材料科学概论三砌块

材料科学概论三砌块第1页/共90页普通混凝土的基本组成材料水泥水砂石子第2页/共89页第2页/共90页普通混凝土结构示意图1—石子；2—砂子；3—水泥浆；4—气孔第3页/共89页第3页/共90页混凝土组成材料的作用在混凝土组成材料中，水泥和水组成水泥浆，它包裹在所有骨料的表面并填充在骨料空隙中。在混凝土硬化前，水泥浆起润滑作用，赋于混凝土拌合物流动性，便于施工；在混凝土硬化后起胶结作用，把砂、石骨料胶结成为整体，使混凝土产生强度，成为坚硬的人造石材砂、石是骨料，对混凝土起骨架作用，其中小颗粒的骨料填充大颗粒的空隙。粗、细骨料的总体积要占混凝土体积的70％～80％，因此骨料质量的优劣，对混凝土各项性质的影响很大第4页/共89页第4页/共90页新拌混凝土的和易性

和易性的概念

和易性是指新拌混凝土易于施工操作（搅拌、运输、浇灌、捣实）并能获得质量均匀、成型密实的混凝土的性能。又称工作性。和易性是一个综合性技术指标，通常包括流动性、粘聚性和保水性三个方面的含义。第5页/共89页第5页/共90页流动性：混凝土拌合物在自重或机械振捣的作用下，能产生流动，并均匀密实地填满整个模板的性能。粘聚性：混凝土拌合物的组成材料间有一定的粘聚能力，在施工过程中，不致发生分层和离析现象的性能。保水性：新拌混凝土具有一定的保水能力，在施工过程中，不致产生严重泌水现象的性能。新拌混凝土和易性的三个含义既相互联系，又互相矛盾。在一定施工工艺条件下，新拌混凝土的和易性是以上三个方面的矛盾统一。第6页/共89页第6页/共90页

离析离析：在运输浇筑过程中，水泥浆上浮，骨料下沉的现象。离析导致混凝土不均匀，蜂窝麻面。离析的两种形式：1）粗骨料有从拌合物中分离出来的倾向，多发生于水泥用量少的混凝土中。2）水泥浆有从拌合物中分离出来的倾向，多发生于水灰比比较大的混凝土中。第7页/共89页第7页/共90页混凝土分层离析第8页/共89页第8页/共90页外分层第9页/共89页第9页/共90页内分层第10页/共89页第10页/共90页泌水泌水：在混凝土浇筑，捣实过程中，水和少量轻物质上浮形成“浮层”的现象。泌水的危害：1）泌水过程中形成的泌水通道使硬化后的混凝土抗渗性、抗冻性下降；2）在骨料下方形成水囊，加剧水泥浆与骨料间过渡区的薄弱程度，明显影响硬化混凝土的强度；3）形成的浮浆，几乎无强度，若不处理，形成薄弱夹层。第11页/共89页第11页/共90页新拌混凝土泌水示意图第12页/共89页第12页/共90页

混凝土浇筑中形成的冷缝蜂窝、孔洞第13页/共89页第13页/共90页和易性的测定

坍落度法和维勃稠度法坍落度适用于流动性较大的混凝土拌合物，维勃稠度适用于干硬的混凝土拌合物。（混凝土拌和试验）第14页/共89页第14页/共90页

1.坍落度试验

1）坍落度值sl（mm）=筒高-坍落后混凝土试体最高点高度sl↑，新拌混凝土流动性↑。同时观测判断粘聚性和保水性。第15页/共89页第15页/共90页2）根据坍落度对混凝土拌合物分类：

大流动性sl≥160mm；

流动性sl=100~150mm；

塑性sl=50~90mm；

低塑性sl=10~40mm

第16页/共89页第16页/共90页3）坍落度选择

工程中选择混凝土拌合物的坍落度，要根据结构构件截面尺寸大小、配筋疏密和施工捣实方法等来确定。当构件截面尺寸较小或钢筋较密，或采用人工插捣时，坍落度可选择大些。正确选择混凝土拌合物的坍落度，对于保证混凝土的施工质量及节约水泥，具有重要意义。第17页/共89页第17页/共90页2.维勃稠度试验1）维勃稠度值(s)=水泥浆布满整个圆盘的下底面所需的时间。

