建筑材料全套课件演示文稿26493.ppt

绪论 一 建筑材料的定义与分类 广义上建筑材料是指用于建筑工程中所有材料的总称 不仅包括构成建筑物的材料 而且包括在建筑工程施工中的一些辅助性材料 建筑工程是指一般的工业与民用建筑的房屋建筑工程 以及与房屋建筑工程构造形式类似的构筑物 狭义上建筑材料是指组成建筑物的材料 构筑物 建筑物 一 建筑材料的定义与分类 按化学成分分按使用功能分 建筑材料 非金属材料 金属材料 复合材料 无机非金属材料 有机非金属材料 黑色金属 有色金属 建筑材料 建筑结构材料 墙体材料 建筑功能材料 如砖 砌块 板材 如钢筋 混凝土等 如防水 装饰 绝热材料等 二 建筑材料在建筑工程中的地位和作用 建筑材料是建筑业的物质基础 在建筑工程总投资中 建筑材料投资占60 以上 建筑艺术的发挥 建筑功能的实现 必须有品种多样质量良好的建筑材料 建筑材料的质量直接关系到建筑工程的质量 三 我国建材及建材工业的发展 历史上传统建筑材料的应用建国以来建材及建材工业的发展改革开放以后建材工业的发展我国建材工业的现状及发展方向 三 我国建材及建材工业的发展 历史上我国建筑材料的应用我国的建筑材料主要是天然石材 木材 砖 石灰等一些材料 古代劳动人民在建筑材料的生产和使用方面 取得了许多重大成就 例如 建成于公元前7世纪的万里长城 福建泉州的洛阳桥 山西五台山木结构的佛光寺大殿 河北赵州桥 我国古代的建筑成就 选 万里长城 福建泉州的洛阳桥 建成于公元857年的木结构佛光寺大殿 河北赵州桥 三 我国建材及建材工业的发展 建国以来建材及建材工业的发展解放后 建材工业的发展随着国民经济的发展而迅猛发展 三 我国建材及建材工业的发展 改革开放后建材工业的发展改革开放后 我国建材工业更是得到突飞猛进的发展 在世界建材生产中占的比例大幅度地提高 特别是装饰材料的发展 更是日新月异 见下表 建筑材料的品种花色不断地增加 三 我国建材及建材工业的发展 建设具有中国特色的新技术结构 发展新技术 新工艺 新产品 建设高效益的新产业结构 产品的技术含量和档次进一步提高 建立新的现代化管理体制和制度 塑造一支适应现代化建设要求的新队伍 建筑材料向轻质 高强 多功能方向发展 合理利用工业废料生产建筑材料 四 建筑材料技术标准 建筑材料的标准及其作用建材工业企业必须严格按技术标准进行设计 生产 以确保产品质量 生产出合格的产品 建筑材料的使用者必须按技术标准选择 使用质量合格的材料 使设计 施工标准化 以确保工程质量 加快施工进度 降低工程造价 供需双方 必须按技术标准规定进行材料的验收 以确保双方的合法权益 建筑材料的技术标准分为国家标准 行业标准 地方标准 企业标准等 分别由相应的标准化管理部门批准并颁布 四 建筑材料技术标准 各级标准均有相应的代号 其表示方法由标准名称 标准代号 发布顺序号和发布年号组成 例如 烧结普通砖 GB T5101 1998 标准名称 烧结普通砖 标准代号 GB 推荐标准 T 发布顺序号 5101 发布年号 1998年 四 建筑材料技术标准 各级标准的相应代号 五 本课程的作用 内容和学习方法 本课程的作用建筑材料科学与工程 本身是一门科学技术 对于建筑类高等职业学校的各相关专业 建筑材料课程是学好其它专业课的基础 因此 她它是一门必修的专业技术基础课 本课程的内容本课程主要讲述建筑工程中常用建筑材料的原材料及生产工艺 品种与规格 主要技术性质 质量标准 检验方法 应用和保管等基本知识 掌握建筑材料的性能和应用 是学习本课程的重点 必须懂得如何选择和使用建筑材料 五 本课程的作用 内容和学习方法 本课程的学习方法坚持理论联系实际的学习方法 认真作好试验和填写试验报告 抓住 一条主线 的学习方法 认真完成作业和搞好课后复习 重庆化工职业学院建筑工程教研室 第一章材料的基本性质 一 材料与质量有关的性质 材料的体积构成体积是材料占有的空间尺寸 由于材料具有不同的物理状态 因而表现出不同的体积 绝对密实体积干燥材料在绝对密实状态下的体积 即材料内部固体物质的体积 或不包括内部孔隙的材料体积 一般以 表示 一般将材料磨成规定细度的粉末 用排开液体的方法得到其体积 表观体积对于比较密实 孔隙较少的散粒状材料 不必磨细 直接用排开液体的方法测定的体积 一般以表示 材料的自然体积材料在自然状态下的体积 即整体材料的外观体积 含内部孔隙和水分 一般以V0表示 形状规则的材料可根据其尺寸计算其体积 形状不规则的材料可先在材料表面涂腊 然后用排开液体的方法得到其体积 材料的堆积体积粉状或粒状材料 在堆积状态下的总体外观体积 松散堆积状态下的体积较大 密实堆积状态下的体积较小 一般以表示 一 材料的密度 1 实际密度指材料在绝对密实状态下单位体积的质量 按下式计算 式中 实际密度 g cm3或kg m3 m 材料的质量 g或kg V 材料的绝对密实体积 cm3或m3 2 表观密度材料单位表观体积的质量 按下式计算 式中 体积密度 g cm3或kg m3 m 材料的质量 g或kg 材料的自然体积 cm3或m3 一 材料的密度 一 材料的密度 表观体积是指包括内部封闭孔隙在内的体积 其封闭孔隙的多少 孔隙中是否含有水及含水的多少 均可能影响其总质量或体积 因此 材料的表观密度与其内部构成状态及含水状态有关 工程中砂石材料 直接用排水法测定其表观体积 一 材料的密度 砂表观密度 s的测定 