建筑材料课件

第1章建築材料的基本性質主要內容:1.1

材料的組成与結構1.2

材料的狀態參數和結構特徵1.3

材料的物理性質1.4

材料的力學性質1.5材料的耐久性

1.1材料的組成与結構

建築材料的基本性质:是指材料處於不同的使用條件和使用環境時，通常必須考慮的最基本的、共有的性質。因為土木建築材料所處建（構）築物的部位不同、使用環境不同、人們對材料的使用功能要求不同，所起的作用就不同，要求的性質也就有所不同。一、材料的組成

1.化學組成

無機非金屬建築材料的化學組成:以各種氧化物含量來表示。

金屬材料:以元素含量來表示。 化學組成決定著材料的化學性質，影響其物理性質和力學性質。

2.礦物組成材料中的元素和化合物以特定的礦物形式存在並決定著材料的許多重要性質。 礦物組成是無機非金屬材料中化合物存在的基本形式。3.相組成材料中結構相近性質相同的均勻部分。二、材料的結構與構造

1.宏觀結構（構造）

材料的宏觀結構是指用肉眼和放大鏡能夠分辨的粗大組織。其尺寸約為毫米級大小，以及更大尺寸的構造情況。宏觀構造，按孔隙尺寸可以分為：（1）緻密結構，基本上是無孔隙存在的材料。例如鋼鐵、有色金屬、緻密天然石材、玻璃、玻璃鋼、塑膠等。（2）多孔結構，是指具有粗大孔隙的結構。如加氣混凝土、泡沫混凝土、泡沫塑料及人造輕質材料等。

(3）微孔結構，是指微細的孔隙結構。如石膏製品、粘土磚瓦等。

(4）纖維結構，是指木材纖維、玻璃纖維、礦物棉纖維所具有的結構。

（5）層狀結構，採用粘結或其他方法將材料迭合成層狀的結構。如膠合板、迭合人造板、蜂窩夾芯板、以及某些具有層狀填充料的塑膠製品等。

(6）散粒結構，是指鬆散顆粒狀結構。比如混凝土骨料、用作絕熱材料的粉狀和和粒狀的添充料。

1.微觀結構

微觀結構是指材料在原子、分子層次的結構。材料的微觀結構，基本上可分為晶體與非晶體。 晶體結構的特徵是其內部質點（離子、原子、分子）按照特定的規則在空間週期性排列。非晶體也稱玻璃體或無定形體，如無機玻璃。玻璃體是化學不穩定結構，容易與其它物體起化學作用。

3.亞微觀結構

亞微觀結構也稱作細觀結構，是介於微觀結構和宏觀結構之間的結構形式。如金屬材料晶粒的粗細及其金相組織，木材的木纖維，混凝土中的孔隙及介面等。從宏觀、亞微觀和微觀三個不同層次的結構上來研究土木工程材料的性質，才能深入其本質，對改進與提高材料性能以及創制新型材料都有著重要的意義。

三、材料的狀態參數和結構特徵1.材料的體積

體積是材料佔有的空間尺寸。由於材料具有不同的物理狀態，因而表現出不同的體積。（1）材料的絕對密實體積：幹材料在絕對密實狀態下的體積。即材料內部沒有孔隙時的體積，或不包括內部孔隙的材料體積。一般以Ｖ表示材料的絕對密實體積（2）材料的表觀體積：材料在自然狀態下的體積，即整體材料的外觀體積（含內部孔隙和水分）。一般以V0

表示材料的表觀體積。（3）材料的堆積體積：粉狀或粒狀材料，在堆集狀態下的總體外觀體積。根據其堆積狀態不同，同一材料表現的體積大小可能不同，鬆散堆積下的體積較大，密實堆積狀態下的體積較小。材料的堆集體積一般以來表示。

1.材料的密度

材料的密度是指材料在絕對密實狀態下單位體積的品質，按下式計算：

式中：ρ—密度,g/cm3或kg/m3

m—材料的品質，g或kg

V—材料的絕對密實體積，cm3或m3

測試時，材料必須是絕對乾燥狀態。含孔材料則必須磨細後採用排開液體的方法來測定其體積。

3、視密度（表觀密度）

1.定義：在規定條件下，材料單位表觀體積（礦質實體體積十閉口孔隙體積）的品質，稱為稱視密度。

1.公式：

式中：ρt——石料的視密度（表觀密度），ｇ／ｃｍ３；ｍ、Ｖ——意義同前；

ＶB——石料閉口孔隙的體積，ｃｍ３。測定方法：排水法T4、毛體積密度（體積密度）定義：材料的毛體積密度是在規定試驗條件下，烘乾材料單位體積（包括孔隙在內）的品質。公式：

式中：——石料的毛體積密度，ｇ／ｃｍ3

——石料開口孔隙體積，ｃｍ3

ｍ，ｖ，ｖB——意義同前。材料的毛體積密度測定可將石料加工為規則形狀石料試件，採用精密量具測量其幾何形狀的方法計算其體積；對於遇水崩解、溶解和幹縮濕脹性鬆軟石料，應採用封蠟法測定。T5、表觀密度

表觀密度（俗稱“容重”）是指材料在自然狀態下單位體積的品質。

按下式計算：

式中ρ0—材料的表觀密度,g/cm3

或kg/m3

m—材料的品質，g或kg

V0—材料的表觀體積，cm3或m3

材料的表觀體積是指包括內部孔隙在內的體積。因為大多數材料的表觀體積中包含有內部孔隙，其孔隙的多少，孔隙中是否含有水及含水的多少，均可能影響其總品質（有時還影響其表觀體積）。因此，材料的表觀密度除了與其微觀結構和組成有關外，還與其內部構成狀態及含水狀態有關，一般以乾燥狀態下的測定值為准。6、

材料的堆積密度

堆積密度是指粉狀或粒狀材料，在堆積狀態下單位體積的品質。

按下式計算：

式中 ρ0，—材料的堆積密度,g/cm3或kg/m3

m—材料的品質，g或kg

V0，—材料的堆積體積，cm3或m3

粉狀或粒狀材料的品質是指填充在一定容器內的材料品質，其堆積體積是指所用容器的容積而言。因此，材料的堆積體積包含了顆粒之間的空隙。

在土木建築工程中，計算材料用量、構件的自重，配料計算以及確定堆放空間時經常要用到材料的密度、表觀密度和堆積密度等數據。例1：燒結普通磚的尺寸為240mm×115mm×53mm，已知其孔隙率為37%，乾燥品質為2487g，浸水飽和後品質為2984g。試求該磚的體積密度（表觀密度）（毛體積密度）密度、密度、吸水率、開口孔隙率及閉口孔隙率。

解：ρo=m1/Vo=2487/1461.8=1.7g/cm3

P=V孔/Vo×100%=37%

V孔/1461.8×100%=37%

故V孔=541.236cm3，

V=Vo-V孔

=1461.8-541.236

=921.6cm3

ρ=m1/V=2487/921.6=1.7g/cm3

W=(m2-m1)/m1×100%=(2984-

2487)/2487×100%=20%

PK=(m2-m1)/Vo×1/ρW×100%=(2984-2487)/1461.8×1×100%=34%

PB=P-PK=37%-34%=3%

例2：破碎的岩石試件經完全乾燥後，其品質為482g，將放入盛有水的量筒中，經一定時間石子吸水飽和後，量筒的水面由原來的452cm3上升至630cm3。取出石子，擦幹表面水分後稱得品質為487g。試求該岩石的視（表觀）密度、體積密度及吸水率？解：因m1=482g,m2=487g，V+VB=630-452=178cm3（閉+實體）故：ρ′=m1/V+VB=482/178=1.71g/cm3ρo=m1/Vo=482/(178+5)=1.63g/cm3

W=(m2-m1)/m1×100%=(487-

482)/482×100%=1%例3：有一個1.5升的容器，平裝滿碎石後，碎石重1.55Kg。為測其碎石的表觀密度，將所有碎石倒入一個7.78升的量器中，向量器中加滿水後稱重為9.36Kg，試求碎石的表觀密度。若在碎石的空隙中又填以砂子，問可填多少升的砂子？（9.36-1.55）水的重量既水的體積解：表觀密度：ρ=m/V=1.55/(7.78-(9.36-1.55))=1.63kg/m3堆積密度：ρo=m/Vo=1.55/1.5=1.7kg/L空隙率：P=(l-ρo/ρ)×100%=(1-1.7/1.63)×100%=35.4%砂的體積：Vo=1.5×35.4%=0.53(L)

