土木工程材料教材

1、l一、土木工程材料的作用 l工程实例一：工程实例一：实例一实例一. .dwgdwgl从上述的实例中，我们可以看出建筑材料在基本建设中的重要性 。l在实际情况中对建筑材料的重视应当加强，而不只是考虑如何用的问题。在实际工程中往往出现问题的首先是建筑材料的因素。按 材 料 来 源 ：天天 然然 材材 料料人人 造造 材材 料料按 使 用 功 能 ：结结 构构 材材 料料功功 能能 材材 料料胶 凝 材 料 及 其 制 品烧 土 制 品天 然 石 材非 金 属 材 料有 色 金 属黑 色 金 属金 属 材 料无 机 材 料合 成 高 分 子 材 料天 然 高 分 子 材 料有 机 材 料无 机 材

2、料 基 复 合 材 料有 机 材 料 基 复 合 材 料复 合 材 料组 成 材 料 的 物 质和 化 学 成 分建 筑 材 料 的 分 类l发展趋向：l1. 构件的尺寸将日益增大，各种大型板材将广泛采用；l2. 构件材料的重量将大为减少，轻骨料混凝土、加气混凝土、轻质填充隔墙以及铝合金型材等将从现有水平提高到更加完善的新阶段而被广泛地应用；l3. 建筑材料的强度将进一步提高；l4. 单一材料的制品将逐渐由两种或两种以上的材料复合材料所取代；l5. 特殊功能的材料的质量将大为提高，并将陆续出现具有多种功能的材料。高效、轻质、高强、环保高效、轻质、高强、环保国 际 标 准 （ IS O ）美 国

3、 材 料 试 验 学 会 标 准 （ A S T M ）日 本 工 业 标 准 （ J IS ）德 国 工 业 标 准 （ D IN ）英 国 标 准 （ B S ）外 国 技 术 标 准国 家 标 准 (G B )建 设 部 行 业 标 准 (J G J )中 国 工 程 建 设 标 准 化协 会 标 准 (C E C S )建 材 行 业 标 准 (J C )行 业 标 准地 方 标 准 (D B )企 业 标 准 (Q B )中 国 技 术 标 准技 术 标 准一、材料的组成、结构及构造一、材料的组成、结构及构造1.1.1材料的组成材料的组成 材料的组成材料的组成决定材料物理力学性质的主

4、要因素之一，而且，当材料与外界自然环境以及各种物质相接触时，它们之间必然要按照化学变换规律发生作用。 无机非金属材料的化学成分常用各氧化物的含量来反映。 化学组成 金属材料则常以化学元素的含量来表示 合成高分子材料常以其链节表示 材料组成 无机非金属材料，通常用矿物成分表示 l 物相组成l l 金属材料，通常用金相组织来表示 一、宏观结构 材料的宏观结构是指用肉眼或放大镜可分辨出的结构和构造状况， 其尺度范围在10-3 m级以上 表1-1 材料的宏观结构和构造及特征宏观结构 结构特征 常用的土木工程材料 按孔隙特征 致密结构微孔结构多孔结构 无宏观尺度的孔隙主要具有微细孔隙具有较多粗大孔隙 钢

5、铁、玻璃、塑料等石膏制品、烧土制品加气混凝土、泡沫玻璃等 按构造特征 纤维结构层状结构散粒结构聚集结构 主要有纤维状材料构成由多层材料叠合构成由松散颗粒状材料构成由骨料和胶结材料构成 木材、玻璃钢、岩棉复合墙板、胶合板砂石材料、膨胀蛭石各种混凝土、砂浆、陶瓷 l需掌握以下几点：l 1.显微结构是指用光学显微镜所能观察到的结构，其尺度范围在10-310-7m l 2.纳米结构是指一般扫描透射电子显微镜所能观察到的结构。其尺度范围在10-710-9m。 （一）晶体结构 定义：晶体是内部质点（原子、分子、离子）按一定规律在空间重晶体是内部质点（原子、分子、离子）按一定规律在空间重复排列的固体，具有一

6、定的几何形状和物理性质。复排列的固体，具有一定的几何形状和物理性质。 特点： 晶体的性质还与各质点之间相互作用的情况有关。质点间的距离越晶体的性质还与各质点之间相互作用的情况有关。质点间的距离越近，其键价越高，其强度也越大，如要拆开这种结构，所需的能量也越近，其键价越高，其强度也越大，如要拆开这种结构，所需的能量也越大大 。l 无机非金属材料中的晶体，通常不是单一的结合键，而是既存在共无机非金属材料中的晶体，通常不是单一的结合键，而是既存在共价键又存在离子键。价键又存在离子键。 l（二）玻璃体 l定义：玻璃体是熔融物在急冷时，质点来不及按一定规律排列而形成的玻璃体是熔融物在急冷时，质点来不及按

7、一定规律排列而形成的内部质点无序排列的固体或固态液体内部质点无序排列的固体或固态液体 。l特点：玻璃体结构的材料没有固定的熔点和几何形状，且各向同性玻璃体结构的材料没有固定的熔点和几何形状，且各向同性 ，其，其化学稳定性差，易与其他物质发生化学反应。化学稳定性差，易与其他物质发生化学反应。 l（三）胶体l胶体是一些细小分散粒子（直径1100m）分散在介质中的结构。由于胶体的质点很微小，其表面积很大，于是表面能很大，吸附能力很强。l胶体由于脱水作用或质点的凝聚而产生凝胶。凝胶体具有固体的性质。在长期应力作用下，又具有粘性液体的流动性质。它是由于固体微粒由极薄的吸附膜所包围，这种膜越厚则流动性越大

8、，膜越薄，则刚性越大。混凝土的徐变就是由于水泥胶体所产生的。混凝土的徐变就是由于水泥胶体所产生的。 l一、密度、表观密度、毛体积密度和堆积密度l（一） 基本概念l1.闭口孔隙、开口孔隙1.定义：密度是材料在绝对密实状态下单位体积的质量。密度是材料在绝对密实状态下单位体积的质量。2.公式： 式中： 密度，g/cm3 m干燥材料的质量，g V材料在绝对密实状态下的体积，cm3 3.测试方法将材料磨细，干燥后用李氏瓶测定体积，材料磨得越细越好，测得的体积越接近真实体积。4.相对密度：材料的密度与4纯水密度之比称为相对密度，也称为比重。 Vm（三）表观密度1.定义：材料在包含闭口孔隙条件下单位体积的质

