渣及各种废渣等属于非活性混合材。它们与水泥成分不起化学作用或化学作用很小。2.普通硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥代号为p·O。其中加入了大于5%且不超过20%的活性混合材，并允许不超过水泥质量的8%的非活性混合材料或不超过水泥质量5%的窑灰代替部分活性混合材，分为42.5、42.5R、52.5、52.5R四个强度等级，各龄期的强度应满足表1-9的要求。普通硅酸盐水泥各龄期的强度要求CCB175-2007）表1-9强度等级抗压强度（MPa）抗折强度（MPa）3d28d3d28d42.517.042.53.56.542.5R22.042.54.06.552.523.052.54.07.052.5R27.052.55.07.0

普通水泥的初凝时间不得早于45min，终凝时间不得迟于600min，细度、体积安定性、氧化续含量、二氧化硫含量、氯离子含量要求与硅酸盐水泥完全相同。普通硅酸盐水泥的性能与硅酸盐水泥接近。该水泥广泛用于各种混凝土工程中，是我国主要水泥品种之一。3.矿渣硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥分为两个类型，加入大于20%且不超过50%的粒化高炉矿渣的为A型，代号P·S·A;加入大于50%且不超过70%的粒化高炉矿渣的为B型，代号P·S·B。

其中允许不超过水泥质量的8%的活性混合材、非活性混合材料和窑灰中的任一种材料代替部分矿渣，分为32.5、32.坝、42.5、42.5R、52.5、52.5R六个强度等级，各龄期的强度不能低于表1-10中的规定。矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥及复合水泥各龄期的强度要求CGB175-200n表1-10强度等级抗压强度（MPa）抗折强度（MFa）3d28d3d28d32.510.032.52.55.532.5R15.032.53.55.542.515.042.53.56.542.5R19.042.54.06.552.521.052.54.07.052.5R23.052.54.57.0

矿渣硅酸盐水泥细度要求80μm方孔筛筛余不大于10%或45μm方孔筛筛余不大于30%。氧化娱含量，对P·S·A型要求不大于6.0%，如果含量大于6.0%时，需进行压蒸安定性试验并合格。对P·S·B型不作要求;三氧化硫含量不大于4.0%。凝结时间、体积安定性、氯离子含量要求均与普通硅酸盐水泥相同。矿渣水泥加水后，首先是水泥熟料矿物与水作用，然后水化产物Ca（OH）z与矿渣中的活性氧化硅和活性氧化铝进行二次反应，生成水化硅酸钙和水化铝酸钙。xCa（OH）z+SiOz+m1HzO=xCaO·SiOz·n1HzOyCa（OH）z十AlzO3十m2HzO＝yCaO·AlzO·η2HzO矿渣水泥有如下主要特点：（1）早期强度低，后期强度增长较快;（2）水化热低;（3）耐热性好;（4）具有较强的抗溶出性侵蚀及抗硫酸盐侵蚀的能力;（5）泌水性及干缩性较大;（6）抗冻性、抗渗性、抗碳化能力差。矿渣水泥适用于大体积混凝土、耐热混凝土、水工及海工混凝土，不适于受冻融或干湿交替作用的混凝土。

粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥4.粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥粉煤灰硅酸盐水泥代号为P·F，其中加入大于20%且不超过40%的粉煤灰。火山灰质硅酸盐水泥代号为P.P，其中加入了大于20%且不超过40%的火山灰质混合材料。复合硅酸盐水泥代号为P·C，其中加入了两种（含）以上大于20%且不超过50%的混合材料，并允许用不超过水泥质量8%的窑灰代替部分混合材料，所用混合材材料为矿渣时，其掺加量不得与矿渣硅酸盐水泥重复。1）技术指标这三种水泥的细度、凝结时间、体积安定性、强度等级、氯离子含量要求与矿渣硅酸盐水泥相同。二氧化硫含量要求不大于4.0%。氧化钱的含量要求不大于6.0%，如果含量大于6.0%时，需进行压蒸安定性试验并达到合格。2）性能及应用粉煤灰水泥的性质大多与矿渣水泥相同，但干缩小、抗裂性高。适用于大体积水工混凝土工程及地下和海港工程，对承受荷载较迟的工程更为有利。火山灰水泥与矿渣水泥比较同样具有早期强度低，后期强度增长较快、水化热小的特点，但抗渗性好，在干燥环境中更易产生裂缝。适用于蒸气养护的混凝土构件、大体积混凝土、抗软水和硫酸盐侵蚀的工程，特别适用于有抗渗要求的混凝土结构。复合水泥可避免掺单一混合材的缺点，综合性质较好。5.水泥的运输与储存水泥应按不同生产厂家，不同品种、强度等级、批号分别存运，严禁混杂。储存须注意防潮和防止空气流动。水泥储存期规定为3个月。为了减少水泥安定性不良现象，对新出厂的水泥，应存、放lad左右。常用水泥主要性能与选用见表1-11及表1-12。五种水泥的特性及强度等级