7、

材料的密實度

密實度是指材料體積內被固體物質充實的程度。密實度的計算式如下：

對於絕對密實材料，

因

ρ0=ρ

，故密實度D=1或

100%。對於大多數土木工程材料，

因

ρ0〈

ρ

，故密實度D‹1或

D

‹

100%。

ρ—密度；ρ0—材料的表觀密度

密實度反映了材料的緻密程度；含有孔隙的固體材料密實度都小於1；材料的強度、吸水性、耐久性、導熱性都與密實度有關。8、孔隙率

材料的孔隙率是指材料內部孔隙的體積占材料總體積的百分率。孔隙率P按下式計算：V—材料的絕對密實體積，cm3或m3V0—材料的表觀體積，cm3或m3ρ0—材料的表觀密度,g/cm3

或kg/m3ρ—密度,g/cm3或kg/m3

9、材料的孔隙(一).孔隙形成的原因(1).水分子的佔據作用建築材料加水拌和,用水量通常超過理論上的用水量,多餘的水分佔據的空間即為孔隙(2).外加的發泡作用如生產加氣混泥土等的各種發泡劑,可在材料中形成大量的孔隙(3).火山作用火山爆發時,噴到空中的岩漿,,冷卻後在岩石中形成大量的孔隙(4).燒結作用10、孔隙的類型及對材料性質的影響(二)孔隙的類型

(1)連通孔隙(2)封閉孔隙(3)半封閉孔隙(三).孔隙對材料性質的影響(孔隙增多)(1).材料的體積密度減小

(2).材料受力的有效面積減小,強度降低

(3).體積密度減小,導熱係數和熱容隨之減小

(4).透氣性,透水性,吸水性變大

(5).對抗凍性,要試孔隙大小和形態而定,有些能提高抗凍性11、填充率：

散粒材料資某容器的堆積體積中，被其顆粒填充的程度，用D′表示：可用下式公式計算：12、

空隙率

空隙率是指散粒材料在其堆集體積中,顆粒之間的空隙體積所占的比例。空隙率P，

按下式計算：

ρ0—材料的表觀密度;ρ0，—材料的堆積密度空隙率的大小反映了散粒材料的顆粒互相填充的緻密程度。空隙率可作為控制混凝土骨料級配與計算含砂率的依據。四、材料的物理性質1.材料與水有關的性質（1）

材料的親水性與憎水性

與水接觸時，有些材料能被水潤濕，而有些材料則不能被水潤濕，對這兩種現象來說，前者為親水性，後者為憎水性。

材料具有親水性或憎水性的根本原因在於材料的分子結構。親水性材料與水分子之間的分子親合力，大於水分子本身之間的內聚力；反之，憎水性材料與水分子之間的親合力，小於水分子本身之間的內聚力。

工程實際中，材料是親水性或憎水性，通常以潤濕角的大小劃分，潤濕角為在材料、水和空氣的交點處，沿水滴表面的切線與水和固體接觸面所成的夾角。其中潤濕角θ愈小，表明材料愈易被水潤濕。當材料的潤濕角θ＜９０˚時，為親水性材料；當材料的潤濕角θ＞９０˚時，為憎水性材料。水在親水性材料表面可以鋪展開，且能通過毛細管作用自動將水吸入材料內部；水在憎水性材料表面不僅不能鋪展開，而且水分不能滲入材料的毛細管中，見圖1-1圖1－1材料潤濕示意圖

（ａ）親水性材料；（ｂ）憎水性材料（2）材料的吸水性

材料能吸收水分的能力，稱為材料的吸水性。吸水的大小以吸水率來表示。分品質吸水率和體積吸水率1.

品質吸水率

品質吸水率是指材料在吸水飽和時，所吸水量占材料在乾燥狀態下的品質百分比，並以ｗm表示。品質吸水率ｗm的計算公式為：

式中mb——材料吸水飽和狀態下的品質（ｇ或kg）

mg——材料在乾燥狀態下的品質（ｇ或kg）。

1.

體積吸水率

體積吸水率是指材料在吸水飽和時，所吸水的體積占材料自然體積的百分率，並以WＶ表示。體積吸水率WＶ的計算公式為：

式中 mb——材料吸水飽和狀態下的品質（ｇ或kg）

mg——材料在乾燥狀態下的品質（ｇ或kg）。

V0—

材料在自然狀態下的體積，（cm3或m3）

ρw—

水的密度,（g/cm3

或kg/m3），常溫下取ρw=1.0g/cm3

材料的吸水率與其孔隙率有關，更與其孔特徵有關。因為水分是通過材料的開口孔吸入並經過連通孔滲入內部的。材料內與外界連通的細微孔隙愈多，其吸水率就愈大。3.材料的吸濕性：用含水率來表示

材料的吸濕性是指材料在潮濕空氣中吸收水分的性質。乾燥的材料處在較潮濕的空氣中時，便會吸收空氣中的水分；而當較潮濕的材料處在較乾燥的空氣中時，便會向空氣中放出水分。前者是材料的吸濕過程，後者是材料的乾燥過程。由此可見，在空氣中，某一材料的含水多少是隨空氣的濕度變化的。材料在任一條件下含水的多少稱為材料的含水率，並以Ｗh表示，其計算公式為：

式中 ms——材料吸濕狀態下的品質（ｇ或kg）

mg——材料在乾燥狀態下的品質（ｇ或kg）。

顯然，材料的含水率受所處環境中空氣濕度的影響。當空氣中濕度在較長時間內穩定時，材料的吸濕和乾燥過程處於平衡狀態，此時材料的含水率保持不變，其含水率叫作材料的平衡含水率。4.材料的耐水性

材料的耐水性是指材料長期在飽和水的作用下不破壞，強度也不顯著降低的性質。衡量材料耐水性的指標是材料的軟化係數KR：式中KR——

材料的軟化係數

fb

—

材料吸水飽和狀態下的抗壓強度（MPa）。

fg—

材料在乾燥狀態下的抗壓強度（MPa）

軟化係數反映了材料飽水後強度降低的程度，是材料吸水後性質變化的重要特徵之一。一般材料吸水後，水分會分散在材料內微粒的表面，削弱其內部結合力，強度則有不同程度的降低。當材料內含有可溶性物質時（如石膏、石灰等），吸入的水還可能溶解部分物質，造成強度的嚴重降低。

材料耐水性限制了材料的使用環境，軟化係數小的材料耐水性差，其使用環境尤其受到限制。軟化係數的波動範圍在0至1之間。工程中通常將

ＫＲ＞0.85的材料稱為耐水性材料，可以用於水中或潮濕環境中的重要工程。用於一般受潮較輕或次要的工程部位時，材料軟化係數也不得小於0.75

。注意：隨含水量增加，減弱其內部結合力，導致強度下降。KR>0.85，稱為耐水材料5.抗凍性：材料飽水狀態下，能經受多次凍融交替作用，既不破壞強度又不顯著下降的性質。材料吸水後，在負溫作用條件下，水在材料毛細孔內凍結成冰，體積膨漲所產生的凍脹壓力造成材料的內應力，會使材料遭到局部破壞。隨著凍融迴圈的反復，材料的破壞作用逐步加劇，這種破壞稱為凍融破壞。

抗凍性是指材料在吸水飽和狀態下，能經受反復凍融迴圈作用而不破壞，強度也不顯著降低的性能。因素：水、負溫度抗凍等級：能經受凍融迴圈的最大次數抗凍性材料在含水狀態下，能經受多次動容迴圈作用而不破壞，強度也不顯著降低的性質。凍融迴圈直接凍融法是測定石料抗凍性的主要試驗方法。此方法是將石料製備成直徑和高均為５０ｍｍ的圓柱體或邊長為５０ｍｍ的立方體試件，放人烘箱（１０５℃±５℃）烘至恒重，冷卻後稱其品質，按吸水率試驗方法讓試件吸水飽和，然後取出擦去表面水分，置於冰箱（-１５℃）凍結４ｈ，然後取出放人２５℃±５℃的水中融解４ｈ，如此為一次凍融迴圈，經反復凍融至規定次數為止，將凍融後的試件再烘乾至恒重，並稱其品質。對於不同的工程環境氣候條件，凍融迴圈的次數有不同的要求，分為15次、25次及25次以上。在試驗過程中，每隔一定的凍融迴圈次數，應詳細檢查試件有無剝落、裂縫、分層及掉邊等現象，並加以記錄。對於塊狀石料的抗凍性，可採用經規定次數的凍融迴圈後的品質損失率或者耐凍係數表徵。抗凍性以試件在凍融後的品質損失、外形變化或強度降低不超過一定限度時所能經受的凍融迴圈次數來表示，或稱為抗凍等級。