该值↑，拌合物流动性↓2）适用条件维勃稠度=5~30s（sl＜10mm）3）分级超干硬性≥31s

特干硬性30~21s

干硬性20~11s

半干硬性10~5s第18页/共89页第18页/共90页和易性的影响因素

水泥浆量——水泥浆量是指混凝土中水泥及水的总量。在水灰比不变的情况下，如果水泥浆越多，则拌合物的流动性越大。但若水泥浆过多，使拌合物的粘聚性变差。水灰比——水与水泥的质量比称为水灰比（W/C）。在水泥用量不变的情况下，水灰比越小，水泥浆就越稠，混凝土拌合物的流动性便越小。水灰比过大，又会造成混凝土拌合物的粘聚性和保水性不良，而产生流浆、离析现象，并严重影响混凝土的强度。影响混凝土拌合物和易性的决定性因素是其拌合用水量的多少。实践证明，在配制混凝土时，当所用粗、细骨料的种类及比例一定时，为获得要求的流动性，所需拌合用水量基本是一定的，即使水泥用量有所变动(1m3混凝土水泥用量增减50～100kg)时，也无甚影响。这一关系称为“恒定用水量法则”。第19页/共89页第19页/共90页和易性的影响因素砂率——砂率是指砂用量与砂、石总用量的质量百分比。砂率对混凝土拌合物的和易性有重要影响。在配制混凝土时，砂率不能过大，也不能太小，应选用合理砂率值。所谓合理砂率是指在用水量及水泥用量一定的情况下，能使混凝土拌合物获得最大的流动性，且能保持粘聚性及保水性能良好时的砂率值。或者，当采用合理砂率时，能在拌合物获得所要求的流动性及良好的粘聚性与保水性条件下，使水泥用量最少。组成材料的影响水泥品种不同，需水量不同集料级配、表面状况第20页/共89页第20页/共90页和易性的影响因素时间和温度时间延长，水泥水化及水分蒸发耗水温度升高，水泥水化及水分蒸发速度加快外加剂混凝土拌合物掺入减水剂或引气剂，流动性明显提高，引气剂还可有效地改善混凝土拌合物的粘聚性和保水性第21页/共89页第21页/共90页硬化混凝土的强度混凝土受压破坏混凝土标准试件抗压强度试验破坏前后的形状第22页/共89页第22页/共90页混凝土抗压强度立方体抗压强度：150×150×150mm，28d;

标养：20±2℃，湿度＞90%非标准试件的换算系数，200mm立方体—1.05；

100mm立方体—0.95

立方体抗压标准强度：具有95%保证率的立方体抗压强度。强度等级表示：C立方体抗压强度标准值普通混凝土强度等级划分：C7.5~C60共十二个等级

硬化混凝土的强度第23页/共89页第23页/共90页混凝土的轴心抗压强度

为了符合工程实际，在结构设计中混凝土受压构件的计算采用混凝土的轴心抗压强度150mm×150mm×300mm棱柱体抗压强度fcp=(0.7~0.8)fcc(fcc=10~50MPa）混凝土的抗拉强度

混凝土的抗拉强度只有抗压强度的1/10～1/20，且随着混凝土强度等级的提高，比值降低。混凝土抗拉强度采用立方体劈裂抗拉试验来测定，称为劈裂抗拉强度fts硬化混凝土的强度第24页/共89页第24页/共90页影响混凝土强度的因素水泥强度等级和水灰比（主要因素）碎石：A=0.46，B=0.07卵石：A=0.48，B=0.33水泥强度等级相同，W/C↑，fcu↓；（如图）

W/C相同，水泥强度等级↑，fcu↑。第25页/共89页第25页/共90页第26页/共89页第26页/共90页2.骨料

骨料强度与表面状况。

W/C<0.4时，同样的配合比，碎石砼比卵石砼强度约高38%。3.龄期

龄期↑，强度↑影响混凝土强度的因素第27页/共89页第27页/共90页4.养护温度与湿度温度↑，早期强度↑；湿养时间↑，强度↑。5.施工质量：计量准确，搅拌均匀，振捣密实等

