工程材料课件

緒論一、建築材料及其分類二、建

築

材

料

在

建

築

工

程

中

的

作

用三、建築材料發展概況四、土木建築工程材料的技術標準分類五、課

程

目

的、任

務

及

基

本

要

求返回

一、建築材料及其分類廣義的建築材料是指，除用於建築物本身的各種材料之外，還包括給水排水（含消防）、供熱（含通風、空調）、供電、供燃氣、電訊以及樓宇控制等配套工程所需設備與器材。另外，施工過程中的暫設工程，如圍牆、腳手架、板樁、範本等所涉及到的器具與材料，也應囊括其中。本課程討論的是狹義建築材料，即構成建築物本身的材料，從地基基礎、承重構件（梁、板、柱等），直到牆體、屋面、地面等所需的材料。

按材料在建築物中的部位，可分為承重材料、屋面、牆體等所用的材料；按材料的功能可分為結構材料、裝飾材料、防水材料等；按化學成分可分為無機材料、有機材料等等。本書基本上是按材料的化學成分進行分類的,見表0.1。首頁下頁

二、建築材料在建築工程中的作用

建築材料是發展建築業的物質基礎。建築材料使用量大，在我國，一般建築物的總造價中，材料費約占50～60%。建築材料的品種、品質及規格直接影響建築的堅固性、耐久性和適用性，並在一定程度上影響著結構形式和施工方式。工程中許多技術問題的破，往往依賴於建築材料問題的解決，而新材料的出現，又將促使結構設計及施工技術的革新。例如：黏土磚的出現，產生了磚木結構；水泥和鋼筋的出現，產生了鋼筋混凝土結構；輕質、高強建材的出現，推動了現代、高層建築的發展。隨著建築技術的發展，對建築材料又提出新的更高的要求。可見，建築材料科學技術的發展，對發展建築業具有重要意義。首頁下頁上頁

三、建築材料發展概況

人類的建築歷史相當久遠。從現已保存的蔚為壯觀的古代建築中可以看出古代勞動人民建築技術的卓越成就。但無論中外，在奴隸社會和封建社會，建築技術和建築材料的進步都是相當緩慢的。直到十九世紀資本主義各國先後發生工業革命,有了鋼材和水泥這些材料，各種建築工程就越出了幾千年來土、木、磚、石的限制,開始向前發展。現正向輕質、高強、多功能、構件大型化、標準化的方向發展,各種新型材料大量湧現,正醞釀著建築技術的新變革。環境問題與材料密切相關，“綠色建材”可稱為環保建材、健康建材，其含義是：採用清潔的生產技術，少用天然資源、大量使用工業或城市廢棄物和農植物秸杆，生產無毒、無污染、無放射性，有利環保與人體健康的建材。首頁下頁上頁四、土木建築工程材料的技術標準分類

我國現行標準有三大類第一類是國家標準,如《GB9776–

88建築石膏》,其中“

GB”為國家標準的代號,“9776”為標準編號,“88”

為標準頒佈年號，“建築石膏”為技術產品名稱。上述為強制性國家標準,此外,還有非強制性推薦國家標準，以“

GB/T”

為標準代號。第二類是行業標準,如《JC/T479–92建築生石灰》,其中“JC”為建材行業的標準號，其他行業代號見表0.2

；“

T”

表示推薦標準；“

479”為此標準的二類類目順序號；“

92”

為頒發年號。針對工程建設的，常在標準代號後加上“

J”,如“

JGJ/T55–96普通混凝土配合比設計規程”表示為建工行業的工程建設推薦標準,其二級類目號為“

55”

，此為1996年頒佈。第三類是企業標準,代號為“

QB/”,其後分別注明企業代號、標準順序號、制定年代號。首頁下頁上頁五、課程目的、任務及基本要求

《工程材料》課程為工程管理類各專業的專業基礎課。

課程目的

為其他專業基礎課、專業課、課程設計、畢業論文及生產實訓等提供建築工程材料的基礎知識,並為今後從業時,合理選擇和正確使用建築材料打下基礎。

課程任務

使學生掌握有關材料技術性質、性能及應用的基礎知識和必要理論，並得到主要建材實驗的基本技能訓練。

基本要求

在材料性質方面，應瞭解建材及製品的作用及具備的性能,瞭解材料組成、結構及外界因素對其性質的影響;初步學會常用材料的實驗方法。在材料應用方面,能夠合理地選用材料,熟悉有關國家標準及應用技術規範，學會材料的運輸、保藏要點及混凝土和砂漿配合比設計等。首頁上頁

1建築材料的基本性質

緒

1.1

材料的物理性質

1.2

材料的力學性質

1.3

材

料

的

耐

久

性返回

緒建築材料在建築物中，受到如下作用。

一.周圍介質作用如水、蒸氣、熱、光、腐蝕性氣體和液體等的物理和化學作用。

二.荷載作用上部構件傳遞或自重的荷載。因此,材料必須具有抵抗各種作用的能力，即應具備相應的基本性質┄

物理性質、化學性質(民用建築中可忽略)、力學性質等。返回»

1.1材料的物理性質

1.1.1

密度

1.1.2

表觀密度

1.1.3

體積密度

1.1.4

堆積密度

1.1.5

密實度和孔隙率

1.1.6

親水性與憎水性

1.1.7

吸濕性與吸水性

1.1.8

耐水性

1.1.9

抗滲性

1.1.10

抗凍性

1.1.11

材料的熱工性質

1.1.12

吸聲性

返回«»1.1.1密度

塊狀材料體積情況構成見圖1.1。

1.概念指材料在絕對密實狀態下單位體積的品質。

2.計算式

ρ=m/v

式中ρ---材料的密度，g/㎝3。

m---材料在乾燥狀態下的品質，g。

v---材料在絕對密實狀態下的體積，㎝3。3.注意材料絕對密實狀態下的體積指不包括材料內部孔隙體積,而是由物質固體顆粒充實的體積狀態。返回«»返回«»

1.1.2表觀密度

1.概念

按只包括封閉孔隙體積,而不含開口孔隙體積計算出的密度值。

2.