材料的抗凍等級可分為Ｆ15、Ｆ25、Ｆ50、Ｆ100、Ｆ200等，分別表示此材料可承受15次、25次、50次、100次、200次的凍融迴圈。材料的抗凍性與材料的強度、孔結構、耐水性和吸水飽和程度有關。

6.材料的抗滲性

抗滲性是材料在壓力水作用下抵抗水滲透的性能。土木建築工程中許多材料常含有孔隙、孔洞或其他缺陷，當材料兩側的水壓差較高時，水可能從高壓側通過內部的孔隙、孔洞或其他缺陷滲透到低壓側。這種壓力水的滲透，不僅會影響工程的使用，而且滲入的水還會帶入能腐蝕材料的介質，或將材料內的某些成分帶出，造成材料的破壞。

（1）

滲透係數

材料的滲透係數可通過下式計算:

式中K—滲透係數,（cm/h）;

Q—滲水量，

（cm3

）

A—

滲水面積,（cm2

）

H—

材料兩側的水壓差，（cm）

d—試件厚度

（cm）

t—滲水時間

（h）

材料的滲透係數越小，說明材料的抗滲性越強。（2）

抗滲等級

材料的抗滲等級是指用標準方法進行透水試驗時，材料標準試件在透水前所能承受的最大水壓力，並以字母P及可承受的水壓力（以0.1MPa為單位）來表示抗滲等級。如P4、P6、P8、P10…等，表示試件能承受逐步增高至0.4MPa、0.6MPa、0.8MPa、1.0MPa…的水壓而不滲透。

五、

材料的熱工性質

1.導熱性

當材料兩面存在溫度差時，熱量從材料一面通過材料傳導至另一面的性質，稱為材料的導熱性。導熱性用導熱係數

λ表示。導熱係數的定義和計算式如下所示：導熱係數越小，絕熱性能越好，差別很大，一般在0.035-3.5W／（m·k）之間。材料的孔隙率大，導熱係數小，但如孔隙粗大而且聯通，由於對流作用，材料的導熱係數反而高。材料受潮後導熱係數增大，因為水和冰的比空氣的大，因此絕熱材料應經常處於乾燥狀態。式中

λ——導熱係數，Ｗ／（ｍ·Ｋ）；

Ｑ－傳導的熱量，Ｊ

ｄ—材料厚度，ｍ；

Ｆ——熱傳導面積，m2

Ｚ一熱傳導時間，h；

（t2-t1）－材料兩面溫度差，K

在物理意義上，導熱係數為單位厚度(1m)的材料、兩面溫度差為1Ｋ時、在單位時間(1s)內通過單位面積(1㎡)的熱量。

影響導熱係數的因數無機材料的導熱係數大於有機材料晶體的導熱係數大於無定形體的熱導係數材料的孔隙率愈大,即空氣愈多,導熱係數愈小同類材料的孔隙率是隨體積密度的件小而增大,則導熱係數隨體積密度的件小而減小導熱係數與孔隙形態特徵的關係,認為有微細而封閉孔隙組成的材料,導熱係數小,反之大材料的含水率增加,導熱係數也增加大多數材料的導熱係數隨溫度升高而增加1.熱容量和比熱

材料在受熱時吸收熱量，冷卻時放出熱量的性質稱為材料的熱容量。單位品質材料溫度升高或降低1Ｋ所吸收或放出的熱量稱為熱容量係數或比熱。比熱的計算式如下所示：式中

C---材料的比熱，J/（g·K）

Q--材料吸收或放出的熱量(熱容量)

m---材料品質，g

（t2-t1）--材料受熱或冷卻前後的溫差，K比熱是反映材料的吸熱和放熱能力的理量。不同材料的比熱不同，它對保持建築物內部溫度溫度有很大的意義，比熱大的材料，能在熱流變動或採暖設備供熱不均勻時，緩和室內的溫度波動。3.材料的保溫隔熱性能：熱阻和傳熱係數

熱阻是材料層（牆體或其他圍護結構）抵抗熱流通過的能力，熱阻的定義及計算式

為：

Ｒ＝ｄ/λ，導熱係數不大於0.175的絕熱材料。式中

Ｒ——材料層熱阻，（m2·K）/W；

ｄ——材料層厚度，ｍ；

λ——材料的導熱係數，Ｗ／(ｍ·K)

熱阻的倒數１／Ｒ稱為材料層（牆體或其他圍護結構）的傳熱係數。傳熱係數是指材料兩面溫度差為1Ｋ時，在單位時間內通過單位面積的熱量。

4.材料的溫度變形

材料的溫度變形是指溫度升高或降低時材料的體積變化。除個別材料以外，多數材料在溫度升高時體積膨脹，溫度下降時體積收縮。這種變化表現在單向尺寸時，為線膨脹或線收縮，相應的技術指標為線膨脹係數（α）。材料的單向線膨脹量或線收縮量計算公式為：

ΔL=（t2-t1）·α·L

式中

ΔL--線膨脹或線收縮量

（mm或

cm）

(t2-t1）--材料升（降）溫前後的溫度差（Ｋ）

α--材料在常溫下的平均線膨脹係數(１／Ｋ)

L---材料原來的長度（ｍｍ或ｍ）

土木工程中，對材料的溫度變形大多關心其某一單向尺寸的變化，因此，研究其平均線膨脹係數具有實際意義。材料的線膨脹係數與材料的組成和結構有關，常選擇合適的材料來滿足工程對溫度變形的要求。六、材料的力學性質

材料在外力作用下的變形性質試驗條件對強度結果的影響強度標號與等級

1.材料的強度

材料的強度是材料在應力作用下抵抗破壞的能力。通常情況下，材料內部的應力多由外力（或荷載）作用而引起，隨著外力增加，應力也隨之增大，直至應力超過材料內部質點所能抵抗的極限，即強度極限，材料發生破壞。

在工程上，通常採用破壞試驗法對材料的強度進行實測。將預先製作的試件放置在材料試驗機上，施加外力（荷載）直至破壞，根據試件尺寸和破壞時的荷載值，計算材料的強度。

根據外力作用方式的不同，材料強度有抗拉、抗壓、抗剪、抗彎（抗折）強度等。材料的抗拉、抗壓、抗剪強度的計算式如下：

式中 f------材料強度，MPa

Fmax--材料破壞時的最大荷載，N

A------試件受力面積，mm2-材料的抗彎強度與受力情況有關，一般試驗方法是將條形試件放在兩支點上，中間作用一集中荷載，對矩形截面試件，則其抗彎強度用下式計算：式中 fw------材料的抗彎強度，MPa

Fmax---材料受彎破壞時的最大荷載，N

A------試件受力面積，mm2

L------兩支點的間距，mm

b、h---試件橫截面的寬及高，mm

比強度：

——指材料強度與其表觀密度之比。意義：反映材料輕質高強的指標。值越大，材料越輕質高強影響強度的因素：材料的組成孔隙率增加強度降低含水率增加強度降低溫度升高強度降低試件尺寸大強度降低加荷速度快強度降低等補充一：１．公路工程石料的力學性質１）抗壓強度石料的抗壓強度，通常有單軸抗壓強度和三軸抗壓強度兩種。一般僅需要進行單軸抗壓強度試驗。公路工程石料的抗壓強度，是將石料製備成邊長為５０ｍｍ±０.５ｍｍ的正立方體或直徑與高均為５０ｍｍ±０.５ｍｍ的圓柱體試件，經吸水飽和後，在規定的加載條件下單軸受壓，石料試件達到極限破壞時，單位受壓面積的強度。公式：式中：——石料的抗壓強度，ＭＰａ；

