南京大学《土木工程材料》课件-第5、6章

第五章建筑砂浆

南京大学《土木工程材料》§5.1砂浆5.1.1砂浆的组成材料5.1.2砂浆的技术性质5.1.3砌筑砂浆及其配合比设计5.1.4其他砂浆§5.2砖5.2.1烧结砖5.2.2非烧结砖§5.3天然石材5.3.1岩石的形成与分类5.3.2天然石材的技术性质5.3.3天然石材的应用十七孔桥芦沟桥玉带桥河北赵州石桥建于1300多年前（桥长约51m，净跨37m）建造该桥的石材为青白色石灰岩比意大利人建石拱桥晚400多年,但在主拱肋与桥面间设计“敞肩拱”，比外国早了1200多年敞肩拱不仅减轻自重、节省材料、减轻桥基负担，使桥台轻巧，且位移很小，地基下沉甚微，且拱圈内应力很小，是至今位移和沉陷微小且不坠的重要原因之一；该桥拱轴线和恒载压力线甚接近，拱圈各横截面只受压力或微小拉力。该二线重合道理，到现代才认识。万里长城总长度大约有十万里以上！所用建筑材料：土、石、木料、砖、石灰关外有关、城外有城，其材料运输量之浩大、工程之艰巨世所罕见。体现我国古代建筑工程的高度成就，表现我国古代劳动人民的聪明才智。三问？砌体与砌体材料的基本概念；(What?)砌体材料应具备哪些基本性质；(Which?)如何根据土木工程应用选择砌体材料。(How?)本章学习内容掌握砌筑砂浆的性质、组成、检测方法及其配比设计方法。熟悉抹面砂浆的主要品种性能要求及其配制方法。掌握砌体墙砖(包括各种烧结砖及蒸养砖)的性质和应用特点。掌握各种砌块(包括混凝土及加气混凝土砌块)。了解石材的材质、结构、性能与应用概述砌体结构：砌筑砂浆＋砌体材料砌筑砂浆：由胶凝材料、水和细骨料按适当比例配制而成的一种细骨料混凝土。作用：胶结、防护、垫层等粘结功能和装饰功能。种类：功能上：砌筑、抹面、防水、耐酸、保温、吸声等。第一节砂浆的组成材料

胶凝材料及掺合料

水泥：普通水泥、矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥，特种水泥（膨胀水泥、白水泥）。石灰：生石灰、熟石灰、生石灰粉，不得使用脱水硬化的石灰！粉煤灰：其他胶凝材料：水玻璃、有机树脂、硫磺、石膏等。

砂符合混凝土用砂的要求，不同点在于砂的细度，最大粒径应小于砂浆层厚度的1/4~1/5。第二节砌筑砂浆

用于砌体砌筑用砂浆，起到粘结砖或砌块或石块、构筑砌体、传递荷载的作用。

一、砌筑砂浆的组成材料胶结材料——五大品种水泥，强度等级不宜大于32.5。细集料——砂，砌筑砂浆宜选中砂，毛石砌体宜选粗砂。

掺加料——石灰、粘土和粉煤灰，配制成各种混合砂浆。

目的：以达到提高质量、降低成本的目的。

水——拌制砂浆用水与混凝土用水相同。外加剂——最常用微沫剂，是一种松香热聚物，掺量为水泥质量的0.005%~0.010%。

目的：提高和易性，节约结合料的用量。二、砂浆的技术性质

（一）新拌砂浆的性质1、流动性定义：砂浆在自重或外力作用下流动的性能评价指标：“沉入度”，单位mm，沉入度越大，流动性越大。测量方法：将受检砂浆装入标准圆锥体中，测量实心圆锥下沉的深度(mm)。影响因素：胶凝材料与掺和料种类与掺量、用水量、外加剂、砂粒粗细与级配，以及搅拌时间。

下沉的深度—沉入度砂浆流动性测定（一）新拌砂浆的性质2、保水性

定义：砂浆保持水份、各组成材料不易离析的能力。评价指标：“分层度”，分层度愈小，砂浆的保水性愈好。测量方法：将受检砂浆测其沉入度，然后装入分层度仪中静置30min，去掉上部2/3的砂桨，测量余下砂浆的沉入度，两次沉入度的差值即为分层度（mm）。影响因素：胶凝材料、掺和料、外加剂等。（二）硬化砂浆的性质