計算式

ρ'=m/v'

式中ρ'---材料的表觀密度，g/cm3

。

m

---材料在乾燥狀態下的品質，g。

v'---材料不含開口孔隙的體積，cm3。返回«»

1.1.3體積密度

1.概念

指材料在自然狀態下單位體積的品質。

2.計算式

ρ0=m/v0

式中ρ0---

材料的體積密度，kg/m3或g/cm3。

m

---材料在乾燥狀態下的的品質，kg或g。

v0

---

材料自然狀態下的體積，cm3或m3。

3.注意

材料自然狀態下體積包括材料內部所有封閉孔隙體積和開口孔隙體積。返回«»1.1.4

堆積密度

散粒材料體積情況構成見圖1.2。

1.

概念

指散粒材料或粉末狀材料在自然堆積狀態下，單位體積的品質。

2.

計算式

ρ0'=m/v0'=m/(v+VP+Vv)

式中ρ0'---材料的堆積密度，kg/m3。

VP

---顆粒內部孔隙的體積，m3。

Vv

---顆粒間空隙的體積，m3。

3.

注意

自然堆積狀態下的體積含顆粒內部的孔隙體積及顆粒之間的空隙體積。

返回«»1.1.5密實度和孔隙率

1.

密實度

(1)

概念

指材料總體積內，固體物質所占的比例。

(2)

運算式D=v/v0×100%=（ρ0/ρ）×100%

2.

孔隙率

(1)

概念

指材料內孔隙體積占材料自然狀態下總體積的百分率。

(2)

運算式

P=[(v0-v)/v0]=[1-v/v0]

=(1-ρ0/ρ)×100%

3.

孔隙率和密實度的關係

D+P=1

4.

空隙率

(1)

概念

指散粒材料在堆積狀態下，空隙體積占堆積體積的比例。

(2)

運算式

P'=vv/v0'=(v0'-v0)/v0'=(1-ρ0'/ρ0)×100%

(3)

注意

對緻密材料，如天然砂、石，可用表觀密度ρ′近似代替乾燥時體積密度ρ0。返回«»1.1.6親水性與憎水性

當水與材料接觸時，將出現圖1.3(a)或(b)所示的情況。

1.原因原因在於水分子間的內聚合和材料與水分子間的分子親合力,親水性材料與水分子之間的分子親合力,大於水本身分子間的內聚力,

憎水性材料與水分子之間的親合力,小於水本身分子間的內聚力。

2.判斷在材料、水和空氣三相交點處，沿水滴表面作切線，此切線和水與材料接觸面所成的夾角θ稱為“潤濕角”

。潤濕角θ≤90°時，材料表現為親水性。潤濕角θ＞90°時，材料表現為憎水性。

3.意義憎水材料具有較好的防水性、防潮性、抗滲性，常用作防潮防水材料,也可用於親水性材料的表面處理。混凝土、磚、石、木材、鋼材等屬於親水性材料；大部分有機材料屬於憎水性材料，如瀝青、塑膠、石蠟和有機矽等。返回«»

1.1.7吸濕性與吸水性

1.吸濕性(1)

概念

指材料在空氣中吸收水氣的性質。(2)

運算式

用含水率ω'm表示

ω'm=mw/m×100%

式中

mw---

材料在空氣中吸收水分的量,kg。

m---材料乾燥時的品質,kg

。(3)

注意

材料在與空氣濕度相平衡時的含水率稱為平衡含水率,建築材料在正常狀態下,均處於平衡含水率狀態。返回«»1.1.7吸濕性與吸水性

2.

吸水性

（1）概念指材料在水中吸收水分的性質。

(2)

運算式用品質吸水率ωm或體積吸水率ωv表示。運算式分別如下。

ωm=msw/m×100%=[(msw'-m)/m]×100%

ωv=vsw/v0×100%=[(msw‘

-m)/v0/ρw]×100%

式中msw---

材料吸水飽和時所吸水的品質，g或kg。

ωsw‘

---

材料吸水飽和時材料的品質，g或kg。

vsw---

材料吸水飽和時所吸水的體積，cm3或m3。

ρw

---

水的密度，g/cm3或kg/m3。

（3）品質吸水率和體積吸水率的關係

ωv=ρ0×ωm

（4）注意對多孔吸水材料，其品質吸水率往往超過100％，此時用體積吸水率表示；材料受潮後導熱性增大，故保溫隔熱材料需保持乾燥狀態。返回«»

1.1.8

耐水性

1.概念

指材料長期在水的作用下，保持其原有性質不變的能力。

2.運算式

用軟化係數KP表示。

KP=fsw/fd

式中fsw---材料吸水飽和狀態下的抗壓強度，MPa。

fd---材料在乾燥狀態下的抗壓強度，MPa。

3.

意義

工程中將KP>0.85的材料稱為耐水材料。經常位於水中或受潮嚴重的重要結構,KP

不宜小於0.85；受潮較輕或次要結構所用材料，KP不宜小於0.70。返回«»

1.1.9抗滲性

1.概念

指材料抵抗壓力水(或其他液體)滲透的性質。

2.運算式

工程上(混凝土、砂漿等)常用抗滲等級來表示抗滲性。以符號

Pn

表示,其中n為該材料所能承受的最大水壓(0.1Mpa)如P2、P4、P6、P8等分別表示材料最大能承受0.2、0.4、0.6、0.8MPa的水壓力而不滲水。材料的抗滲性用滲透係數K(cm/h)來表示。返回«»

1.1.10抗凍性

1.概念

指材料吸水飽和狀態下，能夠經受多次凍融迴圈而不破壞，也不嚴重降低強度的性能。

2.

運算式

用抗凍等級(Fn)表示。其中n為材料在吸水飽和狀態下,經凍融迴圈作用,強度損失和品質損失均不超過規定值時所能承受的凍融迴圈次數。如F25、F50、F100等。

3.