Fmax——試件極限破壞時的荷載，Ｎ；Ａ——試件的截面積，ｍｍ２。石料的抗壓強度值，取決於石料的組成結構，同時也取決於試驗的條件（如試件幾何外形、加荷速度、溫度和濕度等）。

1.橋樑工程石料的力學性質抗壓強度是橋樑工程石料的主要力學指標，是確定石料標號的主要依據。橋用石料的抗壓強度是將石料加工成邊長為２０ｃｍ的正立方體試件，經吸水飽和後，按規定的加荷條件單軸受壓，石料試件達到極限破壞時，單位受壓面積的強度。此亦作為石料的標號。公式：橋用石料的力學性質以抗壓強度為基準，其他力學指標（如抗拉強度、抗剪強度、抗彎強度等）一般可採用與抗壓強度的大約比值。石料的技術標準1.彈性和塑性

材料在外力作用下產生變形，當外力取消後能夠完全恢復原來形狀的性質稱為彈性。這種完全恢復的變形稱為彈性變形（或暫態變形）。材料在外力作用下產生變形，如果外力取消後，仍能保持變形後的形狀和尺寸，並且不產生裂縫的性質稱為塑性。這種不能恢復的變形稱為塑性變形（或永久變形）。3.脆性和韌性

材料受力达到一定程度时，突然發生破壞，並無明顯的變形，材料的這種性質稱為脆性。大部分無機非金屬材料均屬脆性材料，如天然石材，燒結普通磚、陶瓷、玻璃、普通混凝土、砂漿等。脆性材料的另一特點是抗壓強度高而抗拉、抗折強度低。在工程中使用時，應注意發揮這類材料的特性。

材料在衝擊或動力荷載作用下，能吸收較大能量而不破壞的性能，稱為韌性或衝擊韌性。韌性以試件破壞時單位面積所消耗的功表示。計算公式如下：式中ak-----材料的衝擊韌性，J/mm2

Ｗk-----試件破壞時所消耗的功，J；

A-------材料受力截面積。（mm2）4.硬度和耐磨性

①硬度

材料的硬度是材料表面的坚硬程度，是抵抗其它硬物刻劃、壓入其表面的能力。通常用刻劃法，回彈法和壓入法測定材料的硬度。

刻划法用于天然矿物硬度的划分，按滑石、石膏、方解石、萤石、磷灰石、长石、石英、黄晶、刚玉、金刚石的顺序，分为１０个硬度等级。

回彈法用於測定混凝土表面硬度，並間接推算混凝土的強度；也用於測定陶瓷、磚。砂漿、塑膠、橡膠、金屬等的表面硬度並間接推算其強度。②耐磨性

耐磨性是材料表面抵抗磨損的能力。材料的耐磨性用磨耗率表示，計算公式如下：式中G------材料的磨耗率，（g/cm2）

m1----材料磨損前的品質，（g）

m2-----材料磨損後的品質，（g）

A------材料試件的受磨面積（cm2）２）磨耗率石料的磨耗率是指石料抵抗衝擊、邊緣剪力和摩擦的聯合作用的性質，也是評定石料等級的依據之一，可採用洛杉磯試驗法或狄法爾試驗法測定。（１）洛杉磯試驗法洛杉磯試驗法採用洛杉磯（或擱板）式磨耗試驗機。是將石料試樣洗淨烘乾，稱出按我國標準規定的級配石料及鋼球。磨耗機以３０～３３ｒ／ｍｉｎ的轉速轉動５００轉。由於在旋轉中石料試樣受到相互摩擦、衝擊等力系的綜合作用，使石料試樣產生磨耗和破碎。用２ｍｍ圓孔篩或1.7ｍｍ方孔篩篩去試樣中的石屑，將剩餘試樣洗淨烘乾，並稱其品質。石料的磨耗率以經試驗後石料試樣的品質損失百分率來表示。公式：

（2）狄法爾試驗法狄法爾試驗法採用狄法爾（或雙筒）式磨耗試驗機。它是將石料破碎（人工或機械），並過篩選出５０～７５ｍｍ的塊石５０±２塊，共約５ｋｇ（每塊品質約１００ｇ），計兩份，分別洗淨烘乾，裝人磨耗機的兩圓筒中，磨耗機以３０～３３ｒ／ｍｉｎ的轉速轉動１００００轉，石料的磨耗率同樣是以通過２ｍｍ或１．7ｍｍ篩孔的品質損失百分率來表示，亦按上式計算。按我國標準規定，兩種試驗方法以洛杉磯試驗法為標準方法。

第五節

材料的耐久性

材料的耐久性是泛指材料在使用條件下，受各種內在或外來自然因素及有害介質的作用，能長久地保持其使用性能的性質。

材料在建築物之中，除要受到各種外力的作用之外，還經常要受到環境中許多自然因素的破壞作用。這些破壞作用包括物理、化學、機械及生物的作用。

物理作用可有幹濕變化、溫度變化及凍融變化等。這些作用將使材料發生體積的脹縮，或導致內部裂縫的擴展。時間長久之後即會使材料逐漸破壞。在寒冷地區，凍融變化對材料會起著顯著的破壞作用。在高溫環境下，經常處於高溫狀態的建築物或構築物，所選用的建築材料要具有耐熱性能。在民用和公共建築中，考慮安全防火要求，須選用具有抗火性能的難燃或不燃的材料。化學作用包括大氣、環境水以及使用條件下酸、堿、鹽等液體或有害氣體對材料的侵蝕作用。機械作用包括使用荷載的持續作用，交變荷載引起材料疲勞，衝擊、磨損、磨耗等。生物作用包括菌類、昆蟲等的作用而使材料腐朽、蛀蝕而破壞。

磚、石料、混凝土等礦物材料，多是由於物理作用而破壞，也可能同時會受到化學作用的破壞。金屬材料主要是由於化學作用引起的腐蝕。木材等有機質材料常因生物作用而破壞。瀝青材料、高分子材料在陽光、空氣和熱的作用下，會逐漸老化而使材料變脆或開裂。

材料的耐久性指標是根據工程所處的環境條件來決定的。例如處於凍融環境的工程，所用材料的耐久性以抗凍性指標來表示。處於暴露環境的有機材料，其耐久性以抗老化能力來表示。例4：材料的密度、表觀密度、堆積密度有何區別？如何測定？材料含水後對三者有什麼影響？解 密度： 表觀密度： 堆積密度：

V為材料的絕對密實體積V0為材料的表觀體積(固、液、氣）V0，為材料的堆積體積對於含孔材料，三者的測試方法要點如下：測定密度時，需先將材料磨細，之後採用排出液體或水的方法來測定體積。測定表觀密度時，直接將材料放入水中，即直接採用排開水的方法來測體積；測定堆積密度時，將材料直接裝入已知體積的容量筒中，直接測試其自然堆積狀態下體積。含水與否對密度、表觀密度無影響，因密度、表觀密度均是對乾燥狀態而言的。含水對堆積密度的影響則較複雜．一般來說是使堆積密度增大。例5：某工地所用卵石材料的密度為1.65g/cm3、表觀密度為1.61g/cm3、堆積密度為1680kg/m3，計算此石子的孔隙率與空隙率？解 石子的孔隙率P為：石子的空隙率P，為：例6：某石材在氣幹、絕幹、水飽和情況下測得的抗壓強度分別為174、178、165MPa，求該石材的軟化係數，並判斷該石材可否用於水下工程。解 該石材的軟化係數為:由於該石材的軟化係數為0.93，大於0.85，故該石材可用於水下工程。

第2章

石材

天然石材

天然石材：——指從天然岩石中采得的毛石，或經加工製成的石塊、石板及其定型製品等。優點：抗壓強度高、耐久性好、生產成本低等。是古今土木建築工程的主要建築材料。工程砌築石材