9、量。2.公式： 式中： 表观密度，g/cm3 m材料的质量，g V/材料在包含闭口孔隙条件下的体积，cm3 3.测试方法将采用排液置换法测量体积； Vm（四）毛体积密度1.定义：毛体积密度是材料在自然状态自然状态下单位体积的质量。2.公式： 式中： 0毛体积密度，g/cm3 m材料的质量，g V0材料在自然状态下的体积，cm3 3.测试方法 对于规则形状材料的体积，可用量具测得；对于不规则形状材料的体积，可采用排液法或封蜡排液法或用体积仪测得。 00Vml（五）堆积密度l1.定义：堆积密度是指散粒状或纤维状材料在堆积状态下单位体积的质量。2.公式： 式中： 堆积密度，g/cm3 m 材料的质量

10、，g 材料堆积体积，cm3 00Vm00V二、密实度与孔隙率（一）密实度1.定义：材料体积（自然状态）内固体物质的充实程度，称为材料的密实度D。 2.公式： 3.密实度D反映材料的密实程度，D越大，材料越密实，含有孔隙的材料，密实度均小于1。%1000VVD（二）孔隙率1.定义：孔隙率是指材料内部孔隙体积占材料在自然状态下体积的百分率。分为总孔隙率（简称孔隙率）、开口孔隙率和闭口孔隙率。 2. 孔隙率公式： 3. 开口孔隙率材料内部开口孔隙的体积占材料在自然状态下体积的百分率，称为材料的开口孔隙率。由于水可进入开口孔隙，工程中常将材料在吸水饱和状态下所吸水的体积，视为开口孔隙的体积（Vk），开

11、口孔隙率（Pk）按下式计算：%100)1 (%100)1 (00VVP%100)1(%10000VVPKKKbbPPVVP%1000l（一）填充率l定义：散粒材料在堆积状态下颗粒填充的体积占堆积体积的百分率，称为材料的填充率。l公式： %1000000VVD（二）空隙率定义：散粒材料在堆积状态下颗粒固体物质间空隙体积（开口孔隙与间隙之和）占堆积体积的百分率，称为材料的空隙率。公式： %100)1(100VVP（三）间隙率定义：散粒材料在堆积状态下颗粒间间隙体积占堆积体积的百分率，称为材料的间隙率。 公式：间隙率大小反映了散粒材料的颗粒之间互相填充的致密程度。 %100)1(100000VVP

12、强度 ：材料抵抗外力破坏的能力 根据外力施加方式外力施加方式 可以分为：静力强度和动力强度 根据外力引起内应力外力引起内应力可以分为：抗压强度、抗拉强度、抗剪强度及抗弯强度计算公式：AFfmax材料按强度等级划分：1.普通水泥按抗压强度和抗折强度分为32.5，42.5，52.5，62.5等四个强度等级2.普通混凝土按抗压强度分为C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75和C80等14个强度等级 3.钢筋按机械性能（屈服点、抗拉强度、伸长率、屈服点、抗拉强度、伸长率、冷弯性能冷弯性能等）划分 在实际工程中，我们必须按照有关规范来选择材料

13、的强度等级。一、弹性变形与塑性变形一、弹性变形与塑性变形1.1.定义定义 弹性：材料在外力作用下产生变形，当外力除去弹性：材料在外力作用下产生变形，当外力除去 后，能够完全恢复原来形状的性能。后，能够完全恢复原来形状的性能。 塑性：材料在外力作用下产生显著变形，但不断塑性：材料在外力作用下产生显著变形，但不断裂破坏，外力取消后，仍保持变形后的形状的性裂破坏，外力取消后，仍保持变形后的形状的性质。质。 在土木工程材料中，几乎没有完全的弹性材料或在土木工程材料中，几乎没有完全的弹性材料或塑性材料。塑性材料。 我们在选择材料时候，可以利用材料在弹性和我们在选择材料时候，可以利用材料在弹性和塑性阶段的

14、特性，使材料的特性发挥到最大塑性阶段的特性，使材料的特性发挥到最大 1.1.定义定义 徐变：材料在恒定外力作用下，随时间缓慢增徐变：材料在恒定外力作用下，随时间缓慢增长的不可恢复的变形称为徐变变形。长的不可恢复的变形称为徐变变形。 混凝土的徐变：在荷载长期作用下，混凝土的混凝土的徐变：在荷载长期作用下，混凝土的变形将随着时间的增加而增加。变形将随着时间的增加而增加。1.1.定义及特点定义及特点脆性：材料在外力作用下，在破坏前无明显的塑性变形而突脆性：材料在外力作用下，在破坏前无明显的塑性变形而突然破坏的性质。然破坏的性质。脆性的特点：塑性变形很小，且抗压强度与抗拉强度的比值脆性的特点：塑性变形

15、很小，且抗压强度与抗拉强度的比值较大（较大（5 55050倍）倍）韧性：指材料在外力的作用下，能够吸收较大的能量，韧性韧性：指材料在外力的作用下，能够吸收较大的能量，韧性特点：韧性同时产生一定的变形而不致破坏的性能。特点：韧性同时产生一定的变形而不致破坏的性能。材料的特点是变形大，特别是塑性变形大，抗拉强度与抗压材料的特点是变形大，特别是塑性变形大，抗拉强度与抗压强度接近。强度接近。 （在建筑工程中，我们尽量不选择脆性的材料，因（在建筑工程中，我们尽量不选择脆性的材料，因为材料在破坏前无明显的塑性变形而破坏，即没为材料在破坏前无明显的塑性变形而破坏，即没有明显的征兆。破坏比较突然。）有明显的征

