《土木材料（第2版修订）》全册配套完整教学课件

1、 一.土木工程材料的定义 二.土木工程材料的分类 按化学成分无机材料有机材料复合材料按使用功能结构材料墙体材料功能材料土木工程（建筑物、构筑物）中使用的各种材料及制品有机材料无机材料复合材料黑色金属：钢、铁、不锈钢等金属材料非金属材料有色金属：铝、铜等其他合金天然石材：砂、石及石材制品等烧土制品：砖、瓦、玻璃等胶凝材料：石灰、石膏、水泥、水玻璃等砼及硅酸盐制品：砼、砂浆及硅酸盐制品植物材料：木材、竹材等沥青材料：石油沥青、煤沥青、沥青制品等高分子材料：塑料、涂料、胶粘剂等无机非金属与有机复合：玻璃钢、聚合物砼、沥青混合料等金属材料与无机非金属材料复合：钢纤维砼等金属材料与有机材料复合：轻质金属

2、夹芯板分：强制性推荐性如：GBGB/T国家标准国家标准GBGB行业标准行业标准专业标准专业标准地方标准地方标准DBDB标准构成标准代号标准代号 标准顺序号标准顺序号 发布年代号发布年代号 标准名称标准名称建工JG交通JT建材JC冶金YB石化SH企业标准企业标准QBQB标标准准名名称称标标准准代代号号标标准准顺顺序序号号发发布布年年代代号号例如：聚氨酯建筑密封膏聚氨酯建筑密封膏JC/T 4822003三.技术标准材料性质材料性质（性能性能）（特性特性）合理应用合理应用技术要求 物理性质掌握目的 化学性质 力学性质 耐久性取决于1. .材料组成2. .材料结构3. .试验条件第一章第一章. .土木

3、工程材料的基本性质土木工程材料的基本性质检验检测常用规格 1. .材料组成化学组成矿物组成相组成 2. .材料结构宏观结构细观结构微观结构纳观结构A.晶体结构B.玻璃体结构C.胶体结构3. .试验条件试件形状、尺寸试件表面状况、含水状态试验温、湿度；加荷速度定义特征A.晶体结构B.玻璃体结构定义特征C.胶体结构定义特征质点在空间按特定的规则呈周期性排列特定的几何外形；各向异性(金属材料除外)；固定的熔点，化学稳定性高高温熔融物经急冷后，质点来不及按一定的规则排列便凝固成固体各向同性；导热性较低；无固定的熔点；化学稳定性差(即，活性高)分散相分散在连续相介质中形成的分散体系较强的吸附力和粘结力；

4、比晶体和玻璃体结构强度低、变形大1.密度2.表观密度03.堆积密度04.孔隙率P 5.空隙率P材料在绝对密实状态下单位体积重量材料在自然状态下单位体积重量散粒材料在堆积状态下单位体积重量一一. .材材料料与与质质量量有有关关的的性性质质材料内部孔隙体积占表观体积的百分率材料之间空隙体积占堆积体积的百分率体积密度毛体积密度比重容重松散容重闭口孔隙开口孔隙实 体开口孔隙闭口孔隙实体VV闭闭V开开Vo孔隙体积 V孔孔= V开开+ V闭闭空 隙V空空堆积体积 Vo= Vo + V空空=V+V开开 + V闭闭+ V空空表观体积 Vo= V+ V孔孔= V+V开开 + V闭闭VoV孔孔V空=V空iV0 =

5、V0i)(3cmgVm)(3300mkgcmgVVVmVm或闭开)(3300mkgcmgVVVVmVm或空闭开1 1.密度密度 2.2.表观密度表观密度 3.3.堆积密度堆积密度 式中：VV实体体积,李氏密度瓶测V V 式中：VV0表观体积，表面封蜡测VV0表观密度又称容重，分000Vm干干00Vm饱饱00Vm湿湿式中： VV0堆积体积，容量筒测V V000经比较可得：VVV00或得：干容重湿容重饱水容重4.4.孔隙率孔隙率 %1001100000孔VVVVVVVP5.5.开口孔隙率开口孔隙率 %10010OH02VMMVVPPk干饱开开6.6.闭口孔隙率闭口孔隙率 kBPPVVVVVVVVV

6、PP0000开孔开孔闭闭7.7.空隙率空隙率 %1001100000000VVVVVVVP空 粗孔与细孔粗孔与细孔 毛细孔使材料吸水率增大、耐久性 降低。一般来说粗孔不易吸满水， 微细孔隙吸水率非常大. 开孔与闭孔开孔与闭孔 开孔相对闭孔对材料强度、保温性、 耐久性更不利.或增加闭口孔隙，可 提高材料保温性、耐久性.1.一般来说,(单个)孔隙尺寸增大, 材料强度降低,导热系数增大2.孔隙率增大，材料表观密度减小；强度降低；导热系数 减小；吸水率增大；透气、透水性变大。 抗冻性是否降低，要视孔隙大小和形态特 征而定3.孔隙(形态)特征V =170 cm3V + V闭 =210 cm3V0=V +

7、 V开 + V闭 =260 cm3 某材料干燥试样重450g，浸入水中吸水饱和后排出水的 体积210cm3；取出用湿布抹干再浸入水中排出水的体积260cm3；试样磨细后烘干再浸入水中，排出水的体积170cm3 。 求：该材料密度，表观密度0 ，开口孔隙率PK ，闭口孔隙率PB %23.19260500VVPk开%38.15260400VVPB闭则：3/65. 2170450cmgVm300/73. 1260450cmgVm例题例题解解：V = 170 cm3V闭 = 40 cm3V开 = 50 cm3密度表观密度开口孔隙率闭口孔隙率二二. .材料与水有关的性质材料与水有关的性质1.亲水性 憎水

8、性润湿(边)角 9090亲水性材料 9090憎水性材料水分子之间的内聚力小于水分子与材料分子之间的吸引力 大于水分子与材料分子之间的吸引力2.吸水性材料在水中吸收水分的性质指标重量吸水率、体积吸水率3.吸湿性材料在空气中吸收水分的性质指标含水率 吸(含)水率增大，对材料的许多性质有不良影响： 如容重增加、体积膨胀、导热（系数）性增大，强度及抗冻性下降等。 6.材料的含 水状态干燥(即，绝干)状态4.耐水性材料抵抗水的破坏作用的能力指标软化系数：软化系数增大，材料的耐水性愈好， 反之，材料的耐水性愈差。 工程中将软化系数0.85的材料称为耐水材料5.抗渗性材料抵抗压力水渗透的性质指标渗透系数：渗

