土木工程材料ppt课件

.,绪论,一、土木工程材料的定义1.广义：指建造建筑物和构筑物的所有材料，包括使用的各种原材料、半成品、成品等的总称。如粘土，生石灰，混凝土等。,2.狭义：指直接构成建筑物和构筑物实体的材料。如混凝土、水泥、钢筋、粘土砖、玻璃等。,两个基本要求：,2、在其使用过程中，能抵御周围环境的影响与有害介质的侵蚀，保证建筑物和构筑物的合理使用寿命。同时也不能对周围环境产生危害。,1、满足建筑物和构筑物本身的技术性能要求，保证能正常使用。,.,二、土木工程材料的分类,绪论,.,绪论,.,绪论,三、土木工程材料的技术标准1、标准：对某项技术实行统一的执行要求。2、标准的分类（一）我国的土木工程材料技术标准：（1）国家标准强制性标准代号GB,推荐性标准代号GB/T，它表示也可以执行其他标准，是非强制性的。（2）行业标准建筑工程行业标准代号JG,土木工程材料行业标准代号JC（3）地方标准（DB）和企业标准（QB）,.,（二）国际标准及其他国家标准：团体标准和公司标准。指国际上有影响的团体和公司的标准。如美国材料与实验协会标准（ASTM）等。区域性标准。如德国工业标准(DIN)等。国际标准化组织标准，代号ISO。,绪论,例：国家标准（强制性）钢筋混凝土用热轧带肋钢筋GB14991998建筑行业标准（推荐性）建筑石灰JC/T47992GB强制性国家标准代号1499标准发布顺序号1988标准发布年代其他标准只是前面的代号变，表示方式均与例子中表示一样。,.,绪论,硅酸盐水泥各龄期的强度要求(GB17592),.,四、土木工程材料的发展及发展趋势1、土木工程材料的发展：随生产力发展而发展原始时代天然材料：木材、岩石、竹、粘土石器、铁器时代金字塔（2000-3000BC)：石材、石灰、石膏万里长城（200BC):条石、大砖、石灰砂浆布达拉宫：石材、石灰砂浆18世纪中叶钢材、水泥19世纪钢筋混凝土（1890-1892）；中国，1898,绪论,.,20世纪预应力混凝土、高分子材料21世纪轻质、高强、节能、高性能绿色建材,2、土木工程材料的发展趋势：（1）轻质、高强；（2）发展多功能材料；（3）廉价、低耗能（4）由单一材料向复合材料及制品发展（5）扩大装配式预制构件的工厂化生产；（6）用工农业废料、废渣等代替自然资源为原料，向环保方向发展；（7）发展更多花色品种的装饰材料。,绪论,.,第一章土木工程材料的基本性质,材料的基本性质：是指材料处于不同的使用条件和使用环境时，通常必须考虑的最基本的、共有的性质。因为土木工程材料所处建（构）筑物的部位不同、使用环境不同、人们对材料的使用功能要求不同，所起的作用就不同，要求的性质也就有所不同。,.,第一章土木工程材料的基本性质,1-1材料的物理状态参数,一、材料的密度、表观密度及体积密度：,1.密度：,m-材料在干燥状态下的质量V-材料在绝对密实状态下的体积,测定办法：1）测质量：烘干（烘箱）称量（天平）；2）测体积：（a）外观规则的材料，直接用游标卡尺测量尺寸求体积，如钢材、玻璃等;（b）外观不规则的坚硬颗粒，如砂、石等，将其磨成细粉后，可由排水法测得。,.,第一章土木工程材料的基本性质,表观密度的测定：质量测定用天平体积测定可采用排水法,2.表观密度：,-材料的质量-材料在自然状态下的表观体积,注意：1.Vb=V+V闭孔2.表观密度须注明含水状态，常是一个范围内的值。,.,第一章土木工程材料的基本性质,3.体积密度：,-材料的质量-材料在自然状态下的体积,注意：1.V0=V+V闭孔+V开孔,体积密度的测定：1）外形规则的材料，如砖，可直接测量体积得到；2）外形不规则的砂石等，可采用封腊排水法测定体积；,.,第一章土木工程材料的基本性质,二、材料的密实度与孔隙率,1.密实度：,2.孔隙率：,.,第一章土木工程材料的基本性质,孔隙大小,孔隙状态：,孔径0.01极细孔隙孔径1.0细小孔隙孔径1.0粗大孔隙,封闭孔隙指常压下吸不到水，当水压太大时可以通过材料内部的毛细通道进入其中,.,第一章土木工程材料的基本性质,三、散粒材料：,m-材料的质量-材料的堆积体积,1.堆积密度：,2.填充率：,3.空隙率：,空隙率可作为控制混凝土骨料级配与计算含砂率的依据。,.,第一章土木工程材料的基本性质,表1.2常用土木工程材料的密度、表观密度、堆积密度和孔隙率,.,第一章土木工程材料的基本性质,例题：已知某种建筑材料试样的孔隙率为24%，此试样在自然状态下的体积为40cm3，质量为85.50g，吸水饱和后的质量为89.77g，烘干后的质量为82.30g。试求该材料的密度、表观密度、开口孔隙率、闭口孔隙率。解：密度=干质量/密实状态下的体积=82.30/40（1-0.24）=2.7g/cm3开口孔隙率=开口孔隙的体积/自然状态下的体积=（89.77-82.3）1/40=0.187闭口孔隙率=孔隙率-开口孔隙率=0.24-0.187=0.053表观密度=干质量/表观体积=82.3/40（1-0.187）=2.53,.,第一章土木工程材料的基本性质,1-2材料的力学性质,一、材料的变形性质：,1、材料的弹性变形和塑性变形,1)弹性变形：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)。