16、兆。破坏比较突然。）1.3.4 硬度与耐磨性 一、硬度 定义:硬度是材料抵抗其他物体刻划或压人其表面的能力。测量方法：刻划法、回弹法和压入法 二、耐磨性 定义:耐磨性是材料表面抵抗磨损的能力。测量方法：材料的耐磨性用磨损率或磨耗率 1.4.1材料的亲水性与憎水性基本概念：润湿角 （沿水滴表面的切线与水和固体接触面所形成的夹角）润湿角90。时，材料表现为亲水性；润湿角90。时，材料表现为憎水性。 一、吸水性 定义：材料在水中吸收水分的能力。常用吸水率表示。质量吸水率体积吸水率%100221mmmW%1000210VmmW定义：材料在潮湿空气中吸收水分的性质称为吸湿性 。材料的吸湿性用含水率表示。

17、%100220mmmWh定义：材料长期在水的作用下保持原有性质（不发生破坏，强度也不显著降低）的能力称为材料的耐水性。 结构材料的耐水性用软化系数来表示 ：用于长期处于水中或潮湿环境中的重要结构的材料，软化系数应大于0.85；用于受潮较轻或次要结构物的材料，软化系数应大于0.75。 dwPffK定义：抗渗性是指材料抵抗压力水或其他液体渗透的性质。抗渗性可用渗透系数表示。 渗透系数K越小,材料的抗渗性越好。材料的抗渗性也可用抗渗等级来表示 。抗渗等级是在规定试验方法下材料所能抵抗的最大水压力，用“Pn”表示，如P2，P4，P6，P8等，分别表示可抵抗0.2MPa，0.4MPa，0.6 MPa，0

18、.8 MPa的水压力而不渗透。建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）第8.4.3条对抗渗等级的定义：防水砼抗渗等级应根据地下水的最大水头与防渗砼厚度的比值，按现行地下工程防水技术规范选用，但不得小于0.6MPa。在地下工程防水技术规范（GB50108-2001）中对抗渗等级的规定见下表：工程埋置深度设计抗渗等级10S61020S82030S103040S12抗冻性是指材料在吸水饱和状态下，能经受反复冻融的作用而不破坏，强度也不显著降低的性能。 材料的抗冻性用抗冻等级表示 1.5.1导热性1.定义：材料传导热量的能力称为导热性。2.导热系数：导热系数（）是表征材料导热能力的热物理参数，

19、在物理意义上，导热系数为单位厚度的材料，两面温差为1K时，在单位时间内通过单位面积的热量。导热系数越小，则材料的绝热保温性越好。 1.定义：单位质量材料温度升高或降低1K所吸收或放出的热量称为热容量系数或比热容。 比热容与材料质量的乘积称为材料的热容量，它表示材料温度升高或降低1K所吸收或放出的热量。 1.5.3热阻与传热系数 1.5.4导温系数 1.定义： 材料在使用过程中，抵抗各种内在或外部破坏因素的作用，保持其原有性能，不变质、不破坏的性质 l指材料在生产和使用过程中是否对人类或环境造成危害的性能，土木工程材料的安全性可划分成灾害安全性、卫生安全性和环境安全性。2.12.1气硬性胶凝材料

20、气硬性胶凝材料2.1.1石膏一、石膏胶凝材料的原料、生产及品种一、石膏胶凝材料的原料、生产及品种1.生石膏、软石膏生石膏、软石膏:又称天然二水石膏，主要成分为含有两个结晶水的硫酸钙（CaSO42H2O），是生产石膏胶凝材料的主要原料。2.硬石膏:又称天然无水石膏，主要成分是无水硫酸钙（CaSO4），只可用于生产无水石膏水泥和高温煅烧石膏。 3.石膏的生产OHCaSOOHCaSO224H212o煅烧OHCaSOOHCaSOMPa224C124,13. 024211OH212o蒸炼4.天然石膏在不同温度下的化学变化当加热到当加热到 200250 C 时时,石膏中残留很少石

21、膏中残留很少的水的水,凝结硬化非常缓慢凝结硬化非常缓慢;当加热到当加热到400 C,石膏完全失去水分石膏完全失去水分,成为不成为不溶性石膏溶性石膏,失去凝结硬化能力失去凝结硬化能力,成为成为死烧石死烧石膏膏;当温度高于当温度高于800 C，部分石膏分解出的氧部分石膏分解出的氧化钙能起催化作用，所得产品又重新具化钙能起催化作用，所得产品又重新具有凝结硬化性能。有凝结硬化性能。1.反应式:2.水化与凝结过程水化结晶凝结晶体长大与互生硬化OH22112124224CaSOOHOHCaSO3.硬化后的特点型半水石膏(建筑石膏)硬化后的孔隙率大，孔隙率大，强度较低强度较低 。型半水石膏硬化后孔隙率较小，

22、因而具有孔隙率较小，因而具有较高的强度较高的强度。 （一）建筑石膏的技术性质1.凝结硬化快凝结硬化快 2.尺寸稳定，装饰性好尺寸稳定，装饰性好 3.孔隙率高孔隙率高 4.防火性好防火性好 5.耐水性和抗冻性差耐水性和抗冻性差 建筑石膏的质量要求有细度、凝结时间和强度建筑石膏的质量要求有细度、凝结时间和强度。 GB9776-1988建筑石膏标准中，按细度、凝建筑石膏标准中，按细度、凝结时间和强度将建筑石膏分为优等品、一等品结时间和强度将建筑石膏分为优等品、一等品和合格品三个等级和合格品三个等级 1. 室内粉刷 2. 建筑石膏制品 建筑石膏在运输和贮存中，需要防雨防潮，贮存期为3个月，过期或受潮的

23、石膏，强度显著降低，需经检验后才能使用。 一、石灰的原料及生产1.原料：碳酸钙 （天然岩石，如石灰岩、白垩、白云质石灰岩 ）2.反应式 29003OCCaOCaCOC3.欠火石灰和过火石灰 欠火石灰中的碳酸钙未完全分解，使用 时缺乏粘结力。 过火石灰结构密实，表面常包覆一层熔过火石灰结构密实，表面常包覆一层熔融物，熟化很慢。融物，熟化很慢。 4.熟石灰及消石灰 1.反应式 特点：石灰熟化时放出大量的热，体积增大12.5倍。 2.陈伏 主要消除过火石灰的危害kJOHCaOHCaO9 .64)(223.硬化 3.1 干燥结晶干燥结晶 3.2 碳化OHnCaCOOHCOOHCa23222) 1()(