9、透系数越大，抗渗性越差。 抗渗等级：P4、P6、P8、P10、P12等。 其中：P12表示材料能够承受的最大水压为1.2MPa气干状态饱和面干状态湿润状态8.重量吸水率 %100MMM干干饱干水MMwm9.体积吸水率 %1001VV0O2H0VMMwv干饱水二者关系 000干干VMwwmv0mvww 10.含水率 %100MMM干干湿干水MMw某材料饱水容重0饱=1900/m3，体积吸水率wv=46% 求:干容重000O2H0饱干饱VMMwv解解:30044.146.09 .1cmgwv饱例题三三. .材料与热有关的性质材料与热有关的性质1.导热性材料两侧存在温差时,热量由一侧传至另一侧的性质

10、 愈小，材料的保温隔热性能愈好，或绝热性能愈好。工程界将 0.23W/(mk)的材料，称为绝热材料，或节能材料指标导热系数 材料组成与结构材料的孔隙率材料的孔隙特征材料的含水状态受控于最好的绝热材料为静止（态）空气，其=0.023W/(mk) 房建中采用的空心砖(砌块)、加气砼砌块中含有较多的静态空气，是良好的节能材料。2.热容量材料加热时吸收热量，冷却时放出热量的性质指标比热容比热容大的材料，热容大，有利于建筑物内部温度稳定3.热胀冷缩材料随温度变化时其尺寸变化的性质指标线膨胀系数用于计算材料在温度变化时引起的变形或产生的温度应力建筑物的围护结构宜选用比热容大、导热系数小的材料4.保温隔热保

11、温防止室内热量的散失隔热防止室外热量的进入 一一. .强度强度 1.1.定义定义 材料在外力作用下抵抗破坏的能力 2.2.分类分类 抗压、抗拉、抗剪、抗弯(折) . 抗压、抗拉、抗剪强度公式 式中： f f 强度（ MPa）； A 受力面积（mm2）； F max 最大破坏荷载（ N） . 抗弯（折）强度f f 分一点、两点加荷。 公式见教材 3.3.比强度比强度 材料强度与表观密度之比。 是衡量材料轻质、 高强的指标。AFfmax例例:直径为18mm的钢筋,最大破坏荷载120KN,求其抗拉强度f f解：由题知: A = 92 抗拉强度 f f = Fmax/ A = 120103/ 92 =

12、 471.57 MPa A. A.强度等级：强度等级：材料常根据极限强度的大小,划分为不同的强度等级或标号 我国的规范以前采用标号值；目前采用强度等级值。 B.B.强度与强度等级强度与强度等级 区别：a.强度是实测值，强度等级是人为规定的强度范围。 b.强度指的是材料的极限值，是唯一的。 c.每一强度等级则包含一系列强度值。 联系：某一材料强度等级的确定必须以其极限强度值为依据.5.5.影响材料强度的因素影响材料强度的因素 A. A.材料的组成、结构与构造材料的组成、结构与构造 即使材料的组成相同，其构造不同，强度也不一样。 B.B.孔隙率与孔隙特征：孔隙率与孔隙特征： 孔隙率愈大，材料的强度

13、愈小。一般表观密度大的材料，其强度也大。 对于同一材料，其强度与孔隙率之间存在近似直线的反比关系。 C. C.试件的形状和尺寸：试件的形状和尺寸： 受压时，立方体试件的强度值棱柱体试件的强度值，相同材料采用小试件测得的强度较大试件高。 D. D.加荷速度：加荷速度： 当加荷速度快时，由于变形速度落后于荷载增长的速度，故测得的强度值偏高，反之，速度慢时，材料有充裕的变形时间，测得的强度值偏低。 E.E.试验环境的温度、湿度：试验环境的温度、湿度： 温度高、湿度大时，试件会有体积膨胀，材料内部质点距离加大，质点间的作用力减弱，测得的强度值偏低。 F.F.受力面状态：受力面状态： 受力面的平整度，润

14、滑情况等。试件表面不平或表面涂润滑剂时，所测强度值偏低。混凝土路面砖抗折强度试验混凝土路面砖抗压强度试验建筑钢筋的拉伸试验 在外力作用下，材料既产生内力(M、V、N、T),又产生变形(弹、塑) A. 弹性变形弹性变形弹属于可逆变形，胡克定律(=)代表弹性材料 B. 塑性变形塑性变形 (又称：残余变形、永久变形) 塑属于不可逆变形 A. 脆性脆性外力作用下直至破坏无明显塑性变形而突然发生破坏的性质 抗压强度比抗拉强度高若干倍以上 特征 适合作受压构件,不适合作受拉构件 不适合承受冲击、振动荷载 B. 韧性韧性冲击外力下既吸收能量又产生变形而不破坏的性质。 抗震结构、承受动荷载的结构需要考虑材料的

15、韧性韧性 静静荷载荷载作用时不产生加速度的荷载。如结构自重 动荷载动荷载作用时产生加速度的荷载。如冲击、振动荷载三.脆性与韧性建筑钢材建筑钢材外力小时产生弹，外力超某限值时产生塑弹性塑性材料弹性塑性材料 混凝土混凝土外力作用时弹和塑同时产生弹塑性材料弹塑性材料混凝土混凝土、玻璃玻璃、石材石材、陶瓷陶瓷、铸铁铸铁等材料均为脆性材料如木材木材、钢材钢材1. 一质量为4.1kg，体积为10L的容量筒，内部装满最大粒径为20mm的碎石，称得总质量为19.81kg。向上述容量筒内注水，待石子吸水饱和后再注满水，称得其时总质量为23.91kg。将此吸水饱和的石子用湿布擦干表面，称得石子的质量为16.02k