材料在凍融迴圈作用下破壞的原因

由於材料內部毛細孔中的

水結冰時體積膨脹（約9%）,對材料孔壁產生巨大壓力，使材料內部產生微裂縫，循環往復以致強度下降。返回«»

1.1.11材料的熱工性質1.導熱性

(1)

概念

指材料傳導熱量的性質。

(2)

運算式

用導熱係數λ表示。

λ=Qa

/(T1-T2)At

式中λ

---導熱係數，w/(m.k)。

Q

---

傳遞的熱量，J。

a

---

材料的厚度，m。

T1-T2

---

材料兩側的溫差，k。

A

---

材料傳熱面的面積，㎡。

t

---傳熱的時間，s或h。

(3)

意義

通常把λ<0.23W/(m·k)的材料稱為絕熱材料，在運輸、存放、施工及使用過程中，須保持乾燥狀態。返回«»1.1.11材料的熱工性質

2.熱容量

(1)概念

指材料受熱時吸收熱量，冷卻時放出熱量的性質。

(2)運算式

用比熱C表示,又稱比熱容或熱容量係數,其運算式為：C=Q/m(T2-T1)

式中

C---

材料的比熱容，J/(kg.K)。

Q---

材料吸收（或放出）的熱量，J。

m---

材料的品質，kg。

(T2-T1)---

材料受熱（或冷卻）前後的溫度差，K。

(3)意義

比熱C與品質m乘積稱為熱容。熱容量大,則材料在吸熱或放熱時,其自身的溫度變化小,即有利於保證室內溫度相對穩定為保證建築物室內溫度穩定性,在設計圍護結構(牆體、屋面等）時，應選擇導熱係數較小，比熱較大的材料。返回«»

1.1.12吸聲性

1.

概念

聲能穿透材料和被材料消耗的性質稱為材料的吸聲性。

2.運算式

用吸聲係數α表示。

α=(Eα+Eτ)/EO

式中Eα

---

穿透材料的聲能。

Eτ---

材料消耗的聲能。

EO

---

入射到材料表面的全部聲能。吸聲係數α越大，材料的吸聲性越好。

3.意義

一般將125、250、500、1000、2000、4000Hz六個頻率的平均吸聲係數α≥0.20的材料稱為吸聲材料。返回«»

1.2材料的力學性質

1.2.1

強度的概念

指材料在外力(荷載)作用下，抵抗破壞的能力。1.2.2

強度的種類

根據受力形式(如圖1.4所示)分為抗壓強度、抗拉強度、抗彎（折）強度、抗剪強度等四種。1.2.3強度的計算

抗壓強度、抗拉強度、抗剪強度計算公式如下：

f=

F/A

式中f---

材料的抗壓、抗拉、抗剪強度，Pa或MPa。

F---

試件破壞時的最大荷載，N。

A---

試件面積，m2

或mm2。材料的抗彎(折)強度與材料的受力情況、截面形狀及支承條件等有關。對矩形截面,在兩端支承,中間作用一集中荷載的情況(見圖1.4（c）)，其抗彎（折）強度用下式計算：

f=3FL/2bh2

返回«»

1.2材料的力學性質

1.2.4

強度等級

1.

概念為便於應用，按材料強度值高低劃分的若干等級。脆性材料主要抗壓強度來劃分，如水泥、混凝土、磚等，塑性材料和韌性材料主要以抗拉強度來劃分，如鋼材等。

2.

強度等級與強度的異同二者都是描述材料抵抗外力作用時的破壞能力,而前者是按強度大小確定的等級,後者是概念性名詞。1.2.5比強度

1.

概念是指材料強度與體積密度的比值（f/ρ0）。

2.

意義比強度是衡量材料輕質高強性能的一項重要指標。選用比強度大的材料對增加建築高度、減輕結構自重、降低工程造價等具有重大意義。返回«»1.2材料的力學性質1.2.6變形性能1.彈性材料完全能恢復的變形稱為彈性變形。具備這種變形特徵的材料稱為彈性材料。2.

塑性材料不能恢復的變形稱為塑性變形。具有塑性變稱為塑性材料。一些材料彈性變形和塑性變形同時(或先後)發生，當外力取後，彈性變形恢復，而塑性變形不能消失，混凝土就是這類塑性材料。3.脆性材料在荷載作用下，沒有明顯預兆，表現為突發性破壞的性質。4.韌性韌性又稱衝擊韌性，是材料在衝擊、振動荷載作用下,能承受很大變形而不發生突發性破壞的性質。建築工程中，對承受衝擊荷載和有抗震要求的結構，如吊車梁、橋樑、路面等均應考慮材料的韌性。返回«

1.3材料的耐久性

1.3.1

概念

指材料在長期使用過程中抵抗各種破壞因素的作用,保持其原有性質的能力。

1.3.2

包括的內容

材料的耐久性是一項綜合性能,包括有抗滲性、抗凍性、耐腐性、抗老化性、耐磨性、耐光性等。

1.3.3

影響因素

內部因素是造成材料耐久性下降的根本原因。內部因素包括材料的組成、結構與性質等。外部因素是影響耐久性的主要因素。外部因素有：各種酸、堿、鹽及其水溶液，各種腐蝕性氣體等具有化學腐蝕作用；包括光、熱、電、溫度差、濕度差、幹濕迴圈、凍融迴圈、溶解等物理作用；包括衝擊、疲勞荷載，各種氣體、液體及固體等引起磨損的機械作用；包括菌類、昆蟲等，可使材料產生腐朽、蟲蛀等生物作用。返回2氣硬性膠凝材料

緒

2.1建築石膏

2.2石灰

2.3水玻璃返回»

緒

何謂膠凝材料

在建築工程中，將兩種材料或散粒狀材料膠結在一起的材料，稱為膠凝┄膠結材料。通常將無機膠凝材料稱為膠凝材料，將有機膠凝材料稱為膠結材料。種類按凝結硬化條件的不同可分為氣硬性膠凝材料和水硬性膠凝材料。氣硬性膠凝材料只能在空氣中硬化，保持或繼續發展其強度(石膏、石灰、水玻璃和菱苦土等)。水硬性膠凝材料在凝結後，既能在空氣中硬化，又能在水中硬化，保持並繼續發展其強度(如水泥)。返回«»

2.1建築石膏

2.1.1石膏的原料1.