1、砂浆的强度

定义：砂浆强度指用标准方法测得的抗压强度标准方法：标准试件尺寸70.7mm的正方体；标准养护（温度20±3℃、规定湿度：水泥混合砂浆相对湿度为60%~80%，水泥砂浆和微沫砂浆相对湿度为90%以上）28d龄期的抗压强度平均值，确定强度等级。砂浆强度等级有：M20、M15、M10、M7.5、M5、M2.5等。2、砂浆强度计算公式与试配当基底为不吸水材料时，砂浆的强度取决于水泥强度和水灰比：

fm,0=Afce

[mc/mw－B]当基底是吸水性材料时，砂浆的强度主要取决于水泥强度和水泥用量:fm,0=Afce

[Qc/1000]+B

式中：fce=rcfce，k试配强度与设计标准值的关系：

fm,0=fm,k+1.645

砂浆强度设计标准值与设计值的关系：

fm,k=fz–

问题：砌筑多孔材料和密实材料用砂浆的强度公式有何不同？为什么？答：用于多孔材料砌筑的砂浆强度与水灰比无关；而用于密实材料砌筑用砂浆的强度与水灰比有关。因为多孔材料吸水性大，砂浆与多孔材料表面接触时，材料表面很快吸水，使砂浆中的水灰比很快发生变化。（二）硬化砂浆的性质2、粘结力

砂浆的粘结力随着其抗压强度的增大而增大。3、变形

砂浆在荷载或温度、湿度条件变化时，容易变形。变形与砂浆的组成有关。二、砂浆的配合比设计（1）计算砌筑砂浆配制强度（fm,0）

fm,0=f2+0.645σ式中：fm,0—砂浆的配制强度，精确至0.1MPa；

f2—砂浆设计强度等级(即砂浆抗压强度平均值)；

σ—砂浆现场强度标准差，精确至0.01MPa。二、砂浆的配合比设计

对于吸水性基底的砂浆配合比设计步骤：1、确定试配强度：

fm,0=f2+0.645σ式中：fm,0—砂浆的配制强度，精确至0.1MPa；

f2—砂浆设计强度等级(即砂浆抗压强度平均值)；

σ—砂浆现场强度标准差，精确至0.01MPa。二、砂浆的配合比设计2、确定水泥用量：每立方米的水泥用量为

Qc=1000（fm,0－B）/Afce(A=3.03，B=-15.09)当计算值小于200kg/m3时，取200kg/m3计。3、确定掺和料（石灰膏、粘土膏）用量：

QD=QA－Qc

砂浆中胶结材料总量应在300~350kg/m3以内。4、确定砂用量：含水率小于0.5的干砂配制1m3砂浆需1m3砂，即：Qs=1

s,05、选择用水量：吸水性基底，砂浆的用水量可以根据试拌达到砂浆的稠度要求来确定。二、砂浆的配合比设计6、计算配合比质量配合比：水泥:石灰膏:砂=1:(QD/Qc):(Qs

/Qc)体积配合比：水泥:石灰膏:砂=(Qc/

c,0

)

:(QD

/

D,0

):(Qs/

s,0

)7、试拌调整

计算得到的配合比在实验室应达到和易性的要求，如达不到要求，可通过改变水泥或掺和料用量来调整。

第三节抹面砂浆凡涂抹在建筑物或构件表面的砂浆统称为抹面砂浆。种类：普通抹面砂浆饰面砂浆防水砂浆其它特种砂浆(绝热、耐酸、防辐射等)。问题：如何配制防水砂浆，在技术性能方面有哪些要求？如何配置绝热砂浆，它们有何性能特点？如何防止抹面砂浆表面开裂？第四节砌墙砖

砌墙砖是指采用少量粘土、工业废料或其它地方性资源为主要原料，以不同工艺制成的、用于砌筑的墙用砖。分类按照断面结构砌墙砖有普通砖和空心砖两大类:孔洞率小于25%或没有孔洞的为普通砖或实心砖；空洞率大于25%的为空心砖。按材质和工艺砌墙砖有烧结砖和非烧结砖(包括蒸养或蒸压砖)，如：烧结砖：烧结粘土砖、烧结粉煤灰砖、烧结煤矸石砖、烧结页岩砖等；非烧结砖：灰砂砖、粉煤灰砖和煤渣砖等。注：空洞率指砖的空洞与凹槽体积总和与外廓尺寸算出的体积比的百分率。一、烧结多孔砖烧结多孔砖外观为大面有贯穿孔或盲孔的直角六面体，所含孔多而小，孔洞轴向垂直于受压面。原料：粘土、页岩、煤矸石、粉煤灰；外形：直角六面体，尺寸如表：代号长(mm)宽(mm)高(mm)a290190(140)90b240180(175)115(31~40)(75~85)1522手抓孔非圆孔内切圆直径圆孔直径多孔砖的孔洞尺寸（mm)烧结多孔砖强度等级强度等级抗压强度/MPa抗折荷重/kN平均值≥单块最小值≥平均值≥单块最小值≥3030.022.013.59.02525.018.011.57.52020.014.09.56.01515.010.07.54.51010.06.55.03.01.57.54.54.52.0二、烧结空心砖烧结空心砖是以黏土、页岩、煤矸石等为主要原料，经焙烧而成的。烧结空心砖为端面有孔洞的直角六面体，孔大而少，孔洞为矩形条孔或其他孔形，平行于大面和条面，在与砂浆的接合面上应设有增加结合力的深度1mm以上的凹线槽。肋壁烧结空心砖尺寸规格：长度：290、190、140、90mm；宽度：240、180（175）、115mm；砖的壁厚应大于10mm，肋厚应大于7mm，孔洞率大于或等于35%。表观密度：800、900、1100；强度等级：5.0、3.0、2.0；用途：主要用于非承重隔墙。