16、g。 求该碎石: (1) 堆积密度0 (1571 kg/m3)； (2) 质量吸水率Wm (2%) (3) 表观密度0 (2530 kg/m3)； (4) 空隙率P (37.9%) 提示：已知 m =19.814.1=15.71kg，V空空 = V水水 = (23.914.116.02)/ =3.79L 则 V0 =103.79 =6.21L = 6.21 10 -3 m3 表观密度0 = m / V0 = 15.71 / 6.21 10 -3 = 2529.79 kg/m3 2.某材料在吸水饱和时的容重 0饱为1600kg/m3，体积吸水率 Wv为15% 。 计算该材料: (1) 干容重0干

17、 (1450kg/m3) (2) 质量吸水率 Wm (10.3%) (3) 开口孔隙率 P k (15%) (4) 若材料的密度为2.6g/cm3 ,求孔隙率P (44.2%)作业OH2 胶凝材料胶凝材料 1.定义- 能将散粒材料或块状材料粘结成整体的材料 2.分类- 无机胶凝材料、有机胶凝材料 气硬性胶凝材料-只能也只能 无机胶凝材料 水硬性胶凝材料-不仅而且强 度 耐水性抗渗、抗冻性 用 途气硬性 低 差 差地面以上、干燥环境水硬性 高 好 好干燥或潮湿环境、水中3.气硬性与水硬性胶凝材料的差异有机胶凝材料有机胶凝材料沥青沥青树脂树脂各种水泥各种水泥水硬性水硬性石灰石灰石膏石膏水玻璃水玻璃

18、菱苦土菱苦土气硬性气硬性无机胶凝材料无机胶凝材料胶凝材料胶凝材料 放热体积膨胀12.5倍石灰石正火（生）石灰分两类正火（生）石灰分两类 当当MgO 5%时时为钙质生为钙质生石灰；石灰； 当当MgO 5%时时为镁质生为镁质生石灰石灰欠火（生）石灰欠火（生）石灰 火候不足火候不足, ,不能消解（熟化）不能消解（熟化）过火（生）石灰过火（生）石灰 火候太足火候太足, ,熟化缓慢熟化缓慢, ,硬化后有膨胀硬化后有膨胀, ,引起隆起和开裂引起隆起和开裂 为消除上述危害，需为消除上述危害，需“陈伏陈伏”两周以上方可使用两周以上方可使用熟（消）石灰分三类熟（消）石灰分三类 当当 MgO 4%，为钙质消，为钙

19、质消石灰石灰 当当4% MgO 24%，为镁质消，为镁质消石灰石灰 当当24% MgO 30%，为白云石消，为白云石消石灰石灰一.原料与生产二.石灰的熟(消)化、水化干燥结晶结晶 水分蒸发, Ca(OH)2 饱和液中结晶析出碳化碳化硬化 CO2 +H2O+Ca(OH)2 CaCO3晶体三.石灰的硬化四.石灰的特性两个过程石灰石灰硬化体由表里不同的晶体构成硬化体由表里不同的晶体构成-表面表面 CaCOCaCO3 3晶体、晶体、 内部内部 Ca(OH)Ca(OH)2 2晶体晶体 1.1.可塑性好可塑性好, ,保水性好保水性好2.2.凝结硬化慢凝结硬化慢, ,强度低强度低3.3.耐水性差耐水性差4.

20、4.体积收缩大，易开裂体积收缩大，易开裂（不宜单独使用，使用时需掺入骨料或纤维不宜单独使用，使用时需掺入骨料或纤维）五.石灰的技术标准建筑生石灰JC/T 479-92 、 建筑生石灰粉JC/T 480-92 、 建筑消石灰粉JC/T 481-92六.石灰的应用1.石灰砂浆,混合砂浆 砌筑墙体2.石灰土,三合土 作建筑地基、道路路基3.硅酸盐建筑制品 ( (绿色建材绿色建材) ) 墙体材料 砂 灰砂砖 石灰 + + 粉煤灰 + + 水 粉煤灰砖 煤矸石 煤矸石砖过火石灰膨胀裂纹石灰网状收缩裂纹 石膏矿 CaSO42H2O CaSO40.5H2O（晶体） CaSO40.5H2O（晶体）又分为 Ca

21、SO40.5H2O 高强石膏 CaSO40.5H2O 建筑石膏一.原料与生产二.石膏的硬化三.石膏的技术标准CaSO40.5H2O（晶体）+ H2O CaSO42H2O（晶体）建筑石膏GB 9776-2008高强石膏高强石膏晶体粗大结实,比表面积小,需水量小,孔隙率小,强度高建筑石膏建筑石膏晶体微细,比表面积大,需水量大, 孔隙率大,强度低 四.石膏的特性1.凝结硬化快,强度低(比石灰高)2.硬化后体积微膨胀(0.51.0%) 可单独使用可单独使用 表面光滑细腻，形体饱满密实装饰性好、尺寸稳定好 3.孔隙率大 则容重小,强度低,保温隔热、吸声性好,可调节室内温湿度； 但抗渗性，抗冻性差，耐水性

22、差，吸湿性强。4.防火性能好，加工性能好1.石膏抹灰材料 2.石膏墙体材料 3.石膏装饰板、浮雕艺术石膏装饰配件普通石膏板耐水石膏板耐火石膏板纸面石膏板用作：分室墙、 内隔墙、 吊顶 等装饰石膏粉吸湿后受潮轻钢龙骨纸面石膏板吊顶轻钢龙骨纸面石膏板吊顶内龙骨纸面石膏板墙体内龙骨纸面石膏板墙体一.水玻璃的定义 由不同比例的碱金属和二氧化硅组成，俗称泡花碱常用硅酸钠水玻璃 Na2OnSiO2。常用的n=1.5 3.5二.水玻璃的生产湿法(液体水玻璃)； 干法(固体水玻璃)三.水玻璃的模数 SiO2与Na2O的分子比 n 称为水玻璃的模数 1.1.模数对性能影响模数对性能影响 水玻璃模数越大，硬化越快