kg m3 式中 m0 砂试样的烘干质量 g m0 300g m1 砂试样 水及容量瓶总质量 g m2 水及容量瓶总质量 g 测定瓶 砂 水的质量m1 测定瓶 水的质量m2 3 体积密度体积密度是指材料在自然状态下单位体积的质量 按下式计算 式中 0 材料的体积密度 g cm3或kg m3 m 材料的质量 g或kg V0 材料的自然体积 cm3或m3 一 材料的密度 4 堆积密度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 式中 0 材料的堆积密度 g cm3或kg m3 m 材料的质量 g或kg 材料的堆积体积 cm3或m3 一 材料的密度 砂堆积密度的测定 将容量筒内材料刮平 容量筒的容积即为材料堆积体积 一 材料的密度 几种密度的比较 二 材料的密实度 密实度是指材料体积内固体物质填充的程度 密实度的计算式如下 式中 密度 0 材料的表观密度 对于绝对密实材料 因 0 故密实度D 1或100 对于大多数土木工程材料 因 0 故密实度D 1或D 100 材料的孔隙率是指材料内部孔隙的体积占材料总体积的百分率 孔隙率P按下式计算 式中 V 材料的绝对密实体积 cm3或m3 V0 材料的表观体积 cm3或m3 0 材料的表观密度 g cm3或kg m3 密度 g cm3或kg m3 三 孔隙率 四 空隙率 空隙率是指散粒材料在其堆积体积中 颗粒之间的空隙体积所占的比例 空隙率按下式计算 式中 0 材料的体积密度 材料的堆积密度 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砂率的依据 孔隙率与空隙率的区别 二 材料与水有关的性质 1 材料的亲水性与憎水性与水接触时 材料表面能被水润湿的性质称为亲水性 材料表面不能被水润湿的性质称为憎水性 具有亲水性或憎水性的根本原因在于材料的分子结构 亲水性材料与水分子之间的分子作用力 大于水分子相互之间的内聚力 憎水性材料与水分子之间的作用力 小于水分子相互之间的内聚力 亲水性材料 憎水性材料 二 材料与水有关的性质 2 材料的吸水性材料在水中吸收水分的能力 称为材料的吸水性 吸水性的大小以吸水率来表示 1 质量吸水率质量吸水率是指材料在吸水饱和时 所吸水量占材料在干燥状态下的质量百分比 并以 m表示 质量吸水率 m的计算公式为 式中 mb 材料吸水饱和状态下的质量 g或kg mg 材料在干燥状态下的质量 g或kg 2 体积吸水率体积吸水率是指材料在吸水饱和时 所吸水的体积占材料自然体积的百分率 并以WV表示 体积吸水率WV的计算公式为 式中 mb 材料吸水饱和状态下的质量 g或kg mg 材料在干燥状态下的质量 g或kg V0 材料在自然状态下的体积 cm3或m3 w 水的密度 g cm3或kg m3 常温下取 w 1 0g cm3 二 材料与水有关的性质 二 材料与水有关的性质 3 影响材料吸水性的因素材料的吸水率与其孔隙率有关 更与其孔特征有关 因为水分是通过材料的开口孔吸入并经过连通孔渗入内部的 材料内与外界连通的细微孔隙愈多 其吸水率就愈大 二 材料与水有关的性质 3 材料的吸湿性材料的吸湿性是指材料在潮湿空气中吸收水分的性质 用含水率 h表示 其计算公式为 式中 ms 材料吸湿状态下的质量 g或kg mg 材料在干燥状态下的质量 g或kg 当空气中湿度在较长时间内稳定时 材料的吸湿和干燥过程处于平衡状态 此时材料的含水率保持不变 其含水率称为平衡含水率 二 材料与水有关的性质 吸水率与含水率的区别 4 材料的耐水性材料的耐水性是指材料长期在饱和水的作用下不破坏 强度也不显著降低的性质 材料耐水性的指标用软化系数KR表示 式中 KR 材料的软化系数 fb 材料吸水饱和状态下的抗压强度 MPa fg 材料在干燥状态下的抗压强度 MPa 二 材料与水有关的性质 二 材料与水有关的性质 软化系数反映了材料饱水后强度降低的程度 是材料吸水后性质变化的重要特征之一 一般材料吸水后 水分会分散在材料内微粒的表面 削弱其内部结合力 强度则有不同程度的降低 当材料内含有可溶性物质时 如石膏 石灰等 吸入的水还可能溶解部分物质 造成强度的严重降低 软化系数的波动范围在0至1之间 工程中通常将KR 0 85的材料称为耐水性材料 可以用于水中或潮湿环境中的重要工程 用于一般受潮较轻或次要的工程部位时 材料软化系数也不得小于0 75 二 材料与水有关的性质 5 抗冻性抗冻性是指材料在吸水饱和状态下 能经受反复冻融循环作用而不破坏 强度也不显著降低的性能 材料吸水后 在负温作用条件下 水在材料毛细孔内冻结成冰 体积膨胀所产生的冻胀压力造成材料的内应力 会使材料遭到局部破坏 随着冻融循环的反复 材料的破坏作用逐步加剧 这种破坏称为冻融破坏 抗冻性以试件在冻融后的质量损失和强度损失不超过一定限度时所能经受的冻融循环次数来表示 或称为抗冻等级 材料的抗冻等级可分为F15 F25 F50 F100 F200等 分别表示此材料可承受15次 25次 50次 100次 200次的冻融循环 二 材料与水有关的性质 影响抗冻性的因素1 材料的密实度 孔隙率 密实度越高则其抗冻性越好 2 材料的孔隙特征开口孔隙越多则其抗冻性越差 3 材料的强度强度越高则其抗冻性越好 4 材料的耐水性耐水性越好则其抗冻性也越好 5 材料的吸水量大小吸水量越大则其抗冻性越差 