表1-11水泥品种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特'性1.硬化快，强度高；2.水化热较大；3.耐冻性较好；4.耐腐蚀与耐软水侵蚀性较差1.早期强度较高；2.水化热较大；3.耐冻性较好；4.耐腐蚀与耐软水侵蚀性较差1.早期强度低，后期强度增加较快；2.水化热较小；3.耐冻性差；4.耐硫酸盐腐软水侵蚀性较好；5.抗碳化能力差抗渗性较好，其他同矿渣硅酸盐水泥干缩性较小，抗裂性较好，其他同火山灰质硅酸盐水泥密度（g/cm3）3.0~3.153.0~3.152.8~3.102.8~3.12.8~3.1堆积密度（kg/m3）1000~16001000~16001000~1200900~1000900~1000强度等级42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5，62.5R42.5、42.5R、52.5、52.5R32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R

常用水泥的选用

表1-12混凝土工程特点或所处环境条件优先选用可以使用不宜使用普通混凝土1.在普通气候环境中的混凝土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、复合硅酸盐水泥

2.在干燥环境中的混凝土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3.在高湿度环境中或长期处在水下的混凝土矿渣硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥

4．厚大体积的混凝土粉煤灰硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥硅酸盐水泥、快硬硅酸盐水泥有特殊要求的混凝土1.要求快硬的混凝土快硬硅酸盐水泥、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、复合硅酸盐水泥2.高强（大于C40级）的混凝土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3.严寒地区的露天混凝土，寒冷地区的处在水位升降范围内的混凝土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4.严寒地区处在水位升降范围内的混凝土普通硅酸盐水泥

火山灰质硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥5.有抗渗性要求的混凝土普通硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥

矿渣硅酸盐水泥6.有耐磨性要求的混凝土硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥注：蒸汽养护时用的水泥品种，宜根据具体条件通过试验确定。