空洞位置局部放大

影响混凝土强度的因素第28页/共89页第28页/共90页第29页/共89页第29页/共90页试验条件试件尺寸：相同试件，尺寸越小，测得的强度越高试件形状：当试件受压面积相同，高度越大，抗压强度越小环箍效应：混凝土试件在压力机上受压时，在压板与混凝土试件受压面形成磨擦力，对试件的横向膨胀起着约束作用，这种约束作用称为“环箍效应”。“环箍效应”对混凝土抗压强度有提高作用。离压板越远，“环箍效应”小，在距离试件受压面约0.866α（α为试件边长）范围外这种效应消失。影响混凝土强度的因素第30页/共89页第30页/共90页影响混凝土强度的因素表面状态：表面粗糙，测得抗压强度高加荷速度：加荷速度越快，测得的强度越高第31页/共89页第31页/共90页提高混凝土强度的措施采用高强度等级水泥或早强型水泥使用减水剂，降低水灰比采用级配良好的骨料，使用掺合料采用机械搅拌和振捣加强养护：蒸气养护适于掺活性混合材料的硅酸盐水泥第32页/共89页第32页/共90页硬化混凝土的耐久性

混凝土在所处的自然环境及使用条件下保持其使用性能的性质，是综合指标。抗渗性：混凝土抵抗有压介质（水、油、溶液等）渗透作用的能力，是砼耐久性的基本性能。抗渗等级：标养28d的试件按规定进行试验，试件不渗水所能承受的最大水压力。

抗渗等级（标号）的表示：P（S)+10最大水压力；有P2、P4、P6、P8、P10、P12（S2~S12）。第33页/共89页第33页/共90页抗冻性：混凝土在饱水状态下，能经受多次冻融循环作用而不破坏，同时也不严重降低其使用性能的能力。抗冻等级：标养28d的试件在一定冻融循环制度下，强度损失≤25%、质量损失≤5%时能承受的最大循环次数。抗冻等级（标号）表示：F（D）+最大冻融循环次数，有F10~F300九个等级（D25~D300七个标号）第34页/共89页第34页/共90页抗侵蚀性水泥石的腐蚀，钢筋锈蚀。碳化稳定性对混凝土的影响（弊>利）：产生收缩裂缝，加快钢筋锈蚀；提高砼密实度。第35页/共89页第35页/共90页碱—骨料反应定义：水泥中的碱（Na2O、K2O）与骨料的活性成分SiO2）发生反应，在骨料表面生成碱硅酸凝胶。此凝胶吸水膨胀可达3倍以上，使硬化砼发生胀裂。反应条件：碱〉0.6%（以Na2O计），活性SiO2

，水预防措施：采用低碱水泥；使用低活性骨料；掺加活性混合材料；提高砼密实度。第36页/共89页第36页/共90页3.1.2砌筑砂浆概述：砂浆是由胶凝材料、细骨料和水按适当比例配制而成。在结构工程中，砂浆可以把单块的砖、石或砌块等胶结起来构成砌体。砖墙勾缝、大型墙板和各种结构的接缝也离不开砂浆。在装饰工程中，地面、墙面及梁、柱结构的表面都要用砂浆抹面，以满足使用功能要求，并保护内部结构。采用天然石材、人造石材、陶瓷面砖、锦砖等做贴面装饰时，也大多使用砂浆作粘结和嵌缝材料。另外，用于建筑饰面的装饰砂浆也应用广泛。第37页/共89页第37页/共90页建筑砂浆用途砂浆——细骨料混凝土①胶结砖、石或砌块，构成砌体；②镶贴花岗岩、大理石、水磨石、贴面砖、瓷砖、马赛克；③填充砖墙勾缝和大型墙板的接缝；④墙面、地面、梁柱结构表面的抹面。第38页/共89页第38页/共90页分类：

第39页/共89页第39页/共90页砂浆类型

粘结功能为主：砌筑砂浆、墙地砖粘结砂浆、锚固砂浆；

表面处理为主：抹面砂浆、地面砂浆、装饰砂浆；

防护作用为主：防水砂浆、耐磨砂浆、绝热砂浆、吸声砂浆等；

修补功能为主：修补砂浆（如环氧砂浆修补机场跑道等）。第40页/共89页第40页/共90页掺合料外加剂

砂浆的组成材料细骨料胶凝材料普通砂、SiC、SiO2、轻细骨料减水剂、早强剂、促凝剂等粉煤灰、硅灰、矿渣气硬性、水硬性、有机、混合低标号水泥、砌筑水泥、石灰第41页/共89页第41页/共90页砂浆的技术性质