二 材料与水有关的性质 6 材料的抗渗性抗渗性是材料在压力水作用下抵抗水渗透的性能 用渗透系数或抗渗等级表示 1 渗透系数材料的渗透系数K可通过下式计算 式中 K 渗透系数 cm h Q 渗水量 cm3 A 渗水面积 cm2 H 材料两侧的水压差 cm d 试件厚度 cm t 渗水时间 h 材料的渗透系数越小 说明材料的抗渗性越强 二 材料与水有关的性质 2 抗渗等级材料的抗渗等级是指用标准方法进行透水试验时 材料标准试件在透水前所能承受的最大水压力 并以字母P及可承受的水压力 以0 1MPa为单位 来表示抗渗等级 如P4 P6 P8 P10 等 表示试件能承受逐步增高至0 4MPa 0 6MPa 0 8MPa 1 0MPa 的水压而不渗透 3 影响材料抗渗性的因素材料亲水性和憎水性通常憎水性材料其抗渗性优于亲水性材料 材料的密实度密实度高的材料其抗渗性也较高 材料的孔隙特征具有开口孔隙的材料其抗渗性较差 三 材料的热工性质 1 导热性当材料两面存在温度差时 热量提高建筑材料传递的性质 称为材料的导热性 导热性用导热系数 表示 式中 导热系数 W m K Q 传导的热量 J d 材料厚度 m F 热传导面积 m2 Z 热传导时间 h t2 t1 材料两面温度差 K 物理意义 单位厚度 1m 的材料 两面温度差为1K时 在单位时间 1s 内通过单位面积 1m2 的热量 2 热容量和比热材料在受热时吸收热量 冷却时放出热量的性质称为材料的热容量 用热容量系数或比热表示 比热的计算式如下所示 式中 C 材料的比热 J g K Q 材料吸收或放出的热量 热容量 m 材料质量 g t2 t1 材料受热或冷却前后的温差 K 三 材料的热工性质 三 材料的热工性质 3 热阻和传热系数热阻是材料层 墙体或其它围护结构 抵抗热流通过的能力 热阻的定义及计算式为 式中 R 材料层热阻 m2 K W d 材料层厚度 m 材料的导热系数 W m K 热阻的倒数 称为材料层 墙体或其它围护结构 的传热系数 传热系数是指材料两面温度差为1 时 在单位时间内通过单位面积的热量 三 材料的热工性质 4 材料的温度变形性材料的温度变形是指温度升高或降低时材料的体积变化 用线膨胀系数 表示 L t2 t1 L式中 L 线膨胀或线收缩量 mm或cm t2 t1 材料前后的温度差 K 材料在常温下的平均线膨胀系数 1 K L 材料原来的长度 mm或m 材料的线膨胀系数与材料的组成和结构有关 常选择合适的材料来满足工程对温度变形的要求 四 材料的力学性质 1 材料的强度材料的强度是材料在应力作用下抵抗破坏的能力 根据外力作用方式的不同 材料强度有 抗压 抗剪 抗弯 抗折 强度等 抗压 抗拉 抗剪 抗弯 四 材料的力学性质 抗压强度 抗拉强度 抗剪强度的计算 式中 f 材料强度 MPa Fmax 材料破坏时的最大荷载 N A 试件受力面积 mm2 抗弯强度的计算 中间作用一集中荷载 对矩形截面试件 则其抗弯强度用下式计算 式中 fw 材料的抗弯强度 MPa Fmax 材料受弯破坏时的最大荷载 N A 试件受力面积 mm2 L b h 两支点的间距 试件横截面的宽及高 mm 四 材料的力学性质 2 弹性和塑性 1 弹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 2 塑性材料在外力作用下产生变形 如果外力取消后 仍能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 四 材料的力学性质 3 脆性和韧性材料受力达到一定程度时 突然发生破坏 并无明显的变形 材料的这种性质称为脆性 大部分无机非金属材料均属脆性材料 如天然石材 烧结普通砖 陶瓷 玻璃 普通混凝土 砂浆等 脆性材料的另一特点是抗压强度高而抗拉 抗折强度低 在工程中使用时 应注意发挥这类材料的特性 四 材料的力学性质 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 是抵抗其它硬物刻划 压入其表面的能力 通常用刻划法 回弹法和压入法测定材料的硬度 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 回弹法用于测定混凝土表面硬度 并间接推算混凝土的强度 也用于测定陶瓷 砖 砂浆 塑料 橡胶 金属等的表面硬度并间接推算其强度 2 耐磨性耐磨性是材料表面抵抗磨损的能力 材料的耐磨性用磨耗率表示 计算公式如下 式中 G 材料的磨耗率 g cm2 m1 材料磨损前的质量 g m2 材料磨损后的质量 g A 材料试件的受磨面积 cm2 四 材料的力学性质 五 材料的耐久性 材料的耐久性是泛指材料在使用条件下 受各种内在或外来自然因素及有害介质的作用 能长久地保持其使用性能的性质 材料在建筑物之中 除要受到各种外力的作用之外 还经常要受到环境中许多自然因素的破坏作用 这些破坏作用包括物理 化学 机械及生物的作用 五 材料的耐久性 物理作用可有干湿变化 温度变化及冻融变化等 化学作用包括大气 环境水以及使用条件下酸 碱 盐等液体或有害气体对材料的侵蚀作用 机械作用包括使用荷载的持续作用 交变荷载引起材料疲劳 冲击 磨损 磨耗等 生物作用包括菌类 昆虫等的作用而使材料腐朽 蛀蚀而破坏 本章总结 材料的基本物理性质 材料的力学性质 材料的耐久性 