1.工程對砌築石材的要求

（１）石材尺寸規格常用的砌築石材有毛石和料石。

毛石——為不規則形，但毛石的中間厚度不小於15ｃｍ，至少有一個方向的長度不小於30㎝，平毛石應有兩個大致平行的面。

料石——寬度和厚度均不宜小於20ｃｍ，長度不宜大於厚度的４倍，形狀應大致呈六面體。（２）石材抗壓強度根據邊長70ｍｍ立方體試件的抗壓強度，砌築石材的強度等級分為：ＭＵ10、ＭＵ15、ＭＵ20、ＭＵ30、ＭＵ40、ＭＵ50、ＭＵ60、ＭＵ80、ＭＵ100共九個等級。（３）石材耐水性石材的耐水性用軟化係數K表示。高耐水性石材，其軟化係數為k＞0.90,中耐水性石材，其軟化係數為0.7～0.9,低耐水性石材,其軟化係數為k＝0.6～0.7。石材抗凍性

——試件在規定的凍融迴圈次數內無（穿過試件兩棱角的）貫穿裂紋，品質損失不超過５％，強度降低不大於２５％的石材方為合格。對於有特殊要求的工程，還可能要求石材的耐磨性、吸水性或抗衝擊性。決定石材上述技術性質的因素有：礦物組成、結構特徵、構造特點、受風化作用的程度等。常用砌築石材有花崗岩、石灰岩、砂岩、片麻岩等。（２）石材抗壓強度根據邊長70ｍｍ立方體試件的抗壓強度，砌築石材的強度等級分為ＭＵ10、ＭＵ15、ＭＵ20、ＭＵ30、ＭＵ40、ＭＵ50、ＭＵ60、ＭＵ80、ＭＵ100共九個等級。（３）石材耐水性石材的耐水性用軟化係數K表示。高耐水性石材，其軟化係數為K＞0.90,中耐水性石材，其軟化係數為0.7～0.9,低耐水性石材,其軟化係數為Ｋ＝0.6~0.7。

(４)石材抗凍性試件在規定的凍融迴圈次數內無（穿過試件兩棱角的）貫穿裂紋，品質損失不超過５％，強度降低不大於２５％的石材方為合格。對於有特殊要求的工程，還可能要求石材的耐磨性、吸水性或抗衝擊性。決定石材上述技術性質的因素有：礦物組成、結構特徵、構造特點、受風化作用的程度等。常用砌築石材有花崗岩、石灰岩、砂岩、片麻岩等。裝飾石材天然大理石

——天然大理石是石灰岩或白雲岩在地殼內經過高溫高壓作用形成的變質岩，多為層狀結構，有明顯的結晶，紋理有斑紋、條紋之分，是一種富有裝飾性的天然石材。成分：化學成分為碳酸鹽，礦物成分為方解石或白雲石。顏色：純大理石為白色，當含有部分其他深色礦物時，產生多種色彩與優美花紋。從色彩上來說，有純黑、純白、純灰、墨綠等數種。紋理：有晚霞、雲霧、山水、海浪等山水圖案、自然景觀。優點：抗壓強度較高，但硬度並不太高，易於加工雕刻與拋光。工程裝飾中得以廣泛應用。缺點：長期受雨水沖刷，特別是受酸性雨水沖刷時，易被侵蝕而失去原貌和光澤，影響裝飾效果。因此大理石多用於室內裝飾。大理石抗壓強度較高，但硬度並不太高，易於加工雕刻與拋光。由於這些優點，使其在工程裝飾中得以廣泛應用。當大理石長期受雨水沖刷，特別是受酸性雨水沖刷時，可能使大理石表面的某些物質被侵蝕，從而失去原貌和光澤，影響裝飾效果，因此大理石多用於室內裝飾。——建築用天然花崗石由天然花崗石加工成板材、塊材用於建築裝飾工程中。花崗岩是典型的火成岩，是全晶質岩石。主要成分：石英、長石和少量的暗色礦物和雲母。結構：按結晶顆粒大小，分為細粒、中粒和斑狀等。顏色：呈灰色、黃色、薔薇色、紅花等。優質花崗岩石英含量多（２０～４０％），雲母含量少，晶粒細而勻，結構緊密，不含其他雜質，拋光後光澤明亮，不易風化，色調鮮明，花色豐富，莊重大方。優點：比大理石密度大，密度為2300～2800㎏/ｍ3，抗壓強度高達120～250MPa。孔隙率吸水率極低，材質硬度高，其耐磨、耐久、耐腐蝕性能均優於其他石材。經拋光後，是室內外地面、牆面、踏步、柱石、勒腳等處首選裝飾材料。例:選用天然石材的原則是什麼？為什麼一般大理石板材不宜用於室外？解選用天然石材時應滿足以下幾方面的要求：1．適用性。是指在選用建築石材時，應針對建築物不同部位，選用滿足技術要求的石材。如對於結構用石材，主要要求指標是石材的強度、耐水性、抗凍性等；飾面用石材，主要技術要求是尺寸公差、表面平整度、光澤度和外觀缺陷等；２．經濟性。由於天然石材自重大，開採運輸不方便，故應貫徹就地取材原則，以縮短運距，降低成本。同時，天然岩石雕琢加工困難，加工費工耗時，成本高。一些名貴石材，價格高昂，因此選材時必須予以慎重考慮。2.色彩。石材裝飾必須要與建築環境相協調，其中色彩相融性尤其明顯和重要。因此選用天然石材時，必須認真考慮所選石材的顏色與紋理，力爭取得最佳裝飾效果。天然大理石化學成分為碳酸鹽。當大理石長期受雨水沖刷，特別是受酸性雨水沖刷時，可能使大理石表面的某些物質被侵蝕，從而失去原貌和光澤，影響裝飾效果，因此一般大理石板材不宜用於室外裝飾。第3章氣硬性膠凝材料膠凝材料（結合料）

——經物理、化學作用，能將散粒狀或塊狀材料粘結為整體的材料。氣硬性膠凝材料——只在空氣中硬化

（石灰、石膏）

無機膠凝材料（以無機化合物為基本成分）按凝結硬化條件分類水硬性膠凝材料——空氣、水中皆可硬化（水泥）

有機膠凝材料（天然的或合成的有機高分子化合物為基本成分）（瀝青、樹脂）只能在空氣中硬化、保持或繼續發展強度的無機膠凝材料稱為氣硬性無機膠凝材料。不僅能在空氣中，而且能更好地在水中硬化、保持或繼續發展強度的無機膠凝材料稱為水硬性無機膠凝材料。

土木工程中常用的氣硬性無機膠凝材料主要有：石灰、石膏、菱苦土和水玻璃。石灰的生產

1.原料

——以CaCO3為主要成分的岩石(石灰石、白堊等3.1石灰

天然碳酸岩類岩石——（石灰石、白雲石）經高溫煆燒，其主要成分CaCO3分解為以CaO為主要成分的生石灰，其化學反應可表示如下：生石灰（堆積密度為800~1000kg/m3)一般為白色或黃灰色塊灰，塊灰碾碎磨細即為生石灰粉。一.石灰的消化和硬化1.石灰的熟化和“陳伏”工地上使用石灰時，通常將生石灰加水，使之消解為消（熟）石灰—氫氧化鈣，這個過程稱為石灰的“消化”，又稱“熟化”：

生石灰燒制過程中，往往由於石灰石原料的尺寸過大或窯中溫度不均勻等原因，生石灰中殘留有未燒透的的內核，這種石灰稱為“欠火石灰”。第二種情況是由於燒制的溫度過高或時間過長，使得石灰表面出現裂縫或玻璃狀的外殼，體積收縮明顯，顏色呈灰黑色，這種石灰稱為“過火石灰”。過火石灰表面常被粘土雜質融化形成的玻璃釉狀物包覆，熟化很慢。當石灰已經硬化後，過火石灰才開始熟化，並產生體積膨漲，引起隆起鼓包和開裂。為了消除過火石灰的危害，生石灰熟化形成的石灰漿應在儲灰坑中放置兩周以上，這一過程稱為石灰的“陳伏”。“陳伏”期間，石灰漿表面應保有一層水分，與空氣隔絕，以免碳化。欠火石灰：溫度過低/時間不夠/石灰石不能充分燒透,存在硬心過火石灰：溫度過高/時間過長/顏色深（褐、黑）

注意過火石灰可以使用，但應陳伏半個月2.石灰的硬化石灰漿體在空氣中逐漸硬化，是由下麵兩個同時進行的過程來完成的：(1)游離水分蒸發（2）結晶作用氫氧化鈣逐漸從飽和溶液中結晶。（3）碳化作用氫氧化鈣與空氣中的二氧化碳化合生成碳酸鈣結晶，釋出水分並被蒸發：