天然二水石膏又稱生石膏（CaSO4

·H20),是由含兩個結晶水的硫酸鈣所組成的沉積岩石。2.天然硬石膏又稱為無水石膏，主要是由無水硫酸鈣（CaSO4

)組成的沉積岩石。3.工業副產石膏

系指某些化工生產過程中,所產生的以硫酸鈣為主要成分的副產品，經適當處理後，作為石膏膠凝材料的原料。常見品種有磷石膏和氟石膏。返回«»

2.1.2建築石膏的性能

1.凝結硬化快石膏加水拌和後，在6～10min便開始失去可塑性,終凝不超過30min，一般加硼砂、亞硫酸鹽紙漿廢液等緩凝劑。

2.硬化後體積微膨脹石膏漿體在凝結硬化時會產生微膨脹(0.5～1.0%)，這使石膏製品的表面光滑、細膩、形體飽滿，所以適合製作建築裝飾製品。

3.硬化後孔隙率大石膏硬化後具有很大孔隙率（約為50～60%)，因而強度低(7d為8～12Mpa)，抗凍性、抗滲性及耐水性較差。但具有輕質、保溫隔熱、吸聲、吸濕的特點。

4.阻火性好，耐火性差遇火時，二水石膏的結晶水蒸發，吸收熱量，水蒸氣還能起到阻火的作用。但二水石膏脫水後，強度迅速下降，因而耐火性差。

5.具有良好的可加工性石膏製品，具有可鋸、可刨、可釘性。返回«»

2.1.3建築石膏的應用

1.

石膏板

（1）紙面石膏板以建築石膏為主要原料，摻加少量外加材料，如填充料，發泡劑、緩凝劑等，加水攪拌、澆注輥壓後作芯材，兩面用紙作護面製成。主要用於內牆、隔牆、天花板等處。（2）石膏空心條板以建築石膏為主要原料，摻加適量填充料或少量纖維材，加水攪拌、振搗成型、抽芯、脫模、烘乾而成,該板不用紙，不用膠，強度高。可用作內隔牆，安裝時不需龍骨。（3）石膏裝飾板石膏裝飾板是以建築石膏為主要原料，摻加少量纖維增強材料和膠結料，加水攪拌製成。裝飾板有平板、多孔板、花紋板、浮雕板等多種。（4）纖維石膏板以建築石膏為主要原料，摻適量纖維增強材料製成，其抗彎強度高，可用於內牆和隔牆，也可代替木材作家具此外尚有石膏蜂窩板、防潮石膏板、石膏礦棉複合板等品種。返回«»2.1.3建築石膏的應用

2.粉刷石膏

在建築石膏中加入其他石膏（硬石膏或煆燒粘土質石膏）、各種緩凝劑（木質磺酸鈣、檸檬酸、酒石酸等）及附加材料（石灰、燒粘土、氧化鐵紅等）可配製成像水泥一樣在施工中現場拌制的新型抹灰材料┄粉刷石膏。它具有表面堅硬,光滑細膩,粘結力強、不裂、不起鼓、防火、保溫、調濕、施工方便，可實現機械化施工。可用於辦公樓、住宅樓等的牆面、頂棚等。返回«»

2.2石灰

2.2.1石灰的生產

2.2.2

石灰的熟化

2.2.3石灰的特性

2.2.4石灰的應用返回«»

2.2.1石灰的生產

石灰是以碳酸鈣為主要成分的石灰岩煆燒(1000～1100℃)而成。煆燒時石灰岩中碳酸鈣和碳酸鎂分解，生成氧化鈣、氧化鎂(稱為生石膏）和二氧化碳氣體,反應式如下：

CaCO3==CaO+CO2↑

MgCO3==MgO+CO2↑

氧化鈣、氧化鎂稱為生石灰。生石灰的各品種及等級的技術指標要求見表2.3、2.4、2.5。返回«»2.2.2

石灰的熟化

1.概念生石灰加水生成熟石灰的過程，稱為石灰的熟化或消解。反應如下：CaO+H2O=Ca(OH)2+64.9kJMgO+H2O=Mg(OH)2+64.9kJ

氫氧化鈣、氫氧化鎂稱為熟石灰。

2.熟化時的現象(1)石灰熟化過程中水化熱較大，見表2.6。

(2)外觀體積約增加1.5~2倍。

3.

結論生石灰使用前必須熟化。

4.熟化時注意事項為了消除過火石灰的危害，須將石灰在化灰池內放置兩周以上，稱為“陳伏”；“陳伏”期間石灰膏表面應保持一層水膜，防止其碳化。

返回«»2.2.3石灰的特性

1.良好的保水性於氫氧化鈣粒子極細(直徑約1μm)，數量多，總表面積大，能吸附水膜而不易失去。利用保水性好的特性拌制石灰砂漿或石灰混合砂漿。

2.

凝結硬化慢、強度低石灰漿碳化在表面形成碳酸鈣外殼，碳化作用難以深入，內部水分又不易蒸發，因此凝結硬化緩慢。硬化後的強度也不高,1:3的石灰砂漿28天的抗壓強度為0.2～0.5MPa。

3.

耐水性差石灰漿體在潮濕環境中，難以晶體析出，凝結硬化不會進行。而硬化後的石灰長期受水浸泡，氫氧化鈣晶體也會重新溶於水，使硬化的石灰潰散。

4.

硬化後體積收縮大

石灰在硬化過程中，蒸發大量的游離水而引起毛細管顯著的收縮，從而造成了體積極大的收縮。返回«»2.2.4石灰的應用

1.

砂漿常用於配製石灰砂漿、水泥石灰混合砂漿。

2.粉刷石灰膏加水拌合，可配製成石灰乳，用於粉刷牆面。

3.

石灰土和三合土石灰土由石灰、粘土組成,三合土由石灰粘土和碎料(砂、石渣、碎磚等)組成。石灰土或三合土其耐水性和強度均優於純石灰。廣泛用於建築物的基礎墊層和臨時道路。

4.

水泥和矽酸鹽建築製品石灰是生產灰砂磚、蒸養粉煤灰磚、粉煤灰砌塊或牆用板材等的主要原料。也是各種水泥的主要原料。

5.