烧结空心砖自重较轻，强度不高，因而多用作非承重墙，如多层建筑内隔墙或框架结构的填充墙等。

0.91.61.42.02.01.42.22.23.03.02.33.43.75.05.0单块最小值≥平均值≥单块最小值≥平均值≥条面抗压强度/MPa大面抗压强度/MPa强度等级烧结空心砖强度等级三、蒸压(养)砖蒸压(养)砖是一种硅酸盐制品，它以石灰及硅质原料为主，在水热合成条件下产生强度，其内部的胶凝物质基本上是水化硅酸盐类矿物。原料：石灰、天然砂、粉煤灰、煤矸石、炉渣；生产工艺：将石灰与硅原料加水拌合，压制成坯，然后送入蒸养或蒸压，进行水热合成；主要产品有：灰砂砖、粉煤灰砖、炉渣砖。强度等级：25、20、15、10、7.5；用途；可用于承重墙。蒸压灰砂砖浸入蒸压釜蒸养蒸压灰砂砖的强度等级强度等级抗压强度/MPa抗折强度/MPa平均值≥单块最小值≥平均值≥单块最小值≥MU2525.020.05.04.0MU2020.016.04.03.2MU1515.012.03.32.6MU1010.08.02.52.0蒸压灰砂砖的抗冻性指标强度等级抗压强度平均值

≥（MPa）单块砖的干质量损失≤（%）

MU2520.02.0MU2016.0MU1512.0MU108.0

蒸压灰砂砖的建筑的基本特性

排气好：灰砂砖吸排气的能力可使湿度获得平衡，从而保证了居室环境的卫生和清新的室内空气；隔热：采用空心墙或空心砌块比采用灰砂实心砖的隔热性能好，隔热与隔冷同样有效。隔音：高度压缩保证了最佳地隔绝各种声音干扰的性能。高抗压强度：使灰砂砖可用作多层建筑的承重砌体。形状与尺寸稳定尺寸精密使得灰砂砖专用做面砖时能够保持均匀的外观尺寸。粉煤灰砖粉煤灰砖是以粉煤灰、石灰为主要原料,掺加适量石膏和骨料经坯料制备、压制成型、高压或常压蒸气养护而成的实心粉煤灰砖。粉煤灰砖可用于工业与民用建筑的墙体和基础。但用于基础或用于易受冻融和干湿交替作用的建筑部位必须使用一等砖与优等砖。同时,粉煤灰砖不得用于长期受热(200℃以上)、受急冷急热和有酸性介质侵蚀的建筑部位。

粉煤灰砖的强度等级

强度级别抗压强度抗折强度2020.0(15.0)3.01515.0(11.0)2.41010.0(7.5)1.97.57.5(5.6)1.5粉煤灰砖的干燥收缩值（mm/m)

优等品一等品合格品0.60.750.85蒸压灰砂砖的应用刚出釜的蒸压灰砂砖不宜立即使用，需存放一个月后才能上墙。其砌体构造要求与烧结普通砖基本相同，强度等级在MU20以上的砖可用作建筑基础，但应作防潮水泥砂浆抹面；MU10以上的砖可用于防潮层以上的部位。第五节砌块砌块按其尺寸分为：小型砌块：其主规格的高度大于115mm而又小于380mm；中型砌块：其主规格的高度为380~980mm；大型砌块：其主规格的高度大于980mm。按其形状分为：实心砌块：空心率小于25%或无孔洞的砌块；空心砌块：空心率等于或大于25%的砌块。按其组成分为混凝土、粉煤灰、硅酸盐、加气混凝土、石膏砌块等。砌块的特点砌块生产所采用的原料广泛，主要有砂、石、水泥、粉煤灰、煤矸石等；砌块尺寸较大，单块砌块的外包体积约为普通砖的10倍以上；砌块的物理、力学性能、耐久性均能满足一般工业与民用建筑的要求。一、混凝土小型空心砌块定义：混凝土小型空心砌块是由水泥、砂、石以及炉渣、煤矸石等组成的混凝土制品。尺寸规格：标准块的尺寸为390mm