24、（一）石灰的技术性质 1.保水性好 2.石灰不宜在长期潮湿和受水浸泡的环境中使用3.石灰不宜单独使用 （二）石灰的质量要求 1.指标：有效氧化钙和氧化镁 2.生石灰还有未消化残渣含量的要求；生石灰粉有细度的要求；消石灰粉则还有体积安定性、细度和游离水含量的要求。3.国家建材行业标准根据有关指标，将建筑生石灰、建筑生石灰粉和建筑消石灰粉分为优等品、一等品和合格品三个等级 （三）石灰的应用1.石灰乳和砂浆 2.石灰稳定土 3.灰砂砖、粉煤灰砖 1.定义：水玻璃又称泡花碱，是一种碱金属硅酸盐。根据其碱金属氧化物种类的不同，又分为硅酸钠水玻璃（Na2OnSiO2）和硅酸钾水玻璃（K2OnSiO2）等，

25、最常用的是硅酸钠水玻璃。 2.水玻璃的生产 (1) 生产方法 湿法湿法：将石英砂和苛性钠溶液在高压釜内用蒸汽加热，并搅拌，直接生成液体水玻璃。 干法干法 ：石英砂和碳酸钠磨细拌匀，在13001400的熔炉中熔融，经冷却后生成固体水玻璃；然后，在水中加热溶解成液体水玻璃。二、水玻璃的硬化1.反应式：OmHnSiOCONaOmHCOnSiOONa22222223OmHSiOnNaFOmHSiFNanSiOONa2226222) 12(6)( 2三、水玻璃的技术性质和应用1.较高的粘结力 2.耐热性 3.耐酸性 应用：1.涂料 2.注浆材料 3.配制速凝防水剂 4.制备碱-矿渣水泥 2.2.12.2

26、.1硅酸盐水泥的生产、矿物成分及其硅酸盐水泥的生产、矿物成分及其水化特性水化特性 1.定义：凡由硅酸盐水泥熟料、05石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水硅酸盐水泥（波特兰水泥）泥（波特兰水泥）。 2.分类： I型硅酸盐水泥（代号为：型硅酸盐水泥（代号为：PI）：不掺加混合材料的水泥；型硅酸盐水泥（代号为型硅酸盐水泥（代号为P）:在硅酸盐水泥熟料粉磨时，掺加不超过水泥质量5的石灰石或粒化高炉矿渣混合材料的水泥。3.生产 5.煅烧过程生料煅烧 脱水和分解 产生CaO,SiO2,Al2O3,和Fe2O3 更高温度产生水泥熟料矿物。 6.水泥熟料的矿物成分 硅酸三钙硅酸

27、三钙：3CaOSiO2，简写为C3S，含量37%60%;硅酸二钙硅酸二钙：2CaOSiO2，简写为C2S，含量15%37%;铝酸三钙铝酸三钙：3CaOAl2O3，简写为C3A，含量7%15%;铁铝酸四钙铁铝酸四钙：4CaOAl2O3Fe2O3，简写为C4AF，含量10%18%; 7.水泥的水化反应.硅酸三钙水化2(3CaOSiO2)+6H2O=3CaOSiO23H2O(水化硅酸钙)+3Ca(OH)2特点：速度快，水化热大，强度高，收缩一般。 .硅酸二钙水化2(2CaOSiO2)+4H2O=3CaOSiO23H2O(水化硅酸钙)+ Ca(OH)2特点：速度特别慢，水化热小，强度早期低、后期高，收

28、缩较大，水化产物中氢氧化钙比较少。 .铝酸三钙水化3CaOAl2O3+6H2O=3CaOAl2O36H2O (水化铝酸三钙) 特点：反应迅速，水化放热大，强度低，收缩大在有石膏存在时，铝酸三钙开始水化生成高硫型水化硫铝酸钙(AFt)，见下式：3CaOAl2O3+3(CaSO42H2O)+26H2O = 3CaOAl2O33 C a S O4 3 2 H2O （ 高 硫 型 水 化 硫 铝 酸 钙）当石膏耗尽时，铝酸三钙还会与钙矾石反应生成单硫型水化硫铝酸钙（AFm）：3CaOAl2O33 CaSO432H2O+2(3CaOAl2O3) +4H2O = 3(3CaOAl2O3CaSO412H2O

29、)（单硫型水化硫铝酸钙）. 铁铝酸四钙水化4CaOAl2O3Fe2O3+7H2O=3CaOAl2O36H2O+ CaOFe2O3H2O特点：反应速度快，水化热较低，强度较低，收缩小。 8.水泥中主要熟料的水化反应对比名称名称 硅酸三钙硅酸三钙 硅酸二钙硅酸二钙 铝酸三钙铝酸三钙 铁铝酸四钙铁铝酸四钙 水化反应速度水化反应速度 较快较快 慢慢 最快最快 快快 28d水化放热量水化放热量 大大 小小 最大最大 中中 强度强度 高高 早期低、早期低、后期高后期高 低低 小小 收缩收缩 中中 较大较大 大大 中中 抗硫酸盐腐蚀性抗硫酸盐腐蚀性 中中 最好最好 差差 中中 1.定义:水泥的水泥的“凝结凝

30、结”:水泥加水拌合后，成为可塑的水泥浆，水泥浆逐渐变稠失去可塑性（尚不具有强度）的过程。水泥的水泥的“硬化硬化”: 水泥的“凝结”后后产生明显的强度，并逐渐发展而成为坚硬的人造石-水泥石的过程。2.凝结硬化过程3.凝结硬化的特点.水泥的强度是随着硬化龄期的增加而逐渐增大的。 .水泥强度的发展与环境湿度和温度条件有关。 在掺入适量石膏可以调节水泥的凝结速度。 2.2.3硅酸盐水泥的技术性质硅酸盐水泥的技术性质1.细度细度是指水泥颗粒的粗细程度。细度是指水泥颗粒的粗细程度。 检测方法:筛析法和比表面积法检验 2.凝结时间 初凝时间初凝时间:水泥净浆加水拌合至开始失去水泥净浆加水拌合至开始失去可塑性