新拌砂浆的和易性；

流动性、保水性

硬化砂浆的强度和强度等级；

砂浆粘结力砂浆密度第42页/共89页第42页/共90页①流动性：砂浆流动性是指砂浆在自重或外力作用下产生流动的性质，也称稠度。它通常用砂浆稠度测定仪测定（单位为mm），又称沉入度。实际工程所用砌筑砂浆的稠度可根据砌体种类参考表3-2选用（下页）。②保水性：新拌砂浆保持其内部水分不泌出流失的能力称为保水性。保水性不良的砂浆在存放、运输和施工过程中容易产生泌水和离析，并且当铺抹于基底后，水分易被基面很快吸走，致使砂浆干涩而不易铺成均匀密实的砂浆薄层，也影响水泥的正常水化硬化，使强度和粘结力下降。砂浆的保水性常用砂浆分层度筒测定，并以分层度表示（单位为mm）。第43页/共89页第43页/共90页

砌筑砂浆的分层度一般不得大于30mm，分层度过大时，砂浆易产生分层离析，不利于施工及水泥硬化；分层度过小时，易产生干缩裂缝。砌体种类砂浆稠度(mm)烧结普通砖砌体70~90轻骨料混凝土小型空心砌块砌体60~90烧结多孔砖，空心砖砌体60~80烧结普通砖平拱式过梁空斗墙，筒拱普通混凝土小型空心砌块砌体加气混凝土砌块砌体50~70石砌体30~50第44页/共89页第44页/共90页新拌砂浆的流动性

水泥净浆——标准稠度用水量混凝土——

坍落度、维勃稠度砂浆——沉入度砂浆稠度测定仪示意图齿条测杆指针刻度盘滑杆固定螺丝固锥体固锥筒第45页/共89页第45页/共90页稠度测定仪第46页/共89页第46页/共90页砂浆的保水性

先测沉入度（L1）；装入分层度测定仪静置30min，去掉上层200mm厚砂浆，再测定沉入度（L2）；分层度=L1-L2150mm100200无底圆筒有底圆筒连接螺栓砂浆分层度筒示意图——用分层度（或保水率）表示第47页/共89页第47页/共90页分层度测定仪第48页/共89页第48页/共90页

保水性好的砂浆分层度小，分层度一般以10-20mm为宜。水泥砂浆的分层度一般不超过30mm，水泥混合砂浆不宜超过20mm。掺入可塑性混合材料（石灰膏、粘土膏）的砂浆，其保水性都很好。掺入量较大后可以得到0分层度的砂浆，但其硬化收缩强烈，硬化后易发生干缩裂缝。第49页/共89页第49页/共90页

砂浆的强度等级是以边长为70.7mm×70.7mm×70.7mm的6个立方体试块，按规定方法成型养护至28d测定的抗压强度平均值(MPa)确定的。砂浆强度等级有M20、M15、M10、M7.5、M5、M2.5。

砂浆的强度及强度等级砂浆试块模具养护条件：20±3℃，相对湿度90%以上（混合砂浆60-80%）第50页/共89页第50页/共90页第51页/共89页第51页/共90页第52页/共89页第52页/共90页砂浆粘结力（粘聚性）指砂浆与基底材料之间的粘结，与砂浆及基底材料（表面状态、清洁程度、润湿情况）的性质都有关系。通常砂浆的强度大粘结力也大；基底材料是润湿的、粗糙的、表面清洁的，则粘结越好；砂浆粘结力还与养护条件有关。第53页/共89页第53页/共90页1——拉伸用钢制上夹具；2——粘合剂；3——检验砂浆；4——水泥砂浆块