铝酸盐水泥二、铝酸盐水泥铝酸盐水泥是以铝酸钙为主的铝酸盐水泥熟料，磨细制成的水硬性胶凝材料，代号CA。根据需要也可在磨制Al2O3含量大于68%的水泥时掺加适量的a-Al2O3。按Al2O3含量百分数将铝酸盐水泥分为四类：CA-5050%<Al2O3<60%CA-6060%<Al2O3<68%CA-7068%<Al2O3<77%CA-8077%<Al2O3铝酸盐水泥的主要矿物成分为铝酸一钙（CaO·Al2O3），及其他的铝酸盐，如CaO·2Al2O3、2CaO·Al2O3·SiO2（铝方柱石）、12CaO·7Al2O3等，有时还含有很少量2CaO·SiOz等。（一）铝酸盐水泥的水化与硬化其水化反应随温度的不同而水化产物不相同。当温度小于20°C时，其反应：CaO·Al2O3+10HzO一→CaO·Al2O3·10HzO当温度在20－30°C时，其反应：2（CaO·Al2O3）十11HzO一→2CaO·Al2O3·8HzO+Al2O3·3HzO当温度大于30°C时，其反应：3（CaO·Al2O3）+12HzO一→3CaO·Al2O3·6HzO十2CAl2O3·3HzO）在一般条件下，CAH10和C2AH8同时形成，一起共存，其相对比例则随温度的提高而减少。但在较高温度（300C以上）下，水化产物主要为C3AH6。铝酸盐水泥中CAz的水化与CA基本相同，但水化速度较慢。C1zA7的水化作用很快，也生成CzAHs。而CzAS与水作用则极为微弱，可视为惰性矿物。CzS则生成C-S-H凝胶。水化物CAH10或CzAH8都属六方晶系，具有细长的针状和板状结构，能互相结成竖固的结晶连生体，形成晶体骨架。析出的氢氧化铝凝胶难溶于水，填充于晶体骨架的空隙中，形成较密实的水泥石结构。同时水化5~7d后，水化铝酸盐结晶连生体的大小很少改变，故铝酸盐水泥初期强度增长很快，而以后强度增长不显著。随着时间的推移CAH10和CzAH8会逐渐转化为C3AH6，后期水泥强度降低。硅酸二钙的数量少，在硬化过程中不起很大作用。铝酸盐水泥在普通硬化条件下，水泥石中不含铝酸三钙和氢氧化钙，同时密实度也较大，因此对矿物水和硫酸盐的侵蚀作用具有很高的抵抗能力。（二）铝酸盐水泥的技术要求铝酸盐水化常为黄或褐色，也有呈灰色的，国家标准《铝酸盐水泥））（GB2012000）规定，其细度要求0.045mm筛余不大于20%或其表面积不小于300m2/kg，凝结时间（胶砂）应符合表1-13要求。各类型铝酸盐水泥各龄期强度值得附于表1-14数值。

凝结时间

表1-13水泥类型初凝时间不得早于（min）

终凝时间不得迟于（h）CA~50、CA-70、CA－80306CA-606018

水泥胶砂强度

表1-14水泥类型抗压强度（MPa）抗折强度（MPa）6h1d3d28d6h1d3d28dCA-50201）1050

3.01）5.56.5

CA-60

201585

2.55.010.0CA-70

3040

5.06.0

CA-80

2530

4.05.0

注：1）当用户需要时，生产厂应提供结果。

（三）铝酸盐水泥的特性（1）快凝早强，1d强度可达最高度的80%以上。（2）水化热大，且放热量集中，1d内放出水化热总量的70%~80%，使混凝土内部温度上升，故即使在100C下施工，水化也很快。（3）抗硫酸盐性能很强，因其水化后无Ca（OH）2生成，但抗碱性极差。（4）长期强度要降低，一般降低40%~50%。关于铝酸盐水泥长期强度降低的原因，国内外存在许多说法，但比较多的看法认为：一是铝酸盐水泥中水泥主要水化产物CAH10和CzAH8为亚稳晶体结构，经一定时间后，特别是在较高温度及高湿度环境中，易转变成稳定的呈立方体结构的C3AH6。立方体晶体相互搭接差，使骨架强度降低。二是在晶形转化的同时，固相体积将减缩约50%，使孔隙率增加。三是在晶形转变过程中析出大量游离水，进一步降低了水泥石的密度，从而使强度下降。（四）铝酸盐水泥的应用及施工注意事项铝酸盐水泥不能用于长期承重的结构及高温高湿环境中的工程，适用于紧急军事工程（筑路、桥），抢修工程（堵漏等）、临时性工程，以及配制耐热混凝土，如高温窑炉炉衬等。配制铝酸盐水泥混凝土时应采用低水灰比。实践证明，当W/C<0.4时，晶形转化后的强度尚能较高。不能在高温季节施工，铝酸盐水泥施工适宜温度为15°C，应控制在不大于25°C。也不能进行蒸汽养护。不经过试验，铝酸盐水泥不得与硅酸盐水泥或石灰相混，以免引起闪凝和强度下降。