碳化石灰板

在磨細生石灰中摻加玻璃纖維、植物纖維、輕質骨料等，用碳化的方法使氫氧化鈣碳化成碳酸鈣，即為碳化石灰板。用作隔牆、天花板等。返回«»2.3水玻璃

2.3.1水玻璃的生產與性能

1.生產簡介水玻璃原料是石英砂、純鹼或含碳酸鈉的原料,加熱至1300～1400℃,熔融,冷卻即為固態水玻璃矽酸鈉，反應式如下:

Na2CO3+nSiO2==Na2O•nSiO2+CO2

固態水玻璃在蒸壓鍋內加熱、溶解，即成液態水玻璃。

2.性能水玻璃能溶解於水。n稱為水玻璃的模數,模數大，其粘度大，較易硬化。常用的水玻璃模數為

2.6～2.8。

3.水玻璃的硬化水玻璃在空氣中吸收二氧化碳，析出二氧化矽凝膠，失水後逐漸硬化，反應式如下：

Na2O•nSiO2+CO2+mH2O==Na2CO3+nSiO2•nH2O

上述過程很慢，為加速硬化，可將水玻璃加熱或摻加適量促硬劑，如氟矽酸鈉（Na2SiF6）。氟矽酸鈉也能提高水玻璃耐水性。返回«2.3.2水玻璃的應用

1.塗料水玻璃溶液噴塗在建築材料表面，如天然石料、粘土磚、混凝土等，能提高材料的密實度、強度、耐水性和抗風化能力。石膏製品不能用水玻璃溶液噴塗次。

2.耐酸、耐熱製品水玻璃是一種耐酸材料。用水玻璃、膠凝材料與耐酸骨料等可製成耐酸砂漿及耐酸混凝土;水玻璃耐熱性良好，能長期承受高溫作用而強度不降低。用其作膠凝材料，與耐熱骨料等可配製成耐熱砂漿及耐熱混凝土。

3.灌漿材料水玻璃溶液與氯化鈣溶液交替灌入土壤內，是加固建築地基的一種灌漿材料。此外，水玻璃能加速水泥的凝結、硬化，可作為水泥的促凝劑。水玻璃與粒狀高爐礦渣粉配製的砂漿，可作補縫材料。返回3水泥

3.1

矽

酸

鹽

水

泥

原

料

及

礦

物

組

成

3.2

矽酸鹽水泥

3.3矽

酸

鹽

水泥的水化、凝結和硬化過程

3.4矽

酸

鹽

水

泥

的

技

術

性

質

和

應

用

3.5摻

混

合材料的矽

酸鹽

水

泥

3.6特種水泥

3.7水泥的驗收、保管與應用返回»

3.1矽酸鹽水泥原料及礦物組成

3.1.1矽酸鹽水泥的原料與生產

矽酸鹽水泥生產的原材料、主要工藝流程如下:

粘土粉磨→生料—煆燒→熟料—加石膏、混合材料成品鐵礦粉粘土鐵礦粉石灰岩生料熟料成品返回«»

矽酸鹽水泥熟料由矽酸三鈣、矽酸二鈣、鋁酸三鈣、鐵鋁酸四鈣等四種礦物組成，其分子式、簡寫式及其含量範圍見表3.1。從表可看出，矽酸鈣(包括矽酸三鈣和矽酸二鈣)約占70%以上，對矽酸鹽水泥的性能具有重要影響。也是“矽酸鹽水泥”這一名稱由來的原因。由表3.2

可以看出，不同熟料礦物與水作用時表現的性能是不同的，改變水泥熟料組成的相對含量，水泥的技術性能會隨之變化。例如：提高矽酸二鈣的含量，可以制得快硬高強的優質水泥。3.1.2矽酸鹽水泥熟料組成返回«»3.2矽酸鹽水泥

3.2.1

矽酸鹽水泥定義

凡由矽酸鹽水泥熟料，摻入適量的石膏經磨細製成的水硬性膠凝材料，稱為矽酸鹽水泥(國際上通常稱為波特蘭水泥)。矽酸鹽水泥有兩種類型，在矽酸鹽水泥熟料粉磨過程中不摻入混合材的稱為Ⅰ型矽酸鹽水泥,代號P·Ⅰ；加入不超過5％混合材的稱為Ⅱ型矽酸鹽水泥,代號P·Ⅱ。在水泥生產過程中加入

適量石膏起緩凝作用 。 返回«»3.2.2矽酸鹽水泥的主要品質指標1.氧化鎂

水泥中氧化鎂的含量不宜超過5.0%。2.三氧化硫水泥中三氧化硫的含量不得超過3.5%。3.燒失量

Ⅰ型矽酸鹽水泥≤3.0%，Ⅱ型矽酸鹽水泥≤3.5%。4.細度

矽酸鹽水泥比表面積勃氏法測定值應大於300m2/kg。5.凝結時間

矽酸鹽水泥初凝不早於45min，終凝不遲於6.5h。6.體積安定性用沸煮法檢驗必須合格。7.強度等級按抗壓強度和抗折強度劃分為42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R。，返回«»3.3

矽酸鹽水泥的水化、凝結和硬化過程

3.3.1

矽酸鹽水泥的水化、凝結與硬化

1.

水化矽酸鹽水泥遇水後，各熟料礦物與水發生化學反應,這一過程稱為水化，其反應式如下：

3(CaO·SiO2)+6H2O=3CaO·2SiO2·3H2O(膠體)+3Ca(OH)2(晶體)

2(2CaO·SiO2）+4H2O=3CaO·2SiO2·3H2O+Ca(OH)2

3CaO·Al2O3+6H2O=3CaO·Al2O3·6H2O（晶體）

4CaO·Al2O3·Fe2O3+7H2O=3CaO·Al2O3·6H2O+CaO·Fe2O3·H2O(膠體)

石膏與部分水化鋁酸鈣反應，生成難溶的水化硫鋁酸鈣的針狀晶體。水化硫鋁酸鈣的存在，延緩了水泥的凝結時間。

綜上所述，矽酸鹽水泥水化反應後，生成的水化產物有膠體和晶體，其結構稱為水泥凝膠體。返回«»3.3.1矽酸鹽水泥的水化、凝結與硬化

2.

凝結與硬化

由於生成的膠體狀疏鬆網狀結構，使水泥與水迅速接觸，反應加速，生成較多量的水化矽酸鈣凝膠、氫氧化鈣和水化硫凝),建立起充滿間隙的緊密的網狀結構，並在網狀結構中不斷充實水化產物，使水泥具有一定硬度，這時為終凝。水泥顆粒表面化合物層的厚度和緻密程度不斷增加，水泥漿體趨於硬化，形成具有較高強度的水泥石。硬化的水泥石由水泥凝膠體、毛細孔和未水化的水泥顆粒組成。水泥的水化和硬化過程是連續的。水化是凝結硬化的前提,而凝結硬化是水化的結果。凝結標誌著水泥漿失去流動性而具有了塑性強度，硬化則表示水泥漿固化後的網狀結構具有了機械強度。

返回«»3.3.2環境介質對水泥的侵蝕

矽酸鹽水泥硬化後在某些侵蝕性液體或氣體作用下，其結構會逐漸遭到破壞,使強度降低,以致潰裂,這種現象稱為環境介質對水泥的侵蝕。現列舉幾種主要的侵蝕作用。1.