,材料的力学性质：指材料在外力作用下所引起的变化的性质。,例：钢筋受力变形,2)塑性变形：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)。,.,第一章土木工程材料的基本性质,2、脆性和韧性1）脆性：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的性质。2）韧性（冲击韧性）：在冲击、震动荷载作用下，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。,脆性材料的抗压强度比其抗拉强度往往要高很多倍。它对承受震动作用和抵抗冲击荷载是不利的。在建筑工程中，对于要求承受冲击荷载和有抗震要求的结构，如吊车梁、桥梁、路面等所用的材料，均应具有较高的韧性。,.,第一章土木工程材料的基本性质,.,第一章土木工程材料的基本性质,二、强度、强度等级和比强度1、强度：在外力作用下不破坏时能承受的最大应力称为强度。根据外力作用方式的不同，材料的强度有抗压强度、抗拉强度、抗弯强度（或抗折强度）及抗剪强度等形式。,()抗压()抗拉()抗折()抗剪,1）抗压强度、抗拉强度、抗剪强度计算公式：2）抗弯强度：,.,第一章土木工程材料的基本性质,2、强度等级:大多数土木工程材料根据其极限强度的大小，划分成若干不同等级，即强度等级。将土木工程材料划分若干标号，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。塑性和韧性材料一般按照材料的抗拉极限强度进行分级，如钢材分为Q195，215，235，255，275等；脆性材料一般按照材料的极限抗压强度进行分级的，混凝土强度等级：C10、C20、C25、C30、C35、C40。,.,第一章土木工程材料的基本性质,3、比强度：材料强度与其表观密度之比。是衡量材料是否轻质、高强的指标。,钢材、木材和混凝土的强度比较,可知，木材是轻质高强的高效能材料，而普通混凝土为质量大而强度较低的材料，所以努力促进普通混凝土这一当代最重要的结构材料向轻质、高强方向发展，是一项十分重要的工作。,.,第一章土木工程材料的基本性质,三、材料的硬度和耐磨性：1、硬度：材料抵抗其他物体压入或刻划的能力称为硬度。即受压时抵抗局部塑性变形的能力。测定法：金属材料等的硬度常用压入法测定，如布氏硬度法，是以单位压痕面积上所受的压力来表示。陶瓷等材料常用刻划法测定。,.,第一章土木工程材料的基本性质,2、耐磨性：耐磨性是材料表面抵抗磨损的能力。常用耐磨率表示（道路路面、工业地面、踏步、台阶等受磨损的部位，选择材料需考虑其耐磨性）。,耐磨率，,磨前质量，,磨后质量，,试件受磨面积，,一般硬度越大耐磨性越好，工程上也常用硬度来换算出材料的耐磨性,.,第一章土木工程材料的基本性质,1-3材料与水有关的性质,一、材料的亲水性与憎水性：材料与水接触时由于水在固体表面润湿状态不同，表现为亲水与憎水两种不同的性质。用润湿角判断。,润湿角：,亲水性材料有：砖、混凝土砌块等。憎水性材料有：沥青、石蜡和塑料等，常用做防水、防潮材料。,90o180o憎水材料,90o亲水材料,.,第一章土木工程材料的基本性质,二、材料的吸水性与吸湿性：,1、吸水性：材料在水中吸收水分的性质。,质量吸水率:,体积吸水率:,各种材料的吸水率相差很大，如花岗等致密岩石的吸水率（质量吸水率）仅为0.5%0.7，普通混凝土为23，粘土砖为820。而木材或其他轻质材料的吸水率则常大于100。,mb吸水饱和后质量mg干燥状态下质量V0干燥时自然体积干燥时体积密度,.,第一章土木工程材料的基本性质,2、吸湿性：材料在空气中吸收水的性质。,含水率,吸湿作用一般是可逆的，也就是说材料既可吸收空气中的水分，又可向空气中释放水分。潮湿材料在干燥的空气中会放出水分，此称还湿性。,含水率，%,ms吸湿状态下的质量mg干燥状态下质量,.,第一章土木工程材料的基本性质,平衡含水率：材料中所含水分与空气湿度达到平衡时的含水率。,干燥的材料,吸收空气中的水分,潮湿的材料,平衡含水率,释放水分,.,第一章土木工程材料的基本性质,.,第一章土木工程材料的基本性质,三、耐水性：材料长期处于水的作用下不破坏，其强度也不严重降低的性质。用软化系数表示。,四、抗渗性：材料抵抗压力水或其他液体渗透的性质。,软化系数:,材料在吸水饱和状态下的抗压强度,fg材料在干燥状态下的抗压强度,（软化系数0.85的材料，认为是耐水的材。）,混凝土、砂浆等的抗渗性用抗渗等级表示。例如：P4、P6、P8分别表示材料能承受0.4、0.6、0.8MPa的水压而不透水。,抗渗系数越小、抗渗等级越高抗渗性越好。对地下建筑、水工建筑物、压力管等，要求材料具有一定的抗渗性。,抗渗系数:,.,第一章土木工程材料的基本性质,1-4材料的耐久性,一、耐久性的概念：材料在使用过程中，能长期抵抗各种环境因素作用而不破坏，且能保持原有性质的性能。材料在使用过程中会受到各种外力的作用，还受到环境中各种自然因素的破坏作用如物理作用、化学作用、生物作用。,不同材料所处的工作环境不同，耐久性包含的内容不同。所以，要提高材料的耐久性，应根据材料种类特点即建筑物所处的环境条件进行具体分析，选择正确的材料。