例：关于铝酸盐水泥说法不正确的是（D）A强度增长块，宜用于抢修工程；B水化热高，集中在早期；C不宜用蒸汽养护；D配制时采用高水灰比。

三、其他品种水泥（一）白色硅酸盐水泥白色硅酸盐水泥系采用含极少量着色物质（氧化铁、氧化锤、氧化铁、氧化铭等）的原料，如纯净的高岭土、纯石英砂、纯石灰石或自墓等，在较高温度（l500~1600°C）烧成熟料。其熟料矿物成分主要还是硅酸盐。为了保持白水泥的白度，在锻烧、粉磨和运输时均应防止着色物质混入，常采用天然气、煤气或重油作燃料，在磨机中用硅质石材或坚硬的白色陶瓷作为衬板及研磨体，不能用铸钢板和钢球。在熟料磨细时可加入5%以内的石灰或窑灰。白色和彩色硅酸盐水泥，主要用于建筑物内外的表面装饰工程上，如地面、楼面、楼梯、墙、柱及台阶等。可做成水泥拉毛、彩色砂浆、水磨石、水刷石、斩假石等饰面，也可用于雕塑及装饰部件或制品。使用白色或彩色硅酸盐水泥时，应以彩色大理石、石灰石、白云石等彩色石子或石屑和石英砂作粗细骨料。（二）快硬水泥1.快硬硅酸盐水泥凡以硅酸盐水泥熟料和适量石膏磨细制成的，以3d抗压强度表示强度等级的水硬性胶凝材料，称为快硬硅酸盐水泥（简称快硬水泥）。快硬硅酸盐水泥的制造方法与硅酸盐水泥基本相同，主要依靠调节矿物组成及控制生产措施，使制得成品的性质符合要求。熟料中硬化最快的矿物成分是铝酸三钙和硅酸三钙。制造快硬水泥时，应适当提高它们的含量，通常硅酸三钙为50%------60%，铝酸三钙为8%------14%，铝酸三钙和硅酸三钙的总量应不少于60%------65%。为加快硬化速度，可适当增加石膏的掺量（达8%），和提高水泥的粉磨细度。通常比表面积为3000------4000cm2/g。快硬硅酸盐水泥的使用已日益广泛，主要适用于要求早期强度高的工程，紧急抢修的工程，抗冲击及抗震性工程，冬期施工，制作混凝土及预应力混凝土预制构件。2.快硬硫铝酸盐水泥凡以适当成分的生料，经锻烧所得以无水硫铝酸钙和硅酸二钙为主要矿物成分的熟料，加入适量石膏磨细制成的早期强度高的水硬性胶凝材料，称为快硬硫铝酸盐水泥。快硬硫铝酸盐水泥的主要成分为元水硫铝酸钙[3CCaO·Al2O3）·CaSO34]和β型硅酸二钙（β-C2S）。无水硫铝酸钙水化很快，早期形成大量的钙矶石和氢氧化铝凝胶，使快硬硫铝酸盐水泥获得较高的早期强度。β-C2S是低温（1250----1350°C）烧成的，活性较高，水化较快，能较早地生成C-S-H凝胶，填充于钙矶石的晶体骨架中，使硬化体有致密的结构，促进强度进一步提高，并保证后期强度的增长。快硬硫铝酸盐水泥具有快凝、早强、不收缩的特点，宜用于配制早强、抗渗和抗硫酸盐侵蚀等混凝土，负温施工（冬期施工），浆锚、喷锚支护、抢修、堵漏;水泥制品、玻璃纤维增强水泥CGRC）制品及一般建筑工程。但由于这种水泥碱度较低，使用时应注意钢筋的锈蚀问题。此外钙矶石在150°C以上会脱水，强度大幅度下降，故耐热性较差。（三）膨胀水泥及自应力水泥硅酸盐型膨胀水泥及自应力水泥，是由硅酸盐水泥、铝酸盐水泥和石膏按一定比例共同磨细或分别粉磨再经混匀而成。铝酸盐型的，是以铝酸盐水泥熟料和二水石膏磨细而成的。硅酸盐型膨胀水泥及自应力水泥的膨胀作用是基于硬化初期，铝酸盐水泥中的铝酸盐和石膏遇水化合，生成高硫型水化硫铝酸钙晶体（钙矶石），所生成的钙矶石，起初填充水泥石内部孔隙，强度有所增长。随着水泥不断水化，钙矶石数量增多，晶体长大，就会产生膨胀，削弱和破坏了水泥石结构，强度下降。一般习惯称铝酸盐水泥为膨胀组分，而硅酸盐水泥则为强度组分。如膨胀水泥中膨胀组分含量较多，膨胀值较大，在膨胀过程中又受到限制时（如受到钢筋的限制），则水泥石本身就会受到压应力。该压力是依靠水泥本身的水化而产生的，所以称为自应力。自应力值大于2MPa的称为自应力水泥。铝酸盐型膨胀水泥及自应力水泥的膨胀作用，同样是基于硬化初期，生成钙矶石，体积膨胀之故，用于防水砂浆、防水混凝土、自应力钢筋混凝土压力管、补偿收缩的大体积混凝土等。