拉伸用钢制下夹具；第54页/共89页第54页/共90页

砂浆拌合物的密度

水泥砂浆拌合物的密度不宜小于1900kg/m3；水泥混合砂浆的密度不宜小于1800kg/m3

砂浆的耐久性指砂浆在使用条件下经久耐用的性质，包括抗冻性、抗渗性等。

砂浆的耐久性第55页/共89页第55页/共90页装饰砂浆(一)拉毛(二)水刷石(三)干粘石(四)水磨石(五)斩假石

墙面拉毛处理第56页/共89页第56页/共90页斩假石水磨石第57页/共89页第57页/共90页建筑砂浆的发展方向①砂浆的强度分布也呈现概率分布，因此砂浆也应同混凝土一样，发展商品砂浆，才能适应建筑工业化水平的提高；②砂浆要胶结的材料性质各异，因此应该开发与各种被胶结的材料相适合的专用砂浆，即砂浆的品种多样化发展；③

高性能砂浆的开发与应用。第58页/共89页第58页/共90页商品砂浆简介湿拌砂浆是指水泥、细集料、水和外加剂等组分按一定比例，在集中搅拌站（厂）经计量、拌制后，用搅拌运输车运至使用地点，放入专用密闭容器储存，并在规定时间内使用完毕的砂浆拌合物。干混砂浆（干拌砂浆）是指经干燥筛分处理的细集料与水泥以及根据性能确定的各种组分，按一定比例混合而成，在使用地点按规定比例加水或配套液体拌合使用的干混拌合物。

由专业生产厂生产的湿拌砂浆或干混砂浆第59页/共89页第59页/共90页品种干混砌筑砂浆干混抹灰砂浆干混地面砂浆干混普通防水砂浆符号DMDPDSDW品种湿拌砌筑砂浆湿拌抹灰砂浆湿拌地面砂浆湿拌防水砂浆符号WMWPWSWW表1湿拌砂浆的分类与符号表2普通干混砂浆的分类与符号第60页/共89页第60页/共90页表3特种干混砂浆的分类与符号（按用途分）

品种干混瓷砖粘结砂浆干混耐磨地坪砂浆干混界面处理砂浆干混特种防水砂浆干混自流平砂浆符号DTADFHDITDWSDSL品种干混灌浆砂浆干混外保温粘结砂浆干混外保温抹面砂浆干混聚苯颗粒保温砂浆干混无机集料温砂浆符号DGRDEADBIDPGDTI第61页/共89页第61页/共90页2007年6月6日商务部、公安部、建设部、交通部、质检总局、环保总局等六部门联合发布《关于在部分城市限期禁止现场搅拌砂浆工作的通知》（商改发[2007]205号）

第二条：分期分批开展禁止在施工现场使用水泥搅拌砂浆工作（家装等小型施工现场除外）。北京等10个城市；从2007年9月1日起禁止在施工现场使用水泥搅拌砂浆（第一批）；重庆等33个城市从2008年7月1日起（第二批）；长春等84个城市从2009年7月1日起（第三批）。第62页/共89页第62页/共90页耐久性经济性高性能砂浆(HighPerformanceMortar)和易性外加剂掺合料第63页/共89页第63页/共90页聚合物水泥砂浆作用机理：活性作用：聚合物中的表面活性剂成分的减水作用。桥键作用：聚合物中的活性成分与水泥水化中的金属离子进行交换，形成特殊的桥键，提高了砂浆抗变形和抗裂能力。充填作用：聚合物乳液固化成膜，填充于水泥颗粒之间，改善了水泥浆体内部毛细孔等有害孔。应用：混凝土表层开裂、剥落等混凝土表面薄层修补，可直接用于防渗、防腐、防碳化工程，也可用于建筑瓷砖粘贴和卫生间防渗。第64页/共89页第64页/共90页3.1.3混凝土砌块定义：用混凝土材料，按照某种模具制作而成的块状的墙体材料，即为混凝土砌块。混凝土砌块优势：原材料丰富，成本低工艺设备简单成熟性能优良，用途方便合乎可持续发展战略第65页/共89页第65页/共90页第66页/共89页第66页/共90页混凝土砌块分类1.按尺寸大小分：3.按表观密度分：2.按有无孔洞分：第67页/共89页第67页/共90页混凝土砌块分类4.按是否承重分承重砌块主规格：390mm×390mm×190mm