漿體組分的溶解浸析遇水氫氧化鈣溶解。2.

離子交換反應通過離子交換反應，硬化水泥漿體可能受到如下三種侵蝕形式：（1）生成可溶性鹽

（2）生成不溶性鈣鹽

（3）鎂鹽侵蝕

（4）形成膨脹性產物

返回«»3.4

矽酸鹽水泥的技術性質和應用

3.4.1

矽酸鹽水泥的技術性質1.密度和表觀密度密度在3.1～3.2之間。鬆散狀態時表觀密度在900～1300kg/m3之間，緊密狀態時可達1400～1700kg/m3。2.細度細度是指水泥顆粒的粗細程度。顆粒愈細，表面積愈大，因而水化較迅速，凝結硬化快，早期強度高，但硬化後體積收縮大。而水泥顆粒過粗，不利於強度的發展。細度用篩選法和比表面積法來測定。矽酸鹽水泥的比表面積應＞300m3/kg，普通矽酸鹽水泥經0.08mm方孔篩的篩餘量≤10％。3.標準稠度用水量指將水泥淨漿調製成標準稠度時所需的水量。標準稠度用水量是作為測定水泥的凝結時間和安定性等所用拌和水量的依據。各種水泥其值在23～31%

之間。返回«»3.4.1矽酸鹽水泥的技術性質

4.凝結時間

指從水泥加水拌和起至水泥漿完全失去可塑性並開始產生強度所需的時間。水泥的凝結分為初凝和終凝。初凝時間為從水泥加水拌和起至水泥漿開始失去可塑性所需的時間；終凝時間則為從水泥加水拌和起至水泥漿完全失去可塑性並開始產生強度所需時間。泥的初凝不宜過早，以便有足夠的時間完成混凝土和砂漿的攪拌、運輸、澆搗和砌築等施工操作；國家標準規定矽酸鹽水泥、普通矽酸鹽水泥的初凝時間不得早於45min。水泥的終凝不宜過遲，以使混凝土施工完畢後，儘快達到規定的強度，以利下一步施工的進行，國家標準規定矽酸鹽水泥終凝時間≤390min，普通矽酸鹽水泥≤10h。返回«»3.4.1

矽酸鹽水泥的技術性質

5.

體積安定性

水泥的體積安定性是指水泥在凝結硬化過中，體積變化是否均勻的性質。引起體積安定性不良的原因，一般是由於熟料所含（1）游離氧化鈣；（2）游離氧化鎂；（3）摻入石膏等量過多所致。這些化合物在水化時體積劇烈膨脹,引起水泥體積不均勻變化。國家標準規定，水泥體積安定性用煮沸法檢驗必須合格。測試方法可以是試餅法和雷氏夾法。當有爭議時以雷氏夾法為准。返回«»

3.4.1

矽酸鹽水泥的技術性質6.強度測定水泥強度時，水泥和標準砂按1:3的比例混合，加入規定數量的水（水灰比為0.5），經標準試驗方法成型，製成40×40×160mm的試件，在標準條件下(溫度20±1℃，相對濕度大於90%)

養護，進行3d、28d

齡期的抗折、抗壓強度的測定。根據此強度按國家標準將水泥劃分成不同強度等級。並按3d

強度值分為普通型和早強型（用R表示）。

7.

水化熱

水泥在凝結硬化過程中放出的熱量（化學熱）稱為水泥的水化熱。水化放熱對大體積混凝土會有內熱外涼的溫度裂縫產生,是有害的，對建築的冬期施工則是有利的。返回«»3.4.2矽酸鹽水泥的特點與應用

1.

凝結硬化快、強度較高

用於早期強度要求較高、冬季施工和高強混凝土工程。2.水化熱大

可用於寒冷地區工程。不適用於大體積混凝土。3.抗幹縮性好，耐磨性好

不易產生幹縮裂縫，可用於路面工程。4.耐腐蝕（水）性差

不宜用於與流動淡水或硫酸鹽等腐蝕介質接觸的工程。5.耐熱性差

不宜用於有耐熱要求的混凝土工程

。返回«»

3.5摻混合材料的矽酸鹽水泥

3.5.1混合材的概念

在水泥生產時,所摻入的天然或人工礦物材料,稱為混合材料

混合材料按其是否可發生化學反應可分為活性混合材和非活性混合材料。非活性混合材料與水泥不能或很少反應生成水化物，在水泥中僅起填充作用。例如石英砂、粘土、石灰岩等。活性混合材料與水泥能生成具有膠凝性的水化物，它可改善水泥的某些性能,提高水泥產量，降低水泥成本，擴大使用範圍，還能充分利用工業廢渣。這類混合材料常用的有粒化高爐礦渣、火山灰與粉煤灰等。窯灰是從水泥回窯窯尾廢氣中收集下的粉塵。窯灰的性能介於非活性混合材料和活性混合材料之間。返回«»3.5.2摻混合材料的矽酸鹽水泥的種類

摻混合材料的矽酸鹽水泥種類及技術性能見下表：水泥品種代號混合材摻量(%)強度等級普通矽酸鹽水泥P·

O≤1532.532.5R42.542.5R52.552.5R礦渣矽酸鹽水泥P·S20～7032.532.5R42.542.5R52.552.5R火山灰矽酸鹽水泥P·P20～4032.532.5R42.542.5R52.552.5R粉煤灰矽酸鹽水泥P·F20～5032.532.5R42.542.5R52.552.5R複合矽酸鹽水泥P·C15～5032.532.5R42.542.5R52.552.5R返回«»

3.6特種水泥

3.6.1

高

鋁水泥

3.6.2

快

硬水泥

3.6.3

白色

水

泥

和

彩

色

水泥

3.6.4

中熱矽酸鹽水泥和低熱

礦渣矽酸鹽水泥

3.6.5

道路水泥

3.6.6

膨脹水泥及自應力水泥

返回«»3.6.1高鋁水泥

高鋁水泥又稱礬土水泥。它屬於鋁酸鹽水泥。高鋁水泥的強度發展很快，水化放熱量基本上與高標號矽酸鹽水泥相同，但放熱速度極快,高鋁水泥有很好的抗硫酸鹽性和抗海水腐蝕能力，甚至比抗硫酸鹽的矽酸鹽水泥還好。具有一定的耐高溫性。它適用於緊急搶修工程、嚴寒的冬季施工、處於海水或其他侵蝕介質作用、耐熱混凝土等。由於高鋁水泥的長期強度不穩定，一般不宜用作永久性的承重結構工程。返回«»3.6.2快硬水泥