31、所需的时间；可塑性所需的时间； 终凝时间终凝时间:水泥净浆加水拌合至完全失去可水泥净浆加水拌合至完全失去可塑性，并开始产生强度所需的时间。塑性，并开始产生强度所需的时间。硅酸盐水泥的初凝时间不得早于45min，终凝时间不得迟于6.5h。实际上，国产硅酸盐水泥的初凝时间一般为13h，终凝时间一般为34h。3.体积安定性定义定义:水泥的体积安定性是指水泥在凝结硬水泥的体积安定性是指水泥在凝结硬化过程中，体积变化的均匀性化过程中，体积变化的均匀性 原因原因:引起水泥体积安定性不良的原因原因有熟料中游离氧化钙过多或游离氧化镁过多或掺人的石膏过多。 检测方法：测试方法有试饼法和雷氏法。检测方法：测试方法

32、有试饼法和雷氏法。 4.强度及强度等级测试方法：胶砂法测试方法：胶砂法 硅酸盐水泥分为硅酸盐水泥分为 42.5，42.5R，52.5，52.5R，62.5和和62.5R六个强度等级 5.水化热水泥在水化过程中放出的热量称为水化热。在实际工程中应消除水化热的危害。 6.碱含量总结：总结：在以上的技术性质中，水泥的体积安定性在以上的技术性质中，水泥的体积安定性（沸煮安定性、氧化镁和三氧化硫含量）（沸煮安定性、氧化镁和三氧化硫含量）和初凝时间不合格时，应作废品处理，和初凝时间不合格时，应作废品处理，不得用于工程。不得用于工程。 一、软水的腐蚀（溶出性侵蚀）一、软水的腐蚀（溶出性侵蚀）二、硫酸盐的腐蚀

33、（膨胀性侵蚀）二、硫酸盐的腐蚀（膨胀性侵蚀）1.硫酸盐会与水泥石中的氢氧化钙发生反应，生成硫酸钙。2.硫酸钙与水泥石中的固态水化铝酸钙作用生成高硫型水化硫铝酸钙;4CaOAl2O312H2O +3CaSO4 +20H2O=3CaOAl2O33CaSO431H2O +Ca(OH)2 成的高硫型水化铝酸钙含有大量结晶水，体积增加1.5倍以上，会引起膨胀应力，造成开裂 。3.当水中硫酸盐浓度较高时，硫酸钙还会在孔隙中直接结晶成二水石膏，体积膨胀，引起膨胀应力，导致水泥石破坏。 三、溶解性腐蚀三、溶解性腐蚀原理：原理：水泥石受到侵蚀性介质的作用后；生成易溶性的盐或无胶结能力的化合物，导致水泥石的孔隙增

34、加，强度降低或破坏。 （一）镁盐的腐蚀MgSO4 + Ca(OH)2+2H2O=CaSO42H2O +Mg(OH)2MgCl2 + Ca(OH)2+2H2O=CaCl2 +Mg(OH)2（二）一般酸的腐蚀2HCl + Ca(OH)2=CaCl2 +2H2OH2SO4 + Ca(OH)2=CaSO42H2O （三）碳酸腐蚀（四）强碱的腐蚀3CaOAl2O3+6NaOH=3Na2OAl2O3+3Ca(OH)2CO2+2NaOH=Na2CO3 +H2O碳酸钠在水泥石毛细孔中结晶沉积，会使水泥石胀裂。 水泥石腐蚀的基本原因：1.内因：水泥石中存在有引起腐蚀的组成成分氢氧化钙和水化铝酸钙； 水泥石本身不

35、密实，有很多毛细孔通道，侵 蚀性介质易进入其内部； 2.外因外因 :外界存在腐蚀性介质和条件。 措施：1.根据侵蚀环境特点，合理选用水泥品种。2.提高水泥石的密实度。 3.加做保护层。 2.2.5硅酸盐水泥的应用与存放硅酸盐水泥的应用与存放应用于：重要结构的高强度混凝土和预应力混凝土工程，以及要求凝结快、早期强度高的冬季施工及严寒地区遭受反复冻融的工程。 不能用于：流动的淡水接触及有水压作用的工程，也不适用于受海水、矿物水等作用的工程。不不宜用于大体积混凝土工程。宜用于大体积混凝土工程。 存放：防潮，防水，在规定时间内使用完毕。存放超过3个月，需降低一个标号使用 ，存放超过6个月的水泥必须经过

36、检验后才能使用。1.定义： 凡在硅酸盐水泥熟料中，掺入一定数量的混合材料和适量石膏共同磨细制成的水泥，均属掺混合材料的硅酸盐水泥 。可分为普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥及复合硅酸盐水泥。 2.3.1混合材料混合材料一、活性混合材料1.定义：火山灰性火山灰性：指一种材料磨成细粉，单独不具有水硬性，但在常温下与石灰一起和水拌合后，能生成具有水硬性化合物的性能。潜在的水硬性潜在的水硬性：指将磨细的材料与水拌合后，在有少量激发剂的情况下，具有水硬性的性能。活性混合材料：具有较高的火山灰性或潜在的水硬性或两者兼有，性能符合有关国家标准的矿物材料。 2. 常用的活性混

37、合材料：粒化高炉矿渣、粒化高炉矿渣、火山灰质混合材料和粉煤灰。火山灰质混合材料和粉煤灰。3. 粒化高炉矿渣粒化高炉矿渣是炼铁高炉的熔融矿渣经急速冷却而成的松软颗粒，其粒径一般为0.55mm。4. 火山灰质混合材料凡是天然或人工的以氧化硅、氧化铝为主要成分，具有火山灰性的矿物材料，称为火山灰质混合材料。 5.粉煤灰是以煤粉为燃料的火力发电厂从其锅炉烟气中收集下来的粉末，又称飞灰。粉煤灰属火山灰质混合材料的一种。2.3.2 普通硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥1.定义：凡由硅酸盐水泥熟料、6%15%混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为普通硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥（简称普通水泥），代号PO，水泥