,抗冻性耐久性是一个综合性质：抗渗性抗化学侵蚀性抗碳化性能等等,.,第一章土木工程材料的基本性质,.,第一章土木工程材料的基本性质,例：图为莫大楼的外表面，从中可以看见墙壁发黑，在有些地方可见白色流迹线，还有凸凹不平的现象是分析其原因,.,第一章土木工程材料的基本性质,1-5材料的热工性质（了解）,一、导热性：,三、热容量：指材料在温度变化时吸收和放出热量的能力。,二、比热：,热容量高的材料，能对室内温度起调节作用。,导热系数越小，材料的保温隔热性能越好。,导热系数：,1kg材料温度升高（或降低）1K时所吸收或放出的热量。用C表示。,材料两侧有温差时热量由高温侧向低温侧传递的能力。,.,第一章土木工程材料的基本性质,四、材料的温度变形性,式中:材料在常温下的平均线膨胀系数()线膨胀或线收缩量（mm或cm）材料升（降）温前后的温度差（）L材料原来的长度（或）,线膨胀系数:,材料的温度变形是指温度升高或降低时材料的体积变化。,.,第一章土木工程材料的基本性质,1-6材料的装饰性能（了解）,一、装饰材料的基本要求1、颜色2、光泽3、质感4、表面组织及形状尺寸二、装饰材料的选用原则1、满足使用功能2、满足装饰效果3、材料的安全性4、有利于人的身心健康5、合理的耐久性6、经济性原则7、便于施工,.,第一章土木工程材料的基本性质,1-7材料的组成、结构和构造（了解）,一、材料的组成,化学组成：是指构成材料的化学成分。不同化学成分组成的材料其性质不同。,矿物组成：是指元素组成相同，单分子团形成形式各异的现象。,材料的化学组成不同，则材料的矿物组成就不同。材料的化学组成相同，可以有不同的矿物组成。,.,第一章土木工程材料的基本性质,.,第一章土木工程材料的基本性质,二、材料的结构,1、宏观结构：指用肉眼或放大镜能分辨的粗大组织。其尺寸在10-3m级以上。,2、亚微观结构（显微或细观结构）：指用光学显微镜所看到的结构。其尺寸范围在10-310-6m。,3、微观结构：指通过用电子显微镜、X-射线衍射仪等手段来研究的原子级或分子级结构。尺寸范围在10-6-10-10m。,.,第一章土木工程材料的基本性质,宏观结构,1.散粒结构由单独的颗粒组成。2.聚集结构材料中的颗粒通过胶结材料彼此牢固地结合在一起。3.多孔结构材料中含有大量的,大的,或微小的均匀分布的孔隙。4.致密结构材料在外观上和结构上都是致密的。5.纤维结构是木材,玻璃纤维制品所特有的结构。6.层状结构是板材常见的结构。,大理石,.,材料的宏观结构及其相应的主要特征,第一章土木工程材料的基本性质,.,习题：1、同种材料，如孔隙率越大，则材料的强度越，保温性越，吸水率越。2、软化系数表明材料的（）。A、抗渗性B、抗冻性C、耐水性D、吸湿性3、新建的房屋保暖性差，到冬季更甚，这是为什么？(提示：从导热系数的影响因素考虑。)4、破碎的岩石试件经完全干燥后，其质量为482g，将放入盛有水的量筒中，经一定时间石子吸水饱和后，量筒的水面由原来的452cm3上升至630cm3。取出石子，擦干表面水分后称得质量为487g。试求该岩石的表观密度、吸水率？,第一章土木工程材料的基本性质,.,第一章土木工程材料的基本性质,解：1）体积密度：=2487/1462.8=1.7g/cm3孔隙率=37%V孔/1462.8100%=37%故孔的体积：V孔=541.236cm3，求绝对密实体积：V=Vo-V孔=1462.8-541.236=921.6cm32）求密度：=2487/921.6=2.7g/cm33）求含水率：W=(m2-m1)/m1100%=(2984-2487)/2487100%=20%,5、烧结普通砖的尺寸为240mm115mm53mm，已知其孔隙率为37%，干燥质量为2487g，浸水饱和后质量为2984g。试求该砖的绝对密实体积、密度、吸水率。,.,第二章气硬性胶凝材料,一、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。二、胶凝材料的分类,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,第一节绪论,无机胶凝材料则以无机化合物为基本成分。(绝大多数的无机化合物可以归入氧化物、酸、碱、盐四大类),有机胶凝材料以天然的或合成的有机高分子化合物为基本成分，常用的有沥青、各种合成树脂等。,.,第二章气硬性胶凝材料,（1）气硬性胶凝材料：只能在空气中（干燥条件下）硬化并保持和发展其强度的胶凝材料，如石灰、石膏、水玻璃；（2）水硬性胶凝材料：既能在地上或空气中硬化，又能在水中或地下硬化并保持和发展其强度的胶凝材料，如水泥；,在土木工程材料中，胶凝材料是基本材料之一，通过它的胶结作用可配制出各种混凝土及建筑制品，衍生出许多新型材料，不同胶凝材料衍生出材料及制品将会有不同的性质。,.,第二章气硬性胶凝材料,第二节石灰,一、石灰的原料及生产：（一）原料：以碳酸钙为主要成分的天然岩石，常用的有石灰石，白云石，贝壳等。（二）生产工艺：,欠火石灰过火石灰正火石灰,为了加速分解过程，煅烧温度常提高至10001100左右。,9001000,(三)石灰的另一来源是利用化学工业副产品。如：用电石（碳化钙）制取乙炔时的电石渣（Ca（OH）2）。