快硬水泥有矽酸鹽快硬水泥、硫鋁酸鹽型快硬水泥和氟鋁酸鹽型快硬水泥等。快硬矽酸鹽水泥的強度等級以3d抗壓強度來表示,分為32.5、37.5、42.5

三個強度等級。硫鋁酸鹽快硬水泥系列可分為超早強水泥、快硬高強水泥、無收縮水泥、膨脹水泥、自應力水泥、噴射水泥等。返回«»3.6.3白色水泥和彩色水泥

白色矽酸鹽水泥簡稱白水泥。它與矽酸鹽水泥的主要區別在於氧化鐵含量少，因而色白。由於水泥中存在氧化鐵（Fe2O3）等成分之故。當含量在3～4%

時，熟料呈暗灰色；在0.45～0.7%

時，帶淡綠色；而降低到0.35～0.40%

後，略帶淡綠，接近白色。白色水泥和彩色水泥主要用於建築裝飾工程。返回«»

3.6.4中熱矽酸鹽水泥和低熱

礦渣矽酸鹽水泥

中熱矽酸鹽水泥和低熱礦渣矽酸鹽水泥是水化熱較低的水泥。降低水泥的水化熱和放熱速率，主要是選擇合理的熟

料礦物組成和粉磨細度以及摻入適量的混合材。中熱水

泥和

低熱礦渣水泥的初凝不得早於60分鐘

,終凝不得遲於12小時。中熱水泥分42.5級、52.5

級兩個強度等級。低熱礦渣水泥分32.5級、42.5

級兩個強度等級。

返回«»3.6.5道路水泥

道路水泥分為42.5級、52.5級、62.5

級共三個強度等級。其熟料中賦予高強的矽酸三鈣、矽酸二鈣含量較多,抗裂性較好的鐵鋁酸四鈣含量高(>16.0)

。道路水泥早期強度較高，幹縮值小，耐磨性好，適用於修築道路路面、飛機場跑道路面、廣場等，也可用於一般土建工程。返回«»

3.6.6膨脹水泥及自應力水泥

當水泥自應力值大於或等於2MPa

時，稱為自應力水泥；當自應力值小於2MPa(通常為0.5MPa左右)

，則稱為膨脹水泥我國常用的膨脹水泥品種如下:(1)

矽酸鹽膨脹水泥；(2)鋁酸鹽膨脹水泥；(3)硫鋁酸鹽膨脹水泥；(4)

鐵鋁酸鈣膨脹水泥。膨脹水泥適用於補償混凝土收縮的結構工程，作防滲層或防滲混凝土；填灌構件的接縫及管道接頭；結構加固與修補；固結機械底座及地腳螺絲等。自應力水泥適用製造自應力鋼筋混凝土壓力管及其配件。返回«»

3.7水泥的驗收、保管與應用

3.7.1廢品與不合格品3.7.2水泥的驗收3.7.3水泥的保3.7.4水泥的選用返回«»3.7.1廢品與不合格品1.

廢品

水泥中，凡氧化鎂、三氧化硫、初凝時間、安定性中任一項不符合國家標準規定的均視為廢品。

2.不合格品

水泥出廠後，凡細度、終凝時間、不溶物和燒失量中的任一項不符合國家標準規定或混合材料摻加量超過最大限量和強度低於規定時為不合格品。水泥包裝標誌中水泥品種、強度等級、生產單位名稱和出廠編號不全的也屬於不合格品。返回«»3.7.2水泥的驗收

以水泥廠同編號水泥的檢驗報告為驗收依據時,在發貨前或交貨時買方賣方在同編號水泥中抽取試樣，雙方共同簽封後保存三個月；或委託賣方在同編號水泥中抽取試樣，簽封後保存三個月。在三個月內，買方對水泥品質有疑問時則買賣雙方應將簽封的試樣送省級或省級以上國家認可的水泥品質監督檢驗機構進行仲裁檢驗。返回«»3.7.3水泥的保管

泥袋應清楚標明：產品名稱，代號，淨含量，強度等級，生產許可證編號，生產單位名稱和地址，出廠編號，執行標準號，包裝年月日。摻火山灰質混合材料的火山灰水泥還應標上“摻火山灰”的字樣。矽酸鹽水泥、普通矽酸鹽水泥印刷採用紅色,礦渣水泥的印刷採用綠色；火山灰和粉煤灰水泥採用黑色。散裝水泥應提交與袋裝水泥標誌相同內容的卡片。

在運輸和儲存過程中，應防濕防潮，以免報廢。並應分品種、分等級、分出廠日期進行堆放。水泥儲存期為三個月，超過三個月，使用前必須重新測定強度。返回«

3.7.4水泥的選用

使用水泥時，應根據建築物的特點及所處部位選擇合適的品種。常用水泥品種的選用可參考表3.14

。返回

4混凝土

4.1概論

4.2普

通

混

凝

土

的

組

成

材

料

4.3普通混凝土拌合物的和易性

4.4普通混

凝土的

強度

4.5普

通

混

凝

土

的

耐

久

性

4.6混凝土外加劑

4.7普通混

凝

土

的

配

合比設計

4.8其

它

品

種

混

凝

土返回»

4.1概論

混凝土是由膠結材料、粗骨料、細骨料、水和外加劑，按適當比例配製並經硬化而成,具有所需形體、和易性、強度和耐久性的一種人造石材。返回«»

4.1.1混凝土的分類1.按用途分結構混凝土、抗滲混凝土、抗凍混凝土、大體積混凝土、水工混凝土、耐熱混凝土、耐酸混凝土、裝飾混凝土等。2.按所用膠結材料不同分水泥混凝土(又稱普通混凝土)、石膏混凝土、瀝青混凝土、水玻璃混凝土等。3.按表觀密度分重混凝土、普通混凝土、輕混凝土。4.按強度等級分普通混凝土(<C60以下)、高強混凝(≥60MPa)、超高強混凝土(≥100MPa)。5.按施工工藝分噴射混凝土、泵送混凝土、碾壓混凝土、壓力灌漿混凝土、離心混凝土、真空脫水混凝土。返回«»