重庆化工职业学院建筑工程教研室 第二章气硬性胶凝材料 胶凝材料的定义和分类 胶凝材料的定义经过一系列的物理和化学变化 能够产生凝结硬化 将块状或粉状材料胶结起来 形成为一个整体的材料 胶凝材料的分类 如沥青 聚合物等 胶凝材料 无机胶凝材料 有机胶凝材料 气硬性胶凝材料 水硬性胶凝材料 如 石灰 石膏 水玻璃等 无机胶凝材料 气硬性胶凝材料加水拌合均匀后形成的浆体 只能在空气中凝结硬化 而不能在水中硬化的胶凝材料 如石灰 石膏 水玻璃 镁质胶凝材料等 水硬性胶凝材料加水拌合均匀后形成的浆体 不仅能在干燥空气中凝结硬化 而且能更好地在水中硬化 保持或发展其强度 通称为 水泥 2 1石灰 一 石灰的生产 原材料生产石灰的原材料包括天然石灰石和化工副产品 主要成分为CaCO3 生产工艺 煅烧石灰生产过程 是石灰石煅烧过程 根据煅烧程度可分为欠火石灰 正火石灰 过火石灰 CaCO3 CaO CO2 MgCO3 MgO CO2 900 700 生石灰 二 石灰的熟化硬化过程 石灰的品种 生石灰的熟化熟化的过程生石灰 水熟石灰熟化的方式淋灰 生石灰粉 消石灰粉 化灰 熟石灰膏熟化过程的特点放出大量的热 体积膨胀1 5 3 5倍 熟化过程的注意事项熟石灰在使用前必须陈伏15d以上 防止过火石灰的危害 在化灰池表面保留一层水 防止石灰碳化 MgO H2O Mg OH 2CaO H2O Ca OH 2 64 83kj 二 石灰的熟化硬化过程 石灰的品种 石灰的硬化Ca OH 2从饱和溶液中析出 晶体互相交叉连生 从而提高强度 Ca OH 2空气中的CO2发生化学反应 形成CaCO3使石灰的强度逐渐提高 石灰的品种按石灰中的氧化镁含量的高低分按成品的加工方法分块状生石灰 磨细生石灰粉 消石灰粉 石灰膏 石灰乳等 生石灰 钙质石灰 镁质石灰 MgO 5 MgO 5 三 石灰的技术性质 石灰的质量等级建筑生石灰 建筑生石灰粉 建筑消石灰粉按有效CaO MgO的含量 可分为优等品 一等品和合格品三个等级 具体指标见教材 石灰的特性1 可塑性好 2 生石灰吸湿性强 保水性好 3 凝结硬化慢 强度低 4 硬化后体积收缩大 易开裂 5 耐水性差 四 石灰的应用 配制石灰砂浆和石灰乳 配制三合土和灰土 制作碳化石灰板 生产硅酸盐制品 生产无熟料水泥 四 石灰的储存 生石灰储存时间不宜过长 一般不超过一个月 作到 随到随化 不得与易燃 易爆等危险液体物品混合存放和混合运输 熟石灰在使用前必须陈伏15d以上 以防止过火石灰对建筑物产生的危害 2 2石膏 一 石膏胶凝材料的生产 石膏胶凝材料的生产通常是把二水石膏在一定的温度和压力下 经过煅烧 脱水 再经磨细而成 在不同的煅烧温度下 得到的产品是不同的 具体过程如下所示 二水石膏CaSO4 2H2O CaSO4 0 5H2O CaSO4 0 5H2O CaSO4 CaSO4 CaSO4 800 在建筑工程中常用建筑石膏 高强石膏用于生产建筑石膏制品 二 建筑石膏的凝结硬化 建筑石膏加水后 与水发生的化学反应如下 CaSO4 0 5H2O 1 5H2O CaSO4 2H2O建筑石膏的凝结硬化过程可以表示如下 建筑石膏凝结过程 是一个溶解 反应 沉淀 结晶的过程 硬化过程则是二水石膏晶体之间 结晶结构网的形成过程 晶体之间互相交叉连生 形成网状结构 随着反应的继续进行 结晶结构网逐渐密实 从而使石膏晶体逐渐硬化 建筑石膏 水 三 建筑石膏的等级与技术性质 建筑石膏的质量等级建筑石膏按其细度 强度 凝结时间等指标 划分为优等品 一等品 合格品三个等级 具体指标见下表 四 建筑石膏的技术性质 表观密度小 强度较低 凝结硬化快 孔隙率大 热导率小 凝结时体积产生微膨胀 吸湿性强 耐水性差 具有较好的防火性能 五 建筑石膏的应用 室内抹灰与粉刷生产建筑石膏制品生产水泥时作为缓凝剂加入水泥中 2 3水玻璃 一 水玻璃的硬化和性质 水玻璃又称泡花碱 是由碱金属氧化物和二氧化硅结合而成 是一种能够溶解于水的硅酸盐材料 水玻璃的硬化液体水玻璃吸收空气中的二氧化碳 形成无定型硅酸凝胶 并逐渐干燥硬化 具体反应式如下 Na2O nSiO2 CO2 mH2O Na2CO3 nSiO2 mH20为了加速水玻璃的硬化 可加热或掺入12 15 的促硬剂氟硅酸钠 水玻璃的性质1 粘结力强2 耐酸性好3 耐热性好 二 水玻璃的应用 涂刷或浸渍材料 加固地基 修补裂缝 堵漏 配制耐酸砂浆和耐酸混凝土 配制耐热砂浆和耐热混凝土 2 4镁质胶凝材料 镁质胶凝材料 菱苦土 菱苦土的生产镁质胶凝材料是将菱镁矿或白云石经煅烧 磨细而制成 煅烧的菱苦土为白色或浅黄色粉末 苛性白云石为白色粉末 菱苦土的水化硬化一般与MgCl2溶液按一定比例混合 硬化快 强度高 但吸湿性强 耐水性差 形成的水化产物主要为氯氧化镁和氢氧化镁 菱苦土的应用生产木屑地板 木丝板 刨花板等 菱苦土板材用于机械包装材料 可以节约大量木材 只能用于干燥状态下 而不能受潮 遇水或酸性介质侵蚀的部位 本章小结 胶凝材料的定义和分类 石灰 石膏 镁质胶凝材料 水玻璃都是气硬性胶凝材料 在现代建筑中的应用是很常见的建筑材料 1 石灰品种很多 各种石灰产品都统称石灰 石灰的强度很低 主要来源于Ca OH 2的结晶和碳化 利用石灰的特性可将其用于拌制砂浆 配制灰土和三合土 制作石灰碳化板和硅酸盐制品等 2 石膏的品种很多 不同品种的石膏 其生产条件不同 且性能及应用各异 