,CaCO3CaO+CO2,石灰岩,生石灰,.,第二章气硬性胶凝材料,二、石灰的熟化(消化、工地称为“淋灰”)：（一）石灰熟化原理：注意：1、熟化反应是放热反应2、熟化反应过程体积膨胀1-2.5倍（二）石灰的陈伏：过火石灰熟化较慢，当石灰已经硬化后才开始熟化，引起隆起和开裂，为了消除过火石灰的危害，石灰浆应在储灰池中存放两周以上，使未曾熟化的石灰颗粒充分熟化，这一过程叫做“陈伏”。,CaO+H2O=Ca(OH)2十64.9103J,.,第二章气硬性胶凝材料,（三）石灰的熟化方法及用途：按石灰用途，我国工地上熟化石灰的方法有两种：消石灰浆法和消石灰粉法（淋灰法和化灰法）。1)用于调制石灰砌筑砂浆或抹灰砂浆时，需将生石灰加水熟化成消石灰浆。生石灰在化灰池中熟化后，通过筛网流入储灰坑储存两周以上。2)用于拌制石灰土(石灰、粘土)、三合土(石灰、粘土、砂石或炉渣等)时，将生石灰加水熟化成消石灰粉。现在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。,三、石灰的硬化（一）干燥硬化浆体中大量水分蒸发，但尚留一部分游离水，水表面张力将石灰粒子紧密连接到一起，具有一定的强度。,.,第二章气硬性胶凝材料,（二）结晶硬化Ca（OH）2从饱和溶液中析出，逐渐由胶体转变成晶体的过程，主要作用力为分子力，晶体互相交叉连生，从而提高强度。（三）碳化硬化Ca（OH）2与空气中的CO2发生化学反应，形成CaCO3使石灰的强度逐渐提高。四、石灰的品种1）按石灰中的氧化镁含量的高低分2）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。,.,第二章气硬性胶凝材料,石灰石,块状生石灰,熟石灰粉,生石灰粉,石灰膏,石灰乳,.,第二章气硬性胶凝材料,五、石灰的技术标准建筑生石灰、建筑生石灰粉、建筑消石灰粉按有效CaOMgO及杂质的含量，可分为优等品、一等品和合格品三个等级。具体指标见表2.1-2.3。六、石灰的应用及储存（一）石灰的特点1、良好的保水性；熟化生成的氢氧化钙颗粒极其细小，比表面积（材料的总表面积与其质量的比值）很大，使得氢氧化钙颗粒表面吸附有一层较厚的水膜，即石灰的保水性好。2、生石灰水化时水化热大，体积增大；3、凝结硬化慢、强度低；,.,表2.1建筑生石灰的技术指标,第二章气硬性胶凝材料,.,表2.2建筑生石灰粉的技术要求,第二章气硬性胶凝材料,.,表2.3建筑消石灰粉的技术要求,第二章气硬性胶凝材料,.,第二章气硬性胶凝材料,4、硬化后体积收缩大，易开裂；5、耐水性差；6、化学稳定性差。（二）石灰的应用1、配制石灰砂浆和石灰乳涂料石灰砂浆由石灰膏和砂、水拌合而成，可用作内墙、顶棚的抹面。石灰乳由石灰膏稀释而成，常用作内墙和顶棚的粉刷涂料。2、配制灰土和三合土灰土：熟石灰粉+粘土。三合土：熟石灰粉+粘土+砂、石或炉渣等填料。（三七灰土、四六灰土）可广泛用作建筑物的基础、路面或地面的垫层。,.,第二章气硬性胶凝材料,例既然石灰不耐水，为什么由它配制的灰土或三合土却可以用于基础的垫层、道路的基层等潮湿部位？解(1)石灰土或三合土是由消石灰粉和粘土等按比例配制而成的。加适量的水充分拌合后，经碾压或夯实，在潮湿环境中石灰与粘土表面的活性氧化硅或氧化铝反应，生成具有水硬性的水化硅酸钙或水化铝酸钙，所以灰土或三合土的强度和耐水性会随使用时间的延长而逐渐提高，适于在潮湿环境中使用。(2)再者，由于石灰的可塑性好，与粘土等拌合后经压实或夯实，使灰土或三合土的密实度大大提高，降低了孔隙率，使水的侵入大为减少。因此灰土或三合土可以用于基础的垫层、道路的基层等潮湿部位。,.,第二章气硬性胶凝材料,3、制作碳化石灰板碳化石灰板是将磨细生石灰、纤维状填料（如玻璃纤维）或轻质骨料（如矿渣）搅拌、成型，然后经人工碳化而成的一种轻质板材，适宜作非承重内墙板、天花板等。4、制作硅酸盐制品磨细生石灰或消石灰粉与砂或粒化高炉矿渣、炉渣、粉煤灰等硅质材料经配料、混合、成型，再经常压或高压蒸汽养护，就可制得密实或多孔的硅酸盐制品。如灰砂砖、粉煤灰砖及砌块、加气混凝土砌块等。,.,第二章气硬性胶凝材料,（三）石灰的储存1、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”。2、生石灰不得与易燃、易爆等危险液体物品混合存放和混合运输。3、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。,工程实例某工地要使用一种生石灰粉，现取试样，应如何判该石灰的品质？1.检测石灰中CaO和MgO的含量,细度。2.根据MgO含量，判定该石灰的类别(属钙质/镁质石灰)3.查表判定该石灰的等级。,.,第二章气硬性胶凝材料,第三节石膏,一、建筑石膏的原料及生产,天然的原材料,（一）原材料,化学工业副产品,天然的二水石膏（软石膏）,磷石膏和盐田石膏,（二）生产过程,.,第二章气硬性胶凝材料,天然石膏,建筑石膏,.,第二章气硬性胶凝材料,二、建筑石膏的水化与硬化建筑石膏（半水石膏）重新水化放热生成二水石膏的化合反应过程：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。建筑石膏凝结硬化很快，一般初凝不小于6分钟，终凝不超过30分钟。