4.1.2混凝土的特點

具備以下優點：1.混凝土中占80%的砂、石骨料資源豐富,可就地取材,價格便宜。2.可根據工程需要澆築成各種形狀尺寸的構件。3.調整混凝土材料組成，可獲得不同的性能和要求。4.混凝土抗壓強度高，可與鋼筋及其它加強材料組成互補性的受力。整體，以彌補混凝土抗拉、抗折、抗剪強度低的缺點。5.混凝土具有很好的抗凍性、抗滲性、耐腐蝕性。混凝土的缺點是自重大、抗拉強度低、脆性大、導熱性強等。返回«»

4.2普通混凝土的組成材料

緒4.2.1水泥4.2.2細骨料（砂）4.2.3粗骨料（卵石、碎石）4.2.4

混

凝

土

拌

合

用

水返回«»

緒

普通混凝土（以下簡稱混凝土）是由水泥、細骨料（砂）、粗骨料（卵石、碎石）和水四種基本材料組成，必要時摻入適量的摻加料和外加劑。混凝土拌合物中，水泥和水形成水泥漿，在混凝土硬化前，起潤滑作用，硬化後，起粘結作用，石在其中起骨架作用，砂起填充作用。返回«»

4.2.1水泥

1.水泥品種的選擇選擇水泥品種應根據工程特點、所處環境及設計、施工要求等選用。常用水泥品種的選擇詳見第3章。

2.水泥強度等級的選擇原則上，水泥強度等級應與混凝土強度等級相適應。一般對於中、低強度的混凝土(通常指C30

以下）,水泥強度等級為混凝土強度等級的1.5～2.0倍為宜,

對於高強度混凝土可取0.9～1.5倍。用高強度等級的水泥配制低強度等級的混凝土會使水泥用量減少而對混凝土的和易性及耐久性帶來不利影響，需加外摻料。返回«»

4.2.2細骨料（砂）

混凝土用細骨料,粒徑在150μm～4.75mm之間。混凝土用細骨料應符合GB/T14684―2001《建築用砂》的規定。

1.砂的分類砂按產源分天然砂、人工砂兩類：天然砂是岩石經自然風化、水流搬運和分選、堆積形成的。天然砂分河砂、湖砂、山砂和海砂。建築工程中一般多採用河砂。

人工砂為經除土處理的機制砂、混合砂的統稱。機制砂由機械破碎、篩分製成。混合砂是由機制砂和天然砂混合製成，執行人工砂的技術要求和試驗方法。返回«»

2．砂的技術要求

砂(石)按技術要求分為Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類三種。Ⅰ類宜用於大於C60的混凝土；Ⅱ類宜用於C30～C60及抗凍、抗滲或其他要求的混凝土；Ⅲ類宜用於小於C30的混凝土和建築砂漿。

(1)砂的細度模數(Mx)和顆粒級配粗細程度是指不同粒徑的砂混合後，總體的粗細程度。用細度模數(Mx)衡量，並分粗砂(Mx=3.7～3.1)、中砂(Mx=3.0～2.3)、細砂(Mx=2.2～1.6)。以上三種砂均可拌混凝土,但用粗砂省水泥。顆粒級配是指不同粒徑砂搭配組合情況。級配良好的砂，其空隙率及總表面積均較小，既省水泥，又可提高混凝土的密實性。普通混凝土用砂，應處於表4.2中三個級配區的任一區中。拌制混凝土時，砂的粗細和顆粒級配應同時考慮。返回«»

2．砂的技術要求

(2）有害雜質砂中的有害雜質包括泥、泥塊、雲母、輕物質、硫化物、硫酸鹽、有機

物等。泥、泥塊、雲母等粘附在砂的表面，阻礙水泥石與砂的粘結，降低混凝土的強度和耐久性；硫化物及硫酸鹽對水泥石有侵蝕作用；有機物影響水泥的水化和硬化；氯化物對鋼筋有銹蝕作用。天然砂中有害雜質的含量應符合表4.3的要求。

（3）砂的堅固性

指砂在自然風化和其他物理、化學因素作用下，抵抗破裂的能力。標準規定,天然砂用硫酸鈉溶液經5次迴圈檢驗後,其品質損失應符合表4.5的規定。人工砂用壓碎指標法試驗、壓碎指標值應符合表4.6規定。

（4）表觀密度、堆積密度、空隙率

表观密度≥2500kg/m3；堆積密度≥1350kg/m3；空隙率≤47%。返回«»

4.2.3粗骨料（卵石、碎石）

普通混凝土用粗骨料應符合GB/T14685―2001《建築用卵石、碎石》的規定。

1.粗骨料的分類粗骨料分卵石和碎石兩類。卵石是由天然岩石經自然風化、水流搬運和分選、堆積形成的粒徑大於4.75mm的岩石顆粒。按其產源可分為河卵石、海卵石、山卵石等幾種，其中河卵石應用較多。碎石大多由天然岩石經破碎、篩分製成。返回«»2．粗骨料的技術要求

(1)最大粒徑與顆粒級配粗骨料的粗細程度用最大粒徑表示。粗骨料公稱粒級的上限稱為該粒級的最大粒徑。粒徑越大，其表面積越小，能減少用水量而提高強度，因此，最大粒徑應盡可能選得大些。工程中，粗骨料最大粒徑的確定受結構截面尺寸、鋼筋淨距及施工條件的限制。規範規定：混凝土用粗骨料，其最大粒徑不得超過構件截面最小尺寸的1/4，且不得超過鋼筋最小淨距的3/4；對混凝土實心板，不宜超過板厚的1/3，且不得超過40mm。粗骨料級配分連續粒級和單粒級兩種。連續粒級是每級骨料都占一定比例，又稱連續級配，其配製的混凝土和易性好，不易發生離析現象，目前應用較廣泛。返回«»

2．粗骨料的技術要求

(2)有害雜質

粗骨料中有害雜質及其對混凝土性質的影響與細骨料相同，其含量應符合表4.8的規定。（3)

針、片狀顆粒含量

卵石、碎石顆粒的長度大於該顆粒所屬粒