碳化作用實際是二氧化碳與水形成碳酸，然後與氫氧化鈣反應生成碳酸鈣。所以這個作用不能在沒有水分的全幹狀態下進行。二.建築石灰的技術指標建築石灰的技術指標有細度、CaO+MgO含量、CO2含量和體積安定性等。並按技術指標分為優等品、一等品和合格品三個等級。具體技術要求見手冊：JC/T479-1992建築生石灰（P48表3-2）、

JC/T480-1992建築生石灰粉(P48表3-3）

JC/T481-1992建築消石灰粉(P48表3-34）鈣質生石灰MgO≤5%；鈣質消石灰粉

MgO≤4%

鎂質生石灰MgO﹥5%；鎂質消石灰粉MgO﹥4%石灰分類1.按MgO含量分類鈣質石灰（MgO≤5％）鎂質石灰（MgO>5％）特點：熟化較慢，但硬化強度稍高。2.石灰的存在形成

塊狀生石灰——煆燒直接獲得生石灰粉——塊狀生石灰磨細

消石灰粉——生石灰消解石灰膏/乳——生石灰+過量水CaOCa(OH)2項目鈣質生石灰

鎂質生石灰

優等品一等品合格品優等品一等品合格品CaO+MgO含量/%≮908580858075

C02含量/%≯

5796810未消化殘渣含量（5mm圓孔篩餘）/%≯5101551015

產漿量/L·kg-1≮

2.82.32.02.82.32.0生石灰的技術標準項目鈣質生石灰

鎂質生石灰

優等品一等品合格品優等品一等品合格品CaO+MgO含量/%≮858075807570

C02含量/%≯

791181012細度0.90mm篩篩餘/%≯0.20.51.50.20.51.50.125mm篩篩餘/%≯7.012.018.07.012.018.0生石灰粉的技術標準項目鈣質消石灰粉鎂質消石灰粉白雲石消石灰粉優等品一等品合格品優等品一等品合格品優等品一等品合格品CaO+MgO含量/%≮706560656055656055

游離水/%0.4～２體積安定性合格合格—合格合格—合格合格—細度0.90mm篩篩餘/%≯000.5000.5000.50.125mm篩篩餘%≯310153101531015消石灰粉的技術標準路面基層用石灰的技術標準項目鈣質生石灰鎂質生石灰鈣質消石灰鎂質消石灰等級ⅠⅡⅢⅠⅡⅢⅠⅡⅢⅠⅡⅢCaO+MgO含量/%≮858075807570656055605550未消化殘渣含量

/5mm圓孔篩餘/%≯71117101420含水量/%≯444444細度0.71mm篩篩餘/%≯—11—110.125mm篩篩餘%≯1320—1320—MgO含量/%≤5＞5≤4＞4工程實例

某工地要使用一種生石灰粉，現取試樣，應如何判該石灰的品質？

1.檢測石灰中CaO和MgO的含量,二氧化碳的含量,細度。

2.根據MgO含量，判定該石灰的類別(屬鈣質/鎂質石灰)

3.根據表3.1判定該石灰的等級。

三.石灰的技術性質（1）可塑性好生石灰熟化為石灰漿時，能自動形成顆粒極細（直徑約為1μ）的呈膠體分散狀態的氫氧化鈣，表面吸附一層厚的水膜。因此用石灰調成的石灰砂漿其突出的優點是具有良好可塑性。在水泥砂漿中摻入石灰漿，可使可塑性顯著提高。（2）硬化慢、強度低從石灰漿體的硬化過程可以看出，由於空氣中二氧化碳稀薄，碳化甚為緩慢。而且表面碳化後，形成緊密外殼，不利於碳化作用的深入，也不利於內部水分的蒸發，因此石灰是硬化緩慢的材料。同時，石灰的硬化只能在空氣中進行，硬化後的強度也不高。受潮後石灰溶解，強度更低，在水中還會潰散。如石灰砂漿（1：3）28天強度僅為0.2-0.5MPa。所以，石灰不宜在潮濕的環境下作用，也不宜用於重要建築物基礎。（3）硬化時體積收縮大石灰在硬化過程中，蒸發大量的游離水而引起顯著的收縮，所以除調成石灰乳作薄層塗刷外，不宜單獨使用。常在其中摻入砂、紙筋等以減少收縮和節約石灰。（4）耐水性差，不易貯存塊狀類石灰放置太久，會吸收空氣中的水分而自動熟化成消石灰粉，再與空氣中二氧化碳作用而還原為碳酸鈣，失去膠結能力。所以貯存生石灰，不但要防止受潮，而且不宜貯存過久。最好運到後即熟化成石灰漿，將貯存期變為陳伏期。由於生石灰受潮熟化時放出大量的熱，而且體積膨脹，所以，儲存和運輸生石灰時，還要注意安全。四.石灰的應用（1）石灰乳和石灰砂漿將消石灰粉或熟化好的石灰膏加入多量的水攪拌稀釋，成為石灰乳，是一種廉價的塗料，主要用於內牆和天棚刷白，增加室內美觀和亮度。我國農村也用於外牆。石灰乳可加入各種耐堿顏料。調入少量水泥、粒化高爐礦渣或粉煤灰，可提高其耐水性，調入氯化鈣或明礬，可減少塗層粉化現象。石灰砂漿是將石灰膏、砂加水拌制而成，按其用途，分為砌築砂漿和抹面砂漿。（2）石灰土（灰土）和三合土石灰與粘土或矽鋁質工業廢料混合使用，製成石灰土或石灰與工業廢料的混合料，加適量的水充分拌合後，經碾壓或夯實，在潮濕環境中使石灰與粘土或矽鋁質工業廢料表面的活性氧化矽或氧化鋁反應，生成具有水硬性的水化矽酸鈣或水化鋁酸鈣，適於在潮濕環境中使用。如建築物或道路基礎中使用的石灰土，三合土，二灰土（石灰、粉煤灰或爐灰），二灰碎石（石灰、粉煤灰或爐灰、級配碎石）等。（3）灰砂磚和矽酸鹽製品石灰與天然砂或矽鋁質工業廢料混合均勻，加水攪拌,經壓振或壓制，形成矽酸鹽製品。為使其獲早期強度，往往採用高溫高壓養護或蒸壓，使石灰與矽鋁質材料反應速度顯著加快，使製品產生較高的早期強度。如灰砂磚、矽酸鹽磚、矽酸鹽混凝土製品等。#3.1.5石灰的應用

1.石灰乳、塗料

2.砂漿、石灰砂漿、水灰水泥混合砂漿

3.石灰土和三合土石灰＋粘土——

石灰土(灰土)：用於道路的底基層、基層

拌和

按比例5%～12%

石灰＋粘土＋砂（爐渣/石膏）——三合土：應用歷史悠久主要用於建築物的地基、基礎，也用於道路的基層、墊層石膏

石膏——CaSO4為主要成分。分為建築石膏和高強度石膏兩種。石膏的存在形式天然二水石膏化工石膏天然無水石膏建築石膏高強石膏CaSO4·2H2OCaSO4·H2O與CaSO4混合廢渣CaSO4硬β-CaSO4·1/2H2Oα-CaSO4·1/2H2O3.2建築石膏石膏是以硫酸鈣為主要成分的礦物，當石膏中含有結晶水不同時可形成多種性能不同的石膏。2.1石膏的原料、分類及生產根據石膏中含有結晶水的多少不同可分為：（1）無水石膏（ＣaSO4）：也稱硬石膏，它結晶緊密，質地較硬，是生產硬石膏水泥的原料。（2）天然石膏（ＣaSO4·2H2O）：也稱生石膏或二水石膏，大部分自然石膏礦為生石膏，是生產建築石膏的主要原料。（３）建築石膏（ＣaSO4·1/2H2O）也稱熟石膏或半水石膏。它是由生石膏加工而成的，根據其內部結構不同可分為α型半水石膏和β型半水石膏：