38、中混合材料掺量按质量百分比计。 2.混合料的掺入：掺活性混合材料时，最大掺量不得超过15%，其中允许用不超过水泥质量5的窑灰或不超过水泥质量10%的非活性混合材料来代替。掺非活性混合材料时，最大掺量不得超过水泥质量10%。3.强度等级：32.5，32.5R，42.5，42.5R，52.5和和52.5R六个强度等级。4.检测：细度：普通水泥的细度用筛析法检验，要求在0.08 mm方孔筛上的筛余不得超过10。凝结时间：普通水泥的初凝时间不得早于45 min，终凝时间不得迟于10h。安定性：体积安定性的要求与硅酸盐水泥相同。 2.3.3矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐

39、水泥及粉煤灰硅酸盐水泥及粉煤灰硅酸盐水泥1.定义：矿渣硅酸盐水泥：简称矿渣水泥，由硅酸盐水泥熟料和粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，代号PS；火山灰质硅酸盐水泥：简称火山灰水泥，凡由硅酸盐水泥熟料和火山灰质混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，代号PP；粉煤灰硅酸盐水泥：简称粉煤灰水泥，凡由硅酸盐水泥熟料和粉煤灰、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，代号PF；2.混合材料的掺入量：PS：水泥中粒化高炉矿渣掺加量按质量百分比计为2070。允许石灰石、窑灰、粉煤灰和火山灰质混合材料中的一种材料代替矿渣，代替数量不得超过水泥质量的8，代替后水泥中粒化高炉矿渣不得少于20；PP：水泥

40、中火山灰质混合材料掺加量按质量百分比计为2050；PF：水泥中粉煤灰掺加量按质量百分比计为2040。3.强度等级：32.5，32.5R，42.5，42.5R，52.5和和52.5R六个强度等级。4.检测：细度，凝结时间，安定性与普通硅酸盐水泥相同。5.凝结硬化的特点（相对于硅酸盐水泥） . 二次水化反应或二次反应二次水化反应或二次反应: .水化热小，凝结硬化较慢，早期强度较低，水化热小，凝结硬化较慢，早期强度较低，后期强度高。后期强度高。 .需要特殊养护：需要特殊养护： . 抗软水、海水和硫酸盐腐蚀的能力强，抗抗软水、海水和硫酸盐腐蚀的能力强，抗碳化能力较差。碳化能力较差。 . 抗冻性和耐磨性

41、较差。抗冻性和耐磨性较差。 6.三种水泥的特点： .矿渣水泥的特点矿渣水泥的特点：抗渗性差，干缩较大，抗渗性差，干缩较大，较高的耐热性较高的耐热性。 . 火山灰水泥特点：较高的密实度和抗渗火山灰水泥特点：较高的密实度和抗渗性，不宜用于处在干燥环境。性，不宜用于处在干燥环境。.火山灰水泥的抗硫酸盐腐蚀能力与掺入的火山灰质混合材料种类有关。当掺入烧粘土质混合材料时，则耐硫酸盐腐蚀能力较差。. 粉煤灰水泥特点：干缩性小，抗裂性较粉煤灰水泥特点：干缩性小，抗裂性较高高。 2.3.4复合硅酸盐水泥复合硅酸盐水泥1.定义： 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

42、，称为复合硅酸盐水泥（简称复合水泥），代号PC。2.混合材料的掺入量： 水泥中混合材料总掺加量按质量百分比应大于15，不超过50。允许用不超过8的窑灰代替部分混合材料；掺矿渣时混合材料掺量不得与矿渣硅酸盐水泥重复。3.强度等级：32.5，32.5R，42.5，42.5R，52.5和和52.5R六个强度等级。4.氧化镁含量： 复合硅酸盐水泥熟料中氧化镁的含量不得超过5.0。如水泥经压蒸安定性试验合格，则熟料中氧化镁的含量允许放宽到6.0。水泥中三氧化硫的含量不得超过3.5。5.检测：细度，凝结时间，安定性与普通硅酸盐水泥相同。2.4其他品种水泥其他品种水泥2.4.1铝酸盐水泥铝酸盐水泥1.定义：

43、铝酸盐水泥是以石灰石和铝矾土为主要原料，经煅烧至全部或部分熔融，得到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。 2.特点：早期强度发展迅速：早期强度发展迅速： 放热速度快：放热速度快： 耐磨性很好，对矿物水和硫酸盐的侵蚀作用具有耐磨性很好，对矿物水和硫酸盐的侵蚀作用具有很高的抵抗能力：很高的抵抗能力：耐热性好：长期强度会降低：耐热性好：长期强度会降低： 2.4.2硫铝酸盐水泥硫铝酸盐水泥GRC2.4.3快硬硅酸盐水泥快硬硅酸盐水泥2.4.3膨胀水泥和自应力水泥膨胀水泥和自应力水泥2.4.4白色硅酸盐水泥和彩色硅酸盐水泥白色硅酸盐水泥和彩色硅酸盐水泥2.4.5道路硅酸盐水泥

44、道路硅酸盐水泥3.1 砂石材料的技术性质砂石材料的技术性质3.1.1骨料的物理力学性质一、颗粒级配和粗细程度一、颗粒级配和粗细程度 1.定义： 颗粒级配是指骨料中各种粒径颗粒的搭配情况，常用级配曲线表示。 2.测定方法： 采用筛分法测定。 其方法是取一定数量的风干骨料，在一套标准筛上进行筛分，分别测得试样在各筛上的筛余质量。然后计算出反映骨料级配的分计筛余百分率、累计筛余百分率和通过百分率。分计筛余百分率是某号筛上的筛余质量（mi）占试样总质量的百分率，按下式计算：累计筛余百分率Ai是某号筛的分计筛余百分率和大于该号筛的分计筛余百分率之和，按下式计算：%100mmiiijjiiA121通过百分