190

mm

190mm，此外，还由1/2块、1/4块；宽度还有115mm、90mm等。要求：壁厚不小于30mm、最小肋厚不小于25mm、空心率不小于25%。强度等级：MU20.0、15.0、10.0、7.5、5.0、3.5、2.5；其它性能：相对含水率、抗渗性、抗冻性等。混凝土小型空心砌块强度等级强度等级砌块抗压强度（MPa）平均值≥单块最小值≥MU3.53.52.8MU5.05.04.0MU7.58.57.0MU1011.08.5MU1516.013.0MU2022.017.0混凝土小型空心砌块物理性能密度（kg/m²)750-1100相对含水率（%）45干缩率（mm/m）≤0.40孔洞率（%）＞45热阻（m2.K/W）0.12~2.0隔声指数dB38~45抗冻性一般环境D15干湿交替环境D25混凝土小型空心砌块的应用

普通混凝土小型空心砌块在多层、高层、住宅建筑设计和施工中已被广泛采用，它具有砌筑工效高、墙面平整、易粉刷、质量轻等优点：可减轻墙体结构自重约35%；降低基础工程费20%-30%；节约砌筑砂浆30%-40%；提高主体砌筑工效30%；增加使用面积2%；节省农田、节约能源。粉煤灰混凝土小型空心砌块粉煤灰混凝土小型空心砌块包括有承重砌块、非承重砌块和保温砌块等。主要原料为粉煤灰、水泥、石屑、炉渣、珍珠岩和外加剂等。经原料准备、计量搅拌、成型、养护等主要工序制成。粉煤灰混凝土小型空心砌块的性能

抗压强度：2.5~15MPa吸水率≤24%

抗冻性：冻融循环25次合格碳化系数≥0.7~0.8

软化系数：≥0.75干燥收缩≤0.06mm/m

粉煤灰掺量：承重砌块20~30%非承重砌块50~60%二、加气混凝土砌块加气混凝土砌块是由钙质材料（水泥或石灰）、硅质材料（砂或粉煤灰）、发气剂（铝粉）以及其他辅料，经搅拌、发泡、成型、切割、蒸压等工序制成的一种轻质混凝土制品。加气混凝土特点

1、轻质，表观密度为500~700；只有粘土砖的1/3，2、保温，导热系数约为0.13W/m.K，只有粘土砖的1/5；3、原料资源丰富，可利用工业废料、废渣等。4、加工性好，可钉、可锯、可粘接。粉煤灰加气混凝土砌块尺寸规格：中型砌块长度：600mm、高度：200、250、300mm、宽度：100、125、150、200、250、300、240；立方体抗压强度分为：1.0、2.0、2.5、3.5、5.0、7.5、10.0等7级密度等级：300、400、500、600、700、800干燥收缩值：标准法

0.50mm/m；快速法

0.80mm/m；加气混凝土砌块的性能应用加气混凝土砌块用于框架结构的非承重充填墙，及其它结构的非承重隔墙，由于其保温性能好，可作为屋面、墙体或其它部位的保温材料。但不宜用于湿度大、经常干湿交替的部位。第六节天然石材在土木工程中：块状的毛石，片石，条石，块石等常用来砌筑基础，桥涵，墙体，勒脚，渠道，提岸，护坡与隧道衬砌等；石板用于内外墙的贴面和地面材料；页片状的石料可作屋面材料．纪念性的建筑雕刻和花饰均可采用各种天然石料。一、天然石材的分类按照其成因分类可分为岩浆岩（火成岩），沉积岩，变质岩三大类。按照其用途分类：结构用石材装饰用石材耐磨用石材二、天然石材的技术性质1、物理性质：表观密度：花岗石，大理石等，其表观密度接近于密度，约在2500~3100kg/m3之间吸水性吸水率小于0.5％耐水性石料的耐水性用软化系数（K）表示，根据K值大小，石料的耐水性分为高、中、低三等抗冻性石料的抗冻性与其吸水性，吸水饱和程度和冻融次数有关，吸水率越低，抗冻性越好，如坚硬致密的花岗岩，石灰岩等，抗冻性好。