建築石膏通常是由天然石膏經壓蒸或煆燒加熱而成的。常壓下煆燒加熱到107℃～170℃，可產生β型建築石膏：

（二水石膏） （β型半水石膏）124℃條件下壓蒸（1.3大氣壓）加熱可產生α型建築石膏：

（二水石膏） （α型半水石膏）α型半水石膏與β型半水石膏相比，結晶顆粒較粗，比表面積較小，強度高，因此又稱為高強石膏。當加熱溫度超過170℃時，可生成無水石膏，只要溫度不超過200℃，此無水石膏就具有良好的凝結硬化性能。2.2建築石膏的水化與硬化建築石膏與適量水拌合後，能形成可塑性良好的漿體，隨著石膏與水的反應，漿體的可塑性很快消失而發生凝結，此後進一步產生和發展強度而硬化。

建築石膏與水之間產生化學反應的反應式為：

此反應實際上也是半水石膏的溶解和二水石膏沉澱的可逆反應，因為二水石膏溶解度比半水石膏的溶解度小得多，所以此反應總體表現為向右進行，二水石膏以膠體微粒自水中析出。隨著二水石膏沉澱的不斷增加，就會產生結晶，結晶體的不斷生成和長大，晶體顆粒之間便產生了磨擦力和粘結力，造成漿體的塑性開始下降，這一現象稱為石膏的初凝；而後隨著晶體顆粒間磨擦力和粘結力的增大，漿體的塑性很快下降，直至消失，這種現象為石膏的終凝。石膏終凝後，其晶體顆粒仍在不斷長大和連生，形成相互交錯且孔隙率逐漸減小的結構，其強度也會不斷增大，直至水分完全蒸發，形成硬化後的石膏結構，這一過程稱為石膏的硬化。石膏漿體的凝結和硬化，實際上是交叉進行的。2.3建築石膏的技術要求建築石膏的技術要求有強度、細度和凝結時間。並按強度和細度分為優等品、一等品和合格品。具體技術要求見GB9776-1988。”土木工程材料“P45表3-1）2.4建築石膏的技術性質（１）凝結硬化速度快建築石膏的漿體，凝結硬化速度很快。一般石膏的初凝時間僅為10min左右，終凝時間不超過30min，這對於普通工程施工操作十分方便。有時需要操作時間較長，可加入適量的緩凝劑，如硼砂、動物膠、亞硫酸鹽酒精廢液等。（２）凝結硬化時的膨脹性建築石膏凝結硬化是石膏吸收結晶水後的結晶過程，其體積不僅不會收縮，而且還稍有膨脹（0.2%~1.5%），這種膨脹不會對石膏造成危害，還能使石膏的表面較為光滑飽滿，棱角清晰完整、避免了普通材料乾燥時的開裂。（３）硬化後的多孔性，重量輕，但強度低建築石膏在使用時，為獲得良好的流動性，常加入的水分要比水化所需的水量多，因此，石膏在硬化過程中由於水分的蒸發，使原來的充水部分空間形成孔隙，造成石膏內部的大量微孔，使其重量減輕，但是抗壓強度也因此下降。通常石膏硬化後的表觀密度約為８00kg／ｍ3～1000kg／ｍ3，抗壓強度約為３ＭPa～5ＭPa。（４）良好的隔熱和吸音和“呼吸”功能(調濕調溫作用)石膏硬化體中大量的微孔，使其傳熱性顯著下降，因此具有良好的絕熱能力；石膏的大量微孔，特別是表面微孔對聲音傳導或反射的能力也顯著下降，使其具有較強的吸聲能力。大熱容量和大的孔隙率及開口孔結構，使石膏具有呼吸水蒸氣的功能。（５）防火性好，但耐水性差硬化後石膏的主要成分是二水石膏，當受到高溫作用時或遇火後會脫出21%左右的結晶水，並能在表面蒸發形成水蒸氣幕，可有效地阻止火勢的蔓延，具有良好的防火效果。由於硬化石膏的強度來自於晶體粒子間的粘結力，遇水後粒子間連接點的粘結力可能被削弱。部分二水石膏溶解而產生局部潰散，所以建築石膏硬化體的耐水性較差。（6）有良好的裝飾性和可加工性石膏表面光滑飽滿，顏色潔白，質地細膩，具有良好的裝飾性。微孔結構使其脆性有所改善，硬度也較低，所以硬化石膏可鋸、可刨、可釘。具有良好的可加工性。2.5建築石膏的應用（1）

石膏砂漿及粉刷石膏（2）

建築石膏製品：石膏板、石膏砌塊等

(3）製作建築雕塑和模型#3.4.水玻璃水玻璃俗稱泡花堿，由鹼金屬氧化物和二氧化矽組成，屬可溶性的矽酸鹽類。根據鹼金屬氧化物的不同，水玻璃有: 矽酸鈉水玻璃（Na2O·ｎSiO2）、矽酸鉀水玻璃Ｋ2Ｏ·ｎSiO2）、矽酸鋰水玻璃（Ｌi2O·ｎSiO2）等品種，最常用的是矽酸鈉水玻璃。（ 稱為水玻璃模數）根據水玻璃模數的不同，又分為“鹼性”水玻璃（ｎ＜３和“中性”水玻璃（ｎ≥3）。實際上中性水玻璃和鹼性水玻璃的溶液都呈明顯的鹼性反應。1.水玻璃的生產生產水玻璃的方法分為濕法和幹法兩種。濕法生產矽酸水玻璃是將石英砂和苛性鈉溶液在壓蒸鍋內用蒸汽加熱。直接反應生液體水玻璃。幹法生產矽酸鈉水玻璃是將石英砂和碳酸鈉磨細拌勻，在熔爐中於1300~1400˚C溫度下熔化，按下式反應生成固體水玻璃。固體水玻璃於水中加熱溶解而生成液體水玻璃。其反應式為：2.水玻璃的硬化液體水玻璃在空氣中吸收二氧化碳，形成無定形矽酸凝膠，並逐漸乾燥而硬化：由於空氣中CO2濃度較低，這個過程進行的很慢，為了加速硬化和提高硬化後的防水性，常加入氟矽酸鈉Na2SiF6作為促硬劑，促使矽酸凝膠加速析出。氟矽酸鈉的適宜用量為水玻璃重量的12％～１５％。3.水玻璃的技術性質（１）粘結力強。水玻璃硬化後具有較高的粘結強度、抗拉強度和抗壓強度。另外，水玻璃硬化析出的矽酸凝膠還有堵塞毛細孔隙而防止水分滲透的作用。（２）耐酸性好。硬化後的水玻璃，其主要成分是ＳiO2，具有高度的耐酸性能，能抵抗大多數無機酸和有機酸的作用。但其不耐鹼性介質侵蝕。（３）耐熱性高水玻璃不燃燒，硬化後形成ＳiO2空間網狀骨架，在高溫下矽酸凝膠乾燥得更加強烈，強度並不降低，甚至有所增加。3.水玻璃的應用（１）用作塗料，塗刷材料表面直接將液體水玻璃塗刷在建築物表面，或塗刷粘土磚、矽酸鹽製品、水泥混凝土等多孔材料，可使材料的密實度、強度、抗滲性、耐水性均得到提高。這是因為水玻璃與材料中的Ｃa（OH）2反應生成矽酸鈣凝膠，填充了材料間孔隙。同時矽酸鈉本身硬化所析出的矽酸凝膠也有利於材料保護。選用不同的耐火填料，還可配製不同耐熱度的水玻璃耐熱塗料。反應式為：（2）配製防水劑以水玻璃為基料，配製防水劑。例如：四礬防水劑是以藍礬(硫酸銅)、明礬（鉀鋁礬）、紅礬（重鉻酸鉀）和紫礬（鉻礬）各１份，溶於60份的沸水中，降溫至５０℃，投入400份水玻璃溶液中，攪拌均勻而成的。這種防水劑可以在1min內凝結,適用於堵塞漏洞、縫隙等局部搶修。（3）加固土壤將模數為２.５～３的液體水玻璃和氯化鈣溶液通過金屬管交替向地層壓入，兩種溶液發生化學反應，可析出吸水膨脹的矽酸膠體，包裹土壤顆粒並填充其空隙，阻止水分滲透並使土壤固結。用這種方法加固的砂土，抗壓強度可達３～６ＭＰａ。(4)配製水玻璃砂漿。將水玻璃、礦渣粉、砂和氟矽酸鈉按一定比例配合成砂漿,可用於修補牆體裂縫。（５）配製耐酸砂漿、耐酸混凝土、耐熱混凝土用水玻璃作為膠凝材料，選擇耐酸骨料，可配製滿足耐酸工程要求的耐酸砂漿、耐酸混凝土。選擇不同的耐熱骨料，可配製不同耐熱度的水玻璃耐熱混凝土。#