23、，干缩越大，粘结力愈大， 强度愈高； 2.2.密度对性能影响密度对性能影响 同一模数液体水玻璃，密度愈大，浓度愈大，粘结力 愈大，强度愈高。四.水玻璃的硬化 水玻璃吸收了空气中的CO2形成了无定形硅酸。 Na2OnSiO2+ CO2 + mH2O Na2CO3 + nSiO2 mH2O 水玻璃硬化速度缓慢,需加热加热促进硬化或加入NaNa2 2SiFSiF6 6作促硬（凝）剂促硬（凝）剂五.水玻璃的特性粘结力强，强度较高，耐酸、耐热性高，耐碱性差，耐水性差六.水玻璃的应用1.土壤加固；2.配制耐热混凝土和耐热砂浆；3.配制耐酸混凝土和耐酸砂浆石灰、石膏、水玻璃比较石灰、石膏、水玻璃比较 硬化条

24、件硬化条件 硬化速度硬化速度体积变化体积变化 强度强度 应应 用用 石灰石灰干燥环境，吸收CO2 慢 收缩 低混合砂浆；硅酸盐制品 石膏石膏 干燥环境 快 膨胀 高装饰材料水玻璃水玻璃干燥环境，吸收CO2 最慢 收缩 最高耐酸(热)砂浆和混凝土,土壤加固 (2)按按化学成分化学成分分类分类硅酸盐硅酸盐系系水泥、铝酸盐水泥、铝酸盐系系水泥、硫铝酸盐水泥、硫铝酸盐系系水泥、水泥、 铁铝酸盐铁铝酸盐系系水泥等水泥等 1.水泥的定义 国外称硅酸盐水泥为波特兰水泥（Portland Cement） 1824.10.21，英国利兹（Leeds）城的泥水匠阿斯谱丁（J. Aspdin）获得英国第5022号的

25、“波特兰水泥（Portland Cement）”专利证书 1892年，河北省唐山启新洋灰有限公司生产出我国第一袋水泥 2.水泥的分类 (1) 按用途和性能用途和性能分类 分分 类类 品品 种种通用水泥硅酸盐水泥、普通水泥、矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥、复合水泥专用水泥道路水泥、砌筑水泥、耐酸水泥、耐碱水泥、油井水泥特性水泥高铝水泥、膨胀水泥、快硬硅酸盐水泥、自应力水泥、白色硅酸盐水泥 建筑三大材建筑三大材钢材、水泥、木材钢材、水泥、木材B. 生产方式C. C. 生产过程生产过程 两磨一烧两磨一烧硅酸盐水泥熟料硅酸盐水泥熟料混合材料混合材料石膏石膏磨细为成品磨细为成品+ + +A. A. 技

26、术标准技术标准 2008 2008年年6 6月月1 1日国家实施日国家实施通用硅酸盐水泥通用硅酸盐水泥GB1752007新国标新国标。 我国已逐步淘汰了立窑工艺生产水泥，目前采用更环保、高效、节能的我国已逐步淘汰了立窑工艺生产水泥，目前采用更环保、高效、节能的旋窑（回转窑）工艺。旋窑（回转窑）工艺。水泥厂全景水泥厂全景水泥旋窑示意图水泥旋窑示意图水泥立窑水泥立窑 示意图示意图定义 以硅酸盐水泥熟料熟料和适量石膏石膏，及规定的混合材料混合材料制成的水硬性胶凝材料分类 硅酸盐 水 泥普通水泥 矿渣水泥 火山灰 水 泥 粉煤灰 水 泥复合水泥 I I 型混合材料 0% 5 % 且20%混合材料 A

27、型20%且50%粒化高炉矿渣 20% 且40% 火山灰质 混合材料 20% 且40% 粉煤灰 20% 且40%两种或两种以上规定的混合材料 IIII 型混合材料 5% B 型50%且70%粒化高炉矿渣 PI PO( ordinary portland cement ) PS( portland bl- astfurnace slag cement ) PP( portland pozzolane cement ) PF ( portland flyash cement ) PC( composite portland cement ) PII混混合合材材料料含含量量代代号号 矿 物 名 称 化

28、 学 式 代 号 含 量硅酸三钙硅酸三钙 3CaOSiO C3S 37% 60%硅酸二钙硅酸二钙 2CaOSiOC2S 15% 37%铝酸三钙铝酸三钙 3CaOAl2O3 C3A 7% 15%铁铝酸四钙铁铝酸四钙4CaO Al2O3 Fe2O3 C4AF 10% 18%游离氧化钙、氧化镁fCaO、 fMgO 少量碱Na2O +0.658K2O 少量 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 凝结硬化速度凝结硬化速度 快 慢 最 快 快 28d 28d水化热水化热 多 少 最 多 中 强强 度度早期高,后期增长慢早期低,后期高 低 低 耐化学腐蚀耐化学腐蚀

29、中 良 差 优硅酸盐水泥熟料的主要矿物名称、代号及含量硅酸盐水泥熟料的主要矿物名称、代号及含量硅酸盐水泥熟料的特性硅酸盐水泥熟料的特性 1.定义 在磨制水泥时掺入的人工的或天然的矿物材料 2.掺入目的 降低水泥成本,改善水泥性能,调节水泥强度等级 3.分类活性活性混合材料混合材料与石灰和水拌合后与石灰和水拌合后, ,常温下能使石灰常温下能使石灰成为水硬性胶凝材料的矿物材料成为水硬性胶凝材料的矿物材料非活性非活性混合材料混合材料与石灰和水拌合后与石灰和水拌合后, ,常温下不能使石常温下不能使石灰成为水硬性胶凝材料的矿物材料灰成为水硬性胶凝材料的矿物材料粒化高炉矿渣粒化高炉矿渣火山灰质混合材料火山

30、灰质混合材料粉煤灰粉煤灰磨细石英砂、石灰石粉、慢冷矿渣等磨细石英砂、石灰石粉、慢冷矿渣等活性活性SiOSiO2 2、活性、活性AlAl2 2O O3 3玻璃体结构玻璃体结构三三. . 石膏石膏 调凝剂调凝剂, ,即调节水泥的凝结硬化速度即调节水泥的凝结硬化速度4.4.火山灰反应火山灰反应( (活性、效应、作用活性、效应、作用) )、二次、二次反应反应SiOSiO2 2C-S-H C-S-H 凝胶凝胶( (水化硅酸钙水化硅酸钙) )AlAl2 2O O3 3C-A-H C-A-H 晶体晶体( (水化铝酸钙水化铝酸钙) )H H2 2O OCa(OH)Ca(OH)2 2+ + +CaSOCaSO4