例：引起硅酸盐水泥体积安定性不良的原因是其含有过量的（

B

）。I．游离氧化钠

Ⅱ．游离氧化钙

Ⅲ．游离氧化镁

Ⅳ．石膏

V．氧化硅

A．I、Ⅳ

B．Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ

C．Ⅲ、Ⅳ

D．Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、V

混凝土概述第四节

混凝土

本节重点介绍普通混凝土的组成、各组成材料的技术性质、主要技术性质及其影响因素、配合比设计的原理及方法、外加剂的品种及作用效果等，并对轻混凝土及其他特种混凝土作适当介绍。通过学习，掌握普通混凝土的主要技术性质、及其影响因素;学会混凝土配合比设计方法。一、概述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。它是一种主要的建筑材料，广泛应用于工业与民用建筑、给水与排水工程、水利工程以及地下工程、国防建设等。混凝土也是世界上用量最大的人造材料。（一）混凝土分类混凝土可以分为很多类型。1.按照混凝土的结构分类（1）普通结构混凝土：由（重质或轻质）粗骨料、（重质或轻质）细骨料、胶结材和水拌合而成。若以碎石或卵石、砂、水泥和水则制成普通混凝土。（2）细粒混凝土：由细骨料和胶结材制成。主要用于薄壁构件。（3）大孔混凝土：由粗骨料和胶结材制成。主要用于保温外墙体。（4）多孔混凝土：这种混凝土元粗骨料、细骨料，全由磨细的胶结材和其他粉料加水拌成的料浆，有机械方法或化学方法使之形成许多微小的气泡后，再经硬化制成。2.按照混凝土的表观密度分类（1）重混凝土：表观密度（试件在温度为105土5°C的条件下干燥至恒重后测定）大于2800kg/m3，是用特别密实和特别重的骨料制成的。如重晶石混凝土、钢屑混凝土等，它们具有不透X射线和Y射线的性能。（2）普通混凝土：表观密度为2000－2800kg/时，是用天然的砂、石作骨料配制成的，这类混凝土在土建工程中常用，如房屋用桥梁等承重结构，道路建筑中的路面等。（3）轻混凝土：表观密度小于1950kg/m3，它又可以分为三类。1）轻骨料混凝土，其表观密度范围是800－1950kg/时，是由轻骨料浮石、火山渣、陶粒、膨胀矿渣、煤渣配制成。2）多孔混凝土（泡沫混凝土、加气混凝土）其表观密度范围是300－1200kg/时，泡沫混凝土是由水泥浆或水泥砂浆与稳定的泡沫制成的。加气混凝土是由水泥、水与发气剂配制成的。3）大孔混凝土（普通大孔混凝土、轻骨料大孔混凝土）其组成中元细骨料。普通大孔混凝土的表观密度范围为1500－1900kg/时，是用碎石、卵石、重矿渣作骨料配制成的。轻骨料大孔混凝土的表观密度范围为500－1500kg/时，是用陶粒、浮石、碎砖、煤渣等作骨料配制成的。此外，还有为满足不同工程的特殊要求而配制成的各种特种混凝土，如高强混凝土、流态混凝土、防护混凝土、耐热混凝土、耐酸混凝土，纤维混凝土、聚合物混凝土和喷射混凝土等。（二）混凝土的特点混凝土具有以下优点：①具有