三、建筑石膏的技术性质,.,第二章气硬性胶凝材料,（一）技术指标建筑石膏色白，密度2.602.75g/cm3,堆积密度8001000kg/cm3,根据国标建筑石膏的规定，按其凝结时间、细度及强度指标分为三级。优等、一等和合格。,表2.4建筑石膏的技术要求(GB977688),.,第二章气硬性胶凝材料,（二）技术特性1、强度低；2、凝结硬化快，初凝6分，终凝30分；3、孔隙率大（5060%），热导率小（0.1210.205W/(m.k)）；4、凝结时体积产生微膨胀（0.05%0.15%）；5、吸湿性强，耐水性差(软化系数为0.20.3)；6、具有较好的防火性能；7、加工性能好；8、隔热、吸声性良好；9、具有一定的调温、调湿性。四、建筑石膏的应用1、室内抹灰与粉刷；2、生产建筑石膏制品3、生产水泥时作为缓凝剂加入水泥中,.,纸面石膏板,第二章气硬性胶凝材料,装饰石膏板,吸声用穿孔石膏板,.,第二章气硬性胶凝材料,五、高强石膏,1、高强石膏特点由于高强石膏晶体较粗大，比表面积小(1g固体所占有的总表面积)，拌制石膏浆时，需水量（需水量约为35%-45%）比建筑石膏（需水量高达60%-70%）小，故硬化后有较高的强度，7天的抗压强度可达15-40MPa。,2、高强石膏应用（1）强度要求较高的抹灰工程、装饰制品和石膏板（2）掺入防水剂，可用于湿度较高的环境。（3）做粘结剂，须加入聚乙烯醇水溶液。其特点是无收缩。,.,第二章气硬性胶凝材料,第四节水玻璃（了解）,一、水玻璃（泡花碱）的原料及生产是一种碱金属气硬性胶凝材料。（一）原料石英砂、纯碱或含碳酸钠的原料（二）生产二、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，速度较慢。具体反应式如下：Na2OnSiO2+CO2+mH2ONa2CO3+nSiO2mH20,13001400,Na2CO3+nSiO2Na2OnSiO2+CO2,.,第二章气硬性胶凝材料,为了加速水玻璃的硬化，可加热或掺入12%-15%的促硬剂氟硅酸钠或加热以加快其硬化。三、水玻璃的性质1、粘结力强2、耐酸性好3、耐热性好四、水玻璃的用途1、涂刷或浸渍材料（除浸渍石膏之外，因会生成硫酸钠晶体，体积膨胀，产生破坏），可增加材料的密实度和强度，增强抗风化能力。2、加固地基；将水玻璃和氯化钠溶液交替灌入土壤中，发生化学反应，析出硅酸胶体，起到胶结和填充土壤的作用，并可以阻止水渗入，增加土壤的密实度和强度。3、修补裂缝、堵漏；将水玻璃溶液掺入砂浆或混凝土中，可使其急速凝结硬化。4、配制耐酸砂浆和耐酸混凝土；5、配制耐热砂浆和耐热混凝土。,.,第二章气硬性胶凝材料,例3-0建筑石膏及其制品为什么适用于室内，而不适用于室外使用？解建筑石膏及其制品适用于室内装修，主要是由于建筑石膏及其制品在凝结硬化后具有以下的优良性质：（1）石膏表面光滑饱满，颜色洁白，质地细腻，具有良好的装饰性。加入颜料后，可具有各种色彩。建筑石膏在凝结硬化时产生微膨胀，故其制品的表面较为光滑饱满，棱角清晰完整，形状、尺寸准确、细致，装饰性好；（2）硬化后的建筑石膏中存在大量的微孔，故其保温性、吸声性好。（3）硬化后石膏的主要成分是二水石膏，当受到高温作用时或遇火后会脱出21%左右的结晶水，并能在表面蒸发形成水蒸气幕，可有效地阻止火势的蔓延，具有一定的防火性。,.,第二章气硬性胶凝材料,（4）建筑石膏制品还具有较高的热容量和一定的吸湿性，故可调节室内的温度和湿度，改变室内的小气候。在室外使用建筑石膏制品时，必然要受到雨水冰冻等的作用，而建筑石膏制品的耐水性差，且其吸水率高，抗渗性差、抗冻性差,所以不适用于室外使用。,.,第二章气硬性胶凝材料,例3-1某单位宿舍楼的内墙使用石灰砂浆抹面。数月后，墙面上出现了许多不规则的网状裂纹。同时在个别部位还发现了部分凸出的放射状裂纹。试分析上述现象产生的原因。解石灰砂浆抹面的墙面上出现不规则的网状裂纹，引发的原因很多，但最主要的原因在于石灰在硬化过程中，蒸发大量的游离水而引起体积收缩的结果。墙面上个别部位出现凸出的呈放射状的裂纹，是由于配制石灰砂浆时所用的石灰中混入了过火石灰。这部分过火石灰在消解、陈伏阶段中未完全熟化，以致于在砂浆硬化后，过火石灰吸收空气中的水蒸汽继续熟化，造成体积膨胀。从而出现上述现象。,.,石灰砂浆A石灰砂浆B,.,第三章水泥,概述2、我国水泥工业的现状：,我国水泥年产量增长图表,1、水泥水硬性胶凝材料,9520,18000,36300,81204,138831.56,.,第三章水泥,.,第三章水泥,3、水泥的分类：(1)按照用途与性能分类,(2)按主要水硬性物质分类,.,第三章水泥,3-1硅酸盐水泥,一、硅酸盐水泥：凡由硅酸盐水泥熟料、05%石灰或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥（波特兰水泥）二、硅酸盐水泥的分类：,.,第三章水泥,（一）活性混合材料：常温下能与氢氧化钙和水发生水化反应，生成水硬性的水化产物，并能逐步凝结硬化产生强度的混合材料。其主要作用是改善水泥的某些性能，还具有调节水泥强度标号、降低水化热、增加产量和降低成本的作用。如粒化高炉矿渣、粉煤灰等（硅、铝、铁、钙、镁的氧化物）。