45、率通过百分率Pi是通过某号筛的试样质量占试样总质量的百分率，按下式计算：分计筛余百分率、累计筛余百分率和通过百分率的关系 ：iiAP 1003.表示方法 骨料的筛分析结果反映了骨料的级配情况，它可以用表3-1的形式表示，也可以用级配曲线图反映。级配曲线图是以筛孔尺寸为横坐标（取对数坐标），累计筛余百分率（通过百分率）为纵坐标（取普通坐标），在坐标系中绘出相应筛孔尺寸的累计筛余百分率的点，并将各点以折线连成曲线。骨料的级配有连续级配、间断级配、开级配和密级配等，如图3-1所示 连续级配：连续级配：将石子按其尺寸大小分级。分级尺寸是将石子按其尺寸大小分级。分级尺寸是连续的，然后按适当比例配合，一般

46、天然卵石就连续的，然后按适当比例配合，一般天然卵石就属于这一类。连续级配因大小颗粒搭配良好，混属于这一类。连续级配因大小颗粒搭配良好，混凝土和易性好，不容易发生离析现象。凝土和易性好，不容易发生离析现象。间断级配：间断级配：间断级配的骨料，其颗粒尺寸是大小不间断级配的骨料，其颗粒尺寸是大小不连续的。有意剔去某些中间尺寸的颗粒，造成颗连续的。有意剔去某些中间尺寸的颗粒，造成颗粒级配的间断。大颗粒与小颗粒间有相当大的粒级配的间断。大颗粒与小颗粒间有相当大的“空档空档”，因而可以减少颗粒间的干扰。大颗粒，因而可以减少颗粒间的干扰。大颗粒之间的空隙，由很小的石子来填充。可使其空隙之间的空隙，由很小的石

47、子来填充。可使其空隙率降低，密实度增加，因而可以节约水泥，但间率降低，密实度增加，因而可以节约水泥，但间断级配容易使混凝土产生离析现象。当采用强力断级配容易使混凝土产生离析现象。当采用强力振动施工法及干硬性混凝土时，采用间断级配较振动施工法及干硬性混凝土时，采用间断级配较适当。适当。4.细度模数骨料的粗细程度可用细度模数表征，细度模数是各号筛的累计筛余之和除以100之商，按下式计算：1001nijfA 反映的是骨料的平均颗粒大小，常用于细骨料粗细程度的评定。对于沥青混合料用细骨料，细度模数按下式计算： 对于水泥混合料用细骨料，细度模数按下式计算： 10075. 436. 22 . 16 . 0

48、3 . 051 . 0AAAAAAf0 . 50 . 55 . 225. 163. 0315. 016. 01005AAAAAAAf细度模数越大，表明骨料越粗，普通混凝细度模数越大，表明骨料越粗，普通混凝土用砂的细度模数范围一般为土用砂的细度模数范围一般为3.70.7，其中在其中在3.73.1为粗砂，为粗砂，3.02.3为中砂，为中砂，2.21.6为细砂，为细砂，1.50.7为特细砂。为特细砂。粗骨料的最大粒径。例：某砂样筛分结果列于表，根据累计筛余百分率，计算该砂子的细度模数：二、骨料颗粒形状和表面特征二、骨料颗粒形状和表面特征三、强度和抗冲击性三、强度和抗冲击性（一）强度1.抗压强度指骨料

49、制成的边长为50mm的立方体（或直径与高度均为50mm的圆柱体）试件，在饱和水状态下饱和水状态下测定的抗压强度值。 2.压碎值指骨料抵抗压碎的能力。 （二）抗冲击性 骨料的抗冲击性是指骨料抵抗冲击荷载的能力，常用冲击值表示。 四、耐磨性和抗滑性四、耐磨性和抗滑性（一）耐磨性1.定义：骨料抵抗摩擦、撞击和剪切等综合作用的性能称为耐磨性。2.实验方法（二）抗滑性五、坚固性五、坚固性3.1.2骨料的化学性质4.1 普通砼的组成材料普通砼的组成材料1. 组成材料组成材料； 2. 特点： l可以根据不同要求配置各种不同性质的混凝土；l在凝结前具有良好的塑性，可以浇筑成各种形状和大小的构件或结构物；l与钢

50、筋有牢固的粘结力，能制作钢筋混凝土结构和构件； l其组成材料中砂和石占80%以上，可以就地取材和经济性；l抗拉强度低，受拉时候变形能力小，容易开裂；l自重大。4.1.1水泥 水泥强度等级的选择应与混凝土的设计强度等级相适应。4.1.2骨料定义：细骨料：粒径在0.165mm之间的颗粒为细骨料；粗骨料：粒径大于5mm的颗粒称为粗骨料。（一）颗粒级配及粗细程度普通混凝土用砂的细度模数范围一般为普通混凝土用砂的细度模数范围一般为3.70.7，其，其中在中在3.73.1为粗砂，为粗砂，3.02.3为中砂，为中砂，2.21.6为为细砂，细砂，1.50.7为特细砂。砂的细度模数大于为特细砂。砂的细度模数大于

51、3.7时，则拌和物的和易性不容易控制，且不容易振时，则拌和物的和易性不容易控制，且不容易振捣成型；砂的细度模数小于捣成型；砂的细度模数小于0.7时，将增加较多时，将增加较多的水泥用量，而且强度显著降低。的水泥用量，而且强度显著降低。（二）有害杂质和碱活性（三）坚固性1.定义：砂的坚固性是指砂在气候、环境变化或其他物理因素作用下抵抗破裂的能力。 2.检测方法： 用硫酸钠溶液检验 （一）颗粒级配及最大粒径在钢筋混凝土结构工程中，粗骨料的最大在钢筋混凝土结构工程中，粗骨料的最大粒径不得超过结构截面最小尺寸的粒径不得超过结构截面最小尺寸的1/4，同时不得大于钢筋间最小净距的同时不得大于钢筋间最小净距的

52、3/4。对。对于混凝土实心板，可允许采用最大粒径于混凝土实心板，可允许采用最大粒径达达1/3板厚的骨料，但最大粒径不得超过板厚的骨料，但最大粒径不得超过40mm。 （二）强度和坚固性粗骨料的坚固性用硫酸钠溶液检验 。（三）有害杂质和针、片状颗粒粗骨料中严禁混入锻烧过的白云石或石灰石块粗骨料中严禁混入锻烧过的白云石或石灰石块4.1.3砼拌和及养护用水 对水的要求：不影响混凝土的和易性及凝结；不有损于混凝土强度发展；不降低混凝土的耐久性；不加快钢筋腐蚀及导致预应力钢筋脆断；不污染混凝土表面。 除了养护水及拌和水之外，还有地下水对结构除了养护水及拌和水之外，还有地下水对结构的地下部分（基础和水池等特