31、 4 2H 2H2 2O O+ +Aft Aft 晶体晶体( (高硫型水化硫铝酸钙高硫型水化硫铝酸钙) )C-A-HC-A-HH H2 2O OCa(OH)Ca(OH)2 2+ + +碱性激发碱性激发剂剂硫酸盐激发剂硫酸盐激发剂粉煤灰颗粒粉煤灰颗粒矿渣颗粒矿渣颗粒 1.硅酸盐、普通水泥的水化 混合材料少,主要为熟料矿物的水化熟熟料料矿矿物物石膏石膏C3SC2SC3AC4AFH2O+ +C-S-H C-S-H 凝胶凝胶( (水化硅酸钙水化硅酸钙) ) C-A-H C-A-H 晶体晶体( (水化铝酸钙水化铝酸钙) )CH 晶体晶体( (氢氧化钙氢氧化钙) )C-F-H C-F-H 凝胶凝胶( (水

32、化铁酸钙水化铁酸钙) ) + +C-A-H C-A-H 晶体晶体( (水化铝酸钙水化铝酸钙) )+ + +H2OH2O+ +CaSOCaSO4 4 2H 2H2 2O O+ +Aft Aft 晶体晶体( (高硫型水化硫铝酸钙高硫型水化硫铝酸钙) )C-A-HC-A-HAfm Afm 晶体晶体( (单硫型水化硫铝酸钙单硫型水化硫铝酸钙) )石膏耗尽时石膏耗尽时2.2.矿渣、火山灰及粉煤灰水泥矿渣、火山灰及粉煤灰水泥的水化的水化 混合材料多混合材料多, ,熟料矿物少熟料矿物少 水化分两次（步）进行水化分两次（步）进行熟料矿物水化熟料矿物水化一次水化一次水化CH 晶体晶体混合材料水化混合材料水化二次

33、水化二次水化火山灰反应火山灰反应激发剂激发剂3.3.综上所述综上所述, ,忽略次要成分忽略次要成分, ,通用硅酸盐水泥的水化反应通用硅酸盐水泥的水化反应( (产产) )物物水化（产）物水化（产）物凝胶凝胶晶体晶体C-S-H C-S-H 凝胶凝胶C-F-H C-F-H 凝胶凝胶CH 晶体晶体C-A-HC-A-H 晶体晶体AftAft 晶体、晶体、 AfmAfm 晶体晶体孔孔隙隙 1.水泥石水泥水化硬化后形成的具有一定强度的人造石人造石 水化水化( (产产) )物物 C-S-HC-S-H凝胶(70%), CHCH晶体(20%), AFtAFt晶体(7%) 未水化水泥颗粒未水化水泥颗粒( (内核内核

34、) ) 无论水化多久，水泥颗粒内核很难完全水化 毛细孔毛细孔水泥颗粒间未被水化物填充(原来充水)的空间 孔隙孔隙 水泥水化理论需水23%，实际施工加水30%70%，多余水分蒸发形成毛细孔 凝胶孔凝胶孔凝胶(C-S-HC-S-H、C-F-HC-F-H)体内部的孔隙,占凝胶体积28% 水水 （水化物内部）结晶水、结晶水、（水泥水化剩余）自由水自由水 水水泥泥石石组组成成综上所述综上所述故：故：水泥石是由水泥石是由固、液、气固、液、气等三相组成的复杂的等三相组成的复杂的混合物混合物 由于水泥石中含有大量由于水泥石中含有大量CHCH晶体，或者说其它水化晶体，或者说其它水化( (产产) )物是在物是在C

35、HCH的饱和的饱和溶溶液液 中生长发育并能稳定存在，则水泥石是一种碱性物中生长发育并能稳定存在，则水泥石是一种碱性物质，质，其其PHPH值值 12.5 因砂石为惰性物质，而水泥石呈碱性，则砼因砂石为惰性物质，而水泥石呈碱性，则砼( (砂浆砂浆) )是碱性物质是碱性物质 碱性的砼碱性的砼( (砂浆砂浆) )容易被自然界中的酸、盐类物质腐蚀容易被自然界中的酸、盐类物质腐蚀 碱性的砼对埋入其中的钢筋形成碱性保护，使钢筋不易锈蚀碱性的砼对埋入其中的钢筋形成碱性保护，使钢筋不易锈蚀水水泥泥石石组组成成 软水侵蚀软水侵蚀（溶出性腐蚀） 雨(雪)水,蒸镏(冷凝)水及含重碳酸盐甚少的水为软水 水泥石长期与软水

36、(静止、流动)接触，CH被溶出水泥石碱度降低 其它水化物分解溶失水泥石结构破坏。静水静水或无水压无水压时腐蚀仅限于表层， 而流水流水或压力水压力水下腐蚀由表及里不停止直至破坏。故后者比前者更有害更有害 硫酸盐腐蚀海水、污水中含有钠、钾等硫酸盐 Na2SO4+ Ca(OH) 2 CaSO42H2O + NaOH CaSO42H2O + C-A-H AFt( (高硫型水化硫铝酸钙高硫型水化硫铝酸钙,又名水泥杆菌水泥杆菌) 硫酸盐浓度高时, CaSO42H2O 在孔隙中结晶,体积膨胀造成破坏 镁盐腐蚀海水、污水中含有大量镁盐,如硫酸镁和氯化镁 MgSO4 + Ca(OH)2 CaSO42H2O +

37、Mg (OH) 2 松软无胶结力松软无胶结力 MgCl2 + Ca(OH)2 CaCl2 + Mg (OH) 2 松软无胶结力松软无胶结力 CaCl2易溶于水, CaSO42H2O还产生硫酸盐腐蚀故硫酸镁硫酸镁对水泥石有双重双重腐蚀腐蚀 酸的腐蚀 强碱的腐蚀腐腐蚀蚀类类型型 基本原因 水泥石(水化物)中存在CH晶体和C-A-H晶体 腐蚀原因 水泥石本身不密实 外在因素 介质的温度、流速、压力等 水泥石的腐蚀是一个极为复杂的物理化学过程 水泥石的腐蚀很少仅是单一的侵蚀作用，而是几种侵蚀同时存在，互 相影响，共同作用。 合理选择水泥品种 提高耐腐蚀的措施 提高水泥石的密实度 做保护层石料、玻璃、陶