（二）非活性混合材料：它们掺入水泥，不与水泥成分起化学反应或化学反应很弱，主要起填充作用，可调节水泥强度标号，降低水化热及增加水泥产量等。如磨细石英砂、石灰石、粘土等。,.,第三章水泥,三、硅酸盐水泥的生产工艺,石灰质原料CaO,黏土质原料SiO2、Al2O3、Fe2O3,校正原料(铁粉),生料,熟料,石膏,不超过5%的混合材料,按比例,混合磨细,煅烧,1450,水泥,磨细,“两磨一烧”,.,第三章水泥,四、硅酸盐水泥熟料矿物组成,生料,SiO2,CaO,化合反应,8001450,800左右,分解反应,Al2O3,Fe2O3,2CaOSiO2,3CaOSiO2,3CaOAl2O3,4CaOAl2O3Fe2O3,.,第三章水泥,硅酸盐水泥熟料矿物组成,在以上的主要熟料矿物中，硅酸三钙和硅酸二钙的总含量在70%以上，铝酸三钙与铁铝酸四钙的含量在25%左右，故称为硅酸盐水泥。,.,第三章水泥,五、硅酸盐水泥的水化与凝结硬化,（一）水泥的水化反应（1）2(C3S)+6H2O3CaO2SiO23H2O+3Ca(OH)2（2）2(C2S)+4H2O3CaO2SiO23H2O+Ca(OH)2（3）C3A+6H2O3CaOAl2O36H2O（4）C4AF+7H2O3CaOAl2O36H2O+CaOFe2O3H2O（5）3CaOAl2O36H2O+3(CaSO42H2O)+20H2O3CaOAl2O33CaSO432H2O,.,第三章水泥,凝结：水泥加水拌和后，成为可塑的水泥浆，水泥浆逐渐变稠失去塑性，但尚不具有强度的过程，称为水泥的“凝结”。硬化：随后产生明显的强度并逐渐发展而成为坚硬的人造石水泥石，这一过程称为水泥的“硬化”。,水泥水（水泥浆）,水泥浆失去塑性但无强度,水泥石,凝结过程,硬化过程,（二）水泥的凝结与硬化,注意：凝结和硬化是人为地划分的。实际上是一个连续的复杂的物理化学变化过程。,.,第三章水泥,.,第三章水泥,水泥凝结硬化过程示意,1水泥颗粒2水份3凝胶4晶体5水泥颗粒的未水化内核6毛细孔,a）分散在水中未水化的水泥颗粒b）在水泥颗粒表面形成水化物膜层c）膜层长大并互相连接（凝结）d）水化物进一步发展，填充毛细孔(硬化),.,第三章水泥,（三）水泥凝结硬化的特点1放热反应2凝结硬化速度37天内较快，大致28天完成基本部分，完成全过程需几年，甚至几十年时间。,.,第三章水泥,（四）各种熟料矿物单独与水作用的强度变化,.,第三章水泥,（五）各种熟料矿物单独与水作用性质,.,第三章水泥,（六）影响水泥凝结硬化的因素1)熟料矿物的组成C3S、C2S、C3A、C4AF的含量不同水泥的性质变化很大。C3S、C3A含量提高，水泥的凝结硬化速度加快，早期强度高，同时水化热也增大。2)水泥的细度水泥颗粒越细，其比表面积越大，水化反应越快越充分，早期强度和后期强度都较高。但水泥太细，粉磨能耗大，水泥成本高。,.,第三章水泥,国家标准规定：硅酸盐水泥的细度比表面积应大于300m2/kg。否则为不合格。3)储存条件水泥在运输和贮存过程中应做到（1）按标明的标号、类型及出厂日期分别进行贮运。（2）防潮、防水。（3）散装水泥应分库存放，袋装水泥的堆放高度不得超过十袋(50kg/袋)。（4）应先贮先用。（5）一般贮存不超过三个月，即使是良好的贮存条件,.,第三章水泥,（较为干燥），水泥也不宜久存。因水泥在存放的过程中会吸收空气中的水蒸气和二氧化碳，使水泥丧失胶结能力，强度下降。超过三个月后的水泥，强度降低10%20%；六个月后降低15%30%；一年后降低25%40%；此时需重新试验，确定其标号。4)水灰比水的质量/水泥的质量拌和水泥浆时，水与水泥的质量比，称为水灰比。水灰比越大，水越多，水泥浆越稀，凝结硬化和强度发展越慢，且硬化后的水泥石中的毛细孔含量越多，强度越低。反之，凝结硬化和强度发展越快，且强度高。因此，在保证成型质量,.,第三章水泥,的前提下，应降低水灰比，以提高水泥石的硬化速度和强度。5)养护的温、湿度水泥的水化反应及凝结硬化必须在水分充足的条件下进行，环境湿度大，水分不宜蒸发，水泥浆中保持有水化所需的足够水分。上述影响主要表现在水化初期，对后期影响不大。水泥的标准养护条件为：养护温度为203，相对湿度RH90%的环境中。,6)养护龄期,.,C3A水化铝酸钙石膏水化硫铝酸钙,3CaOAl2O3+6H2O3CaOAl2O36H2O,3CaOAl2O36H2O+3(CaSO42H2O)+20H2O3CaOAl2O33CaSO432H2O,问题：1、为什么生产水泥时要加入适量的石膏？,随着养护时间的增加，水泥的水化程度增加，凝胶体数量增加，毛细孔减少，强度不断增加。一般在28天之内强度发展较快，28天后显著减慢。7)石膏的掺量,第三章水泥,.,第三章水泥,为了调节（延缓）水泥凝结时间通常加入石膏，石膏在水泥硬化中起缓凝剂的作用。纯水泥熟料磨细后，与水拌和，凝结时间很短，因此不便使用，为调节水泥的凝结时间，掺入适量（3%-5%）的石膏，石膏与凝结速度最快的铝酸三钙作用，生成了难溶的水化硫酸铝钙，覆盖在铝酸三钙的周围，阻止其继续快速水化，因而延缓了水泥的凝结时间。石膏的掺量主要取决于铝酸三钙和SO3的含量。,过少，,起不到缓凝的作用,过多，,会引起安定性不良,石膏掺量要适量,.,第三章水泥,2、仔细观察。