2、力学性质

抗压强度：致密岩石的强度高，特别是抗压强度可达250~350MPa，一般为40~100MPa。砌筑用石材的强度等级分为MU100、MU80、MU60、MU50、MU40、MU30、MU20等7个强度等级。冲击韧性天然石料是典型的脆性材料，抗拉强度约为抗压强度1/14~1/50，其冲击韧性取决于矿物组成与结构。硬度石料的硬度取决于矿物组成的硬度与构造。凡由致密、坚硬的矿物组成的石料，其硬度均高。耐磨性石料的耐磨性与其矿物的硬度、结构与构造特征以及石料的抗压强度和抗冲击韧性有关。石材技术分级标准岩类主要岩类名称技术指标等级1234岩浆岩类花岗岩玄武岩安山岩辉绿岩抗压强度（1）/MPa＞120100~20080~100－磨耗率（2）/％＜2525~3030~4545~60石灰岩类石灰岩白云岩抗压强度/MPa10080~10060~8030~60磨耗率/％＜3030~3535~5050~60砂岩与片麻岩类石英岩片麻岩花岗片麻岩抗压强度/MPa＞10080~10050~8030~50磨耗率/％＜3030~3535~4545~60砾石磨耗率/％＜2020~3030~5050~60天然石料在土木工程中的应用

毛石多用于砌筑基础、挡土墙、沟渠，也用来干砌或浆砌护坡，浇筑毛石混凝土，砌筑桥墩与桥台、涵洞的边墙、端墙与翼墙以及房屋墙身等。粗料石的抗压强度视其用途而定，用作桥墩破冰体镶面时，不应低于60MPa用作桥墩分水体时，不应低于40MPa；用于其他砌体镶面时，应不低于砌体内部石料的强度。粗细板材多用于室内外墙、柱面、台阶、地面等部位。镜面板多用于室内饰面及门面装饰、家具的台面等。

第六章

木材

三问？木材的基本概念；（What?）木材具备哪些基本性质；（Which?）如何根据土木工程应用选择木材。（How?）学习要求了解木材的优、缺点；木材的分类，以及两大类树种各自的特点及用途。了解木材宏观和显微结构的特征。从宏观构造的三个切面（横切面、径切面、弦切面）来认识木材各个部分（树皮、木质部、年轮、髓线、髓心）及其作用。从宏观构造看出木材在构造上的不均匀性。了解木材的显微构造、细胞的组成；针叶树、阔叶树各组成部分的作用及其鉴别。

4、了解木材中的水分所处的三种状态，木材干燥或受潮时对它们的影响。掌握平衡含水率与纤维饱和点的概念及其实用意义。5、了解工程中常用的几种木材强度及各种强度值之间的大致关系。掌握影响木材强度的因素。掌握含水率对木材强度影响的规律。了解含水率修正系数的含意。6、了解造成木材腐朽的原因和条件。了解木材干燥和使用时注意通风等措施对防腐的主要作用。对化学防腐剂防腐作用仅一般了解。7、了解木材综合利用的意义，对具体综合利用的产品只要求一般了解。

学习要求第一节木材的分类及构造一、木材的分类针叶树常绿树生长较快、材质较软、树干直且大；表观密度和胀缩变形较小、强度较高、耐腐蚀性较强。阔叶树落叶树生长较慢、材质坚硬；胀缩变形较大、容易翘曲开裂、坚硬耐磨。二、木材的构造宏观构造横切面：年轮、髓心、髓线；弦切面径切面微观构造管状细胞细胞壁、细胞腔细胞壁由纤维素、半纤维素和木质素组成。木质素将纤维素和半纤维素粘结在一起。针叶树由管胞和髓线等组成；阔叶树由木纤维、导管和髓线组成。木材的横断面髓心内皮外皮形成层木材的细胞木材的管状结构管胞髓线弦切面韧皮部横切面树皮木质部木材的弦切面木材的年轮第二节木材的性质一、物理性质二、力学性质一、木材的物理性质密度与表观密度木材的含水率木材的湿胀与干缩物理性质木材的密度和表观密度密度：1.48~1.56g/cm3;表观密度：可变树种、含水率、孔隙率和晚材率一般小于1表观密度越大，强度越高，湿胀干缩越大物理性质木材的含水率（1）自由水存在于细胞腔内和细胞间隙中的水。其含量影响木材的表观密度、燃烧性和保存性和抗腐蚀性。（2）吸附水被吸附在细胞壁内细纤维间的水，其含量影响木材的胀缩和强度（3）化合水木材化学组成中的结合水，对性能无大影响。木材的含水率（4）纤维饱和点含水率细胞壁