建筑石膏是建筑工程中应用最多的一种石膏产品 建筑石膏凝结硬化速度很快 其技术性质要求主要表现在强度 细度 凝结时间三方面 利用它的特性可用于建筑室内抹灰及粉刷 并大量用于制作石膏制品 3 简单了解镁质胶凝材料和水玻璃的特点与用途 重庆化工职业学院建筑工程教研室 第三章水泥 水泥的特点和适用范围 水泥的特点水泥是一种粉末状材料 加水后拌合均匀形成的浆体 不仅能够在干燥环境中凝结硬化 而且能更好地在水中硬化 保持或发展其强度 形成具有堆聚结构的人造石材 水泥适用范围不仅适合用于干燥环境中的工程部位 而且也适合用于潮湿环境及水中的工程部位 水泥的分类 按性能和用途分 水泥 通用水泥 专用水泥 特性水泥 硅酸盐水泥 普通硅酸盐水泥 矿渣硅酸盐水泥 粉煤灰硅酸盐水泥 火山灰质硅酸盐水泥 复合硅酸盐水泥 如砌筑水泥 油井水泥 道路水泥 大坝水泥等 如白色硅酸盐水泥 快凝快硬硅酸盐水泥等 水泥的分类 按主要水硬性物质分 3 1硅酸盐水泥 一 硅酸盐水泥的原材料和生产工艺 硅酸盐水泥的原材料生产硅酸盐水泥熟料的原材料石灰质原料天然石灰石 也可采用与天然石灰石化学成分相似的材料如白垩 石灰华等 粘土质原料主要为粘土 其主要化学成分为SiO2 其次为Al2O3和少量Fe2O3 校正原料如铁矿粉采用赤铁矿 化学成分为Fe2O3 石膏主要为天然石膏矿 无水硫酸钙等 混合材料包括活性混合材料 粒化高炉矿渣 粉煤灰 火山灰质混合材料等 和非活性混合材料 石灰石粉 磨细石英砂等 硅酸盐水泥的生产工艺 两磨一烧 工艺生产水泥的方法主要有干法立窑生产和湿法回转窑生产两种 硅酸盐水泥分为 型硅酸盐水泥 不掺混合材料 和 型硅酸盐水泥 掺不超过5 混合材料 一 硅酸盐水泥的原材料和生产工艺 石灰石 粘土 铁矿粉 生料 石膏 硅酸盐水泥 混合材料 熟料 按比例混合 磨细 1350 1450 煅烧 磨细 立窑 回转窑 二 熟料的矿物组成及其特性 熟料的矿物组成 水泥熟料矿物 硅酸二钙 铁铝酸四钙 游离氧化钙和氧化镁 铝酸三钙 硅酸三钙 碱类及玻璃体 2CaO SiO2 C2S 4CaO Al2O3 Fe2O3 C4AF f CaO和f MgO 3CaO Al2O3 C3A 3CaO SiO2 C3S 化学式及简写 二 熟料的矿物组成及其特性 水泥熟料矿物的主要特性熟料矿物磨细加水 均能单独与水发生化学反应 其特点见上表 三 硅酸盐水泥的凝结和硬化 凝结硬化的概念凝结 水泥加水拌合而成的浆体 经过一系列物理化学变化 浆体逐渐变稠失去可塑性而成为水泥石的过程 硬化 水泥石强度逐渐发展的过程称为硬化 水泥的凝结过程和硬化过程是连续进行的 凝结过程较短暂 一般几个小时即可完成 硬化过程是一个长期的过程 在一定温度和湿度下可持续几十年 三 硅酸盐水泥的凝结和硬化 熟料矿物的水化反应硅酸三钙2 3CaO SiO2 6H2O 3CaO 2SiO2 3H2O 3Ca OH 2硅酸二钙2 2CaO SiO2 4H2O 3CaO 2SiO2 3H2O Ca OH 2铝酸三钙3CaO Al2O3 H2O 3CaO Al2O3 6H2O3CaO Al2O3 6H2O 3 CaSO4 2H2O 19H2O 3CaO Al2O3 3CaSO4 31H2O铁铝酸四钙4CaO Al2O3 Fe2O3 7H2O 3CaO Al2O3 6H2O CaO Fe2O3 H2O 三 硅酸盐水泥的凝结和硬化 熟料矿物的水化反应过程水化初期熟料矿物与水反应的速度较快 使水化产物不断地从液相中析出并聚集在水泥颗粒表面 形成以水化硅酸钙凝胶为主体的凝胶薄膜 大约在1h左右即在凝胶薄膜外侧及液相中形成粗短的针状钙矾石晶体 水化中期以水化硅酸钙 C S H 和氢氧化钙的快速形成为特征 水化后期由于新生成的水化产物的压力 水泥颗粒薄膜的凝胶薄膜破裂 使水进入未水化水泥颗粒的表面 水化反应继续进行 水化产物之间互相交叉连生 不断密实 固体之间的空隙不断减小 网状结构不断加强 结构逐渐紧密 三 硅酸盐水泥的凝结和硬化 A 凝胶体 C S H凝胶 水化硅酸钙凝胶 B 晶体 氢氧化钙 水化铝酸钙 水化硫铝酸钙 C 孔隙 毛细孔 凝胶孔 气孔等 D 未水化的水泥颗粒 水泥石的结构水泥石主要由凝胶体 晶体 孔隙 水 空气和未水化的水泥颗粒等组成 存在固相 液相和气相 四 硅酸盐水泥的主要技术性质 水泥物理化学指标 注 表中百分数均为质量百分数 四 硅酸盐水泥的主要技术性质 1 细度细度是指水泥颗粒的粗细程度 水泥颗粒的粗细 直接影响其水化反应速度 活性和强度 国家标准中规定 水泥的细度用比表面积测定仪 勃氏法 检测 硅酸盐水泥的细度为其比表面积大于300m2 kg 四 硅酸盐水泥的主要技术性质 2 标准稠度用水量硅酸盐水泥的标准稠度用水量一般在24 30 之间 四 硅酸盐水泥的主要技术性质 3 凝结时间凝结时间分为初凝时间和终凝时间 初凝时间是从加水至水泥浆开始失去塑性的时间 终凝时间是从加水至水泥浆完全失去塑性的时间 水泥初凝时间不宜过早 终凝时间不宜过迟 国家标准GB175 2007规定 硅酸盐水泥初凝不得早于45min 终凝不得迟于6 5h 390min 四 硅酸盐水泥的主要技术性质 4 体积安定性体积安定性是指水泥浆体硬化后体积变化的稳定性 水泥在硬化过程中体积变化不稳定 即为体积安定性不良 水泥安定性不良的原因 熟料中含有过量的游离氧化钙 f CaO 