38、瓷、沥青等六六. . 通用硅酸盐水泥的储存、运输与保管通用硅酸盐水泥的储存、运输与保管 1.一般储存条件下,水泥的保质期为_个月. 2.即使在良好储存条件下也不能储存过久,因为水泥会吸收空气中_和_,使颗粒表面水化甚至碳化,丧失_, _大为降低. 3.过期或受潮的水泥应重新检验后方可使用,且不得用于重要工程部位.硅酸盐水 泥普通水泥矿渣水泥火山灰水泥粉煤灰水泥复合水泥1.凝结硬化快2.早期强度高3.水化热大4.抗冻性好5.干缩小6.耐腐蚀性差7.耐热性差8.不适合湿热 处理9.抗碳化性好1.凝结硬化较快2.早期强度较高3.水化热较大4.抗冻性较好5.干缩较小6.耐腐蚀性 较差7.耐热性较差8.

39、抗渗性较好9.不适合湿热 处理10.抗碳化性 较好 共 性 1.凝结硬化慢 2.早期强度低，后期强度增长较快 3.水化热小 4.抗冻性差 5.耐腐蚀性较好 6.抗碳化性差 7.适合于湿热处理即:蒸气养护、蒸压养护 个(特) 性1.耐热性高2.干缩大3.泌水性大1.抗渗性好2.干缩大3.耐磨性差1.抗裂性好2.干缩小3.耐磨性差3d强度高于矿渣水泥 根据根据工程特点工程特点及及使用环境使用环境分：优先选用、可以选用和不宜选用三种情况分：优先选用、可以选用和不宜选用三种情况，详，详P69 表表3-10 六种六种通用硅酸盐水泥通用硅酸盐水泥中：中：1. 属于属于“快硬早强快硬早强”的水泥有的水泥有_

40、普通水泥普通水泥_、_硅酸盐水泥硅酸盐水泥_ “快硬早强快硬早强”的水泥可用于高强混凝土、预应力混凝土及现浇混凝土的水泥可用于高强混凝土、预应力混凝土及现浇混凝土2. 属于属于“水化热小水化热小”的水泥有的水泥有_、_ 、_ 、_ “水化热小水化热小”的水泥可用于大体积混凝土的水泥可用于大体积混凝土3.属于属于“耐腐蚀性好耐腐蚀性好”的水泥有的水泥有_、_ 、_ 、_ “ “耐腐蚀性好耐腐蚀性好”的水泥可用于有腐蚀介质作用的环境中，如海港码头的水泥可用于有腐蚀介质作用的环境中，如海港码头、污水管道等工程中、污水管道等工程中 4. 属于属于“干缩小干缩小”的水泥有的水泥有_、_ 、_ “干缩小干

41、缩小”的水泥可用于干燥环境中，如相对湿度小、风速大等工程的水泥可用于干燥环境中，如相对湿度小、风速大等工程中中5. 属于属于“抗碳化性好抗碳化性好”的水泥有的水泥有_、_ “抗碳化性好抗碳化性好”的水泥可用于的水泥可用于CO2浓度高环境中浓度高环境中 九九. 通用通用硅酸盐硅酸盐水泥的技术要求水泥的技术要求 1. 细度水泥颗粒的粗细程度 细度大总表面积大水化反应快凝结硬化快强度高。 硅酸盐、普通水泥细度用 比表面积法 检验， 其余水泥细度用 筛（分）析 法检验， 国标要求详下表；比表面仪比表面仪比表面仪比表面仪水泥标准筛水泥标准筛(80m方孔筛方孔筛) 2. 标准稠度需水量 水泥净浆达到标准稠

42、度(282mm)时所加水量，用水/水泥表示。 水泥达到标准稠度是为了检验 凝结时间 和 体积安定性 水泥的标准稠度需水量试验有 调整水量法 和 不变水量法 两种方法先加水：先加水：120-150ml;再加水泥：再加水泥：500g（5-10s内）内）搅拌：低速搅拌：低速120s；停：；停：15s 高速高速: 120s释放试释放试杆杆30s时读数时读数：调整水调整水量法：量法：2630mm固定水固定水量法：量法：P33.4 0.185S3. 凝结时间分初凝和终凝 初凝水泥加水拌和到水泥浆开始失去可塑性所需的时间 终凝水泥加水拌和到水泥浆完全失去可塑性，并开始具有强度 所需的时间l初凝时间不宜早早；

43、l 终凝时间不宜晚晚。l初、终凝时间的规定详下表水泥凝结时间的测定水泥凝结时间的测定4. 体积安定性水泥在凝结硬化过程中体积变化的稳定性 (硬化后)水泥制品产生不均匀体积变化(弯曲变形、开裂) 体积安定性不良 体积安定性不良原因 熟料中含有过量游离氧化钙(f-CaO)、游离氧化镁(f-MgO) 生产水泥时加入了过量的石膏(SO3) 体积安定性检验方法 f-CaO引起的安定性不良用沸煮法试饼法或雷氏法 f-MgO和石膏(SO3)引起的安定性不良不便于快速检验限制其含量试饼试饼法法雷雷氏氏法法5. 强度等级采用水泥胶砂法测定 水泥胶砂配合比：水泥:标准砂:水= = 1:3:0.5 标准试件： 40

44、40160mm,一组3块 振动成型： 在频率28003000次/min，振幅0.75mm振实台上成型， 振动时间120s 试件养护： 在20 C 1C，相对湿度不低于90%的雾室或养护箱中24h， 然后脱模在20C 1 C的水中养护至测试龄期； 强度测量：强度测量： 先测定抗折强度，折断后每截再测定抗压强度。根据3d、28d抗 压、抗折强度测定结果划分强度等级 通用水泥的强度等级详下表。试件成型试件成型先加水先加水225ml ；再加水泥再加水泥450g搅拌：低速搅拌：低速30s，第，第2 2个个30s时时自动均匀加砂自动均匀加砂 高速高速30s；停；停90s；高；高速速60s十十. . 通用硅