以下是A、B两种硅酸盐水泥熟料矿物组成百分比含量，请分析A、B两种硅酸盐水泥的早期强度及水化热的差别。,结论：A水泥的C3S及C3A含量高，而C3S及C3A的早期强度及水化热都较高，故A水泥的早期强度与水化热高于B水泥。,.,第三章水泥,六、常见水泥的技术要求,2、标准稠度,3、凝结时间,4、体积安定性,5、强度,细度,细度是指水泥颗粒的粗细程度，水泥颗粒粒径一般在0.0070.2mm范围内。测定方法筛析法（0.080mm的方孔筛）筛余量不得超过10%和比表面积法（单位质量的粉末所具有的总表面积）硅酸盐、普通硅酸盐水泥（GB1751999）规定：硅酸盐水泥比表面积应大于300/kg。,碱含量,.,第三章水泥,2、标准稠度,3、凝结时间,4、体积安定性,5、强度,细度,碱含量,.,第三章水泥,2、标准稠度,3、凝结时间,4、体积安定性,5、强度,细度,碱含量,标准稠度需水量：为了使水泥凝结时间、体积安定性等的测定具有准确的可比性，按国家标准规定，用标准稠度仪测定水泥净浆达到标准稠度时的用水量。,.,第三章水泥,2、标准稠度,3、凝结时间,4、体积安定性,5、强度,细度,碱含量,初凝：加水拌和到标稠，净浆开始失去可塑性所需的时间。终凝：加水拌和到标稠，净浆完全失去可塑性，并产生强度所需的时间。GB规定：初凝不小于45min，终凝不迟于390min。初凝不合格者为废品，终凝不合格者为不合格品。,.,第三章水泥,体积安定性：水泥浆在硬化过程中，体积变化的均匀性能。原因：1）熟料中f-CaO，f-MgO过多，f-CaO，f-MgO过烧，结构致密，熟化慢，硬化后才熟化，体积膨胀开裂。2）石膏过量，硬化后，仍有CaSO4存在，则C3A、水化铝酸钙与之反应，形成钙矾石，膨胀开裂。测定方法：沸煮法(雷氏法、试饼法）。规定:f-MgO5%；SO3含量矿渣水泥4%，其他水泥3.5%体积安定性不良的水泥应作废品处理,2、标准稠度,3、凝结时间,4、体积安定性,5、强度,细度,碱含量,.,第三章水泥,2、标准稠度,3、凝结时间,4、体积安定性,细度,GB规定：用水泥胶砂强度测定。试件标准尺寸:4040160mm水泥:中国ISO标准砂:水=1:3:0.5(450g,1350g,225ml),按照测定结果，将硅酸盐水泥分为42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R六个。,5、强度,碱含量,胶砂振实台,水泥胶砂搅拌机,试模,.,第三章水泥,水泥抗折强度测定,F(N),结果计算评定,每个龄期测定破坏荷载F1，F2，F3,.,第三章水泥,下压板,上压板,水泥抗压强度测定,结果计算评定,测定出抗压破坏荷载F1F6,.,第三章水泥,2、标准稠度,3、凝结时间,4、体积安定性,细度,5、强度,碱含量,硅酸盐水泥各龄期的强度要求(GB1751999),注：表中表示早强型，其它为普通型。,.,第三章水泥,2、标准稠度,3、凝结时间,4、体积安定性,细度,、强度,碱含量,指水泥中的Na2O和K2O的含量，含量过高遇有活性的的骨料易产生碱-骨料反应，造成工程危害。国家规定水泥中的碱含量按Na2O+0.685K2O计算值来表示，若使用活性骨料，则水泥中的碱含量不得大于0.6%或供需双方协商。,.,第三章水泥,1、废品：凡氧化镁、三氧化硫、安定性、初凝时间中任一项不符合标准规定的，均为废品；2、不合格品：凡细度、终凝时间、强度低于规定指标时称为不合格品；废品水泥在工程中严禁使用，不合格水泥，通过措施改造成合格水泥，若仅强度低于规定指标时，可降级使用。八、水泥石的腐蚀与防止(一)水泥石的腐蚀水泥制品在一般使用条件下，具有较好的耐久性，但在某些侵蚀介质（如软水、含酸或盐的水等）作用下，强度降低甚至造成建筑物结构破坏，这种现象称为水泥石的腐蚀。,七、废品、不合格品的定义,.,第三章水泥,软水腐蚀,亦称溶出性侵蚀，不含或含较少可溶性钙、镁化合物的水，如雨水、雪水、蒸馏水、工厂冷凝水及含重碳酸盐甚少的河水与湖水等都属于软水Ca(OH)2+Ca(HCO3)2=2CaCO3+2H2O溶析自动填实,盐类腐蚀,酸类腐蚀,强碱腐蚀,1、硫酸盐的腐蚀（膨胀型破坏）水泥杆菌4CaOAl2O312H2O+3CaSO4+20H2O=3CaOAl2O33CaSO431H2O+Ca(OH)22、氯盐同水泥石中的水化铝酸钙反映生成膨胀复盐2、镁盐的腐蚀（海水及地下水）MgSO4+Ca(OH)2+2H2O=CaSO42H2O+Mg(OH)2MgCl2+Ca(OH)2=CaCl2+Mg(OH)2,1、碳酸腐蚀（工业水和地下水）Ca(OH)2+CO2+H2O=CaCO3+2H2OCaCO3+CO2+H2O=CaH(CO3)22、一般酸的腐蚀（工业废水、地下水、沼泽水）2HCl+Ca(OH)2=CaCl2+2H2OH2SO4+Ca(OH)2=CaSO42H2O,3CaOAl2O3+6NaOH=3NaOAl2O3+3Ca(OH)2生成的NaOAl2O3与二氧化碳反应生成碳酸钠，碳酸钠在水泥石中结晶使水泥石膨胀，引起水泥石疏松开裂。,.,第三章水泥,（三）水泥石腐蚀的防止,1、根据环境，合理选择水泥品种。2、提高水泥石的密实度。3、加做保护层，加不透水的沥青层。