53、种建筑物）的腐蚀的地下部分（基础和水池等特种建筑物）的腐蚀作用。作用。 4.1.4 外加剂及掺和料一、外加剂 外加剂是在混凝土拌合前或拌合时掺入，掺量不大于水泥质量的5（特殊情况除外），并能按要求改善混凝土性能的物质。外加剂的掺量虽小，但能显著改善混凝土的性能，技术经济效果显著。 混凝土外加剂按其主要功能分为四类： （1）改善混凝土拌合物流变性能的外加剂。 （2）调节混凝土凝结时间、硬化性能的外加剂。 （3）改善混凝土耐久性的外加剂。 （4）改善混凝土其他性能的外加剂。 （一）减水剂 1.定义：在混凝土拌合物坍落度基本相同的条件下，能减少拌合用水量的外加剂称为减水剂。2.分类：按起作用效果：普

54、通减水剂和高效减水剂两类；按凝结时间：标准型、缓凝型、早强型三种；按是否引气：引气性和非引气型两种； 按其主要化学成分：木质素磺酸盐系、多环芳香族磺酸盐系、水溶性树脂类、聚竣酸类、糖钙以及腐植酸盐等。 3.作用原理 4.特点： 混凝土中掺入减水剂，在不改变混凝土拌合用水量时，可大幅度提高新拌混凝土的流动性；当减水但不减少水泥用量时，可提高混凝土强度；若减水，同时适当减少水泥用量，则可节约水泥，同时，混凝土的耐久性也能得到显著改善。5.主要产品主要有木质素磺酸盐系、多环芳香族磺酸盐系和水溶性树脂类和聚羧酸类。.木质素磺酸盐系减水剂木钙减水剂可用于一般混凝土工程，尤其适用于大模板、大体积浇注、滑模

55、施工、泵送混凝土及夏季施工等。木钙减水剂不宜单独用于冬季施工，也不宜单独用于蒸养混凝土及预应力混凝土。. 多环芳香族磺酸盐系减水剂适用于日最低气温0以上施工的所有混凝土，尤其适用于早强、高强、流态、防水等混凝土。. 水溶性树脂类减水剂 适用于早强、高强、蒸养及流态混凝土等，也适用于铝酸盐水泥耐热混凝土。 .聚羧酸类减水剂1.定义： 能加速混凝土早期强度发展的外加剂，称为早强剂。 2.分类：早强剂主要有无机盐类、有机物类和矿物类，常用的早强剂有氯盐类、硫酸盐类、有机胺类和复合早强剂。. 氯盐类早强剂 易使混凝土中的钢筋锈蚀，在混凝土结构中的应用受到限制。 .硫酸盐类早强剂 不得用于含有碱活性骨料

56、的混凝土 .有机胺类早强剂 增加混凝土的收缩，特别是早期收缩。. 复合早强剂 3.特点：早强剂可加速混凝土硬化，缩短养护周期，加快施工进度，提高模板周转率。多用于冬季施工或紧急抢修工程。（三）缓凝剂1.定义：缓凝剂是能延长混凝土凝结时间，而不影响混凝土后期强度的外加剂。2.分类： 缓凝剂的种类很多，主要有羟基羧酸及其盐类、含糖碳水化合物类、无机盐类和木质素磺酸盐类等。 3.特点：缓凝剂主要用于高温季节混凝土、大体积混凝土、泵送和滑模混凝土施工以及远距离运输的商品混凝土；不宜用于日最低气温5以下施工的混凝土，也不宜用于有早强要求的混凝土和蒸汽养护的混凝土。（四）引气剂1.定义：引气剂是在搅拌混凝

57、土过程中能引入大量均匀分布、稳定而封闭的微小气泡的外加剂。2.分类：主要有松香热聚物、松香皂和烷基苯磺酸盐等3.特点：.改善混凝土拌合物的和易性。.提高混凝土抗渗性和抗冻性。.对混凝土强度的影响。二、掺和料 为改善混凝土性能、节约水泥、调节混凝土强度等级，在混凝土拌合时加入的天然的或者人工的矿物材料，统称为混凝土掺合料。 (一) 粉煤灰1.作用 掺入混凝土中不仅可节约水泥，还能改善混凝土拌合物的和易性、可泵性和抹面性，降低水化热，提高混凝土的抗渗性、抗硫酸盐腐蚀性，抑制碱骨料反应。 2.用途粉煤灰主要用于泵送混凝土、大体积混凝土、抗渗混凝土、抗硫酸盐和抗软水侵蚀混凝土、蒸养混凝土、轻骨料混凝土

58、、地下和水下工程混凝土、碾压混凝土等。(二) 粒化高炉矿渣1.作用粒化高炉矿渣粉可以等量取代水泥，并降低水化热、提高抗渗性和耐蚀性、抑制碱骨料反应和提高长期强度等。2.用途可用于钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土工程。大掺量粒化高炉矿渣粉混凝土特别适用于大体积混凝土、地下和水下混凝土、耐硫酸盐混凝土等。还可用于高强混凝土、高性能混凝土和预拌混凝土等。(三) 硅灰1.作用硅灰用作混凝土掺合料，可提高混凝土强度，改善混凝土的孔结构，提高混凝土抗渗性、抗冻性及抗腐蚀性，抑制碱骨料反应。2.用途 硅灰主要用于配制高强、超高强混凝土和高性能混凝土 。(四) 沸石粉1.作用可改善混凝土和易性，提高混凝土强度、抗渗性和抗冻性，抑制碱骨料反应。2.用途主要用于配制高强混凝土、流态混凝土及泵送混凝土。(五) 超细微粒掺和料1.作用.改善混凝土的流变性，可配制大流动性且不离析的泵送混凝土和自密实混凝土。.显