45、酸盐水泥的合格性判定通用硅酸盐水泥的合格性判定 1. 合格品合格品 不溶物、烧失量、氯离子、MgO、SO3、凝结时间、安定性、强 度等级等技术指标均符合规范规定者为合格品 2. 不合格品不合格品不溶物、烧失量、氯离子、MgO、SO3、凝结时间、安定性、 强度等级等技术指标任何一项不符合标准规定者 不合格品按复试结果使用或降级使用。 水泥可以袋装或散装，袋装水泥每袋净重50kg 项 目 硅酸盐水泥普通水泥PO 矿渣水泥 PS火山灰水泥 PP粉煤灰水泥 PF复合水泥PC PP 细 度比表面积300m2/kg 0.08mm方孔筛筛余量10%凝结时间初凝45min终凝 6.5h 10h体积安定性安定性

46、 沸煮法必须合格(若试饼法与雷氏法发生争议,以雷氏法为准)MgO 5% 6%; SO SO3 3 3.5%PS 4% ;其余 3.5 % 不溶物 0.75% 1.5% 烧失量 3% 3.5% 5% 氯离子 0.06%碱含量 (按Na2O + 0.658K2O计算)使用活性骨料时 0.6%；或由供需双方商定 强度等级42.5、 52.5 、 62.542.5R、52.5R 、62.5R42.5 、 52.5 42.5R 、52.5R32.5、 42.5 、 52.5 32.5R、42.5R 、52.5R 强度 等级龄期硅酸盐水泥 普通水泥矿渣、火山灰、 粉煤灰水泥 复合水泥抗压强度/MPa抗折强

47、度/MPa抗压强度/MPa抗折强度/MPa抗压强度/MPa抗折强度/MPa抗压强度/MPa抗折强度/MPa 32.53d28d 10.032.52.55.511.032.52.55.5 32.5 R3d28d 15.032.53.55.516.032.53.55.5 42.53d28d17.042.53.56.516.042.53.56.515.042.53.56.516.042.53.56.5 42.5 R3d28d22.042.54.06.521.042.54.06.519.042.54.06.521.042.54.06.5 52.53d28d23.052.54.07.022.052.54

48、.07.021.052.54.07.022.052.54.07.0 52.5 R3d28d27.052.55.07.026.052.55.07.023.052.55.07.026.052.55.07.0 62.53d28d28.062.55.08.0 62.5 R3d28d32.062.55.58.0 一.高铝水泥(铝酸盐水泥)（代号CA ） 1.定义属快硬、高强、耐腐蚀、耐热的水泥,以3d抗压强度表示强度等级 2.熟料矿物 铝酸一钙(CA)、二铝酸一钙(CA2)及少量硅酸二钙(C2S) 3.水化产物 主要为水化铝酸钙(C-A-H)和铝胶(AH3) 4.分类 按GH201-2000规定，高铝水

49、泥根据Al2O3含量百分数分为CA-50、 CA-60、CA-70和CA-80四类。 5.特性 (1)快硬早强,1d 强度可达最高强度的80%以上. (2)水化热大,且集中放热, 1d内放热可达水化热总量的70-80% (3)抗硫酸盐腐蚀性强,但抗碱性极差 (4)耐热性好 (5)长期强度逐级降低,一般下降40-50%. (6)不得与石灰或硅酸盐水泥混合使用,不得与尚未硬化的硅酸盐 水泥接触 6.应用 (1)紧急军事工程； (2)抢修工程 (3)配制耐热砼及寒冷地区冬季施工砼 (4)不能用于长期承重结构及高温高湿环境中工程,不能蒸气养护1.快硬硅酸盐水泥以3d抗压强度表示强度等级。 (1)特点快

50、硬、早期强度高、后期强度亦高。 (2)应用紧急军事工程、冬季施工砼、高强砼预制构件、抗冲击及抗震工程2.快硬硫铝酸盐水泥 (1)特点快凝、早强、不收缩。 (2)应用早强、抗渗、抗硫酸盐侵蚀砼、冬季施工砼、抢修、堵漏工程三.膨胀水泥与自应力水泥 1.特点水泥硬化过程中不但不发生收缩，而且有不同程度的膨胀的水泥。 2.分类自应力值 2MPa的称为膨胀水泥,自应力值 2MPa的称为自应力水泥 或自由膨胀率 3%的称为膨胀水泥,自由膨胀率 3%的称为自应力水泥 3.应用补偿收缩砼、抗渗砼、接缝或管道接头、结构加固与修补、砼压力管等四.道路硅酸盐水泥 1.定义以适当成分的生料烧至部分熔融，得到以硅酸钙为

51、主要成分和较多量的 铁铝酸盐水泥熟料，再加入0 10%活性混合材料和适量石膏磨细制成的水硬 性胶凝材料 2.特点具有较高的抗压和抗折强度、较高的耐磨和抗冻性、较小的收缩性 3.应用机场跑道、公路路面五.白色和彩色硅酸盐水泥 三.特点特点 1.优点 就地取材；造价低；可塑性好；耐久性 高；与钢筋有牢固的粘结；性能可调整。 2.缺点 自重大；比强度小；抗拉强度低，性脆； 导热系数大；硬化慢；生产周期长。重砼(02800kg/m3)普通砼(2000kg/m302800kg/m3)天然砂石做骨料轻砼(01950kg/m3 )按表观密度分按抗压强度分低强砼(fcu30MPa)中强砼(fcu30-60MP

52、a) 高强砼(fcu60MPa)超高强砼(fcu100MPa)一. 定义定义 P76 二.分类分类 第一节第一节. .概述概述 胶凝材料 砼未硬化前(fresh concrete) 起润滑作用 浆体 水 砼硬化后(concrete) 起胶结作用砼 细骨料 起骨架作用、抗风化 骨料 粗骨料 抑制水泥浆收缩、耐磨 四四. 砼中各组成材料的作用砼中各组成材料的作用 砼组成材料 胶凝材料 、水、细骨料和粗骨料，以及适量外加剂 胶凝材料（ binder ） 包括水泥、掺合料 掺合料 又称辅助胶凝材料（ supplementary binder ）。主要包括：粉煤灰、硅粉、磨细矿渣粉、天然火山灰质材料、磨