强度等级：MU3.5、MU5.0、MU7.5、

MU10.0、MU15.0、MU20.0非承重砌块强度等级：MU2.5第68页/共89页第68页/共90页单排孔小型空心砌块外形图第69页/共89页第69页/共90页普通混凝土多孔砖第70页/共89页第70页/共90页第71页/共89页第71页/共90页小型混凝土空心砌块的主要性能1.表观密度表观密度越小，强度越高，热阻越小，保温性能越差。轻质混凝土砌块的表观密度因轻集料的种类不同而不同。无砂＞全轻＞砂轻2.抗压强度以主规格砌块390mm×390mm×190mm的抗压强度来表示。强度等级六个，标记为“MU”。第72页/共89页第72页/共90页3.吸水率和软化系数混凝土砌块的吸水率随其表观密度的改变而变化，表观密度大的砌块吸水率小，密度小的砌块吸水率大。密实度高，则吸水率低，软化系数高。我国常用普通混凝土小型空心砌块吸水率6%~8%，软化系数0.85~0.95。轻集料混凝土小型空心砌块吸水率15%~18%。小型混凝土空心砌块的主要性能第73页/共89页第73页/共90页4.导热系数随混凝土材料不同而不同。普通混凝土小型空心砌块的导热系数比较大；单排孔的导热系数大于多排孔。目前我国常用的单排孔普通小型混凝土空心砌块的导热系数约为1.00~1.046W/m.K小型混凝土空心砌块的主要性能第74页/共89页第74页/共90页抗渗性和抗冻性混凝土抵抗液体和气体渗透的性能，称之为抗渗性。小型混凝土空心砌块的密实度越高，抗渗性越好。小型混凝土空心砌块在实际使用环境中，由于受干湿、冷热、冻融交替等的影响，会受到不同程度的损害。其中冻融循环是造成混凝土破坏的最主要因素之一。小型混凝土空心砌块的主要性能第75页/共89页第75页/共90页小型混凝土空心砌块的经济和社会效益可避免烧砖毁田，保护耕地；生产能耗低；充分利用工业废渣和地方资源，实现可持续发展；用途多，功能良好；生产投资少、周期短、见效快；劳动生产率高、成本低；砌块建筑有多方面的经济效益。综合造价比粘土建筑约降低3%~10%。第76页/共89页第76页/共90页国内混凝土小型空心砌块发展现状：生产设备基本为自动化生产线；砌块品种扩大到轻集料混凝土小型空心砌块、粉煤灰小型空心砌块、装饰混凝土砌块、多功能混凝土砌块和特种砌块等；砌块功能由单一向多功能发展；应用领域从维护材料延伸到装饰、市政、水利、港口、园林和机场等工程产品标准体系和设计施工应用规程体系完善。第77页/共89页第77页/共90页国内混凝土小型空心砌块发展方向：对国外的先进生产设备国产化；研制开发多块型和种类的砌块；解决砌块建筑的质量通病和隐患；进一步完善砌块质量体系和应用技术；开发各种砌块建筑配套材料和技术。第78页/共89页第78页/共90页3.2普通混凝土小型空心砌块定义：以水泥、砂、石等普通混凝土材料制成的，空心率为25%~50%，并适于人工砌筑的混凝土建筑砌块系列制品。发展：起源于美国，1866年获得专利，20世纪中期后获得迅速发展，80年代后成为主要的建筑材料，应用范围日益广泛；我国适于20世纪20年代，70年代后得到了迅速的发展，近十几年来获得了显著的发展。第79页/共89页第79页/共90页普通混凝土小型空心砌块性能特点强度高自重小耐久性好外形尺寸规整部分类型饰面美观及良好的保温隔热性能第80页/共89页第80页/共90页普通混凝土小型空心砌块在建筑上的应用各种墙体：承重墙、隔断墙、填充墙、装饰墙、挡土墙等；独立柱、壁柱等；特种砌体：圆仓壁、水库壁灯；保温隔热墙体、吸音墙体及音障等；抗震墙体；楼板及屋面系统各种建筑构造：气窗、压顶、窗台、阳台栏杆等第81页/共89页第81页/共90页3.3轻集料混凝土小型空心砌块定义：凡是用轻质粗骨料、轻质细骨料（或普通砂）、胶凝材料、外加剂和水配制而成的混凝土。其干表观密度小于1950Kg/m3，空心率25~50%。应用：墙体材料，产量约占小型空心砌块的20%。性能特点：轻质、高强、保温隔热性能好、抗震性能好。

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