,（二）硅酸盐水泥石腐蚀的原因,1、水泥石内含有易引起腐蚀的成分氢氧化钙和水化铝酸钙等2、水泥石本身不密实3、外界有腐蚀的介质存在,.,第三章水泥,九、硅酸盐水泥的特点1、硬化快，早期强度高。适用于早期强度要求高、凝结快、冬季施工的工程。2、水化热大，干缩性小。如无可靠的降温措施，不宜用于大体积混凝土工程。3、耐冻性好。硬化后的水泥石密度大，宜用于严寒地区遭受反复冻融的工程。4、耐侵蚀性与耐软水侵蚀性差。5、耐热性差。硅酸盐水泥石在250时水化物开始脱水，水泥是强度下降，因此不得用于耐热混凝土工程,.,第三章水泥,例题挡墙开裂与水泥的选用现象：某大体积的混凝土工程，浇注两周后拆模，发现挡墙有多道贯穿型的纵向裂缝。该工程使用某立窑水泥厂生产42.5型硅酸盐水泥，其熟料矿物组成如下：,分析讨论：由于该工程所使用的水泥C3A和C3S含量高，导致该水泥的水化热高，且在浇注混凝土中，混凝土的整体温度高，以后混凝土温度随环境温度下降，混凝土产生冷缩，造成混凝土贯穿型的纵向裂缝。,.,第三章水泥,3-2掺混合材料的硅酸盐水泥,一、定义：在硅酸盐水泥熟料中，掺入一定量的混合材料和适量石膏共同磨细的水硬性胶凝材料。二、分类:（1）普通硅酸盐水泥；（2）矿渣硅酸盐水泥；（3）火山灰质硅酸盐水泥；（4）粉煤灰硅酸盐水泥；（5）复合硅酸盐水泥。三、水泥混合材料,.,（1）粒化高炉矿渣（2）火山灰质混合材料（3）粉煤灰,炼钢厂冶炼生铁时的副产品。主要成分：CaO、Al2O3、SiO2。具有较高的化学潜能，但稳定性差。,主要成分：Al2O3、SiO2。本身不硬化，+石灰+水起胶凝作用。,火力发电厂煤粉燃料排出的细颗粒废渣。主要成分：较多的SiO2、Al2O3和少量的CaO具有较高的活性。,天然的人工的,第三章水泥,.,第三章水泥,四、几种通用水泥的组成与特点普通硅酸盐水泥凡由硅酸盐水泥熟料，615混合材料（活性混合材料不得超过15%，非活性混合材料最大掺量不得超过水泥的10%），掺加量按质量百分比计。适量石膏磨细制成的水硬性凝胶材料，成为普通硅酸盐水泥（简称普通水泥）代号PO在应用性能方面，普通水泥与硅酸盐水泥也相似，广泛应用于各种混凝土或钢筋混凝土工程，是我国主要水泥品种之一。,.,第三章水泥,矿渣水泥凡由硅酸盐水泥熟料和2070粒化高炉矿渣，适量石膏磨细制成的水硬性凝胶材料称为矿渣硅酸盐水泥（简称矿渣水泥），代号PS。火山灰水泥凡由硅酸盐水泥熟料和2050火山灰质混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料称为火山灰质硅酸盐水泥（简称火山灰水泥），代号PP。粉煤灰水泥凡由硅酸盐水泥熟料和2040粉煤灰、适量石膏磨细,.,第三章水泥,制成的水硬性胶凝材料称为粉煤灰硅酸盐水泥（简称粉煤灰水泥）。代号。复合水泥凡由硅酸盐水泥熟料、两种或两种以上规定的混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为复合硅酸盐水泥（简称复合水泥），代号PC。水泥中混合材料总掺加量按质量百分比计应大于15，但不超过50。,.,第三章水泥,几种通用水泥的特性,.,第三章水泥,五、几种通用水泥的选用,.,第三章水泥,3-3特种水泥,一、高铝水泥1、定义：高铝水泥属于铝酸盐类水泥，它是由铝矾土和石灰石为原料，经高温熔融煅烧所得的以铝酸钙为主要成分的熟料，经磨细而得的水硬性胶凝材料。2、高铝水泥的特点：（1）强度发展迅速，24小时内可达到最高强度的80%左右。标号以3d抗压强度来表示。其28d强度不得低于3d强度指标。（2）低温下（5-10C）能很好硬化。（3）耐腐蚀性好。,.,（4）抗矿物水和硫酸盐的作用能力强。（5）放热大且集中。（6）耐高温好，在1300C还能保持约53%的强度。（7）长期强度及其他性能有下降的趋势。3、高铝水泥的应用：适于：（1）紧急抢修的工程，临时军事工事；（2）冬季施工的工程；（3）有抗硫酸盐腐蚀要求的工程；,第三章水泥,.,（4）耐高温（13001400）的工程高温时，烧结结合代替了水化结合。不适于：（1）长期承重的结构工程；（2）大体积工程温度过高引起强度倒缩；（3）与硅酸盐水泥混用以免引起闪凝和强度下降。二、膨胀水泥根据膨胀率大小和用途不同，可分为膨胀水泥和自应力水泥。膨胀水泥是指膨胀率较小者，主要用于补偿一般硅酸盐水泥在硬化过程中产生的体积收缩；,第三章水泥,.,第三章水泥,自应力水泥实质上是一种依靠水泥本身膨胀而产生预应力的水泥。在钢筋混凝土中，钢筋约束了水泥膨胀而使水泥混凝土承受了预压应力，这种压应力能免于产生内部微裂缝，当其值较大时，还能抵消一部分因外界因素所产生的拉应力，从而有效地改善混凝土抗拉强度低的缺陷。三、白水泥与彩色水泥1、定义：凡是以白色硅酸盐水泥熟料加适量石膏磨细制成的水硬性的胶凝材料，称为白水泥。白色硅酸盐水泥熟料是指适当成分的生料烧到部分熔融，得到的以硅酸钙为主要成分氧化铁含量少的熟料。,.,第三章水泥,2、彩色水泥的生产有二种方法：一是在水泥生料中混入着色物质，烧成彩色熟料再磨成彩色水泥；二是将白色水泥熟料或硅酸盐水泥熟料、适量石膏和碱性着色物质共同磨细支撑彩色水泥；常用的颜料有氧化铁（黑红褐黄）、二氧化锰（黑褐）、氧化铬（绿色）、钴蓝（蓝色）3、白色和彩色水泥的应用白色和彩色水泥在装饰工程中，常用于配制各类彩色水泥浆、砂浆和混凝土