或含有过量的游离氧化镁 f MgO 生产水泥时掺入的石膏过量 国家标准GB175 2007规定 硅酸盐水泥的安定性用沸煮法检验必须合格 体积安定性不良的水泥严禁用于工程中 四 硅酸盐水泥的主要技术性质 5 强度及强度等级 1 胶砂强度国家标准 规定 水泥和标准砂按1 3 0质量比混合 加入规定量的水 水灰比为0 50 经标准试验方法搅拌成型 制成40mm 40mm 160mm的标准试件 在标准条件 1d温度为20 1 相对湿度90 以上的空气中带模养护 1d以后拆模 放入20 1 的水中养护 下养护 根据水泥品种不同 分别测定3d 28d的抗折强度和抗压强度 即为水泥的胶砂强度 四 硅酸盐水泥的主要技术性质 2 强度等级根据水泥的胶砂强度划分的级别称为强度等级 硅酸盐水泥的强度等级划分为42 5 42 5R 52 5 52 5R 62 5 62 5R共六个等级 表的规定 注 R型为早强型 主要是3d强度较高 四 硅酸盐水泥的主要技术性质 6 水化热水泥的水化热是指在水化过程中的放热量 单位为kJ kg 水化热的高低与熟料矿物的相对含量有关 铝酸三钙 硅酸三钙的水化热高 而铁铝酸四钙 硅酸二钙的水化热较低 因此要降低水化热 可适当减少铝酸三钙和硅酸三钙的含量 水化热主要对大体积混凝土工程有影响 对于大体积混凝土工程 应选择水化热较低的水泥 或者采取特殊措施降低水化热的危害 六 硅酸盐水泥的特性及应用 凝结硬化快 早期及后期强度均高 适用于有早强要求的工程 抗冻性好 适合水工混凝土和抗冻性要求高的工程 耐腐蚀性差 因水化后氢氧化钙和水化铝酸钙的含量较多 水化热高 不宜用于大体积混凝土工程 但有利于低温季节蓄热法施工 抗碳化性好 因水化后氢氧化钙含量较多 故水泥石的碱度不易降低 对钢筋的保护作用强 适用于空气中二氧化碳浓度高的环境 耐热性差 因水化后氢氧化钙含量高 不适用于承受高温作用的混凝土工程 耐磨性好 适用于高速公路 道路和地面工程 3 2掺混合材料的硅酸盐水泥 混合材料及其分类 混合材料为了改善水泥性能 提高水泥的产量 在生产时掺入的天然或人工矿物质材料 活性混合材料具有潜在水硬性或火山灰特性 或者兼具有潜在水硬性和火山灰特性的混合材料 粒化高炉矿渣 粉煤灰 火山灰质混合材料非活性混合材料不具有潜在水硬性或质量活性指标不能达到规定要求的混合材料 如磨细石灰石粉 磨细石英砂等 一 普通硅酸盐水泥 代号P O 定义硅酸盐水泥熟料 6 1 的混合材料 适量石膏技术性质要求 与硅酸盐水泥相比 相同点MgO含量 SO3含量 初凝时间 安定性的技术要求相同 不同点细度 80 m方孔筛筛余量不超过10 0 终凝时间 不迟于10h 烧失量 不得大于5 0 一 普通硅酸盐水泥 强度等级 普通硅酸盐水泥分为32 5 32 5R 42 5 42 5R 52 5 52 5R六个强度等级 各龄期的强度不低于下表的规定 一 普通硅酸盐水泥 主要特性 1 早期强度略低 后期强度高 2 水化热略低 3 抗渗性好 抗冻性好 抗碳化能力强 4 抗侵蚀 抗腐蚀能力稍好 5 耐磨性较好 耐热性能较好 应用普通硅酸盐水泥的应用范围和硅酸盐水泥相同 二 矿渣水泥 粉煤灰水泥 火山灰水泥 定义技术性质要求 与普通水泥相比 相同点MgO含量 细度 凝结时间 安定性的技术要求相同 不同点 熟料 适量石膏 20 70 粒化高炉矿渣 20 40 粉煤灰 20 50 火山灰质混合材料 矿渣水泥 P O 粉煤灰水泥 P S 火山灰水泥 P P 磨细 磨细 磨细 二 矿渣水泥 粉煤灰水泥 火山灰水泥 三氧化硫含量 矿渣水泥不超过4 0 火山灰质水泥 粉煤灰水泥不得超过3 5 强度等级 强度等级划分为32 5 32 5R 42 5 42 5R 52 5 52 5R共六个等级 各龄期的强度要求见下表 密度 水泥的密度为2800 3000kg m3 二 矿渣水泥 粉煤灰水泥 火山灰水泥 主要特性 与硅酸盐水泥 普通水泥相比 三种水泥的共同特性凝结硬化较慢 早强强度较低 后期强度增长较快 水化热较低 放热速度慢 抗硫酸盐腐蚀和抗水性较好 蒸汽养护适应性好 抗冻性 耐磨性及抗碳化性能较差 三种水泥各自特性矿渣水泥的抗渗性较差 但耐热性好 可用于温度不高于200 的混凝土工程中 火山灰水泥的抗渗性好 但干缩较大 不适用于长期处于干燥环境中的混凝土工程 粉煤灰水泥干缩小 抗裂性好 三 复合硅酸盐水泥和石灰石硅酸盐水泥 复合硅酸盐水泥 P C 与硅酸盐水泥相比 由于掺入了两种或两种以上的混合材料 复合水泥的水化热较低 早期强度较高 其强度要求与普通水泥的强度要求相同 石灰石硅酸盐水泥 P L 凡由硅酸盐水泥熟料和石灰石 适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料称为石灰石硅酸盐水泥 石灰石硅酸盐水泥的技术要求应符合相应标准的规定 3 3通用水泥的验收和保管 一 通用水泥的验收 包装标志和数量的验收包装标志的验收包装有袋装和散装两种袋装水泥在包装袋上应清楚地标明产品名称 代号 净含量 强度等级 生产许可证编号 生产者名称和地址 出厂编号 执行标准号 包装年月日等主要包装标志 掺火山灰质混合材料的普通硅酸盐水泥 必须在包装上标上 掺火山灰 字样 包装袋两侧应印有水泥名称和强度等级 印刷字体颜色 硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥 红色 矿渣硅酸盐水泥 绿色 火山灰质硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥 黑色 散装水泥供应时须提交与袋装水泥标志内容相同的卡片 一 通用水泥的验收 数量的验收袋装水泥每袋净含量为50kg 且不得少于标志质量的98 随机抽取20袋总质量不得少于1000kg 质量的验收检查出厂合格证和试验报告 复验 仲裁检验 一 通用水泥的验收 废品及不合格品的规定废品凡氧化镁 三氧化硫 初凝时间 安定性中的任一项不符合相应标准规定的通用水泥 均为废品 不合格品对于通用水泥 凡有下列情况之一者 均为不合格品 硅酸盐水泥 普通水泥 凡不溶物 烧失量 细度 终凝时间中任一项不符合标准规定者 矿渣水泥 火山灰水泥 粉煤灰水泥 复合水泥 凡细度 终凝时间中任一项不符合标准规定者 掺混合材料硅酸盐水泥混合材料掺量超过最大限值或强度低于商品强度等级规定的指标者 水泥出厂的主要包装标志中水泥品种 强度等级 工厂名称和出厂编号不全者 二 通用水泥的保管 不同品种和不同强度等级的水泥要分别存放 不得混杂 防水防潮 做到 上盖下垫 堆垛不宜过高 一般不超过10袋 场地狭窄时最多不超过15袋 储存期不能过长 通用水泥不超过三个月 水泥储存期超过三个月 水泥会受潮结块 强度大幅度降低 会影响水泥的使用 3 4其它品种水泥 一 铝酸盐水泥 定义以石灰岩和矾土为主要原料 配制成适当成分的生料 烧至全部或部分熔融所得以铝酸钙为主要矿物的熟料 经磨细而成的水硬性胶凝材料 代号CA 主要矿物成分铝酸一钙 CaO Al2O3简写CA 凝结正常 硬化迅速 为铝酸盐水泥强度的主要来源 二铝酸一钙 CaO 2Al2O3简写CA2 其特点是凝结硬化慢 早期强度较低 后期强度高 此外还有少量水化极快 凝结迅速而强度不高的七铝酸十二钙 12 7 以及胶凝性极差的铝方柱石 C2AS 六铝酸一钙 CA6 等矿物 一 铝酸盐水泥 铝酸盐水泥的水化与硬化当温度低于30 时 水化生成水化铝酸钙 CAH10 水化铝酸二钙 C2AH8 氢氧化铝凝胶 AH3 铝酸盐水泥的硬化过程与硅酸盐水泥基本相似 CAH10 C2AH8都属六方晶系 其晶体呈片状或针状 互相交错攀附 重叠结合 可形成坚强的结晶共生体 使水泥获得很高的强度 氢氧化铝凝胶又填充于晶体骨架的空隙 所以能形成比较致密的结构 当温度高于30 时 水化生成立方晶系的水化铝酸三钙 C3AH6 氢氧化铝凝胶 AH3 此时形成的水泥石孔隙率很大 强度较低 因而铝酸盐水泥不宜在高于30 的条件下养护 水化铝酸二钙氢氧化铝凝胶 一 铝酸盐水泥 铝酸盐水泥的技术要求细度比表面积不小于300m2 kg或0 045mm筛余不大于20 凝结时间按GB201 2000规定的标准稠度胶砂测得的凝结时间应符合如下要求 CA 50 CA 70 CA 80铝酸盐水泥的初凝时间不早于30min 终凝时间应不迟于6 CA 60铝酸盐水泥的初凝时间不早于60min 终凝时间应不迟于18 强度铝酸盐水泥按照Al2O3含量分为四类 各类型铝酸盐水泥的不同龄期强度值不得低于GB201 2000的规定 铝酸盐水泥受到高温作用时 由于产生了固相反应 烧结结合代替了水化结合 因而具有良好的耐高温性能 一 铝酸盐水泥 铝酸盐水泥的特性与应用早期强度很高 故适用于工期紧急的工程 抗渗性 抗冻性好 抗硫酸盐腐蚀性好 水化放热极快且放热量大 不得应用于大体积混凝土工程 耐热性好 高温下产生烧结作用 具有良好的耐高温性能 较高的强度 故适合耐热工程 长期强度降低较大 不适合长期承载结构 二 道路硅酸盐水泥 定义以道路硅酸盐水泥熟料 活性混合材料和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料称为道路硅酸盐水泥 简称道路水泥 技术要求道路水泥中铝酸三钙含量不大于5 0 铁铝酸四钙含量不小于16 0 游离CaO含量不大于1 0 特性道路硅酸盐水泥强度较高 特别是抗折强度高 耐磨性好 干缩率低 抗冲击性 抗冻性和抗硫酸盐侵蚀能力比较好 应用适用于水泥混凝土路面 机场跑道 车站及公共广场等工程的面层混凝土中应用 三 中热硅酸盐水泥和低热矿渣硅酸盐水泥 中热硅酸盐水泥由适当成分的硅酸盐水泥熟料 加入适量石膏 磨细制成的具有中等水化热的水硬性胶凝材料 称为中热硅酸盐水泥 低热矿渣硅酸盐水泥由适当成分的硅酸盐水泥熟料 加入矿渣 适量石膏 磨细制成的具有低水化热的水硬性胶凝材料 称为低热矿渣硅酸盐水泥 简称低热矿渣水泥 四 白色硅酸盐水泥和彩色硅酸盐水泥 白色硅酸盐水泥的组成 性质与硅酸盐水泥基本相同 所不同的是在配料和生产过程中严格控制着色氧化物 Fe2O3 MnO Cr2O3 TiO2等 的含量 彩色硅酸盐水泥简称彩色水泥 它是用白水泥熟料 适量石膏和耐碱矿物颜料共同磨细而制成的 白水泥和彩色水泥广泛地应用于建筑装修中 如制作彩色水磨石 饰面砖 锦砖 玻璃马赛克以及制作水刷石 斩假石 水泥花砖等 本章小结 1 水泥按性能和用途分为通用水泥 专用水泥和特性水泥三大类 2 通用水泥主要包括七大品种 3 通用水泥的细度 凝结时间 体积安定性和强度 是评定水泥质量的技术指标 4 通用水泥的定义 主要技术性质 特性及应用 验收和保管等内容 是本章的重点内容 5 专用水泥和特性水泥 了解其特性及应用 第四章普通混凝土及砂浆 4 