3.4

菱苦土（氯氧鎂水泥）菱苦土是一種鎂質膠凝材料。其主要成分是ＭgO。1.原料及生產菱苦土的主要原料是天然菱鎂礦。其主要成分是ＭgCO3。菱苦土材料一般是將菱鎂礦經煆燒磨細而製成的。要求的細度為4900孔/cm2的篩餘量不大於25％:其化學反應可表示如下：

（菱苦土）2、菱苦土的水化、硬化試驗證明，用水調拌菱苦土時將生成Mg(OH)2，漿體凝結很慢，硬化後強度很低。若以氯化鎂水溶液來調製 ＭgO時，可以加速其水化反應，並且能形成新的水化產物。這種新的水化產物硬化後的強度較高（40～60ＭPa）。水化反應如下：

水化產物中x、y、z的大小與煆燒溫度、MgCl2溶液用量、初始配比、養護條件有關。水化產物是針狀結晶，彼此機械咬合，並相互連生、長大，形成緻密的結構，使漿體凝結硬化。3.菱苦土的應用菱苦土與植物纖維能很好粘接，而且鹼性較弱，不會腐蝕纖維。建築工程中常用來配製菱苦土木屑漿和菱苦土木屑砂漿。前者可膠結為菱苦土木屑板，用於內牆、天花板和地面。也可壓制成各種零件用作窗臺板、門窗框、樓梯扶手等。後者摻加砂子可作為地坪耐磨面層。用膨脹珍珠岩代替木屑可製成輕質、阻燃型的室內裝飾板材。以菱苦土為膠結料，以玻璃纖維為增強材料，添加改性劑，可製成管材產品。菱苦土的不足之處是硬化後易吸潮反鹵、耐水性差，其原因是硬化產物具有較高的溶解度，遇水會溶解。為提高耐水性，可採用外加劑，或改用硫酸鎂作為拌合水溶液，降低吸濕性、改進耐水性。#例3-1某單位宿舍樓的內牆使用石灰砂漿抹面。數月後，牆面上出現了許多不規則的網狀裂紋。同時在個別部位還發現了部分凸出的放射狀裂紋。試分析上述現象產生的原因。

解

石灰砂漿抹面的牆面上出現不規則的網狀裂紋，引發的原因很多，但最主要的原因在於石灰在硬化過程中，蒸發大量的游離水而引起體積收縮的結果。

牆面上個別部位出現凸出的呈放射狀的裂紋，是由於配製石灰砂漿時所用的石灰中混入了過火石灰。這部分過火石灰在消解、陳伏階段中未完全熟化，以致於在砂漿硬化後，過火石灰吸收空氣中的水蒸汽繼續熟化，造成體積膨脹。從而出現上述現象。

例3-2既然石灰不耐水，為什麼由它配製的灰土或三合土卻可以用於基礎的墊層、道路的基層等潮濕部位？解：石灰土或三合土是由消石灰粉和粘土等按比例配製而成的。加適量的水充分拌合後，經碾壓或夯實，在潮濕環境中石灰與粘土表面的活性氧化矽或氧化鋁反應，生成具有水硬性的水化矽酸鈣或水化鋁酸鈣，所以灰土或三合土的強度和耐水性會隨使用時間的延長而逐漸提高，適於在潮濕環境中使用。再者，由於石灰的可塑性好，與粘土等拌合後經壓實或夯實，使灰土或三合土的密實度大大提高，降低了孔隙率，使水的侵入大為減少。因此灰土或三合土可以用於基礎的墊層、道路的基層等潮濕部位。例3-3建築石膏及其製品為什麼適用於室內，而不適用於室外使用？

解

建築石膏及其製品適用於室內裝修，主要是由於建築石膏及其製品在凝結硬化後具有以下的優良性質：

（1）

石膏表面光滑飽滿，顏色潔白，質地細膩，具有良好的裝飾性。加入顏料後，可具有各種色彩。建築石膏在凝結硬化時產生微膨脹，故其製品的表面較為光滑飽滿，棱角清晰完整，形狀、尺寸準確、細緻，裝飾性好；

（2）

硬化後的建築石膏中存在大量的微孔，故其保溫性、吸聲性好。

（3）

硬化後石膏的主要成分是二水石膏，當受到高溫作用時或遇火後會脫出21%左右的結晶水，並能在表面蒸發形成水蒸氣幕，可有效地阻止火勢的蔓延，具有一定的防火性。

（4）

建築石膏製品還具有較高的熱容量和一定的吸濕性，故可調節室內的溫度和濕度，改變室內的小氣候。

在室外使用建築石膏製品時，必然要受到雨水冰凍等的作用，而建築石膏製品的耐水性差，且其吸水率高，抗滲性差、抗凍性差,所以不適用於室外使用.

例3-4水玻璃的化學組成是什麼？水玻璃的模數、密度（濃度）對水玻璃的性能有什麼影響？

解

通常使用的水玻璃都是Na2O·nSiO2的水溶液，即液體水玻璃。

一般而言，水玻璃的模數n越大時，水玻璃的粘度越大。硬化速度越快、幹縮越大，硬化後的粘結強度、抗壓強度等越高、耐水性越好、抗滲性及耐酸性越好。其主要原因是硬化時析出的矽酸凝膠ｎSiO2·mH2O較多。

水玻璃的模數n為氧化矽和氧化鈉的分子比。同一模數的水玻璃，密度越大，則其有效成分Na2O·nSiO2的含量越多，硬化時析出的矽酸凝膠也多，粘結力愈強。

然而如果水玻璃的模數或密度太大，往往由於粘度過大而影響到施工品質和硬化後水玻璃的性質，故不宜過大。

建築材料

第5章水泥主要內容：常用（矽酸鹽）水泥的生產工藝常用（矽酸鹽）水泥的特性影響常用水泥性能的因素重點內容：矽酸鹽水泥礦物成分特點矽酸鹽水泥的凝結和硬化難點：矽酸鹽水泥的凝結和硬化要求：掌握矽酸鹽水泥的礦物成分特點掌握矽酸鹽水泥凝結和硬化水泥，指加水拌和成塑性漿體後，能膠結砂、石等適當材料並能在空氣和水中硬化的粉狀水硬性膠凝材料。土木建築工程通常採用的水泥主要有：矽酸鹽水泥、普通矽酸鹽水泥、礦渣矽酸鹽水泥、火山灰質矽酸鹽水泥、粉煤灰矽酸鹽水泥稱為我國的五大水泥。

水泥的分類與代號矽酸鹽水泥分兩種類型，不摻加混合材料的稱Ⅰ型矽酸鹽水泥，代號Ｐ·Ⅰ；在矽酸鹽水泥熟料粉磨時摻加不超過品質５％石灰石或粒化高爐礦渣混合材料的稱Ⅱ型矽酸鹽水泥，代號Ｐ·Ⅱ。普通矽酸鹽水泥Ｐ·Ｏ礦渣矽酸鹽水泥Ｐ·Ｓ火山灰質矽酸鹽水泥Ｐ·Ｐ粉煤灰矽酸鹽水泥Ｐ·Ｆ複合矽酸鹽水泥Ｐ·Ｃ通用水泥新標準是：GB175-1999《矽酸鹽水泥、普通矽酸鹽水泥》、GB1344-1999《礦渣矽酸鹽水泥、火山灰矽酸鹽水泥及粉煤灰矽酸鹽水泥》、GB12958-1999《複合矽酸鹽水泥》。從2001年4月1日起正式實施

六大通用水泥新標準規定的強度齡期均為３天和２８天兩個齡期，每個齡期均有抗折與抗壓強度指標要求。新的水泥標準最大的變化在於水泥標號改為強度等級，淘汰了原標準中的兩個低標號水泥產品。六大通用水泥標準實行以ＭＰａ表示的強度等級，如３２．５、３２．５Ｒ、４２．５、４２．５Ｒ、５２．５、５２．５Ｒ等，使強度等級的數值與水泥２８ｄ抗壓強度指標的最低值相同。新標準還統一規劃了我國水泥強度等級，矽酸鹽水泥分３個強度等級