53、细煤矸石等。其中粉煤灰粉煤灰和（磨细）矿渣粉（磨细）矿渣粉应用最为普遍水泥( (cement) ) 水( (water) ) 洁净水细骨料( (fine-aggregate) ) 粗骨料 ( (coarse -aggregate ) )化学外加剂( (chemical dmixture ) )矿物掺合料( (mineral admixture ) )分类泥、泥块；有害物质细度、级配坚固性、碱活性定义、分类、减水剂、引气剂分类泥、泥块；有害物质粒形、粒径级配、强度定义、分类粉煤灰、磨细矿渣粉 砼concrete 1.品种 依据工程结构特点、使用环境及水泥特性选择 2.强度等级 水泥强度等级应与砼

54、强度等级相适应 原则 高强度等级砼用高强度等级水泥；低强度等级砼用低强度等级水泥二二. .水水( (water) ) 1.基本要求 不影响砼的凝结和硬化；无损于砼强度发展和耐久性； 不加快钢筋锈蚀；不引起预应力钢筋脆断；不污染砼表面 2.满足 混凝土用水标准JGJ 63-2006的规定：凡是能引用的水 和洁净的天然水，均可用于混凝土拌合和养护。三三. .细骨料( (fine-aggregate) ) 建筑用砂GB/T 14684 2011； 普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准JGJ 52 2006 1.定义 粒径在0.15mm-4.75mm的骨料称为细骨料，常称作砂(sand)。 天然砂 河

55、砂、湖砂、山砂、淡化海砂 按产源分 2.分类 人工砂 机制砂 按细度模数分 粗砂、中砂、细砂 3.泥、泥块、有害物质 含泥量-粗（细）骨料中粒径小于0.075mm的颗粒； 石粉含量-机制砂中粒径小于0.075mm的颗粒； 泥块含量-粗（细）骨料中粒径大于4.75（1.18）mm ， 水洗后小于2.23（0.6）mm的颗粒 (2)有害物质包括云母、轻物质、有机物、硫化物及硫酸盐、氯盐等 (3)危害 (4)要求符合JGJ 522006泥,泥块,云母,轻物质 粘附在砂的表面,妨碍水泥与砂的 ,降低 砼的 ,增加砼的 ,加大砼 的 ,降低砼的抗渗性和抗冻性。硫化物及硫酸盐对水泥有(硫酸盐)腐蚀作用有机

56、物会分解出有机酸对水泥有腐蚀作用氯盐对钢筋有腐蚀作用。 4.粗细程度( fineness ) A.定义不同粒径的砂粒混合在一起后的平均（总体）粗细程度 B.目的使砂总表面积总表面积较小，包裹砂粒表面的水泥浆较少，节约水泥 11654321005AAAAAAAf E.分类 f = 3.1-3.7为粗砂，f = 2.3-3.0为中砂， f = 1.6-2.2为细砂，f = 0.7-1.5为特细砂 配制砼时优先选用中粗砂 5.颗粒级配( gradation) A.定义砂中不同粒径颗粒的搭配情况 B.目的使砂总空隙率较小，填充砂粒空隙的水泥浆较少，节约水泥 细砂细砂，总表面积大大；粗砂粗砂，总表面积小

57、小。砂粒表面由水泥浆包裹。 因此，粗砂粗砂较细砂细砂水泥用量省省。C. 测定用筛分析方法（简称筛分法筛分法）测定D. 指标细度模数( finenessmodulus) E. 级配合格的标志 各筛孔累计筛余百分 率(Ai)落在任一级配区， 级配合格 除4.75、0.6mm外， 允许有少量超出， 但超出总量不大5%， 级配合格。配制砼时优先选用II区砂 6. 坚固性7. 碱活性级配骨料中粗粗、中中、细细粒径颗粒的合理搭配 较多的（ ）粒径颗粒，骨料的合理级配 适当的（ ）粒径颗粒， 少量的（ ）粒径颗粒。 骨料总表面积总表面积（ ） 骨料总孔隙率总孔隙率（ ） 合理级配具有 水泥用量用量（ ） 混

58、凝土强度强度（ ） 混凝土密实性密实性（ ）C. 测定用筛分析方法（简称 筛分法筛分法）测定D. 评定 按 A0.6 分三个级配 区I、 II、 III 区 标准筛孔(方孔) 4.75、2.36、1.18、0.6、0.3 、0.15 试样总重 M = = 500g 筛孔尺寸 mm筛余量 mi (g)分计筛余ai (%) 累计筛余 Ai (%) 4.75 50 10 10 2.36 90 18 28 1.18 120 24 52 0.6 150 30 82 0.3 65 13 95 0.15 20 4 99计算公式 miai =(mi/M)100Ai =ai4.752.361.180.60.30

59、.15筛底细度模数细度模数f = (28+52+82+95+99) 510 / (100-10) = 3.4,属粗砂 A0.6= 82%落在级配区，按区评定 经检查所有筛孔Ai i均落在区，则该砂为区砂，级配合格教材教材P P157157习题习题4.44.4 细砂的细度与级配细砂的细度与级配筛孔尺寸(mm)4.752.361.180.60.30.15筛 余 量（g）0252575120245分计筛余（%）055152449累计筛余（%）051025499811654321005AAAAAAA细度模数 细010005984925105= 1.87对比教材P81表4-2知：0.6 mm累计筛余落在

60、区，按区评定。但0.3 mm累计筛余未落在区，超分界线5549%= 6%5%，级配不合格，细砂细砂不能单独用于配制砼。 粗砂的细度与级配粗砂的细度与级配筛孔尺寸(mm)4.752.361.180.60.30.15筛 余 量（g）50150150755025分计筛余（%）10303015105累计筛余（%）1040708595100细度模数粗 = = = 3.78对比教材P81表4-2知： 0.6 mm累计筛余落在区，按区评定，但2.36 mm和1.18 mm累计筛余均未落在区，超分界线4035%+7065% = 10%5% ，级配不合格，粗砂粗砂不能单独用于配制砼。10100105100958