1概述 正在施工的秦山核电站 一 混凝土的定义 混凝土由胶凝材料 细骨料 粗骨料 水以及必要时掺入的化学外加剂组成 经过胶凝材料凝结硬化后 形成具有一定强度和耐久性的人造石材 普通混凝土由水泥 砂 石子 水以及必要时掺入的化学外加剂组成 经过水泥凝结硬化后形成的 干体积密度为2000 2800kg m3 具有一定强度和耐久性的人造石材 又称为水泥混凝土 简称为 混凝土 三峡工程钢筋混凝土重力坝 二 混凝土的分类 按体积密度分重混凝土 0 2800kg m3 普通混凝土 0 2000 2800kg m3 轻混凝土 0 19500kg m3 按胶凝材料分水泥混凝土 硅酸盐混凝土 沥青混凝土 聚合物水泥混凝土 聚合物浸渍混凝土等 按用途分结构混凝土 防水混凝土 道路混凝土 耐酸混凝土 大体积混凝土 防辐射混凝土等 二 混凝土的分类 按生产和施工工艺分预拌混凝土 商品混凝土 泵送混凝土 喷射混凝土 碾压混凝土 离心混凝土 等 按强度分普通混凝土 C60 高强混凝土 C60 超高强混凝土 100MPa 按配筋情况分素混凝土 钢筋混凝土 预应力混凝土 钢纤维混凝土等 喷射混凝土施工 三 混凝土的特点 优点抗压强度高 耐久 耐火 维修费用低 原材料丰富 成本低 混凝土拌合物具有良好的可塑性 混凝土与钢筋粘结良好 一般不会锈蚀钢筋 缺点抗拉强度低 约为抗压强度的1 10 1 20 变形性能差 导热系数大 约为1 8W m K 体积密度大 约为2400kg m3左右 硬化较缓慢 4 2普通混凝土组成材料 混凝土的结构 混凝土的结构水泥 水 水泥浆 砂 水泥砂浆 石子 混凝土拌合物 硬化混凝土组成材料的作用 混凝土体积构成水泥石 25 左右 砂和石子 70 以上 孔隙和自由水 1 5 一 水泥的选择 品种的选择配制普通混凝土的水泥品种 应根据混凝土的工程特点或所处的环境条件 结合水泥性能 且考虑当地生产的水泥品种情况等 进行合理地选择 强度等级的选择原则上 配制高强度等级的混凝土 选择高强度等级的水泥 一般情况下 水泥强度等级为混凝土强度等级的1 5 2 0倍 配制高强混凝土时 可选择水泥强度等级为混凝土强度等级的1倍左右 二 砂的技术质量要求 定义砂是指粒径在4 75mm以下的颗粒 分类按产源分按技术要求分 类宜用于强度等级大于C60的混凝土 类用于强度等级为C30 C60及抗冻 抗渗或其他要求的混凝土 类宜用于强度等级小于C30的混凝土和建筑砂浆 砂 天然砂 人工砂 机制砂 混合砂 河砂 湖砂 山砂 和淡化海砂等 二 砂的技术质量要求 1 表观密度 堆积密度及空隙率表观密度 s 2500kg m3 松散堆积密度 so 1350kg m3 空隙率P 47 2 含泥量 泥块含量及石粉含量含泥量是指粒径小于0 075mm的颗粒含量 泥块含量是指粒径大于1 18mm 经水洗 手捏后小于600 m的颗粒含量 石粉含量是指人工砂中粒径小于0 075mm的颗粒含量 具体指标见表 二 砂的技术质量要求 天然砂含泥量和泥块含量 人工砂石粉含量和泥块含量 二 砂的技术质量要求 3 有害物质含量砂中不应混有草根 树叶 树枝 塑料等杂物 有害物质主要是云母 轻物质 有机物 硫化物及硫酸盐 氯化物等 见下表 二 砂的技术质量要求 4 颗粒级配 1 颗粒级配是指不同粒径颗粒搭配的比例情况 2 级配良好的砂 不同粒径颗粒搭配比例适当 其空隙率小 且总表面积小 可以节约水泥或改善混凝土拌合物的和易性 3 颗粒级配采用筛分法确定 详见实验部分 4 颗粒级配的指标级配区按600 m筛的累计筛余率的大小 可分为1区 2区 3区共三个级配区 详见下页表 级配合格判定砂的实际级配全部在任一级配区规定范围内 除4 75mm和600 m筛档外 可以略有超出 但超出总量应小于5 二 砂的技术质量要求 砂的颗粒级配区 二 砂的技术质量要求 5 级配的选择宜优先选择级配在2区的砂 当采用1区砂时 应适当提高砂率 当采用3区砂时 应适当减小砂率 5 规格砂按细度模数大小分为粗砂 中砂 细砂 粗砂Mx 3 7 3 1 中砂Mx 3 0 2 3 细砂Mx 2 2 1 6 细度模数按下式计算 式中 Mx 细度模数 A1 A2 A3 A4 A5 A6 分别为4 75mm 2 36mm 1 18mm 600 m 300 m 150 m筛的累计筛余百分率 三 石子的技术质量要求 定义粒径大于4 75mm的骨料称为粗骨料 分类按产源分 卵石和碎石按技术要求分 类宜用于强度等级大于C60的混凝土 类用于强度等级为C30 C60及抗冻 抗渗或其他要求的混凝土 类宜用于强度等级小于C30的混凝土和建筑砂浆 三 石子的技术质量要求 1 表观密度 堆积密度及空隙率表观密度 g 2500kg m3 松散堆积密度 go 1350kg m3 空隙率P 47 2 含泥量 泥块含量及石粉含量含泥量是指粒径小于0 075mm的颗粒含量 泥块含量是指卵石 碎石中粒径大于4 75mm经水洗手捏后小于2 36mm的颗粒含量 具体指标见表 三 石子的技术质量要求 3 针片状颗粒含量针状颗粒是指颗粒长度大于该颗粒所属粒级的平均粒径2 4倍者 片状颗粒是指颗粒厚度小于平均粒径0 4倍者 针片状颗粒不仅本身容易折断 而且会增加骨料的空隙率 使拌合物和易性变差 强度降低 见表 碎石 卵石含泥量和泥块含量 三 石子的技术质量要求 碎石 卵石针片状颗粒含量 4 有害物质含量卵石 碎石中不应混有草根